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化工企业实验室设计方案

简要描述:

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 现代化工企业中心实验室的建设,无论是新建、扩建、或是改建项目,它不单纯是选购合理的仪器设备,还要综合考虑化工实验室的总体规划、合理布局和平面设计,以及供电、供水、供气、通风、空气净化、安全措施、环境保护等基础设施和基本条件。因此化学实验室的建设是一项复杂的系统工程,在现代化学实验室里,先进的科学仪器和优越完善的化学实验室是提升现代化科技水平,促进科研成果增长的必备条件。以人为本,人与环境己成为人们高度关注的课题。本着安全、环保、实用、耐久、美观、经济、卓越、领先,的规划设计理念。

一、化工行业实验室分类

为了便于实验工作的有效开展,尚需附设各种其他房间,使化工类实验室成为一个有机的整体。各化工类实验室的组成部分或房间的多寡是随化学实验室内容、用途与规模的不同而已,主要由化学基本实验室、特殊实验室(仪器分析实验室、电子计算机室)、研究室、辅助实验室、服务供应室等组成。

设有大量标准实验台的传统化学实验室是基本的形式,这是化学实验室的主体,又称基本化学实验室。随着科学技术的发展,先进的分析技术和现代微机化学分析仪器不断问世和创新,导致了化学实验室的面貌发生一系列变化。所以除了化学基本实验室外,还需设置多种特殊实验室。有的称之为特种辅助实验室,我们称为仪器分析实验室,其所占的比例则又随着科技和工业的发展在不断的提高。采纳各种现代分析仪器的仪器分析实验室将逐步成为化学实验室的主体之一。这里所谓辅助实际上并不是辅助性的,只是以此区别传统的基本化学实验室而已。

(一)化学基本实验室:

                    主要是进行容量分析、离子测定、氧化还原等实验,一般设计的装备有:实验台与洗涤台;通风柜及管道修检井;带试剂架的实验台及辅助工作台,需考虑设在化学实验室内的研           究空间或电脑台,药品柜、器皿柜、落地安置的仪器设备、急救器等。     

化学基本实验室,根据实验任务和要求,可有几个或数十个相同的化学实验室房间构成,这些房间的大小与形式上的选择,各类化学化学实验室有各自的要求,例        如按其实 验宗旨可分为:学校用的教学实验室、科研院所用的研究实验室、厂矿用的工业实验室,这三大类实验室的任务侧重面各不相同、供实验人员多少不同,因此        在化学实验室设计中既有共性,又有差异,需分别对待。

  1.化学实验室的形式

1)小空间形式  以标准模数为基本单元的化学实验室,适用于研究化学实验室,能为研究人员提供一个安静的工作环境,其缺点是各室研究人员之间的联系与相互了解不如大空间化学实验室方便。

2)中等空间或大空间形式,这是由于多个基本单元所组成的大房间,这种大空间对某些研究化学实验室不甚适用,因相互干扰较大。

3)带分隔的大空间形式,它是利用隔墙,甚至以通风柜或其他辅助实验家具等将一个大房间分划为小空间,所以这种形式实际上也是介于以上两种形式之间的折中形式。这种形式有利于空间的利用,增进研究人员间的相互联系,并具有管线安装方便和管理容易等优点。

4)灵活空间形式  在灵活性方面一般地可以从下列几个方面去考虑:承重分隔墙,特别是横隔墙,希望能尽量地少,如有可能可采用框架结构比较有利;楼面设计荷载应根据具体情况而定,但不宜取过低值,尽量少设固定实验台,即使是固定实验台也最好考虑设计成由标准尺度的预制构件所组成,以利于重新拆装。管道检修井宜配置充分,这样可避免将来再在楼板上开孔。灵活空间,有两种形式。

             第一种为带活动分隔墙的灵活空间。这种活动分隔墙有特殊构造,装拆方便,但沿墙管线必须明敷。同时管网系统须具有很大的灵活性,不然活动分隔墙的优越性不突出,因为通常非承重分隔墙的改变还是比较容易做到,而管线的变更则比较困难的。

