仪器类实验室以及作为相关配套设施的准备室、库房等等。以建设有机类化学教学实验室为例,从实验室设计布局开始,围绕着实验室内通排风系统、补风系统、水电气配套、消防系统等进行逐一讨论,期望通过提前做好实验室设计来保障实验室安全。另外,根据现场的实际情况,在诸多设计细节方面都进行了创新型的设计,对国内同仁具有一定的借鉴意义。
高校化学实验室主要用于实验教学和科研活动,按照其功能可分为无机类实验室、有机类实验室、仪器类实验室以及作为相关配套设施的准备室、库房等等。其中有机类实验室主要包括基础有机化学实验室、高分子化学实验室和材料合成实验室等,在该类实验室内一直从事易燃、易爆、危险化学品的使用和化学反应的中高温实验、高压实验,使其成为高校实验室中相对危险的一类实验室。如何在实验室设计建设之初,提前做好相关工作的规划设计,来保障实验室的安全,显得尤为重要。下面以南京邮电大学材料科学与工程学院材料
与化学实验教学中心的有机类化学教学实验室设计为例,围绕实验室布局、通排风系统、补风系统、水电气配套、三废处理、消防系统等方面进行介绍。、
1.实验室设计的整体布局按照我们学院实际情况,该实验室内必须安排36位学生同时进行实验,保证一人一位,提高学生的实际动手操作能力。从实验室布局图中可以看出(见图1所示),该实验室总面积90m2,实验室内进门处摆放了一个3m的书包架,用于摆放学生随身携带的书包及水杯;中间设置了18台1.8m通风橱,两位学生一个通风橱;为了便于实验中用水,通风橱两端都设置了三口鹅颈水龙头;靠墙一侧按照图中的标示,从左到右依次摆放废液收集箱、烘箱架、天平台、通风型试剂柜、钢瓶柜和紧急喷淋装置,这些设备的功能后面章节会逐一解释。除此之外,在实验室的四个角都设置了逃生门,并且每个过道宽度均为1.5m,便于学生们在发生危险时,从各个方向逃生,充分保障学生的安全。
2.通排风系统
有机类化学实验中,经常使用到各种刺鼻、有腐蚀性、有毒或者易燃的药品或者试剂,这些药品或者试剂挥发的有害气体如不及时排出室外,不仅会对实验人员的健康和安全产生极大的危害,还会影响精密仪器的正常使用,所以在实验室建设之初,就要充分考虑实验室内的排风问题。图2,含隔断的通风橱通风橱是有机实验室里用于解决有害气体的常用方法,所有实验操作均在通风橱内进行,有害气体可及时排到室外,对实验人员安全的保障较为充分,但造价较高。为了保证36人同时进行实验,又最大限度地节约建设资金,我们创新性地采用中间用隔板隔开的方式(见图2所示),把1.8m通风橱等分,既保证了每位学生独立的实验空间,又花费了较少的资金。
按照行业标准《科学实验室建筑设计规范》1.8m通风橱玻璃门开启0.5m的情况下,每小时排风量必须≥1800m3/h才符合相关规定,那么18台通风橱每小时排风量>30000m3/h,所以进行实验室设计时必须充分考虑降噪要求,需采用先进的变频风机,按照排风量的需求及时调整,保证实验室内的噪声<60dB。通风橱内因经常进行有机腐蚀性化学实验,所以操作平面需采用实心理化板,耐腐蚀性较好;壁面采用阻燃效果优异的中密度板;为了保证耐用度,通风橱采用全钢结构。为保证排放的气体对大气没有污染,在通风系统的末端,添加活性炭+光催化装置。活性炭对风管中的有害气体进行吸附,光催化装置对有害气体进行催化分解。
3.补风系统
18台通风橱每小时排风量>30000m3/h,会直接导致实验室内负压过大,对实验人员的身心健康都产生极大影响,所以务必设计补风装置。补风装置一般分为主动补风和自然补风,主动补风是通过轴流风机把室外风送进来,鉴于成本及噪声的考虑,我们并没有采用。
