實驗室規劃設計方案

規　劃　設　計　方　案

　 　 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.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。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。
     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。

各類儀器分析實驗室要求表

      以上實驗室，根據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。
      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。潔凈室的組及其相互關系如圖所示：

       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），儀器主要配置有：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置有：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。擴增產物分析區主要配置有：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實驗室設計方案如下圖所示：

      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。
     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。天平室內不得設置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。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，一般應配置：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；

      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（實驗室規劃與設計專業公司）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。因為傳統實驗室建筑設計按國家建筑標準，僅是以外型和室內結構為主，并非以實驗室功能為主，建筑設計與功能設計脫節。    
     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，當場表態決策；由甲方請乙方、丙方的項目監理嚴格監督安裝、建筑過程中標準執行情況跟蹤實驗室建設項目的順利完工；建設實驗室規劃與設計和產品招標分為兩部分；招標：A、設計為第一部分；B、產品標準為第二部分；建筑裝修、凈化、基礎裝備分三個專業進行，不可混同、總包，不同專業，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，基礎裝備部分為產品測試標準，測試與前兩項工程不同，有很大區別不可等同對待。

7.地面、墻壁通風流暢，防止死角，室內四角盡量空閑，易打理，簡潔。
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

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。
基箱的分類：
基箱按材質可分為：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（即門面板與側板連接）、鋼制美式基箱（即門面板裝嵌在基箱內）
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的產品，側板、門面板為鋼制材質，其它如層板、頂板、抽屜底板、維修板均為木制材質，具有安全防火、性價比高、玻璃器皿放置時不易破碎等優點。全木制不適于制作懸掛式基箱和洗滌臺。
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。產品主要有：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、教學臺功能柜部分：
C、功能柜部分是前兩部分服務、儲存，重要功能部分涉及安全、環保問題；有全木和鋼木之分；試劑、藥劑、揮發性藥品、輻射性藥品、劇毒品、易燃培養等儲存功能基本分十三種：

1）一般性能藥品柜；
2）揮發性藥品儲存柜；
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）揮發性藥品柜
E、有害氣體輸出部分。在后面章節將會詳細說明，這里就作不重復。
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。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,單聯水嘴(MBs-016)為急流水嘴。一般搭配PP水槽（MBc-032）。雙聯水嘴（MBs-02）為緩流水嘴，一般搭配PP水槽（MBc-029）規格為。在默認情況下我們一般給客戶配置雙聯水嘴。三聯水嘴（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）。

四、電控系統
   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、空調等的電力供應。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、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線槽配西班牙插座(主要用于邊臺和中央臺臺面上).

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行實驗室。可以通過輸氣管接到各實驗室內。一般氣相室配置氦氣（He）、氮氣（N2）。氣質聯用室配置了氮氣、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瓶裝一柜。

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，從早期CV（定風量），2-State（雙穩態式），VAV（變風量）系統，到最新的適應性控制系統——既安全，又要符合節約能源的需要。總之，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。

     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、密封和轉移污染物以及有害化學氣體，防止逃逸到實驗室內，這樣通過吸入工作區域的污染物，使其遠離操作者，來達到吸入接觸的最小化。通風柜內的氣流是通過排風機將實驗室內的空氣吸進通風柜，將通風柜內污染的氣體稀釋并通過排風系統排到戶外后，可以達到低濃度擴散；
     萬向抽氣罩是進行局部通風的首選：安裝簡單、定位靈活，通風性能良好，能有效保護實驗室工作人員的人身安全；

     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，也是整體實驗室規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；

     廢氣凈化塔主要用于將通風管路排出的有害有毒氣體進行凈化處理，以達到國家關于有害氣體排放標準的要求；

     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（一般10米以內，否則易造成抽不動）；離心風機適用于管路長的通風系統（一般10m以外，否則易造成噪音大）。風機的材質：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，是根據風量和風壓來選擇的。

風量的計算方法：根據面風速來確定排風量（面風速的一般取值為：0.3~0.5 m/s）
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（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（1.1~1.2）
經驗值：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（一般取8~12次）
       h:時間（1小時）

換氣次數參考值

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（1.1~1.2）即為風壓值。

3.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)]
其中 G:排風量（根據上述計算得出）
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 (如需由圓形管變為矩形管，設計原則是面積相等)

部分通風管線的風量計算參考值