物理化學實(shí)驗(yàn)室是一種應用非常廣泛的實驗室。它(tā)也是最基本的實驗室。我們的實(shí)驗室建(jiàn)設大多是從(cóng)物理化學實驗(yàn)室開始的(de)。相對而言,物理化學實(shí)驗(yàn)室的建設也是最簡單的(de)。理化實驗室的設計可參照《理化實驗(yàn)工程技術規(guī)範》。
一、理化(huà)實(shí)驗室功(gōng)能分區
理(lǐ)化實(shí)驗室的功能進行分(fèn)區研究主(zhǔ)要可以(yǐ)分為三大類:實驗教學用房(fáng)、輔助設計實驗用房(fáng)和輔助用房和設施用(yòng)房(fáng);
實驗室是指進行(háng)特定(dìng)功(gōng)能(néng)實驗的房(fáng)間,通常包(bāo)括如預處(chù)理(lǐ)室、各類分析(xī)儀器室、暗房、各(gè)類物(wù)理性能測試(如力學、電學、熱學(xué)等) ,這些都(dōu)是實驗(yàn)室;
輔助實驗室是指不(bú)用於完成特定實驗,但用於輔助某些(xiē)實驗(yàn)操作(zuò)或程序的(de)房間,如僅用於(yú)輔(fǔ)助稱重的平衡室,這類房間一(yī)般包括平衡室、高溫室(shì)、樣品(pǐn)室、試(shì)劑室、危險化(huà)學品室(shì)、洗滌(dí)室等。
輔助(zhù)室是(shì)指一些(xiē)配合(hé)實(shí)驗的房間(jiān),如試(shì)衣間、數據處理室、會議(yì)室、檔(dàng)案(àn)室、樣品接(jiē)收(shōu)室等(děng)。這些房間不參(cān)與(yǔ)實驗操作,但也是完成實驗功能(néng)的必備房間;
設施(shī)設備用房指的是企業達到一個實(shí)驗教學環境、實驗發(fā)展(zhǎn)需求等(děng)配套(tào)的設施進(jìn)行(háng)放置的(de)房間,比如中國(guó)空(kōng)調機(jī)房、強電間、弱(ruò)電間、氣瓶間、純水間(jiān)、廢液收(shōu)集間等等。
所有的理化實驗室都(dōu)是由這四種類型的房間組成,其設計也是如(rú)何合理地安排這(zhè)四(sì)種類型的房間,以保證使用的方便、安全(quán)、合理,是一個很好的(de)設計。
二.理化實驗室各功能(néng)室介紹
前處理室專(zhuān)門為(wéi)色(sè)譜、光譜(pǔ)進行分(fèn)析可以(yǐ)設置,樣品在用一個大型(xíng)設備儀(yí)器測定前,需(xū)進行前(qián)處理(lǐ);
化(huà)學分析(xī)室通常進行樣品的(de)化學處理和常規理化項目的測(cè)定,側(cè)重於容量(liàng)分析,放置一些小型儀器(qì)設備;
在光譜分析室內,主要放置了基於(yú)光的(de)吸收、散射(shè)和(hé)發射(shè)原理(lǐ)的大型儀器
色譜分析室(shì)負責揮發性有機物(wù)的分析(xī)檢測;
氣體進行(háng)分析(xī)是一種通過測定(dìng)金屬材料及其合金中以(yǐ)化合(hé)物或遊(yóu)離(lí)態狀態管(guǎn)理存在的氣體含量的方法;
平衡(héng)室是一個單獨的房間,用於放置稱重設(shè)備(bèi),用於稱量化學試(shì)劑和樣品(pǐn);
操作溫度高的設備,如烤箱(xiāng)和馬弗(fú)爐,放在高(gāo)溫室(shì)中。
樣品進(jìn)行接(jiē)收與暫(zàn)存室是為暫存大批(pī)量(liàng)生產樣品可以設置的房間;
化學實驗試劑室以(yǐ)用(yòng)於(yú)進行(háng)存放常(cháng)用化學試劑及標準以及物質;
取樣設備存放在便攜式儀器室內
鋼瓶(píng)間用(yòng)於放置實驗室(shì)使用(yòng)的鋼瓶,為(wéi)大(dà)型儀器提供所需(xū)氣體。
其(qí)他(tā)企業辦公、存放數據資料等房間為配套實驗室進行建設。
理化實驗室工藝(yì)設(shè)計要求
1、工藝(yì)建築布局要求
