食品药品实验室内部的工程规划及设计

食品药品实验室内部的工程规划及设计

 

目前，新建实验室的项目内容增加明显，实验室建设标准及安全性日趋完善。先进的实验室不单纯是安置仪器设备，还应高度关注温度、湿度、噪音、光照等对试验结果产生的影响。需要综合考虑电流、电压及电源的放置；网线、电话线的配制；照明亮度、给排水、供气、通风、防尘、防震及各种安全措施、环境保护等基础设施的匹配，这是实验室建设的基础条件。

 

1.配电需求

    实验室配电一般分为照明电和动力电两大部分，根据实验室功能需求可进行细化。供电系统是实验室最基本的条件之一。电源种类涵盖10 A、16 A、20 A等，并配备漏电保护开关、过载保护开关。电源匹配须远离水源、煤气、氢气等喷嘴口，避免造成危险事故，需配备双路或多路电源供应，预防停电检修及事故处理对实验造成的影响。

    为应对实验室紧急状况，需考虑备用电源，包括临时发电设备、不间断电源（UPS）等，保证实验室短时运转和处理实验室数据保存。

 

1.1   实验室配电原则

    实验室内的动力电源和照明电源应分开设置，不同功能的实验室需安装不同的配电箱。特殊需求的实验室应设立专用配电箱，每个电闸需标明所管辖范围，避免实验室之间相互干扰。

    实验室配电可采用墙体暗埋方式，根据实验所需功率计算配电线截面积，普通实验室一般可选用截面积4或6 mm2的铜芯线。

 

1.2   实验台布线原则

1.2.1   边台的电源布线原则

    1）规格3 m以内边台，可预留一组1 m长、规格为4 mm2的单相220 V电源回路（三线制：L火线、N零线、E地线），预留维修通道的边台距地面500 mm高的墙上，靠墙边台距地1.1 m的墙上。

    2）规格超过3 m以上的边台，每间隔3 m可预留一组1 m长、规格为4 mm2的单相220 V电源回路（三线制：L火线、N零线、E地线），预留位置同上。

 

1.2.2   中央台及试剂架的电源布线原则

    1）规格3.4 m以内的中央台，在其任一端距离端头300 mm中间位置,布置预留一组1 m长、规格为4 mm2的单相220 V电源回路（三线制：L火线、N零线、E地线），地面或吊顶预留。

    2）规格超过3.4 m以上的中央台，在两端距离端头300 mm中间位置，各布置预留一组1 m长、规格为4 mm2的单相220 V电源回路（三线制：L火线、N零线、E地线），预留位置同上。

    例如，我院迁建项目中配电系统采用了三级负荷划分，一级负荷主要为特殊及重要实验区空调送、排风系统设备，冷冻机房设备，活毒废水处理设备，消防系统；应急疏散照明、设备机房内照明等。二级负荷主要为实验室低温冰箱电源、BSL-2（生物安全二级实验室）等。三级负荷为一般照明及动力负荷等。

实验室边台及岛台设置1个三相插座，单相插座间隔600 mm设置。

 

2。通风系统要求

    实验过程中产生的有毒有害物质，是实验室安全的重点。实验室通风系统要求具有环境安全性和舒适性、功能的实用性和灵活性[5]。变风量通风空调系统（VAV）的应用，进一步保证了实验室的换气次数，提高了实验室环境的安全性。

 

2.1   实验室通风类型

    实验室主要有两种通风类型。

 

2.1.1   自然通风

    利用室内、外温差，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。

 

2.1.2   机械通风

    依靠排风机提供的动力迫使空气流通来进行室内、外空气交换的方式。与自然通风相比，机械通风具有加热或冷却、加湿或除湿处理的作用，从工作房间排出的废气可以进行净化除尘处理，以保证建筑物附近的空气不被污染。

    机械通风可根据有害物分布的状况，选用局部通风或全面通风两种方式。

 

2.2   实验室通风机

    通风机一般安装在屋顶上或顶层的机房内，不占用使用面积，而且使室内的排风管道处于负压状态，以免有害物质侵入室内。此外，安装在屋顶上检修方便，易于消声或减振。

    通风系统有害物质排放高度按现行的《工业企业设计卫生标准》和《工业三废排放标准》执行。一般情况下，如果附近50 m以内没有较高建筑物时，排放高度应超过建筑物最高处2 m以上。

 

2.2.1   房间风量

    风量计算方法为：G=V•n•h  

    其中：G为排风量；V为房间体积；n为换气次数（见表1）；h为时间（1小时）。

 

2.2.2   通风柜排风量

    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。一般无毒的有害物通风柜操作口处设计风速采用0.25~0.38 m·s-1;对有毒及有危害物质采用0.4~0.5 m·s-1，对极毒物及有少量放射性有害物质采用0.5~0.6 m·s-1。

    通风柜风量计算：L=FV。

    式中：L为排风量，m3·s-1；F为通风柜操作口面积，按全部打开计算；V为操作口风速，m·s-1;。

 

2.2.3   排风机选型

    排风机风压根据系统阻力，乘以1.1左右余量，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选择风机，并且应尽量考虑躁声低、震动小等因素。具体内容：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。

    例如，我院迁建项目实验室气流的控制模式：普通实验室送、排风管道上设有定风量文丘里阀，以保证房间换气次数；带有通风柜的实验室，排风管道上设定风量文丘里阀，送风管道上设变风量文丘里阀，通风柜排风管上设变风量文丘里阀，排风量根据实验进程变化，通过房间风量平衡确定实验室送风量。

 

 

