整體實驗室規(guī)劃設計

實驗室的建設，無論是新建、擴建、或是改建項目，它不單純是選購合理的儀器設備，還要綜合考慮實驗室的總體規(guī)劃、合理布局和平面設計，以及供電、供水、供氣、通風、空氣凈化、安全措施、環(huán)境保護等基礎設施和基本條件。因此實驗室的建設是一項復雜的系統(tǒng)工程，在現(xiàn)代實驗室里，先進的科學儀器和優(yōu)越完善的實驗室是提升現(xiàn)代化科技水平，促進科研成果增長的必備條件?！耙匀藶楸荆伺c環(huán)境”己成為人們高度關注的課題。本著“安全、環(huán)保、實用、耐久、美觀、經(jīng)濟、卓越、領先”，的規(guī)劃設計理念。規(guī)劃設計主要分為幾個方面：平面設計系統(tǒng)、單臺結構功能設計系統(tǒng)、供排水設計系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、有害氣體輸出系統(tǒng)等方面。下面就按上述六方面依次講解。

一、 平面設計系統(tǒng)

平面設計我們主要考慮以下幾個方面的因素：

1、疏散、撤離、逃生、順暢、無阻，安全通道；一般實驗室門主要向里開，但如設置有爆炸危險的房間，房門應朝外開，房門材質(zhì)最好選擇壓力玻璃。

2、人體學（前后左右工作空間），完美的設備與科技工作者操作空間范圍的協(xié)調(diào)搭配體現(xiàn)了科學化、人性化的規(guī)劃設計。

在做平面設計的時候，首先要考慮的因素是就是“安全”，實驗室是最易發(fā)生爆炸、火災、毒氣泄露等的場所。我們在做平面設計的時候，應盡量地要保持實驗室的通風流暢、逃生通道暢通。

根據(jù)國際人體工程學的標準。我們做如下的劃分以供參照： 實驗臺與實驗臺通道劃分標準(通道間隔用L表示) L>500mm時，一邊可站人操作； L>800mm時，一邊可坐人操作；

L>1200mm時，一邊可坐人，一邊可站人，中間不可過人; L>1500mm時，兩邊可坐人，中間可過人； L>1800mm時，兩邊可坐人，中間可過人可過儀器；通常實驗室開間選取3.6米-4.0米 ，天平臺、儀器臺不宜離墻太近，離墻400mm為宜。為了在工作發(fā)生危險時易于疏散，實驗臺間的過道應全部通向走廊。另:實驗室建筑層高宜為3.7米-4.0米為宜，凈高宜為2.7米-2.8米，有潔凈度、壓力梯度、恒溫恒濕等特殊要求的實驗室凈高宜為2.5米-2.6米（不包括吊頂）；實驗室走廊凈寬宜為1.65米-2.00米.普通實驗室雙門寬以1.1米-1.5米(不對稱對開門)為宜,單門寬以0.8米-0.9米為宜。

3、專業(yè)學科功能。實驗室通常按物理學，無機化學，有機合成化學，生物學來分類。根據(jù)實驗室內(nèi)容、用途和規(guī)模的不同又各有自己的特點，比如基礎教學實驗室，按學科專業(yè)分，多為較簡單的教學實驗對水電氣風等要求較低，而科研機構對實驗室通風、供排水、電控及潔凈都要求較高，但實驗室設計的基本原則都是具有共同性的，以有機化學為例，主要由化學基本實驗室、儀器分析實驗室、潔凈實驗室、電子計算機室、研究室、輔助實驗室、服務供應室等組成。 化學基本實驗室，主要是進行容量分析、離子測定、氧化還原等實驗，一般設計的裝備有：實驗臺與洗滌臺；通風柜及管道修檢井；帶試劑架的實驗臺及輔助工作臺，需考慮設在實驗室內(nèi)的研究空間或電腦臺，藥品柜、器皿柜、落地安置的儀器設備、急救器等。

儀器分析實驗室，主要設置各種大型精密分析儀器，同時也包括普通小型分析儀等，一般設計的裝備有：儀器臺、實驗臺、通風柜、天平臺、電腦臺、氣瓶柜、洗滌臺、器皿柜、藥品柜、急救器、萬向排氣罩、原子吸收罩等。以下列出各類儀器分析實驗室的要求，以供參考。