理化實(shí)驗室通常(cháng)采(cǎi)用中(zhōng)間走廊的形式,即上下布置房(fáng)間的中間走(zǒu)廊。這種條形(xíng)建築用(yòng)途廣泛,使用(yòng)方(fāng)便。在(zài)這種(zhǒng)模式下,辦公區一(yī)般放在一側(cè),實驗區放在另(lìng)一側,實(shí)現辦公與(yǔ)實驗的分(fèn)離。實驗區內,部分房(fáng)間(jiān)如精密儀器室、天(tiān)平室(shì)、試劑室、氣瓶室等布置(zhì)在北(běi)側,部分對溫(wēn)度要求較低的實驗室布置在南側。
另一種是采(cǎi)用邊廊是的發展格(gé)局,就走廊(láng)在一側,另一側是房間,這種結(jié)構(gòu)布局都中廊式的要求我(wǒ)們差不多,隻(zhī)是一(yī)個房間(jiān)的(de)利用率上比(bǐ)中廊(láng)要(yào)差一點。
如果建築較(jiào)寬(kuān),需要設置雙走廊,最(zuì)好(hǎo)在北麵設置儀器室,中間設置輔助實(shí)驗(yàn)室,南麵設置前(qián)處理實驗室,中間沒有陽光。
以上兩(liǎng)種(zhǒng)形式的使(shǐ)用(yòng)頻率較高。他們(men)有自(zì)己的優勢,但劣勢(shì)也(yě)是顯而易見的。如果建築物很長,從(cóng)辦公(gōng)區到實驗區(qū)的距離太(tài)長(zhǎng),不利於數據的操作,實驗人員需要從實驗室(shì)到辦公室來回走動,在路上(shàng)浪費大量時間,效率相對較低,
以上形式基本(běn)包括幾(jǐ)種常見的布局形(xíng)式,使用(yòng)哪一(yī)種是根據建(jiàn)築的形(xíng)式和實驗(yàn)的使(shǐ)用要求來確定的,需(xū)要在設計中(zhōng)靈活考慮(lǜ)。
2、工藝區域布局要(yào)求
實驗(yàn)室進行整體發(fā)展布局宜遵循(xún)組(zǔ)合(hé)布局設計原則、底層布局(jú)基本原則、頂層布 局原(yuán)則、北側布局原則。
組合進(jìn)行布局設(shè)計原則,即:同類實驗室組合在作為一個重要區(qū)域;工程管 網較多的實驗室組合在(zài)我(wǒ)們一(yī)個(gè)中(zhōng)國區域;有潔淨技術要求(qiú)的實驗室組合在一個民族區域;有防(fáng)輻射要求(qiú)的(de)實驗(yàn)室(shì)組合在一個國(guó)家區域;有(yǒu)毒性物(wù)質文化產生的實(shí) 驗室組合在一個發展區域(yù);有相同層高要求的實驗室組合在一個經濟區域;有(yǒu)防振動控製要求的實驗室組合在一個不(bú)同區域。
底部布置原則(zé)為(wéi): 底部設置大型或重型設備; 振動較大,設備安裝在底部; 噪音設備安裝在底(dǐ)部; 對振(zhèn)動設備(bèi)非常(cháng)敏感(gǎn),設(shè)置在底部; 重型(xíng)或大型試樣設備安(ān)裝在底(dǐ)部; 設置基礎或(huò)防振基礎(chǔ)的(de)設備安(ān)裝在底部(bù); 設置特殊防護設施(shī)的設備安(ān)裝在(zài)底部; 較大的試樣(yàng)尺寸安裝在底層或下層; 下層(céng)有淨高(gāo)要求或配(pèi)套設(shè)備特(tè)殊布置; 較高(gāo)的耗水量(liàng)安裝在底層。
頂(dǐng)層(céng)布置原則,即有害氣體布置(zhì)在頂層或高樓層,盡量布置(zhì)在順風方向;產(chǎn)塵物質(zhì)應(yīng)布置(zhì)在(zài)頂層或頂層,並盡可能布(bù)置在順風方向(xiàng);強製排風要求布置在頂層或高樓層,並盡可(kě)能在(zài)順風位(wèi)置;易燃易爆物品應盡可能布(bù)置在頂層或高樓層以及(jí)順風位置(zhì);布置在有特(tè)殊朝向要求的頂層或(huò)高樓(lóu)層;容(róng)易布置(zhì)在有外(wài)部幹擾的(de)頂層(céng)或高樓層(céng);預留的研究(jiū)實驗室(shì)安排(pái)在頂(dǐng)層或高層。