3。自控系统需求

    实验室自控系统（Automatic Control System）建设已经逐步向综合布线系统（Premises Distribution System, PDS）发展。综合布线系统是在计算机技术和通信技术的基础上，进一步适应信息社会化和国际化的发展需要，是办公自动化进一步发展和建筑技术与信息技术相结合的产物，是计算机网络工程的基础和信息多元化发展的方向。

    现代化的实验室建筑，除了具有电话、传真、空调、消防、动力电线、照明电线外，计算机网络线路也是不可缺少的。话音和数据通信设备、交换设备和其他信息管理系统彼此相连，并使这些设备与外部通信网络连接，而且兼顾楼宇自动化系统（Building Automation System-RTU，BA）、通信自动化系统（Communication Automation System，CA）、办公室自动化系统（Office Automation Systems，OA）、计算机网络系统（Computer Network Systems，CN），使实验室管理、数据传输、网络交互、远程控制更加准确、便捷，是实验室信息化的体现。

    例如，我院迁建项目自控系统包括信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统、智能化集成系统及机房工程等。

 

4。气体需求

    实验室气体种类繁多，需要多种高纯特殊气体，如氩气、氮气、氦气、乙炔、二氧化碳和压缩空气等。考虑到实验室的运行维护，常用及用量较大的气体可以考虑建立基站，采用设备制取的方式。用量相对较少且不便制取的气体，可采用气瓶间的供给方式[9]。

    实验室气体具有以下特点：

    1）安全性:使用钢瓶供气须放置在工作区以外的安全区域，使用者通过配备的远程切断系统在紧急状况下切断气体供应。钢瓶储存区须保持可燃性容器和助燃性容器间的安全间距。

    2）经济性：建立集中的气瓶间可节省实验室空间，更换钢瓶时不需要切断气体，保证气体的连续供应。

    管线在安装完毕后须做气密性实验，并且在使用前除油。由于管道细小、间距小，安装过程中可依据现场情况进行调整，保证间距不小于45 mm。

 

5。实验室给排水设施要求

    实验室给水系统包括4种：冷却水，为特殊设备提供冷却；饮用水，提供给实验室工作区和盥洗室；自来水，用于紧急喷淋、洗眼器、洗手间等；高度纯水，分别用于无机分析、试剂准备、器皿漂洗等。

    现代化的实验室其废水处理应建设配套的污水处理站，一般情况下，实验室的废水可直接排入污水处理站进行处理；但对于高浓度的酸、碱废水应先进行中和，再排入污水处理站。建议采用耐酸、碱排水管道，对大量使用有机溶剂的实验室应安装耐有机溶剂的排水管道。对致突变物、致畸物和致癌物以及有毒制剂等，必须在实验室进行灭活或减毒处理后，再进入排污管道。实验室应根据不同功能，采用不同材料的排水管道，相互之间不交叉，分别排放到污水处理站。实验室的有害废水必须净化处理后才能排入下水网道[10-11]。

    例如，我院迁建项目中给排水系统包括室内给水系统、室内热水系统、室内中水系统、室内纯水系统、室内循环冷却水系统、室内排水系统、室内消防系统、中水处理站、活毒废水处理等。

 

 

6.实验室认证相关要求

    实验室规划与设计应符合保护人员和环境的要求。平面布局和流程要满足科学合理、流程简捷、洁污分明、层次清晰，需具有样品存放用房及相应的环境控制设施。实验室应对诸如灰尘、电磁干扰、辐射、供电、湿度、温度等予以重视，使其适应于相关的技术活动。满足实验室安全用电、用水、照明要求，具备防火、剧毒化学品和菌毒种保管以及符合“三废”处理的有效设施等。对特别区域要有明显的警示标识[12]。

    《实验室资质认定评审准则》中关于设施和环境的要求，需参照ISO/IEC 17025 关于设施和环境条件要素。

7.实验室设计易出现的误区

7.1   天平室问题

    实验室设计中容易忽略天平室台面的稳定性、出风口的位置、空调送风、人员走动及房门开关的震动等因素对精密天平称量产生的影响，从而造成误差。

    天平室内布局摆放过于紧凑，会使实验人员感到空间压抑，影响工作情绪，从而产生偏差，降低工作效率。

 

7.2   实验室门的设计

    普通实验室门宽以1.1~1.2 m为宜；有缓冲间的实验室，应留有隐蔽的设备门，供实验设备、尤其是大型设备进出。实验室走廊净宽可控制在2 m以内。

 

7.3   紧急淋浴问题

    紧急淋浴装置一般安装在走廊内，参照美国国家标准协会（American National Standards Institute，ANSI）标准，布置紧急淋浴装置应在23 m距离范围之内。可设计在走廊拐角或凹陷处，避免阻挡人员及物流通行。

 

7.4   电梯运输问题

    实验室建设要考虑仪器设备运输通道，单体建筑内至少设有一部货梯或客梯兼作货梯使用。客梯的位置应设于楼宇主入口视觉显著、交通便利的区域；货梯一般与客梯相邻，以降低造价、提高效率。货梯也可以根据特殊需要，避开主要人流路线，在楼宇的其他区域独立设置，通常可以设于楼宇的另一端。

    总之，安全、舒适、效率是理想实验环境的三大要素，是实验室建设的宗旨，先进的科学仪器和优越完善的实验室环境是提升现代科技水平、促进科研成果增长的必备条件。实验室建设过程是实验室安全与功能的体现，描绘着实验室信息化、多元化、功能性、扩展性的蓝图。

    国内实验室发展的步伐已经逐步加快，但也不免看到其中的不足之处，学习和借鉴国内、外实验室建设的经验，与自身需求相结合，是食品药品实验室建设的重点，加强自身能力建设，实现功能与工艺相结合，才能充分发挥实验室的能效。