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科研實驗室解決方案

科研實驗室解決方案

作者: 實驗室設計發表時間:2016-08-09 14:26:19瀏覽量:7069

科研實驗室的建設,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工程,在現代實驗室里,先進的 科學儀器和優越完善的實驗室是提升現代化科技水平,促...
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科研實驗室的建設,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工程,在現代實驗室里,先進的 科學儀器和優越完善的實驗室是提升現代化科技水平,促進科研成果增長的必備條件。“以人為本,人 與環境”己成為人們高度關注的課題。本著“安全、環保、實用、耐久、美觀、經濟、卓越、領先”, 的規劃設計理念。規劃設計主要分為六個方面:平面設計系統、單臺結構功能設計系統、供排水設計系 統、電控系統、特殊氣體配送系統、有害氣體輸出系統等六個方面。下面就按上述六方面依次講解。

一、 平面設計系統 平面設計我們主要考慮以下幾個方面的因素:

1、安全

(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,但如設臵有爆炸危險的 房間,房門應朝外開,房門材質最好選擇壓力玻璃。

(2)建筑要求 化驗室的建筑應耐火或用不易燃的材料建成,隔斷和頂棚也要考慮到防火性能。可 采用水磨石地面,窗戶要能防塵,室內采光要好,門應向外開,大實驗室應設兩個出口,以利于發生意 外時人員的撤離。

(3)供水和排水 供水要保證必須的水壓、水質、和水量以滿足儀器設備正常運行的需要,室內總 閥門應設在易操作的顯著位臵,下水道應采用耐酸堿腐蝕的材料,地面應有地漏。

4)通風設施 由于化驗工作中常常會產生有毒或易燃的氣體,因此化驗室要有良好的通風條件, 通風設施一般有 3 種:

 全室通風 采用排氣扇或通風豎井,換氣次數一般為 5 次/時。

 局部排氣罩 一般安裝在大型儀器發生有害氣體部位的上方。在教學實驗室中產生有害氣體的上 方,設臵 局部排氣罩以減少室內空氣的污染。

 通風柜 這是實驗室常用的一種局部排風設備。內有加熱源、水源、照明等裝臵。可采用防火防 爆的金屬材料制作通風柜,內涂防腐涂料,通風管道要能耐酸堿氣體腐蝕。風機可安裝在頂層機房內, 并應有減少震動和噪音的裝臵,排氣管應高于屋頂 2m 以上。一臺排風機連接一個通風柜較好,不同房間共用一個風機和通風管道易發生交叉污染。通風柜在室內的正確位臵是放在空氣流動較小的地方,或采 用較好的狹縫式通風柜。通風柜臺面高度 800mm,寬 750mm,柜內凈高 1200-1500mm,操作口高度 800mm, 柜長 1200-1800mm。條縫處風速 0.3-0.5m/s 視窗開啟高度為 300-500mm。擋板后風道寬度等于縫寬 2 倍 以上。

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調搭配體現了科學化、 人性化的規劃設計。 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。根據國際 人體工程學的標準。我們做如下的劃分以供參照:(祥見下圖) 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 天平臺、儀器臺不宜離墻太近,離墻 400mm 為宜。為了在工作發生危險時易于疏散,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-2.7 米(不包括吊頂);實驗室走廊凈寬宜為 2.5 米-3.0 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。根據實驗室內 容、用途和規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。

(1)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的研究空間或 電腦臺,藥品柜、器皿柜、落地安臵的儀器設備、急救器等。 儀器分析實驗室,主要設臵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。

(2)精密儀器室 精密儀器室要求具有防火、防震、防電磁干擾、防噪音、防潮、防腐蝕、防塵、防有害氣體侵入的 功能,室溫盡可能保持恒定。為保持一般儀器良好的使用性能,溫度應在 15~30,有條件的最好控制在 18~25。濕度在 60%-70%,需要恒溫的儀器室可裝雙層門窗及空調裝臵。 儀器室可用水磨石地或防靜電地板,不推薦使用地毯,因地毯易積聚灰塵,還會產生靜電、大型精 密儀器室的供電電壓應穩定, 一般允許電壓波動范圍為±10%。 必要時要配備附屬設備 (如穩壓電源等) 。 為保證供電不間斷,可采用雙電源供電。應設計有專用地線,接地極電阻小于 4Ω。 氣相色譜室及原子吸收分析室因要用到高壓鋼瓶,最好設在就近室為能建鋼瓶室(方向朝北)的位 臵。放儀器用的實驗臺與墻距離 500mm,以便于操作與維修,室內有有良好的通風,原子吸收儀器上方設 局部排氣罩。 微型計算機和微機控制的精密儀器對供電電壓和頻率有一定要求。為防止電壓瞬變、瞬時停電、電 壓不足等影響儀器動作,可根據需要選用不間斷電源(UPS)。 在設計專用的儀器分析室的同時,就近配套設計相應的化學處理室,這在保護儀器和加強管理上是 非常必要的。

