理化實驗室是一種應用非常廣泛的實驗室。它也是最基本的一種實驗室。我們的實驗室建設大多是從理化實驗室起步的。相對而言,理化實驗室的建設也是最簡單的。理化實驗室的設計可參考《理化實驗室工程技術規范》。
一、理化實驗室功能區劃
理化實驗室的功能進行分區研究主要可以分為三大類:實驗教學用房、輔助設計實驗用房和輔助用房和設施用房;
實驗室是指進行特定功能實驗的房間,通常包括如預處理室、各類分析儀器室、暗房、各類物理性能測試(如力學、電學、熱學等) ,這些都是實驗室;
輔助實驗室是指不完成具體實驗,只輔助一些實驗操作或步驟的房間,如天平室,僅用于輔助稱重。此類房間一般包括平衡室、高溫溫室、樣品室、試劑室、危險化學品室、清洗室等。
輔助用房指的是配合進行實驗的一些房間,比如更衣室、數據信息處理室、會議室、檔案室、樣品接收室等等,這些問題并不參與實驗方法操作,但是我們也是一個實驗系統功能設計完成必備的房間;
設施用房是指符合實驗環境、實驗要求和其他配套設施的房間,如空調房、強電房、弱電房、氣瓶房、純水室、廢液收集室等。
所有的理化實驗室都是由這四種類型的房間組成,其設計也是如何合理地安排這四種類型的房間,以保證使用的方便、安全、合理,是一個很好的設計。
二.理化實驗室各功能室介紹
前處理室專門為色譜、光譜進行分析可以設置,樣品在用一個大型設備儀器測定前,需進行前處理;
化學分析室通常進行樣品化學處理和常規物理化學項目的測定,主要以體積分析為主,放置一些小型儀器設備;
光譜分析室主要放置基于光吸收、散射和發射原理的大型儀器;
色譜進行分析室承擔揮發性有機物的分析方法檢測;
氣體分析是一種測定金屬及其合金中化合物或游離態氣體含量的方法。
平衡室是一個單獨的房間,用于放置稱重設備,用于稱量化學試劑和樣品;
操作溫度高的設備,如烘箱、馬弗爐等,放置在高溫室內。
樣品進行接收與暫存室是為暫存大批量生產樣品可以設置的房間;
存放常用化學試劑和標準物質的化學試劑室;
取樣設備存放在便攜式儀器室;
鋼瓶間是用來放置實驗室研究所用鋼瓶,為大型儀器發展提供企業所需氣體。
其他辦公、儲藏室及其他配套實驗室建設用房。
理化實驗室工藝設計要求
1、工藝建筑布局要求
理化實驗室通常采用中間走廊的形式,即上下布置房間的中間走廊。這種條形建筑用途廣泛,使用方便。在這種模式下,辦公區一般放在一邊,實驗區放在另一邊,實現辦公和實驗的分離。在實驗區,一些房間如精密儀器室、天平室、試劑室、氣瓶室等放置在北側,一些對溫度要求較低的實驗室放置在南側。
另一種是采用邊廊是的發展格局,就走廊在一側,另一側是房間,這種結構布局都中廊式的要求我們差不多,只是一個房間的利用率上比中廊要差一點。
如果建筑比較寬,需要設置雙走廊,則需要在北面設置儀器室,中間設置輔助實驗室,南面設置預處理等實驗室。中間沒有陽光,一些不需要太多光線的實驗室應該設置,最好使用它,
以上兩種形式運用的方式很多,各有千秋,但缺點也很明顯。如果樓長,辦公區到實驗區距離太遠,不利于數據的操作。實驗者需要從實驗到辦公室來回奔波,在路上浪費大量時間,效率相對較低。因此,在此基礎上,出現以下布局形式:
這種教學形式發展能夠實現最大化的縮短企業辦公區到實驗區的距離,在面積的使用上,效率也非常高。
上述形式基本包括幾種常見的布局形式,也要根據建筑形式和實驗需要確定使用哪種,設計時需要靈活考慮。
2、工藝區域布局要求
實驗室的總體布局應遵循組合布局原則、底部布局原則、頂部布局原則和北部布局原則。
組合布局原則,即在一個區域內組合相似的實驗室;工程管理網絡較多的實驗室合并在一個區域;有清潔要求的實驗室合并在一個區域;有輻射防護要求的實驗室合二為一;有毒物質實驗室合并在一個區域;同一高度要求的實驗室合并在一個區域;有防振要求的實驗室合二為
一。
底層網絡布局設計原則,即:大型或重型機械設備進行布置在底層;有較大影響振動的 設備可以布置在底層;噪聲具有較大的設備通過布置在底層;對振動很敏感的設備 布置在底層;被檢測分析樣品質量較重或較大的設備以及布置在底層;需部署技術設備 基礎或防振基礎的布置在底層;需設置一個特殊安全防護工程設施的布置在底層;有恒溫恒濕要求的布置在底層;樣品量較大的布置在底層或低層;有凈高控制要求或配套發展裝備企業特殊的布置在底層;用水需求量大的布置在底層。
頂層布置原則,即: 有害氣體產生的布置應在頂層或高層,并盡可能安排在下風向位置; 頂層或高層應安排強制通風,并盡可能在下層和順風向安排強制通風; 頂層或高層應盡可能在下風向安排易燃易爆物品; 容易外部干擾設置在頂層或高層; 頂層或高層預留實驗室布置。
