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淺談食品藥品實驗室工程的規劃及設計
發布時間:2019-06-05 21:53瀏覽次數:
目前,新建實驗室的項目內容增加明顯,實驗室建設標準及安全性日趨完善。先進的實驗室不單純是安置儀器設備,還應高度關注溫度、濕度、噪音、光照等對試驗結果產生的影響。需要綜合考慮電流、電壓及電源的放置;網線、電話線的配制;照明亮度、給排水、供氣、通風、防塵、防震及各種安全措施、環境保護等基礎設施的匹配,這是實驗室建設的基礎條件[1-2]。
現代化實驗室建設要制定出總體規劃,吸納和參考國內外同種性質實驗室建設的經驗。實驗室的工藝需求及理念,決定著實驗室建設的性質和目的,充分體現實驗室未來發展的功能需求,為實驗室建設提供可靠依據。本文就幾個重點內容進行論述。
1 配電需求
實驗室配電一般分為照明電和動力電兩大部分,根據實驗室功能需求可進行細化。供電系統是實驗室最基本的條件之一。電源種類涵蓋10 A、16 A、20 A等,并配備漏電保護開關、過載保護開關。電源匹配須遠離水源、煤氣、氫氣等噴嘴口,避免造成危險事故,需配備雙路或多路電源供應,預防停電檢修及事故處理對實驗造成的影響。
為應對實驗室緊急狀況,需考慮備用電源,包括臨時發電設備、不間斷電源(UPS)等,保證實驗室短時運轉和處理實驗室數據保存。1.1 實驗室配電原則實驗室內的動力電源和照明電源應分開設置,不同功能的實驗室需安裝不同的配電箱。特殊需求的實驗室應設立專用配電箱,每個電閘需標明所管轄范圍,避免實驗室之間相互干擾。
實驗室配電可采用墻體暗埋方式,根據實驗所需功率計算配電線截面積,普通實驗室一般可選用截面積4或6 mm2的銅芯線。
1.2 實驗臺布線原則
1.2.1 邊臺的電源布線原則
1)規格3 m以內邊臺,可預留一組1 m長、規格為4 mm2的單相220 V電源回路(三線制:L火線、N零線、E地線),預留維修通道的邊臺距地面500 mm高的墻上,靠墻邊臺距地1.1 m的墻上。
2)規格超過3 m以上的邊臺,每間隔3 m可預留一組1 m長、規格為4 mm2的單相220 V電源回路(三線制:L火線、N零線、E地線),預留位置同上。
1.2.2 中央臺及試劑架的電源布線原則
1)規格3.4 m以內的中央臺,在其任一端距離端頭300 mm中間位置,布置預留一組1 m長、規格為4 mm2的單相220 V電源回路(三線制:L火線、N零線、E地線),地面或吊頂預留。
2)規格超過3.4 m以上的中央臺,在兩端距離端頭300 mm中間位置,各布置預留一組1 m長、規格為4 mm2的單相220 V電源回路(三線制:L火線、N零線、E地線),預留位置同上[3-4]。
例如,我院遷建項目中配電系統采用了三級負荷劃分,一級負荷主要為特殊及重要實驗區空調送、排風系統設備,冷凍機房設備,活毒廢水處理設備,消防系統;應急疏散照明、設備機房內照明等。二級負荷主要為實驗室低溫冰箱電源、BSL-2(生物安全二級實驗室)等。三級負荷為一般照明及動力負荷等。
實驗室邊臺及島臺設置1個三相插座,單相插座間隔600 mm設置。
2 通風系統要求
實驗過程中產生的有毒有害物質,是實驗室安全的重點。實驗室通風系統要求具有環境安全性和舒適性、功能的實用性和靈活性[5]。變風量通風空調系統(VAV)的應用,進一步保證了實驗室的換氣次數,提高了實驗室環境的安全性。
2.1 實驗室通風類型
實驗室主要有兩種通風類型[6]。
2.1.1 自然通風
利用室內、外溫差,即室內、外空氣的密度差而產生的熱壓,把室內的有害氣體排出室外。
2.1.2 機械通風
依靠排風機提供的動力迫使空氣流通來進行室內、外空氣交換的方式。與自然通風相比,機械通風具有加熱或冷卻、加濕或除濕處理的作用,從工作房間排出的廢氣可以進行凈化除塵處理,以保證建筑物附近的空氣不被污染。