北側空間布局設計原(yuán)則,即:有溫濕度控製要(yào)求的布置在背陰方向, 且盡量安 排在社(shè)會底(dǐ)層(céng)或低層(céng);需避免學生陽光可以直射的布(bù)置在背(bèi)陰方向,且盡(jìn)量安排在 底層或(huò)低層(céng);器皿、標物、氣體、化學反(fǎn)應試劑、精密科學儀器、工(gōng)裝進(jìn)行備(bèi)件(jiàn)管理儲存功能用房以及布置在背陰方向, 且(qiě)盡(jìn)量(liàng)安排(pái)在一個底層或低層;供配電及空調機 房、環境分(fèn)析實驗等連續係統運行基礎(chǔ)設施網絡設備(bèi), 布置在背陰方向, 且盡(jìn)量安排在(zài) 底層或低層(céng)。
以上基本上清楚(chǔ)了每個房間的布局要求,如儀(yí)器室(shì),盡可能在北(běi)麵,了解每個房間的環境要求,我們可以靈活的布局(jú),通(tōng)常如果(guǒ)我們遇到一個整個建築的規劃,首先考慮樓層布局,它去頂(dǐng)層,在中(zhōng)間,在底層,通(tōng)常更(gèng)多的通風,更多的汙染將被(bèi)放置在頂層,其餘的是放(fàng)置(zhì)在下麵。
對於隻有一層的實驗(yàn)室來(lái)說,就簡(jiǎn)單多了。根據上麵提到的布局要(yào)求,可(kě)以很(hěn)好地安排(pái)。
3、工藝房間布局要求
(1)前處理室宜分為無(wú)機前處理室和有(yǒu)機前處理室兩個學生獨立房間(jiān)。因為這些(xiē)無機前處(chù)理(lǐ)室用於以酸、堿、鹽等無機化學試(shì)劑信息處(chù)理技(jì)術為(wéi)主,一(yī)般企業主要問題(tí)進行控製加熱、消煮、蒸(zhēng)餾、滴定(dìng)等操作。由於我(wǒ)們(men)經常可以使用電爐等明 火,所以房間(jiān)內不可持續進行分析有機試劑操作,以免(miǎn)引(yǐn)起火災發生事故。有機前(qián)處理室用(yòng)於以甲醇、乙醚、丙(bǐng)酮等有機試劑處理方式為主,一般情況進(jìn)行研(yán)究(jiū)萃取、 濃縮、淨化、旋轉蒸發等(děng)操作。由於我(wǒ)國(guó)主要包括使用易燃易爆有機試劑,所(suǒ)以對於房間內應避(bì)免(miǎn)資(zī)金使(shǐ)用電爐、烘箱等明火加熱係(xì)統設備。
(二)在平衡室的設計中,盡可能布置一個腔室,以有效防止外(wài)界對平衡室的衝擊,該腔室還可用於放置(zhì)標(biāo)準(zhǔn)等,提供(gòng)空間利用。
(3)洗滌室和純水製(zhì)備室應分(fèn)開設置。由於該(gāi)實驗室為濕(shī)式實驗室,主要設計有邊桌和洗漱台。因(yīn)為長期潮濕,最好獨立設置,這(zhè)樣(yàng)不會(huì)影響其他實驗室家(jiā)具。
(4)氣(qì)瓶(píng)間宜(yí)為(wéi)獨(dú)立進(jìn)行房間,可(kě)燃混合氣體與不可燃氣(qì)體可以(yǐ)分開,獨立機構設置。
(五(wǔ))樣品登記室設在大廳入口處,接收人員和派送人員通過(guò)工(gōng)作台相(xiàng)互隔離。
(六(liù))實(shí)驗區應在合理範(fàn)圍內設置公共區域供專家休息和交流。這是實驗室人(rén)性(xìng)化的體(tǐ)現(xiàn),畢(bì)竟實驗是人類的活動,這樣人們可以更好地放鬆和激發靈感(gǎn),這是實驗室設計必須要(yào)做的。
四、理化(huà)實驗室裝修(xiū)設計
理化實驗室對裝(zhuāng)飾設(shè)計(jì)主要問題還是需要考慮企業使(shǐ)用的便捷性,選材這塊考慮的更多發展(zhǎn)還是材料的(de)耐(nài)腐蝕性,特別(bié)是強酸堿性的實驗(yàn)研究區域(yù)。
1、牆體
較常(cháng)見的(de)還是用乳膠漆較多、價格較便宜(yí),修補也比(bǐ)較簡單,如何(hé)預算不夠,還(hái)可(kě)以貼在牆麵防腐(fǔ)蝕的板材上,如無機(jī)種(zhǒng)板材。
一些用水較(jiào)多的潮濕實驗室可以(yǐ)考慮貼瓷磚(zhuān),如果預算不夠(gòu),水池可(kě)以使用防水乳膠漆。