北側布置原則,即: 將溫濕度要求安排在陰涼方向,并盡可能安排在底層或低層; 容器、物品、氣體、化學試劑、精密儀器及工具備件的儲藏室均安排在陰涼方向,并盡可能安排在底層或低層,在陰涼處,并盡可能安排在底層或低層。
以上基本把各個房間進行布置的要求學生說的很明白了,比如通過儀器室,盡量放置在北側,知道自己各個房間的環境設計要求,就能更加靈活的來布置,通常需要我們國家如果企業遇到這樣一個整棟樓的規劃時,首先可以考慮樓層的布置,既哪些問題放在頂層,哪些放中間,哪些工作放在社會底層,通常通風多,污染多的會布置在頂層,其他都往下布置。
對于一個只規劃一層樓的實驗室來說,要簡單得多,可以根據上面提到的布局要求進行很好的布置。
3、工藝房間布局要求
(1)預處理室應分為兩個獨立的房間:無機預處理室和有機預處理室。由于無機前處理間主要用于酸、堿、鹽等無機試劑的處理,所以主要用于加熱、消化、蒸餾、滴定等操作。由于經常使用電爐等明火,所以室內不能進行有機試劑操作,以免引起火災事故。有機預處理室主要用于處理甲醇、乙醚、丙酮等有機試劑。由于主要使用易燃易爆的有機試劑,所以房間應避免使用電爐、烤箱等明火加熱設備。
(2)設計平衡室時,盡量安排前室,這樣可以有效防止外界對平衡室的影響。前室也可以用來放置標準產品,提供空間利用。
(3)洗滌室及純水制備室宜單獨設置。由于該實驗室是濕性實驗室,主要是研究設計的實驗技術裝備有邊 臺和洗滌臺,因為有長期的水分,所以我們最好方法能夠自己單獨設立,這樣一個不會直接影響到學生其他國家實驗室家具。
(4)氣瓶室應為單獨的房間,可燃氣體與非可燃氣體分開,單獨設置。
(5)樣品登記室應位于門廳入口處,樣品接收人員和樣品發送人員應通過臺面相互隔離。
(6)實驗區宜在合理的區域內設置一個公共服務區域,用于研究專家休息與交 流。這是我們實驗室人性化的體現,而且通過實驗畢竟是人的操作,讓人能夠得到更好的放松,激發學生靈感,也是實驗室教學設計企業必須要做到的。
四、理化實驗室裝修設計
理化實驗室裝修主要是考慮使用的便利性,選材這一塊考慮的是更多的還是材料的耐腐蝕性,尤其是耐酸堿性強的試驗區。
1、墻體
比較常見的是乳膠漆,便宜,維修簡單。如果預算足夠,也可以在墻上貼耐腐蝕的板材,比如各種無機板材。
有些用水比較多的濕性實驗室管理可以進行考慮貼磚,預算制度不夠我們可以在水池位置用防水乳膠漆。
環境有特殊要求,如放射性、清潔等級,可根據環境要求選用不同的墻面材料。
2、吊頂
目前吊頂有兩種:吊頂和吊頂。吊頂一般用于一些大空間。通過鋁型材的不同組合設計了靈活的管道布局,方便后期改造時的管道搬遷。
如果沒有設置吊頂,最好通過設置不同金屬板材類吊頂,不落灰,如果酸性腐蝕比較大,可以進行考慮企業采用耐腐蝕的板材。
3、地面
因為地面暴露在化學物質中非常容易,所以地面必須耐腐蝕,容易清洗,比如地毯絕對不允許使用,常用的還是磚塊和PVC,大型空間廠房也采用環氧樹脂自流平,但耐磨性不是很好。
裝飾設計需要與實驗平臺的布局相結合。如何設計一個功能性、特色性強的實驗室是實驗室建設的關鍵。
五、理化實驗室暖通設計
理化實驗室的暖通主要是可以體現在自然通風系統上面,理化實驗室會產生需要大量的廢氣,污染進行實驗室的使用網絡環境,如何將廢氣排出,創造一個良好的實驗教學環境,是暖通設計的重點。
暖通空調設計主要包括通風和新風,具體設計可參考通風文章,其中詳細介紹了如何設計通風系統。
通風管道的材料需要具有耐腐蝕性。常用的有玻璃鋼風管、PP風管、PVC風管、不銹鋼風管。每種材料的耐腐蝕性會有所不同,需要根據具體的實驗廢氣成分進行選擇。
六、理化實驗室進行電氣工程設計
電氣設計需要考慮設備的電功率,特別是大型儀器的功耗,如ICP-MS,儀器耗電量大,由多個用電設備組成,需要預留多個回路和插座。
重要的工具需要配備ups,至少需要配備穩壓電源,如氣相、液相、質譜,等等,所以ups是一個物理和化學實驗室常用設備,做平面設計,需要預定好房間。
接地是預留的,很多儀器需要接地,特別是精密儀器甚至需要獨立接地,也需要接地電阻,一般不超過4歐姆,有的不超過1歐姆。土建最好保留這一塊,避免后期大的返工。
這些基本是理化實驗室進行電氣的主要發展關鍵點,考慮好這幾個方面問題, 電氣工程設備管理基本就差不多了。
理化實驗室給排水設計
給排水設計主要集中在排水管的選材上,因為實驗室的廢液需要集中收集,排出的廢水都是低濃度的洗滌廢水。所以UPVC總體上是可以滿足要求的。如果濃度比較高,有特殊溶劑的話,應該考慮HDPE管。當然,PVC管是耐腐蝕性最高的,但是成本太高,很少使用。
八、理化分析實驗室的安全問題設計
安全設計包括安全標識、安全設施等,所有危險場所都需要設置安全標識,有很多化學試劑的地方需要設置洗眼器和應急淋浴。