             第二种为通用灵活空间。这是一个大空间,从平顶上到处可以引下电线以及服务供应软管,地面上到处可以接上、下水管道,因此带水盆的实验台与通风柜都是可移动的。

2.化学实验室的其他条件

化学实验室除对实验台、通风柜等要求外,还应根据实际使用情况,设置必要的条件。

1)冷却循环自来水及洗涤用水的龙头至少应设置1-2个,甚至更多,同时在水池上配置有纯水供给点。

2)化学实验室应有化验盆、水槽、洗涤池,含有水封,防止实验废水返味。化学实验室内应有地漏,防止跑水,浸泡化学实验室等水患。

3)化学实验室应设置单相插座若干,设置独立的配电盘、漏电空气开关,必要时要设有三相电源。

4)化学实验室配有空调系统,其风口应采用喷塑或其他处理过的金属材料制成,化学化学实验室一般不设回风口。

5)化学实验室的照明灯具不宜用金属制品,若选用金属灯具需经表面处理,以防止腐蚀。

6)各种管线应尽量避免外露,化学实验室应简洁。有条件应设置火灾烟雾报警器等。

7)安全设施包括消防灭火系统,惰性气体灭火系统,安全柜,紧急事故淋洗器、洗眼器等。

8)供气设施包括供气站、供气板、用气板及其管路系统等。

3.化学实验室的室内装饰

地面材料要根据各化学实验室的使用要求选择。无耐酸要求的房间一般可采用水磨石或不起灰的陶瓷板地面;有防潮要求的精密仪器室可考虑采用木地板;在有耐酸、耐碱、耐油等要求时,可根据其介质浓度采用过氯乙烯涂料地面、塑料地面或耐酸陶瓷板地面。墙面可根据具体设计标准选用普通墙面抹灰、油漆或瓷砖墙裙、油漆、涂料墙面等。

化学实验室的门窗要求耐腐蚀,应选用耐腐性优良的材质制造,使用铝制门窗应经氧化着色处理,或静电环氧树脂粉末喷涂、电泳涂漆等型材,既美观又耐腐蚀;也可选用塑钢窗、涂有防腐漆的钢窗或木窗。室内门宜选用木门,门最好以自由门或向外开启为宜。

(二)特殊实验室

1.仪器分析实验室,主要设置各种大型精密分析仪器,同时也包括普通小型分析仪等,一般设计的装备有:仪器台、实验台、通风柜、天平台、电脑台、气瓶柜、洗涤台、器皿柜、药品柜、急救器、万向排气罩、原子吸收罩等。以下列出各类仪器分析化学实验室的要求,以供参考。
各类仪器分析化学实验室要求表

1)实验室名称所属各室的要求

         a、气相色谱分析室    主要是对容易转化为气态而不分解的液态有机化合物及气态样品的分析。仪器设备主要有气相色谱仪,具有计算机控制系统及数据处理系统,自动化程度很高,对有机化合物具有高效的分离能力,所用载气主要有:H2N2ArHeCO2等。但对高沸点化合物,难挥发的及热不稳定的化合物、离子化合物、高聚物的分离却无能为力。要求局部排风及避免阳光直射在仪器上,避免影响电路系统正常工作的电场及磁场存在,一般设计:仪器台(应离墙以便仪器维修)、万向排气罩、电脑台(一般在仪器台旁配置)、边台、洗涤台、试剂柜等

         b 液相色谱分析室    主要体现在高效率分离,对复杂的有机化合物分离制取纯净化合物,定量分析和定性分析,仪器设备主要有:高效液相色谱仪,适宜于高沸点化合物、难挥发化合物、热不稳定化合物、离子化合物、高聚物等,弥补气相色谱仪的不足。环境和化学实验室基础装备设计要求与气相色谙室相近。

          c、质谱分析室    主要是对纯有机物的定性分析,实现对有机化合物的分子量、分子式、分子结构的测定,分析样品可以是气体、液体、固体,主要设备有质谱仪、气-质联用仪。质谱仪是利用电磁学的原理,使物质的离子按照基特征的质荷比(即质量m与电荷e之比—m/e)来进行分离并进行质谱分析的仪器,缺点是对复杂有机混合物的分离无能为力。气相色谱分离效率高,定量分析简便的特点,结合质谱仪灵敏度高,定性分析能力强的特点,两种仪器联用为气-质联用仪。可以取长补短,提高分析质量和效率。质谱仪可能有汞蒸汽逸出,要考虑局部排风。