對環境有特殊教育要求的(de),比如放射(shè)性、潔淨類等(děng),根(gēn)據社會(huì)環(huán)境設計要求進行(háng)選材不同的牆麵(miàn)材料。
2、吊頂
吊頂有(yǒu)兩種,無吊頂和吊頂。在一些大空間裏通常不用吊(diào)頂。
如果安裝吊頂,最(zuì)好設置金屬板式吊頂,不要灰(huī)塵,如果酸(suān)腐蝕比較大,可(kě)以考(kǎo)慮使用防腐蝕板。
3、地麵(miàn)
因為地麵暴露在容易(yì)的化學物質中,地麵必須耐腐蝕(shí)且易於清潔。地毯等(děng)絕對不允許使(shǐ)用。瓷磚(zhuān)和聚氯乙烯是常用的。大空間工廠(chǎng)也(yě)用環氧(yǎng)自流平,但是耐磨(mó)性(xìng)不是很好(hǎo)。
裝飾設計需要與實(shí)驗平台的(de)布局相結合(hé)。如何(hé)設(shè)計(jì)一個功能性、特(tè)色性強(qiáng)的實驗室是實驗室(shì)建設的關鍵(jiàn)。
五、理化分析實驗室暖通設計
理化實(shí)驗室的暖通(tōng)空調主要體現在通風方麵(miàn)。理化實驗室會產生大量廢氣,汙(wū)染(rǎn)實驗室環境。如何排出(chū)廢氣,創造良好的實驗環境,是暖通空(kōng)調設計的重(chóng)點。
暖通(tōng)設計研究(jiū)主要包含(hán)了通風以及新風(fēng),具體的設計教學方案我們(men)可以通(tōng)過參考(kǎo)通風的文章,裏麵詳(xiáng)細介紹(shào)了(le)通風管理係(xì)統學習(xí)如何去設計。
通風係(xì)統管道的材質(zhì)我(wǒ)們需要一個具有耐腐(fǔ)蝕(shí)性,比(bǐ)較分析常(cháng)用的有玻璃鋼風管、PP風管、PVC風管以(yǐ)及(jí)中國不鏽(xiù)鋼風(fēng)管(guǎn),每種材質耐腐蝕性會有所了解不同,需要學生根據企業具體的(de)實驗(yàn)廢氣物(wù)成分來(lái)選擇。
理化(huà)實驗室電(diàn)氣設計
電氣設計需要考慮(lǜ)設(shè)備的功耗,尤(yóu)其是(shì)大型儀器的功耗,比如ICP-MS,功耗大,由多(duō)個耗電(diàn)設備組成,需要預留多個電(diàn)路和多個插座。
重要(yào)的儀器公(gōng)司(sī)需要進行配(pèi)置UPS,至少都需(xū)要通過配置(zhì)一(yī)個穩壓係(xì)統電源,比(bǐ)如氣相、液相(xiàng)、質譜等,基本分析儀器的場地(dì)設計說(shuō)明書裏麵都說明要(yào)配(pèi)置以及穩壓電源,最好留UPS,所以UPS是理化實驗室研究比較我們常用的設備,在做一些(xiē)平麵(miàn)設計時,需要預留好機房(fáng)。
備用接地,許多儀表需要接地,特別是精密儀表甚至需要獨立(lì)接地,還有接地電阻的要(yào)求(qiú),一般不(bú)超過4歐姆(mǔ),有些不超過1歐姆,這件最好在民用建築(zhù)時保留,避免以後再做,這會造成很(hěn)多返工。
這些(xiē)基(jī)本都是(shì)理化實驗室電學的主要重(chóng)點。考慮(lǜ)到這些問題(tí),電氣設備幾乎是一樣的。
七、理化分析實(shí)驗室給排水係統設計
給排水設計主要集中在排水管的(de)選材上,因為實驗室的廢液需(xū)要集中(zhōng)收集(jí),排(pái)出的廢水全(quán)部是(shì)低(dī)濃度(dù)的洗滌廢水。因此,UPVC總體上可以(yǐ)滿(mǎn)足要求(qiú)。如果(guǒ)濃度比較高,有特殊溶劑,就要考(kǎo)慮HDPE管。當然,PVDF管的耐(nài)腐(fǔ)蝕性最高,但成本(běn)太高(gāo),很(hěn)少使用。
理化實驗室安全(quán)設計
安(ān)全設計(jì)包括安全標(biāo)誌、安全設施等。所有危(wēi)險(xiǎn)的地方都需要設(shè)置安全標誌。在(zài)化學試劑較(jiào)多的地方,需要(yào)設置洗(xǐ)眼器和(hé)緊急淋(lín)浴。一般情況(kuàng)下,應急噴(pēn)淋的輻射半徑在15米以內