機械通風可根據有害物分布的狀況,選用局部通風或全面通風兩種方式。
2.2 實驗室通風機
通風機一般安裝在屋頂上或頂層的機房內,不占用使用面積,而且使室內的排風管道處于負壓狀態,以免有害物質侵入室內。此外,安裝在屋頂上檢修方便,易于消聲或減振。
通風系統有害物質排放高度按現行的《工業企業設計衛生標準》和《工業三廢排放標準》執行。一般情況下,如果附近50 m以內沒有較高建筑物時,排放高度應超過建筑物最高處2 m以上。
2.2.1 房間風量
 風量計算方法為:G=V•n•h 
 其中:G為排風量;V為房間體積;n為換氣次數(見表1);h為時間(1小時)。
2.2.2 通風柜排風量
通風柜可通過關閉柜門窗口大小或調整臺面屏蔽物的位置來減少開啟表面積,以達到較高的抽氣速度。一般無毒的有害物通風柜操作口處設計風速采用0.25~0.38 m·s-1;對有毒及有危害物質采用0.4~0.5 m·s-1,對極毒物及有少量放射性有害物質采用0.5~0.6 m·s-1。
通風柜風量計算:L=FV。
式中:L為排風量,m3·s-1;F為通風柜操作口面積,按全部打開計算;V為操作口風速,m·s-1;。
2.2.3 排風機選型
排風機風壓根據系統阻力,乘以1.1左右余量,以克服使用過程中產生的不利因素。
選型:根據通風量風壓確定通風機的型號,再根據排出氣體的性質選擇風機,并且應盡量考慮躁聲低、震動小等因素。具體內容:①風量大、效率高;②運轉平穩,躁聲低;③結構完整,便于維護;④拆裝方便。
例如,我院遷建項目實驗室氣流的控制模式:普通實驗室送、排風管道上設有定風量文丘里閥,以保證房間換氣次數;帶有通風柜的實驗室,排風管道上設定風量文丘里閥,送風管道上設變風量文丘里閥,通風柜排風管上設變風量文丘里閥,排風量根據實驗進程變化,通過房間風量平衡確定實驗室送風量。
3 自控系統需求
實驗室自控系統(Automatic Control System)建設已經逐步向綜合布線系統(Premises Distribution System, PDS)發展。綜合布線系統是在計算機技術和通信技術的基礎上,進一步適應信息社會化和國際化的發展需要,是辦公自動化進一步發展和建筑技術與信息技術相結合的產物,是計算機網絡工程的基礎和信息多元化發展的方向[7-8]。
現代化的實驗室建筑,除了具有電話、傳真、空調、消防、動力電線、照明電線外,計算機網絡線路也是不可缺少的。話音和數據通信設備、交換設備和其他信息管理系統彼此相連,并使這些設備與外部通信網絡連接,而且兼顧樓宇自動化系統(Building Automation System-RTU,BA)、通信自動化系統(Communication Automation System,CA)、辦公室自動化系統(Office Automation Systems,OA)、計算機網絡系統(Computer Network Systems,CN),使實驗室管理、數據傳輸、網絡交互、遠程控制更加準確、便捷,是實驗室信息化的體現。
例如,我院遷建項目自控系統包括信息設施系統、信息化應用系統、建筑設備管理系統、公共安全系統、智能化集成系統及機房工程等。
4 氣體需求
實驗室氣體種類繁多,需要多種高純特殊氣體,如氬氣、氮氣、氦氣、乙炔、二氧化碳和壓縮空氣等。考慮到實驗室的運行維護,常用及用量較大的氣體可以考慮建立基站,采用設備制取的方式。用量相對較少且不便制取的氣體,可采用氣瓶間的供給方式[9]。
實驗室氣體具有以下特點:
1)安全性:使用鋼瓶供氣須放置在工作區以外的安全區域,使用者通過配備的遠程切斷系統在緊急狀況下切斷氣體供應。鋼瓶儲存區須保持可燃性容器和助燃性容器間的安全間距。