         光谱分析室    主要是根据物质对光具有吸收、散射的物理特征及发射光的物理特性,在分析化学领域建立化学分析。主要的仪器是原子发射光谱仪、原子吸收光谱仪,分光光度计、原子荧光光谱仪、荧光分光光度计、X射线荧光仪、红外光光谱仪、电感耦合等离子体(LCP)光谱仪、拉曼光谱仪等。化学实验室应尽量远离化学化学实验室、以防止酸、碱、腐蚀性气体等对仪器的损害,远离辐射源;室内应有防尘、防震、防潮等措施。仪器台与窗、墙之间要有一定距离,便于对仪器的调试和检修。应设计局部排风。使用原子吸收罩排风较为适宜。
以上化学实验室,根据实际需要可设置样品处理室,一般有洗涤台、实验台、通风柜等设备,同化学化学实验室类似。

2。电子计算机室和研究室:电子计算机与我们的生活最为密切,主要考虑空调散热、电源电压等问题。配置的装备主要是带键盘仪器台。研究所主要是供研究人员办公的地方,对我们化学实验室装备要求较低,在此不多作讲解。

(三)研究室

实验室是供研究人员进行科学实验、从事分析检测工作的主要场所。而研究室则是供研究人员书写研究报告、论文、处理数据,阅读有关资料以及计算机上网查询信息的房间,两者对研究人员使用十分密切,因此化学实验室与研究室的平面布局合理是十分重要的。

(四)辅助实验室:

主要有天平室、高温室、纯水室、气瓶室、贮藏室、溶液配制室、暗室等。天平室,分析天平是化学化学实验室必备的常用仪器,高精度天平对环境有一定要求,主要是气流和风速的影响,

1)天平室应靠近化学实验室,以方便使用,但不宜与高温室和有较强电磁干扰的房间相邻。高精度微量天平宜设在底层。天平室内不得设置洗涤台或任何管道穿过窒内,以免管道渗漏影响天平的维护和使用。

2)高温室,高温炉和恒温箱是常备设备,一般放置在高温工作台上,但特大型的恒温箱须落地安置为宜,高温炉秘恒温箱须分开放置。

3  纯水室,主要是设计的实验装备有;边台和洗涤台。现代化学实验室多使用去离子水、水量大且能保证水质。地面需设地漏。

4 气瓶室,化学实验室用气除不燃气体(氮气、二氧化碳)、惰性气体(氩气、氦气等)外,其他气体具有高压、剧毒、氧化分解、爆炸等危险性气体,例如易燃气体氢气、一氧化碳;剧毒气体为氟气、氯气;助燃气体为氧气等,这些气体不得进入化学实验室。可以通过管子接到各化学实验室内。

5  溶液配制室,用于配制各种标准溶液和不同浓度的溶液。在允许的条件下,可由两个房间组成,其一设有天平台。另一间作配制试剂和存放试剂之用,一般应配置:通风柜、实验台、试剂柜。
服务供应部分,为基本化学实验室和辅助化学实验室服务的场所,如高压锅室和水电气辅助室等。我们只需稍作了解。

二、化学实验室空间设计

一、遵循原则

化学实验室建筑的主要特点是实验内容手段众多,工艺要求繁杂,工程管网较多,工程造价比一般建筑高达一倍或数倍。根据这些特点,实验建筑平面设计除了遵循一般建筑物平面设计原则外,还需要遵循下列原则。