二、實驗室名稱所屬各室的要求

1、氣相色譜分析室

主要是對容易轉(zhuǎn)化為氣態(tài)而不分解的液態(tài)有機化合物及氣態(tài)樣品的分析。儀器設備主要有氣相色譜儀，具有計算機控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，自動化程度很高，對有機化合物具有高效的分離能力，所用載氣主要有：H2、N2、Ar、He、CO2等。但對高沸點化合物，難揮發(fā)的及熱不穩(wěn)定的化合物、離子化合物、高聚物的分離卻無能為力。要求局部排風及避免陽光直射在儀器上，避免影響電路系統(tǒng)正常工作的電場及磁場存在，一般設計：儀器臺（應離墻以便儀器維修）、萬向排氣罩、電腦臺（一般在儀器臺旁配置）、邊臺、洗滌臺、試劑柜等

2、液相色譜分析室

主要體現(xiàn)在高效率分離，對復雜的有機化合物分離制取純凈化合物，定量分析和定性分析，儀器設備主要有：高效液相色譜儀，適宜于高沸點化合物、難揮發(fā)化合物、熱不穩(wěn)定化合物、離子化合物、高聚物等，彌補氣相色譜儀的不足。環(huán)境和實驗室基礎裝備設計要求與氣相色諳室相近。

3、質(zhì)譜分析室

主要是對純有機物的定性分析，實現(xiàn)對有機化合物的分子量、分子式、分子結構的測定，分析樣品可以是氣體、液體、固體，主要設備有質(zhì)譜儀、氣-質(zhì)聯(lián)用儀。質(zhì)譜儀是利用電磁學的原理，使物質(zhì)的離子按照基特征的質(zhì)荷比（即質(zhì)量m與電荷e之比—m/e）來進行分離并進行質(zhì)譜分析的儀器，缺點是對復雜有機混合物的分離無能為力。氣相色譜分離效率高，定量分析簡便的特點，結合質(zhì)譜儀靈敏度高，定性分析能力強的特點，兩種儀器聯(lián)用為氣-質(zhì)聯(lián)用儀?？梢匀￠L補短，提高分析質(zhì)量和效率。質(zhì)譜儀可能有汞蒸汽逸出，要考慮局部排風。 光譜分析室 主要是根據(jù)物質(zhì)對光具有吸收、散射的物理特征及發(fā)射光的物理特性，在分析化學領域建立化學分析。主要的儀器是原子發(fā)射光譜儀、原子吸收光譜儀，分光光度計、原子熒光光譜儀、熒光分光光度計、X射線熒光儀、紅外光光譜儀、電感耦合等離子體（LCP）光譜儀、拉曼光譜儀等。實驗室應盡量遠離化學實驗室、以防止酸、堿、腐蝕性氣體等對儀器的損害，遠離輻射源；室內(nèi)應有防塵、防震、防潮等措施。儀器臺與窗、墻之間要有一定距離，便于對儀器的調(diào)試和檢修。應設計局部排風。使用原子吸收罩排風較為適宜。

以上實驗室，根據(jù)實際需要可設置樣品處理室，一般有洗滌臺、實驗臺、通風柜等設備，同化學實驗室類似。

4、潔凈實驗室

主要是通過人為的手段，應用潔凈技術實現(xiàn)控制室內(nèi)空氣中塵埃、含菌濃度、溫濕度與壓力、以達到所要求的潔凈度、溫濕度和氣流速度等環(huán)境參數(shù)。空氣潔凈度是指潔凈空氣環(huán)境中空氣含塵量程度，空氣潔凈度的級別以含塵濃度劃分。潔凈度是指每升空氣中所含粒徑≥0.5um的塵粒的總顆粒。我國空氣潔凈等級標準分為：100級、1000級、10000級、100000級。國際標準則劃分為：1級、2級、3級、4級、5級。潔凈室一般實施兩級隔離，一級隔離通過生物安全柜、負壓隔離器、正壓防護服、手套、眼罩等實現(xiàn)；二級隔離通過實驗室的建筑、空調(diào)凈化和電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。但由于凈化空調(diào)需要風量小為了安全起見，風量都按大的估算，一般都要超過規(guī)范規(guī)定，物別是百級以上，冷熱負荷在要求不是很嚴格的情況可能估算，現(xiàn)在專門有凈化空調(diào)機組，可以直接利用。二級~四級生物安全實驗室應實施兩級隔離。

5、電子計算機室和研究室

電子計算機與我們的生活最為密切，主要考慮空調(diào)散熱、電源電壓等問題。配置的裝備主要是帶鍵盤儀器臺。研究所主要是供研究人員辦公的地方，對我們實驗室裝備要求較低，在此不多作講解。

