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分析实验室建设的总体规划与基本要求 实验室的建设,不论是新建、扩建或改建项目,它不单纯是选购合理的仪器设备,还要综合考虑实验室的总体规划,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,因此实验室的建设是一次复杂的系统工程。在现代化的实验室里,先进的科学仪器和优越完善的实验室是提升现代科技水平,促进科研成果增长的必备条件。“以人为本”、“人与环境”已成为人们高度关注的课题。安全、效率、舒适是理想实验环境的三大要素,也是实验室建设的宗旨。 1.1.2实验室建筑设计的准备工作 1.2 实验室建筑设计的基本要求 (5)窗要求:实验室的窗有各种要求。 1.2.3 结构要求:活荷载是作用在结构上的可变荷载,各楼面活荷载、屋面活荷载、屋面积灰荷载、雪荷载及风荷载等。 1.2.7电气: 1.3实验室建筑的组成及总体布局 给水系统 实验室的给水任务,主要从室外给水管网引入进水管道,在保证按所需要的压力、水质、水量将水输送到实验用水设备、辅助用水设备、各种配水龙头和消防设备等,以满足实验过程用水,日常生活和消防用水的需要。实验室内部供水系统尽量利用室外给水管网的压力直接供水。给水系统可分为直接供水方式、设有高位水箱的给水方式、设有加压泵和水箱的给水方式。在高层实验室内,当室外管网压力不能满足要求时,低层部分应充分利用室外管网中的直接供水,上层部分可设置局部加压设备。当室外管网压力经常或周期性不足时,就应考虑设置屋顶水箱和水泵。 实验室用水设备布置有其工艺特点,即用水点多且分散,多数用水点用水量不太大,有的引入管从建筑物中部引入室内,这样水压使用较为平衡些。有的实验室内由于管道种类较多,工艺和建筑有特殊要求的;有的实验室内,底层走廊设有管沟的;在这种条件下,给水引入管也有从建筑物一端或二端进入室内。实验室管道通常为明装设置,并应尽量沿墙、梁柱、墙角、走廊、天棚下敷设。采用明装敷设对施工安装和维修管道都较为方便,造价也比较低,缺点是影响室内美观和卫生条件,如管道表面积灰和结露。在工艺和建筑工种有特殊要求时,管道可采用暗装,此时管道应尽可能暗设在地下室、管沟、天棚内,或公共管廊内。给水管、支管可敷设在管槽和竖井内,管道竖井可做在走廊一侧,也可做在走廊二侧。暗设在管槽、竖井和天棚内的管道,在装有控制阀门处应留有检修门或检修孔。管道暗设能使室内美观整洁,但造价较高,施工安装和运行维护都较困难。已建成使用的实验室如无特殊要求的,一般都采用明装。另外,室内除生产和生活用水外,还应根据消防要求设置消防给水系统。室内消火栓应布置在经常有人出入和较明显的地方,如门厅、楼梯外、走廊等,消火栓和消防管道一般都采用明装。在消火栓较多的消防管道上应用阀门分成若干段,当局部管道发生故障需维修时,用阀门切断,其他管道段上的消火栓仍处于备用状态。 实验室污水的排放与初步净化 实验室污水按污水性质、成分及污染的程度可设置不同的排水系统,被化学杂质污染,对人体有害有毒物质的污水应设置独立的排水管道,这些污水经局部处理或回收利用才能排入室外排水管网。 实验室内由于化验盆、洗涤盆等卫生器具和其他用水设备数量较多且分散,所以相应的室内排水支管、干管也较多。因此室内管道布置时,要求管道能相对集中,排放整齐,使施工安装和操作维修方便;管道转弯较少,以减少管内阻塞的可能性;主干管要尽量靠近设备排水量最大、杂质较多的排水点设置;介质在管道内工作要有良好的水力条件等。 管道敷设一般是尽量能沿墙、柱、墙角、柱角、天棚、走廊等设置;管道应尽量避免穿越放置有精密仪器、仪表、电气设备等的房间或卫生要求较高的房间。 在化学实验室、纯水室等应设置地漏,以防止水管爆裂,水龙头跑水等能够及时排水,防止实验室浸泡,危及仪器设备安全。 实验室的排水管材一般为铸铁管。