A.同类化学实验室组合在一起。

B.工程管网较多的化学实验室组合在一起。

C.有隔振要求的化学实验室组合在一起,一般宜设于底层。

D.有洁净要求的化学实验室组合在一起。

E.有防辐射要求的化学实验室组合在一起。

F.有毒性物质产生的化学实验室组合在一起。

遵循上述设计原则,有利于环境卫生,防止不同性质的化学实验室相互干扰,有利于不同的分析检测顺利进行,并节约投资。

二、化学实验室空间尺度

化学实验室空间尺度又称化学实验室的模数,一般是指化学实验室的开间、进深、层高、走廊的尺度。它根据研究人员的活动范围及实验设备和仪器布置要求而定。

1.开间

化学实验室的开间主要取决于实验人员活动空间以及实验设备工程管网的合理布置的必需尺度。国外对化学实验室的模数,各国均有自己的经验。如德国《教学与科研建筑》一书介绍化学实验室的模数采用三种:3.0m3.25m3.5m。再以这三个开间模数为倍数来组合化学实验室,完全能满足各类化学实验室的布置。英国《实用化学实验室设计》一书的介绍,化学实验室的模数采用3.05m10ft)的模数。日本《研究所设计》一书介绍,建议采用3。2m为模数,他们采用1.6m的单位模数,如实验台宽度、实验台长度、实验台之间的走道宽度以及管道竖井的宽度等均采用1.6m。美国农业部地区研究化学实验室采用3.0m的模数。美国艾博特化学实验室(ABBOTT LABORATORIES),采用10ft为模数,用二倍和三倍的模数来组成化学实验室用房。归纳起来,世界各国化学实验室的开间模数大致都在3.0m3.2m3.3m以及3.5m之间。

我国化学实验室的开间一般采用3.0m3。3m3。6m三种开间模数,其理由如下。

能满足实验工作的正常需要。化学、物理、生物化学实验室的中央实验台和侧式边实验台宽度约为1.21.8m,设有工程管网的该类实验台宽度不小于1.4m,靠墙侧式边实验台的宽度约为0。60。9m,设有工程管网的靠墙侧式边实验台宽度不小于0.75m,两个实验台之间的距离为1.21.8m。这样的开间均能满足上述的需要。

开间模数与工业化生产紧密结合起来,考虑结构配件的互换性,有利于预制品构件的大量生产,与多层工业建筑6。0m柱距结合起来,与民用建筑中多采用3.3m的开间模数结合起来。与统一的标准窗扇采用0。3m为倍数的尺度相结合。

2.进深

化学实验室的进深主要取决于以下五个方面。

1.根据实验性质确定的每个实验人员所需要的实验台长度。

2.实验台的布置方式。相同长度的岛式实验台比半岛式实验台所需要的进深大。

3.实验台的端部是否布置研究人员的办公室。

4.通风柜的布置方式,通风柜平行窗户布置比垂直窗户布置的进深大。

5.采光通风方式。

综合上述五个方面的因素,进深一般在6.09.0m。即6.0m7。0m8.0m9.0m四种进深,基本上能满足化学化学实验室、生物化学实验室及物理化学实验室的求。

3.层高

层高是指楼板面到楼板面的高度,净高是指楼板面(或吊顶面)到楼板面的距离。化学实验室的层高主要取决于化学实验室的类型。空调系统管道,化学化学实验室的通风柜管道等所占用的空间对层高影响较大。一般化学化学实验室、生物化学实验室的层高,建议采用3.63.9m,放射化学化学实验室由于通风柜上安装了过滤器,层高就相应增高。洁净化学实验室本身的净高比一般化学实验室的净高要低,这是由于洁净化学实验室节约空调冷量以及采用人工照明等原因,一般净高为2。5m左右。电子计算机房根据平面空间的大小来决定,一般为2.43.0m之间。底层由于需设大型的仪器设备,故层高比楼层略高,具体高度应视其设备安装使用要求的尺寸、管道走向及吊顶布置等具体情况而定。