6、輔助實驗室：主要有天平室、高溫室、純水室、貯藏室、溶液配制室、暗室等。

①、天平室，分析天平是化學實驗室必備的常用儀器，高精度天平對環(huán)境有一定要求，主要是氣流和風速的影響，天平室應靠近化學實驗室，以方便使用，但不宜與高溫室和有較強電磁干擾的房間相鄰。高精度微量天平宜設在底層。天平室內(nèi)不得設置洗滌臺或任何管道穿過窒內(nèi)，以免管道滲漏影響天平的維護和使用。

②、高溫室，高溫爐和恒溫箱是常備設備，一般放置在高溫工作臺上，但特大型的恒溫箱須落地安置為宜，高溫爐秘恒溫箱須分開放置。

③、純水室，主要是設計的實驗裝備有；邊臺和洗滌臺?，F(xiàn)代實驗室多使用去離子水、水量大且能保證水質(zhì)，地面需設地漏。

⑤、溶液配制室，用于配制各種標準溶液和不同濃度的溶液。在允許的條件下，可由兩個房間組成，其一設有天平臺。另一間作配制試劑和存放試劑之用，一般應配置：通風柜、實驗臺、試劑柜。

⑥、服務供應部分，為基本實驗室和輔助實驗室服務的場所，如高壓鍋室和水電氣輔助室等。我們只需稍作了解。

7、工作程序、流程專業(yè)設計；

第一部分為平面設計，甲方（使用方）先拿出最根本的功能要求、分布方案，乙方（設計院）、丙方（實驗室規(guī)劃與設計專業(yè)公司）與甲方參與實驗室建設設計小組，共同討論，三方共同確認后方進入第二程序。因為傳統(tǒng)實驗室建筑設計按國家建筑標準，僅是以外型和室內(nèi)結構為主，并非以實驗室功能為主，建筑設計與功能設計脫節(jié)。比如廣東醫(yī)學院，合同簽了兩年因為現(xiàn)場不符合安裝條件，還沒有安裝；

第二部分為單臺功能，單臺結構設計，應逐項、逐件、逐層，從整棟大樓、分層、分房間、分單件設計確定，全面細分確認；

第三部分，全部確認后，邀請用戶高層領導參與實驗室建設演示會，當場表態(tài)決策；由甲方請乙方、丙方的項目監(jiān)理嚴格監(jiān)督安裝、建筑過程中標準執(zhí)行情況跟蹤實驗室建設項目的順利完工；建設實驗室規(guī)劃與設計和產(chǎn)品招標分為兩部分；招標：A、設計為第一部分；B、產(chǎn)品標準為第二部分；建筑裝修、凈化、基礎裝備分三個專業(yè)進行，不可混同、總包，不同專業(yè)，分別招標，然后中標三方緊密配合，裝修和凈化工程先行，交工驗收后實驗室基礎配套將進入責任明確階段，承擔責任，全部完工時集中三家同時驗收，基礎裝備部分為產(chǎn)品測試標準，測試與前兩項工程不同，有很大區(qū)別不可等同對待。

8、地面、墻壁通風流暢，防止死角，室內(nèi)四角盡量空閑，易打理，簡潔。

三、 單臺結構功能設計系統(tǒng)

不同專業(yè)采用不同實驗室專用基礎配套裝備，系列產(chǎn)品共分五大部分：A、實驗臺部分；B、儀器臺部分；C、功能柜部分；D、儀器設備部分；E、輸出系統(tǒng)部分；

A、實驗臺部分

1、實驗臺的分類：

①實驗臺按實驗室的功能劃分為：物理實驗臺（主要用于電子、電工、物理實驗）；化學實驗臺（主要用于有機、無機化學實驗）；生物實驗臺（主要用于凈化無菌實驗，如簡易解剖臺、不銹鋼操作臺等）；

②按結構劃款式分為：MM（由鋼制支撐架、基箱、臺面、試劑架、連接件、輔件組成）MR（基箱、臺面、試劑架、連接件、輔件組成）。

③按用途可分為：中央實驗臺、邊臺實驗臺、洗滌實驗臺、試劑架、基箱、實驗凳。

2、基箱的分類：

基箱按材質(zhì)可分為：鋼木制基箱、鋁木制基箱、全木制基箱。

按制作工藝分為：鋼制歐式基箱（即門面板與側(cè)板連接）、鋼制美式基箱（即門面板裝嵌在基箱內(nèi)）

按款式可分為：活動式基箱、落地式基箱、懸掛式基箱。其中活動式基箱、懸掛式基箱用于MM款。落地式基箱用于MR款。鋼木制基箱是我們公司新開發(fā)的產(chǎn)品，側(cè)板、門面板為鋼制材質(zhì)，其它如層板、頂板、抽屜底板、維修板均為木制材質(zhì)，具有安全防火、性價比高、玻璃器皿放置時不易破碎等優(yōu)點。全木制不適于制作懸掛式基箱和洗滌臺。