室内酸性排水管道地上部分采用硬聚氯乙烯塑料管,埋地部分宜用耐酸陶瓷管较好。 实验室的废水是在试验操作过程,各种器皿、仪表、工具、衣服的洗涤及设备有冷却等而产生的,这些废水应按其性质、成分等采取不同的处理方式。有的废水可以回收利用其中有用的物质、有的可以直接排至外部排水管网,有的可以直接至外部排水管网,有的则采用适当有方法处理,然后再排至外部管网。例如:一般设备冷却经使用后仅水温有所升高,这类废水不经处理就可排入水体或外部排水管网,有的经简单处理还可重复使用,有的废水含有毒有害物质、放射性物质则需经适当处理或回收利用其有用物质后,使之符合国家规定的排放标准,才可排入水体或外部排放管网。 废水的处理方法,一般有物理法、化学法、生物法。物理法主要利用物理作用以分离废水中的悬浮物,化学法主要利用化学反应来处理废水中的溶解物质或胶体物质。生物法的作用是去除废水中的胶体和溶解中的有机物质。上述三种基本处理方法各有其特点和适用条件。在废水排入地面水体中要按排放要求来确定处理程度,同时应结合水体的自净能力,通常根据有害物质和溶解氧的指标来确定水体的容许负荷,即排入水体的容许浓度。 酸性废水处理方法,利用碱性废水进行中和,使混合废水PH值接近中性;在酸性废水中投加中和性剂;酸性废水通过碱性滤层过滤中和;离子交换法,电解法。 碱性废水处理方法,利用酸性废水进行中和,在碱性物质中投放酸性中和剂;向碱性废水中鼓入烟道废汽(酸性气体CO2及SO2);利用水体中二氧化碳中和碱性废水。 处理酸碱废水的流程,酸性废水处理流程见下图 实验室用电与照明 1 每一实验室内都要有三相交流电源和单相交流电源,要设置总电源控制开关,当实验室无人时,应能切断室内电源。 2 室内固定装置的用电设备,例如烘箱、恒温箱、冰箱等,如果是在实验进行中使用这些设备,而在实验结时就停止使用的,可连续在该实验室的总电源上;若实验停止后仍须运转的,则应有专用供电电源,不至于因切断实验室的总电源而影响其工作。 3 每一实验台上都要设置一定数量的电源插座,至少要有一个三相插座,单相插座则可以设2—4个。这些插座应有开关控制和保险设备,以防万一发生短路时不致影响整个室内的正常供电。插座可设置在实验桌上或桌子边上,但应远离水盆和煤气、氢气等喷嘴口,并不影响桌上实验仪器的放置和操作地位。有的实验室将插座安装在实验桌下面的插座内或柜子内的,这种安装位置在使用上很不方便,以不采用为好。 4 在实验室的四面墙壁上,配合室内实验桌、通风柜、烘箱等的布置,在适当地位要安装多处单相和三相插座,这些插座一般在踢角线上面,一使用方便为原则。 5 化学实验室因有腐蚀性气体,配点导线以采用铜芯线较合适。物理实验室则可以采用铝芯导线。至于敷线方式,以穿管暗敷设较为理想,暗敷设不仅可以保护导线,而且使室内整洁,不易积尘;并使检修更换方便。 一般地说,化学实验室使用的电气设备容量较小,物理实验室使用的电气设备容量较大。当实验室正式使用以后,发现共电容量不够大,因此在对实验室的供电设计中必须在供电容量方面留有余地。 有一种灵活性较大的实验室供电方式,是将输电导线穿电管穿越一悬空的管道内,其上装有插座。这种装置的优点是避免在室内地面上有许多立管,从而使室内布置非常灵活。 实验室的照明最低照度标准 实验楼内有各种用途的房间,对照度的要求也不一样。凡进行精细工作的房间就要求比进行粗糙工作的房间要有较高的照度。要求照度高,就须多装灯具或增大光源的容量,也即要增加建设投资和经常费用(主要是电费)。所以照度标准必须适应国家的经济条件和生活水平。每个国家都结合其具体条件制定了最低照明标准供照明设计之用。 最低照度标准是通过大量调查研究和实验分析而制定的。在实际的照明设计中,总是略高于最低标准,这是因为照度计算中许多因素,例如墙壁与天棚的反射,灯具在使用中的清洁工作和光源效率的降低等是估计值,下面列出了室内最低照度标准,供参考。 ![]() 实验室用气 气瓶必须存放在阴凉、干燥、严禁明火、远离热源的房间,并且要严禁明火,防暴晒。除不燃烧性气体外,一律不得进入实验楼内。使用中的气瓶要直立固定放置。气瓶要尽量放置在专门的气瓶室,有条件要将气瓶放置在具有排风和报警功能的气瓶柜内,气瓶室要注意排风,易发生反应的气体要进行隔离。 实验室通风与排风 在化学实验过程中,经常会产生各种难闻的,有腐蚀性的、有毒的或易爆的气体。这些有害气体如不及时排除室外,就要造成室内空气污染,影响实验人员的健康与安全;影响仪器设备的精度和使用寿命,因此,实验室通风是实验室设计中不可缺少的一个组成部分。为了使实验室工作人员不吸入或咽入一些有毒的、可致病的或毒性不明的化学物质和有机体,实验室中应有良好的通风。为阻止一些蒸气、气体和微粒(烟雾、煤烟、灰尘和气悬体)吸入,污染物质须用通风柜、通风罩、局部排风的方法除去。 化学实验室的通风方式有两种,即局部排风和全室通风。局部排风是在有害物质产生后立即就近排出,这种方式能以较少的风量排走大量的有害物质,能量省而效果好,是改善现有实验室条件可行和经济的方法,也可能是适应新实验室通风建设的最好方式。对于有些实验不能采用局部排风,或局部排风满足不了排风要求时,采用全室通风。 通风柜是实验室中最常用的一种局部排风设备,他的性能好坏主要取决于通过通风柜空气移动的速度。影响正面速度和空气运动的因素是涡流、柜的入口形状、热载量、机械作用、排风孔设计和阻凝物等 。此外,尚于他的防火能力、耐腐蚀性、是否便于清洗以及污染物进入排风系统前收集某些污染物的能力等性能有关。一般认为,实验室中的通风柜应能适应易燃的液体和气体,而且结构材料应具有几分钟的耐火能力,以保持通风柜的完整和及时将火封熄。 排风系统 通风柜的排风系统可分为集中式和分散式两种。集中式是把一层楼面或几层楼面的的通风柜组成一个系统,或者整个实验楼分成一二个系统。它的特点是通风机少,设备投资省,而且对通风柜的数量稍有增减,以及位置的变更,都具有一定的适应性。然而由于系统较大,风量不易平衡,尽管每个通风柜上都装有调节阀,但使用不方便,并且也不容易达到预定的效果。如果系统风管损坏需要检修时,那么整个系统的通风柜就无法使用。所以,原来采用集中式系统的实验室,先后都改为用分散式系统。 分散式是把一个通风柜或同房间的几个通风柜组成一个排风系统。他的特点是:可根据通风柜的工作需要来启闭通风机,相互不受干扰,容易达到预定的效果,而且比集中式节省能源,因为集中式系统,只要一个通风柜在使用,就得开动大通风机。分散式由于系统小,排风量也小,阻力也小,所以通风机的风量、风压都不大,躁声与振动相应也较小。分散式还有一个特点,是对排出不同性质的有害气体易于处理。缺点是通风机的数量多、系统多,如果通风机集中于通风机房内,那么投资就会增大,如果通风机分散布置,而且就地安装,虽然通风机的投资增加,但风管的投资可节省,最后总投资不一定增大。建议使用分散式。 在划分系统时,同一个房间内如有两个以上的通风柜,应划为一个系统,避免一个通风柜在使用,其他的通风柜产生倒流,使室内受到污染。同样,一个房间内除了一个排风系统外,不宜再装置其他排风设备。 排风系统的通风机,一般都装在屋顶上,或顶层的通风机房内,这样可不占用使用面积,而且使室内的排风管道处于负压状态,以免有害物质由于管道的腐蚀或损坏,以及由于管道不严密而渗入室内,此外,通风机安装在屋顶上或顶层的通风机房内,检修方便,易于消声或减振。 排风系统有害物质排放高度应按现行的《工业企业设计卫生标准》和《工业三废排放标准》执行。在一般情况下,如果附近五十米以内没有较高建筑物时,排放高度应超过建筑物最高处两米以上。 通风柜的风速和风机的选用 对一般通风柜可通过关闭柜门窗口大小或调整台面屏蔽物的位置来减少开启表面积,以达到较高的抽气速度。建议对一般无毒的有害物通风柜操作口处设计风速采用0.25~0.38M/S,对有毒及有危害物质采用0.4~0.5M/S,对极毒物及有少量放射性有害物质采用0.5~0.6M/S。 