2)經濟性:建立集中的氣瓶間可節省實驗室空間,更換鋼瓶時不需要切斷氣體,保證氣體的連續供應。
管線在安裝完畢后須做氣密性實驗,并且在使用前除油。由于管道細小、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45 mm。
5 實驗室給排水設施要求
實驗室給水系統包括4種:冷卻水,為特殊設備提供冷卻;飲用水,提供給實驗室工作區和盥洗室;自來水,用于緊急噴淋、洗眼器、洗手間等;高度純水,分別用于無機分析、試劑準備、器皿漂洗等。
現代化的實驗室其廢水處理應建設配套的污水處理站,一般情況下,實驗室的廢水可直接排入污水處理站進行處理;但對于高濃度的酸、堿廢水應先進行中和,再排入污水處理站。建議采用耐酸、堿排水管道,對大量使用有機溶劑的實驗室應安裝耐有機溶劑的排水管道。對致突變物、致畸物和致癌物以及有毒制劑等,必須在實驗室進行滅活或減毒處理后,再進入排污管道。實驗室應根據不同功能,采用不同材料的排水管道,相互之間不交叉,分別排放到污水處理站。實驗室的有害廢水必須凈化處理后才能排入下水網道[10-11]。
例如,我院遷建項目中給排水系統包括室內給水系統、室內熱水系統、室內中水系統、室內純水系統、室內循環冷卻水系統、室內排水系統、室內消防系統、中水處理站、活毒廢水處理等。
6 實驗室認證相關要求
實驗室規劃與設計應符合保護人員和環境的要求。平面布局和流程要滿足科學合理、流程簡捷、潔污分明、層次清晰,需具有樣品存放用房及相應的環境控制設施。實驗室應對諸如灰塵、電磁干擾、輻射、供電、濕度、溫度等予以重視,使其適應于相關的技術活動。滿足實驗室安全用電、用水、照明要求,具備防火、劇毒化學品和菌毒種保管以及符合“三廢”處理的有效設施等。對特別區域要有明顯的警示標識[12]。
《實驗室資質認定評審準則》中關于設施和環境的要求,需參照ISO/IEC 17025 關于設施和環境條件要素。
7 實驗室設計易出現的誤區
7.1 天平室問題
實驗室設計中容易忽略天平室臺面的穩定性、出風口的位置、空調送風、人員走動及房門開關的震動等因素對精密天平稱量產生的影響,從而造成誤差。
天平室內布局擺放過于緊湊,會使實驗人員感到空間壓抑,影響工作情緒,從而產生偏差,降低工作效率。
7.2 實驗室門的設計
普通實驗室門寬以1.1~1.2 m為宜;有緩沖間的實驗室,應留有隱蔽的設備門,供實驗設備、尤其是大型設備進出。實驗室走廊凈寬可控制在2 m以內。
 7.3 緊急淋浴問題
緊急淋浴裝置一般安裝在走廊內,參照美國國家標準協會(American National Standards Institute,ANSI)標準,布置緊急淋浴裝置應在23 m距離范圍之內。可設計在走廊拐角或凹陷處,避免阻擋人員及物流通行。
7.4 電梯運輸問題
實驗室建設要考慮儀器設備運輸通道,單體建筑內至少設有一部貨梯或客梯兼作貨梯使用。客梯的位置應設于樓宇主入口視覺顯著、交通便利的區域;貨梯一般與客梯相鄰,以降低造價、提高效率。貨梯也可以根據特殊需要,避開主要人流路線,在樓宇的其他區域獨立設置,通常可以設于樓宇的另一端。
總之,安全、舒適、效率是理想實驗環境的三大要素,是實驗室建設的宗旨,先進的科學儀器和優越完善的實驗室環境是提升現代科技水平、促進科研成果增長的必備條件。實驗室建設過程是實驗室安全與功能的體現,描繪著實驗室信息化、多元化、功能性、擴展性的藍圖[13]。
國內實驗室發展的步伐已經逐步加快,但也不免看到其中的不足之處,學習和借鑒國內、外實驗室建設的經驗,與自身需求相結合,是食品藥品實驗室建設的重點,加強自身能力建設,實現功能與工藝相結合,才能充分發揮實驗室的能效。
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