3、臺面的分類

在整個實驗室基礎裝備銷售中，臺面占總報價1/3的份額，臺面的作用可見一斑。 ①按實驗臺的功能作用可分為：

化學實驗臺面：防強酸、強堿、耐高溫；耐98%的濃硫酸；表面材質(zhì)為酚醛樹脂板 物理實驗臺面：防靜電、耐溫、抗滑、穩(wěn)定強；耐28%的硫酸，表面材質(zhì)為防火板

生物實驗臺面：防水、防止細菌密度強；表面材質(zhì)為不銹鋼板。 ②按照臺面材質(zhì)可分為貼面板和實芯板。

B、儀器臺部分：承重性、穩(wěn)定性、抗外干擾、電控要求很高，氣體配送嚴格、安全、可靠、方便、易管理；承重：500Kg以上。主要用于儀器分析實驗室，如光譜、色譜、原子分析實驗室等。產(chǎn)品主要有：標準儀器臺、光譜儀器臺、色譜儀器臺、顯微鏡臺、連體儀器臺、天平臺、電腦臺、高溫儀器臺、教學臺

C、功能柜部分：功能柜部分是前兩部分服務、儲存，重要功能部分涉及安全、環(huán)保問題；有全木和鋼木之分；試劑、藥劑、揮發(fā)性藥品、輻射性藥品、劇毒品、易燃培養(yǎng)等儲存功能基本分十三種：

1、一般性能藥品柜； 2、揮發(fā)性藥品儲存柜；3、染劑專用柜； 4、防輻射藥品柜； 5、易燃品儲存柜（防火柜）； 6、文件柜（資料柜）； 7、更衣柜（剎菌更衣柜）； 8、培養(yǎng)柜； 9、標本柜； 10、儀器柜； 11、純堿柜； 12、硫酸柜； 13、無菌柜。

D、儀器設備部分：

1、通風柜； 2、生物安全柜； 3、超凈工作臺； 4、器皿清洗機（全自動） 5、劇毒品安全儲存柜； 6、智能密集柜； 7、解剖臺； 8、取材臺； 9、感應功能柜。 10、揮發(fā)性藥品柜

E、有害氣體輸出部分。在后面章節(jié)將會詳細說明，這里就作不重復。

四、供排水設計系統(tǒng)

供排水設計系統(tǒng)主要是為前期實驗室建筑設計服務。為建筑設計院提供實驗臺上下水水點。水嘴分為急流水嘴和緩流水嘴,單聯(lián)水嘴(MBs-016)為急流水嘴。一般搭配PP水槽（MBc-032）。雙聯(lián)水嘴（MBs-02）為緩流水嘴，一般搭配PP水槽（MBc-029）規(guī)格為。在默認情況下我們一般給客戶配置雙聯(lián)水嘴。三聯(lián)水嘴（MBc-01）為一急兩緩水嘴。一般搭配PP水槽（MBc-029）。大水槽（MBc-031）、通風柜的杯槽（MBc-028）。

五、電控系統(tǒng)

實驗室用電主要包括照明電和動力電兩大部分。動力電主要用于各類儀器設備用電、電梯、空調(diào)等的電力供應。實驗室供電系統(tǒng)也是實驗室最基本的條件之一。電源插座有：10A、13A、16A、20A；漏電保護開關、過載保護開關等。電源插座應遠離水盆和煤氣、氫氣等噴嘴口，并不影響實驗臺儀器的放置和操作位置。線槽主要多功能鋼線槽(主要用于試劑架上)和PVC線槽配西班插座(主要用于邊臺和中央臺臺面上).

六、特殊氣體配送系統(tǒng)

實驗室用氣主要有不燃氣體（氮氣、二氧化碳）、惰性氣體（氬氣、氦氣等）、易燃氣體（氫氣、一氧化碳）；劇毒氣體(氟氣、氯氣)；助燃氣體（氧氣）組成。一般氣相室配置氦氣（He）、氮氣（N2）。氣質(zhì)聯(lián)用室配置了氮氣、氫氣、氧氣。氫氣管線上的連接管件都要連接后焊接，嚴禁有泄漏的可能。所有的管線在安裝完畢后一定要做氣密性實驗，并在使用前要先除油。由于管道細小，管間距小，安裝過程中可依據(jù)現(xiàn)場情況進行調(diào)整，保證間距不小于45mm，氣瓶裝瓶時，易燃易爆與惰性氣體同柜，杜絕兩種易燃氣體同瓶裝一柜。