通风机的选用 风量的计算按下列公式计算: L=FV 式中L——排风量,M3/S: F——通风柜操作口面积按全部打开计算 V——操作口风速M/S 风压的确定 先计算系统阻力,再乘以1.1左右的余量,以克服使用过程中产生的不利因素。 选型 根据通风量风压确定通风机的型号,再根据排出气体的性质,分别选用塑料通风机、普通通风机及防爆风机,并且应尽量考虑躁声低、震动小等因素。 排气罩 在实验室内,由于实验设备装置较大,或者实验操作上的要求,无法在通风柜中进行,但又要排走实验过程中散发的有害物质时可采用排风罩,有围挡式排风罩、侧吸罩、伞形罩三种。 排气罩的布置合理与否,直接影响着排气效果。根据排气罩气流速度的衰减特性和有害物的散发情况,排气罩的布置应注意一下几点。 1、尽量靠近有害物散发源 2、对于有害物的不同散发情况采用不同的排气罩 如对摄谱仪,一般采用有围挡的排气罩;对于实验台面排风或槽口排风,可采用侧吸罩;对于加热槽,宜采用伞形罩 3、 排气罩要便于实验操作和设备维修检修 全室通风 全室通风有自然通风和机械通风。常用于室内不设通风柜而且又需排出有害物质的房间。 自然通风 利用室内外的温度差,即室内外空气的密度差而产生的热压,把室内的有害气体排出室外,对于依靠窗口让空气任意流动时,称做无组织自然通风;对于依靠一定的进风口和出风竖井,让空气按所要求的方向流动时,称做有组织自然通风。 有组织自然通风常见的做法是:在外墙下部或门的下部装百叶风口,在房间内侧设置竖井,它只适用于有害物质浓度低的房间,适用于室内温度高与室外空气温度的场合。 机械通风 自然通风满足不了室内换气要求时,应采用机械通风,尤其是危险品库、药品库等,尽管有了自然通风,为了考虑事故通风,也必须采用机械通风。过去常用的做法是,在外墙上安装轴流风机,但效果较差,尽量避免在有窗的外墙上安装轴流风机,避免躁声。对于散发有腐蚀气体的房间如酸库等,不宜使用轴流通风机;对于散发易爆气体的房间,必须采用防爆通风机。 在洁净室内,为了排出工艺过程中散发出的有害物质,经常采用通风柜、排气罩等局部排风装置。在设计局部排风时,应当注意以下几个问题。 1、选用性能好的排风装置,以便再满足卫生和安全的要求情况下使排风量最少。 排风系统应以风散为主,尽可能使每个洁净室单独设置排风系统效果较好,使用方便,而且不会相互干扰,由于通风机小,躁声也低。、 2、为了防止室外空气通过排风系统侵入洁净室内造成污染,在排风系统上应设置止回阀或中效过滤器,或废气净化设备。 3、减少对室内的污染,排风装置应布置在洁净工作区气流的下风侧。 4、如果排风系统的躁声值超过室内允许躁声值时,应在排风机吸入端的管道上装置消声器。 风机 风机一般为离心式风机和轴流式风机两种,分析实验室主要用于实验室通风柜排气罩以及其他方面的通风和换气。 (1) 离心式风机 离心式风机型号繁多,在分析实验室常用此类风机,风机又分为Hq≤0.98Kpa,中压0.98KPa≤Hq≤2.94Kpa,高压Hq>2.94 Kpa,在选用风机时,应关注其性能和特点,要求具有以下特点: 1、风量大效率高; 2、运转平稳,躁声低; 3、结构完整,便于维护; 4、拆装方便。 实验室常用于腐蚀气体和毒气的通风排放,因此选择风机时应考虑风机的材质。塑料风机和玻璃钢风机是现代实验室常用的风机机型。玻璃钢风机具有耐腐蚀、耐高温、防日晒雨淋等特点。 (2) 轴流式风机 轴流式风机也有低压Hq<490Pa、高压Hq≥490 Pa,该风机的特点是结构简单紧凑,躁声较小,在规定转速下,风量风压稳定,运转平稳,使用安全可靠,易于安装,该型风机由风轮、风壳、集风器三部分组成,风机为直接传动。叶轮由叶片、轮盘和彀组成;机壳由风筒、底座及支板组成,轮彀直接装在电动机轴上。
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