4.走廊宽度

化学实验室的走廊宽度主要取决于三个方面:交通量的大小、走廊的长度、门窗的开启方式。化学实验室的走廊一般分为下列五种:单面走廊、中间走廊(中间双走廊)、检修走廊、安全走廊与参观走廊、设备管道走廊。一般化学实验室的交通量较小,走廊不宜过宽,否则,走廊边会堆放杂物,反而影响环境质量。走廊宽度列于下表。医疗机构和科研、教学医学化学实验室因其工作目的的不同,配备的仪器装备区别很大;而实验人员的数量和实验内容区别更大,因此他们的区域划分理念有很大区别

走廊宽度

走廊类型

走廊净宽(m

走廊类型

走廊净宽(m

单面走廊

1。5

安全走廊与参观走廊

1.2

中间走廊(中间双走廊)

1。82.1(1.5)

设备管道走廊

2.02.8

检修走廊

1。52.0

 

 

 

综上所述,化学实验室空间尺度归纳如下表。

化学实验室空间尺度(m

 

3。0(中-中)

3.0(中-中)

3.0(中-中)

 

6。0(中-中)

6。6(中-中)

7.2(中-中)

8。4(中-中)

9。0(中-中)

 

 

3。6

3.9

4.2

 

走廊宽度

2.1(中-中)

2。4(中-中)

 

三、化学实验室家具布置

一、基本化学实验室的室内布置

当实验人员的分组或编制形式以及所采用的空间形式确定之后,可从每人所占用的实验台长度得出每间需设置的实验台的长度,然后综合所选用的建筑模数,需要配置的通风柜数量以及其他设备得出基本化学实验室房间的尺度。

基本化学实验室内的设备有:实验台与水盆(或洗涤池);通风柜与管道检修井;带试剂架的工作台或辅助工作台;需考虑设在化学实验室内的研究空间或记录书写台;仪器台、天平台、落地药品柜、毒品柜、玻璃器皿柜、安全柜,紧急事故淋洗器、洗眼器等以及落地安置的仪器设备。

1.实验台的布置方式

在自然采光的化学实验室里,实验台不宜平行于采光窗的外墙,因为当实验人员面向窗子时有眩光,而背朝窗时,实验人员的身体在实验台上产生阴影,因而是不可取的。

垂直于外墙的实验台宜与建筑标准数民族尺寸一致,这样可与平顶大梁的间隔相协调,有利于室内照明灯具的布置。

1)岛式中央实验台

   实验人员可以在四周自由行动,在使用中确是比较理想的一种布置形式。其缺点是交通面积较半岛式中央实验台大,实验台上的配管如何引入等问题。目前解决的办法大致有下列五种方法。

1、楼面设地沟与盖板,使管道井内的或靠墙的竖向管线经过地沟引入实验台。但活动盖板做得再好总是难免有缝隙存在,地面上的化学药液易于渗入,会使沟内积液,甚至腐蚀管线。如果在地面上再做上一层密闭的塑料地面也是可以防止的。但当配管需要修理或更换时,则需切除部分塑料地面。如果补缝不严密,酸碱等液体渗入地沟就不容易发现。

2、将管线直接埋设在楼面面层内,虽然没有上述弊病,但当管线需要更换时就要凿开地面,会影响其他化学实验室房间的正常工作,同时从灵活性方面来看也是欠妥的。

3、实验台管线穿过楼板,沿下层平顶进入管道井,当管道渗漏或需检修时必然严重影响下层化学实验室的使用,因而下层化学实验室不宜设置高精密仪器。因此,由于管道较高,检修时也不甚方便。

4、化学实验室上下层之间设技术夹层,是一个较理想的方法,但建筑造价必然增加。

5、管线沿平顶在实验台的上方直接悬下,这种做法在技术上容易解决,但有碍室内的整洁美观,如果在实验台边正好有立柱,就可沿柱设立管,是一个比较好的方法。

2)半岛式中央实验台

  半岛式中央实验台有两种,一种是靠外墙设置,另一种是靠内墙设置。半岛式实验台的配管可直接从管道检修井或从靠墙主管直接引入,可避免了岛式的不利因素,又省去一些走道面积。靠外墙设置配管右通过水平管接到靠外墙立管或管道井内,水平管可沿窗台上敷设而无需贯穿楼板,沿外墙有工作台能将实验台间的直道应全部通向走廊。

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