(3)潔凈實驗室主要是通過人為的手段,應用潔凈技術實現控制室內空氣中塵埃、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境參數。空氣潔凈度是指潔凈空氣環境中空氣含 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 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;二級隔離通過實驗室的建筑、空調凈化和電氣控制系統來實現。但由于凈化空調需要風量小為了安 全起見,風量都按大的估算,一般都要超過規范規定,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,現在專門有凈化空調機組,可以直接利用。二級~四級生物安全實驗室應實施兩級隔離。 一般實驗室裝備有:超凈工作臺、生物安全柜、邊臺或不銹鋼操作臺、洗滌臺等。 以 PRC 實驗室為例(PCR 即聚合酶鏈式反應),是分子生物學研究和實驗的常規方法,也是生物學、醫學 臨床等領域廣泛應用的實驗技術。其特點是能將微量的 DNA 大幅增加,實驗室通常分為四個區域,即: 試劑儲存和準備區、標本制備區、擴增反應混合物配制和擴增區、擴增產物分析區(如使用全自動分析 儀,區域可適當合并)。進入各個區域必須嚴格按照單一方向進行,不同的工作區域使用不同的工作服 (例如不同的顏色)。工作人員離開時,不得將工作服帶出。 試劑儲存和準備室(標本制備區),儀器主要配臵有:冷凍離心機、生物安全柜、冰箱、可移動紫外燈、 全自動力核酸蛋白純化儀、專用工作服和工作鞋等。擴增反應混合物配制和擴增區配臵有:冰箱、高速 離心機、超凈工作臺、PCR 儀(要求負壓狀態)、可移動紫外燈、微量加樣器、核酸擴增儀等。

(4擴增產物分析區主要配臵有:移液器、振蕩器、超凈工作臺、毛細管電泳儀、冰箱、離心機、微量加樣器、可移 動紫外燈等。PCR 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,主要考慮空調散熱、電源電壓等問題。 配臵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。

(5輔助實驗室:主要有天平室、高溫室、純水室、氣瓶室、貯藏室、溶液配制室、暗室等。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。天平室內不得設臵洗滌臺或任何管道穿過窒內,以免管道滲漏影響天平的維護和使用。高 溫室,高溫爐和恒溫箱是常備設備,一般放臵在高溫工作臺上,但特大型的恒溫箱須落地安臵為宜,高 溫爐秘恒溫箱須分開放臵。純水室,主要是設計的實驗裝備有;邊臺和洗滌臺。現代實驗室多使用去離 子水、水量大且能保證水質。地面需設地漏。氣瓶室,實驗室用氣除不燃氣體(氮氣、二氧化碳)、惰 性氣體(氬氣、氦氣等)外,其他氣體具有高壓、劇毒、氧化分解、爆炸等危險性氣體,例如易燃氣體 氫氣、一氧化碳;劇毒氣體為氟氣、氯氣;助燃氣體為氧氣等,這些氣體不得進行實驗室。可以通過管 子接到各實驗室內。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,一般應配臵:通風柜、實驗臺、試 劑柜。 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。

4、實驗室工作人員總人數;

5、儀器設備布局;

6、工作程序、流程專業設計;

二、 單臺結構功能設計系統 不同專業采用不同實驗室專用基礎配套裝備,系列產品共分五大部分: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、輸出系統部分; A、實驗臺部分

1、實驗臺的分類:

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);

按結構劃款式分為:鋼木結構(由鋼制支撐架、箱體、臺面、試劑架、連接件、輔件組成);鋁木結 構:(由鋁制支撐架、箱體、臺面、試劑架、連接件、輔件組成);全鋼(箱體、鋼支架、臺面、試劑 架、連接件、輔件組成)。

按用途可分為:中央實驗臺、邊臺實驗臺、洗滌實驗臺、試劑架,實驗柜、實驗凳。

2、實驗柜的分類: 按材質可分為:鋁木實驗柜、全鋼制實驗柜。

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。

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;如實芯理化板。 物理實驗臺面:防靜電、耐溫、抗滑、穩定強;耐 28%的硫酸,表面材質為防火板。 生物實驗臺面:防水、防止細菌密度強;表面材質為不銹鋼板。

按照臺面材質可分為理化板、環氧樹脂板、大理石板和陶瓷板。 理化板(威盛亞)不能直接接觸光焰,對 65%硝酸、鉻酸、氫氟酸有輕微疵點,對 98%硫酸有疵點; 環氧樹脂是高分子材料,耐高溫(380),具有優良的抗化學腐蝕性能,可修復及復原; 大理石一般用于高溫臺、天平臺等,耐高溫,但運輸過程中較容易損壞; 陶瓷價格比較昂貴,在國內用得比較少。其耐高溫和抗腐蝕性能極其優秀。 B、儀器臺部分 承重性、穩定性、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。 實驗柜部分是前兩部分服務、儲存,重要功能部分涉及安全、環保問題;有鋁木和全鋼之分;試劑、 藥品、揮發性藥品、劇毒品、氣瓶等儲存功能基本分以下幾種:

1、一般性能藥品柜;

2、揮發性藥品儲存柜;

3、氣瓶柜;

4、文件柜(資料柜);

5、更衣柜;

6、標本柜;

7、器皿柜;

C、儀器設備部分:

1、通風柜;

2、生物安全柜;

3、超凈工作臺;

4、劇毒品安全儲存柜;

5、解剖臺;

6、取材臺;

三、供排水設計系統 供排水設計系統主要是為前期實驗室建筑設計服務。必須在裝修開始前完成實驗臺柜方案的確定, 并出具供排水定位圖。

四、電控系統 實驗室供電系統也是實驗室最基本的條件之一。電源插座有:10A、16A。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臵和操作位臵。線盒采用鋼線槽(主要用于試劑架、邊臺和 中央臺臺面上。電線線徑應充分考慮實驗的當前需要和擴容。必須在裝修開始前完成實驗臺柜方案的確 定,并出具電位圖。

五、特殊氣體配送系統 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。除不燃氣體、惰性氣體外其它氣體不得 進入實驗室。可以通過輸氣管接到各實驗室內。一般氣相室配臵氦氣(He)、氮氣(N2)。氣質聯用室配臵了氮氣、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 現場情況進行調整,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 同裝一柜。

六、有害氣體輸出系統 實驗室內往往存在許多不利于人體健康的化學物質污染源,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的要求漸高,實驗室的最新觀念就 是將整個實驗室當作是一臺排煙柜,如何有效的控制各種進排氣,達到既安全又經濟的效果是至關重要 的。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。



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