自然补风大多实验室是通过门窗进行补风,但是在冬天这种方法不可行,实验人员往往感觉非常不舒服。鉴于此,我们在进行实验室设计时采用1000×400mm的风管,从室外直接补风。风管进口处采用百叶加初效板的方式,百叶可以防止雨水直接进到风管中,初效板可以过滤空气中的大颗粒灰尘、毛发等,保证实验室内的清洁程度。出风口处加设2kW的电阻丝,对补进来的风进行加热,提高实验人员的舒适程度。出风口设置在房间内人员流动较少的区域,避免对人的直吹。
4.水、电、气配套
4.1电路设计
为保证每位学生独立开展实验,需每人配备一套反应装置,功率大概是800W,插座必须使用防溅插座,并安装在玻璃门外的立柱上。每个通风橱需安装独立的空气开关,避免一个通风橱短路,导致整个实验室断电的情况。
4.2水管设计
实验室设计需设置两个水龙头及PP水槽,实验过程中用到的玻璃仪器需及时清洗,所以在通风橱两头都设计了三口鹅颈水龙头,便于学生使用。
4.3气路设计
实验室设计要考虑到,实验过程中经常使用氮气,对化学反应进行除氧,所以每个位置上都应设置氮气口,集中供应氮气的氮气瓶应放置在全钢气瓶柜内,充分保障其安全性,并且需使用双瓶气瓶柜,保证用一备一。
5.实验室设计内“三废处理”
依据《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》、《危险化学品安全管理条例》等文件的有关规定,危险废物产生地(教学实验室)必须设置危险废弃物室内临时存放区,并张贴专用警示标志,做到安全牢固,远离水源和火源。
依据上述法规,我们在做实验室设计时,在实验室靠门处设置了危险固体、废液收集柜,其中废液还分为无机废液和有机废液,无机废液调和pH值后,去除废固,可直接倒入下水道中;有机废液、废固则需要在每次实验后集中运送至有资质的化学废弃物处理公司进行集中处理。
6.消防系统
因有机类化学实验室的特殊性,所以实验室设计的时候应知道,实验室内不建议安装消防喷淋装置,但是烟感报警器必须保留。因为一旦发生火情,用水灭火,易燃易爆的液体会浮在水的上面,流到任何地方,可起到相反的作用,因此不安装消防喷淋装置。
依据国标《GBJ140-90建筑灭火器配置设计规范》要求,化学类实验室内需配备干粉灭火器,精密仪器室需配备二氧化碳灭火器。所以在实验室设计时,已联系学校保卫处,在实验室门外配备了灭火黄沙、干粉灭火器和二氧化碳灭火器;实验室进门处配备了自主呼吸器两套、灭火毯两套。
7.应急措施
7.2洗眼和紧急喷淋系统
在每个水槽上都设置了洗眼器,在实验室门口配备了紧急喷淋系统,一旦化学试剂被溅入眼睛,可使用洗眼器对眼睛进行冲洗,除去眼睛中的大部分污染物,为后续的救援争取宝贵的时间;若化学试剂大面积的溅到头部、脸部或者身上,应及时用紧急喷淋系统进行淋洗,可及时去除大部分污染物,保障学生的人身安全。并且该装置需每个月检查一次,确保可正常使用。
7.2地漏的设置
南京邮电大学材料科学与工程学院实验室设计思路都是由教室改造而来,在建设初期都没有预留地漏,经过2016年初的严寒后,实验室内多处下水发生冻裂现象,漏水严重。经过这次教训告诉我们:有水的地方必须安装地漏。
7.3急救箱
化学类教学实验室内应设置急救箱,急救箱里应存放常用的急救物品,如创可贴、纱布、烫伤膏、绷带、硼酸溶液、小苏打溶液等。急救箱中的药品应注意及时更换,确保能正常使用。
8.结语
高校化学实验室是从事科研和教学的重要场所,本文以有机类化学教学实验室设计为例,从实验室设计布局开始,围绕着实验室内通排风系统、补风系统、水电气配套、消防系统等进行讨论,在诸多设计细节方面具有一定的借鉴意义。希望在建设实验室之前,提前做好实验室设计,从硬件上确保实验室安全。