七、有害氣體輸出系統(tǒng)

實驗室內(nèi)往往存在許多不利于人體健康的化學物質(zhì)污染源，特別是有害氣體，將其排除非常重要。但與此同時，能源往往會被大量的消耗，因而實驗室的通風控制系統(tǒng)的要求漸高，從早期CV（定風量），2-State（雙穩(wěn)態(tài)式），VAV（變風量）系統(tǒng)，到最新的適應性控制系統(tǒng)——既安全，又要符合節(jié)約能源的需要?？傊?，實驗室常用排風設備主要有：通風柜、原子吸收罩、萬向排氣罩、吸頂式排氣罩、臺上式排氣罩等。其中通風柜最為常見。 通風柜是安全處理有害、有毒氣體或蒸汽的通風設備，作用是用來捕捉、密封和轉(zhuǎn)移污染物以及有害化學氣體，防止逃逸到實驗室內(nèi)，這樣通過吸入工作區(qū)域的污染物，使其遠離操作者，來達到吸入接觸的最小化。

通風柜內(nèi)的氣流是通過排風機將實驗室內(nèi)的空氣吸進通風柜，將通風柜內(nèi)污染的氣體稀釋并通過排風系統(tǒng)排到戶外后，可以達到低濃度擴散；原子吸收罩主要適用于各類大型精密儀器，要求定位安裝，有設定的通風性能參數(shù)，也是整體實驗室規(guī)劃中必須考慮的因素之一；排氣罩主要適用于化學實驗室，在解決這類實驗室的整體通風要求中，它是必不可少的裝備之一。 目前我們公司主要采用的風機主要有軸流風機（斜流風機、管道風機）、離心風機。

軸流風機適用于風壓小、適用于管路短的通風系統(tǒng)（一般10米以內(nèi)，否則易造成抽不動）；離心風機適用于管路長的通風系統(tǒng)（一般10m以外，否則易造成噪音大）。風機的材質(zhì)：一般分為玻璃鋼、PP、PVC、鐵皮等，其中玻璃鋼較多。風機的型號的選擇，是根據(jù)風量和風壓來選擇的。

1、 風量的計算方法：

根據(jù)面風速來確定排風量（面風速的一般取值為：0.3~0.5 m3/h） 計算公式：G=S•V•h•μ =L•H•3600•μ

其中 G：排風量 S：操作窗開啟面積 V：面風速

h: 時間（1小時） L: 通風柜長度 H: 操作窗開啟高度 μ: 安全系數(shù)（1.1~1.2）

例：1200L的通風柜其排風量計算如下： G：1.2*0.75/2*0.8*3600*1.2=1555 m3/h 經(jīng)驗值：1200L通風柜排風量一般為1500 m3/h 1500L的通風柜排風量一般為1800 m3/h 1800L的通風柜排風量一般為2000 m3/h

注：中央臺上用排風罩排風量的計算方法同通風柜排風量的計算方法 原子吸收罩排風量的計算方法：

根據(jù)罩口風速來確定排風量（罩口風速的一般取值：1~2 m3/h） 計算公式：G=πR2•V•3600•μ 其中 G:排風量 R:罩口半徑 V:罩口風速 μ:安全系數(shù)（1.1~1.2）

經(jīng)驗值：一般情況下原子吸收罩的排風量在500~600 m3/h 整體通風的排風量計算方法 計算公式：G=V•n•h=L•W•H•n•h 其中 G:排風量 V:房間體積

n:換氣次數(shù) （一般取8~12次） h:時間（1小時） 換氣次數(shù)參考值

實驗室 化學 有機合成 有毒實驗 P級實驗 生物 醫(yī)藥 物理 次 /小時 6-20 15-18 20-30 15-30 5-30 5-10 3-8 2、風壓的計算

管線沿程阻力約5Pa/米，彎頭阻力為10~30 Pa/個，三通阻力為30~50 Pa/個。 注：所有阻力之和乘以安全系數(shù)（1.1~1.2）即為風壓值。

2、 通風管線風量的計算

注：一般情況下國家標準的風管風速取值范圍為V=6~8m/s （公司計算標準的風管風速取值范圍為V=8~12m/s）

計算公式：G=S•V•3600=πR2•V•3600→R=[G/(π•V•3600)]½ 其中 G:排風量（根據(jù)上述計算得出） R：風管半徑 V：風管風速

注：矩形風管的尺寸有如下幾種固定尺寸：120、150、200、250、300、400、500、630、800、 1000、1200、1400、1600、1800 (如需由圓形管變?yōu)榫匦喂?，設計原則是面積相等)