卞金良,呂偉明,張 潔

(江陰市環(huán)境監(jiān)測站,江蘇江陰 214431)

1 前 言

根據(jù)環(huán)境保護(hù)部辦公廳《關(guān)于申報環(huán)保監(jiān)測執(zhí)法業(yè)務(wù)用房建設(shè)項目的通知》(環(huán)辦函〔2008〕817號)的文件要求,中西部地區(qū)掀起了一股申報建設(shè)監(jiān)測執(zhí)法業(yè)務(wù)用房的熱潮。實驗室的建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程,目前普遍存在基建設(shè)計與實驗室功能相脫節(jié)的問題。環(huán)境監(jiān)測實驗室屬于綜合性實驗室,由于承擔(dān)的檢測項目較多,配備的各種儀器設(shè)備數(shù)量多、技術(shù)含量高、使用環(huán)境的要求各不相同,所以實驗室的建筑設(shè)計和內(nèi)部功能設(shè)計要盡可能滿足不同工作條件的需求是一件極其復(fù)雜又有相當(dāng)難度的事[1]。本文詳細(xì)介紹江陰市環(huán)境監(jiān)測站新大樓實驗室建設(shè)內(nèi)部功能設(shè)計想法、依據(jù)及相關(guān)方案的優(yōu)選,供同規(guī)模環(huán)境監(jiān)測實驗室的建設(shè)借鑒。

2 項目概況

本項目為江陰市環(huán)境監(jiān)測站新建的環(huán)境監(jiān)測中心實驗樓。建設(shè)地點位于錫澄公路西側(cè)、江陰市職業(yè)技術(shù)學(xué)院東北角,總占地面積約 2.58hm2,高度22.5m。實驗樓主體為五層,總建筑面積 7259m2,其中首層 1101 m2,二層 1463 m2,三～五層 1509 m2,六層 168 m2為少量的設(shè)備用房 (供樓層空調(diào)機組用)[2]。

3 項目設(shè)計原則和理念

本項目定位是把環(huán)境監(jiān)測中心建成綠色、環(huán)保、生態(tài)、節(jié)能的建筑典范。實驗室建設(shè)應(yīng)遵循“三個保護(hù),兩個節(jié)約和一個確?！钡脑瓌t。三個保護(hù)就是要做到對人員的保護(hù)、對儀器設(shè)備的保護(hù)和對周圍環(huán)境的保護(hù);兩個節(jié)約就是在建設(shè)過程中節(jié)約資源,在使用過程中節(jié)約能源;一個確保就是所有目的只有一個,確保檢測結(jié)果準(zhǔn)確可靠[3]。為符合以上原則及達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、國際同步的建設(shè)方向,本項目采納了國內(nèi)外各專業(yè)規(guī)范,采用了國際上領(lǐng)先的VAV實驗室全新風(fēng)通風(fēng)控制系統(tǒng)理念及自動化管理系統(tǒng),使本實驗樓在安全、舒適的前提下能保證節(jié)能與可靠,使內(nèi)外均能符合綠色建筑的特色。并通過整體設(shè)備及系統(tǒng)的整合達(dá)到當(dāng)今國際上對實驗室建設(shè)之安全、舒適、節(jié)能、可靠的最高設(shè)計理念[2]。

4 項目內(nèi)部設(shè)計的簡介和選擇

4.1 實驗室平面布局的優(yōu)選

實驗室布局充分考慮了環(huán)境監(jiān)測既有現(xiàn)場監(jiān)測又有實驗室分析的特點,結(jié)合環(huán)境監(jiān)測工作流程和程序、實驗室安全、實驗室專業(yè)學(xué)科功能和監(jiān)測站今后的發(fā)展方向(有機、生態(tài)為主)在每個樓層分別設(shè)置了分析實驗室、儀器分析室、天平室、前處理實驗室和輔助功能實驗室等,輔助功能實驗室又包括樣品間、洗瓶間、設(shè)備間等。并在每個樓層預(yù)留了一定的實驗室作為今后發(fā)展之用。具體樓層分布為：

一樓：現(xiàn)場監(jiān)測和后勤保障室,包括水質(zhì)準(zhǔn)備室、氣質(zhì)準(zhǔn)備室、接樣室、冷藏間、應(yīng)急輻射監(jiān)測室、化學(xué)試劑室、永久樣品室、耗材庫房、儲藏間、氣瓶間和計算機房;

二樓：常規(guī)實驗室,包括樣品室、質(zhì)量管理監(jiān)控室、設(shè)備間、流動注射室、理化室、COD室、天平和分光光度室及部分辦公室;

三樓：常規(guī)實驗室,包括設(shè)備間、樣品室、理化室、儀器室、自動監(jiān)測校準(zhǔn)室、天平和分光光度室、嗅辯室和部分辦公室;

四樓：樣品室、設(shè)備間、預(yù)處理室、土壤預(yù)處室、氣相色譜室、氣相色譜質(zhì)譜室、TOC室、蘇碼罐 -GC-MS室、吹掃捕集 -GC-MS室、熱脫附 -GC-MS室、洗瓶間、天平和分光光度室,四樓有機預(yù)處理室房間共 3個,約 180m2;

五樓：無機和生態(tài)室,包括純水機房、樣品室、設(shè)備間、預(yù)處理室、石油類分析室 (考慮到通風(fēng),放在最頂層)、原子熒光儀室、離子色譜儀室、測汞儀室、原子吸收儀室、ICP-AES儀室、ICP-MS儀室、分子生物室、生物預(yù)處理室、生態(tài)室、生物培養(yǎng)室、生物潔凈室、BOD室和天平分光光度室。

考慮到通排風(fēng)和給排水的方便性,在樓層布局時我們將每一樓層主要通風(fēng)設(shè)施和主要上下水管道安排在了整幢樓的兩邊的房間?？紤]到實驗室消防要滿足相應(yīng)要求,實驗室走廊主通道為 2500mm,操作室內(nèi)主通道 ≥1500mm,操作室內(nèi)次通道≥1200mm。化學(xué)分析室、樣品前處理室等操作室設(shè)有桌上型洗眼器。實驗室相應(yīng)區(qū)域設(shè)置緊急噴淋裝置?；瘜W(xué)實驗室、前處理實驗室內(nèi)設(shè)有安全急救箱、存放常用的急救藥品。

4.2 實驗室排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)選

實驗室的氣流控制形式一般有機械定風(fēng)量氣流控制系統(tǒng)、雙穩(wěn)態(tài)氣流控制、變風(fēng)量氣流控制系統(tǒng)等 4種,而氣流控制的閥門一般有文丘里閥、蝶閥或其他流量測量裝置的閥門等幾種[1]。經(jīng)過優(yōu)選設(shè)計,實驗室房間設(shè)有通風(fēng)柜、抽氣式藥品柜和移動式排氣口等多種排風(fēng)設(shè)備,設(shè)計新風(fēng)量約為排風(fēng)量的 90%,保持房間內(nèi)有一定的負(fù)壓,不足部分由走廊自然補入,在任何情況下,氣流都應(yīng)從辦公區(qū)域、廊道、以及其它輔助區(qū)域流入實驗室。所有化學(xué)實驗室內(nèi)的氣體都應(yīng)直接排放,以避免實驗室內(nèi)產(chǎn)生的有毒有害氣體交叉污染。無排風(fēng)設(shè)備或排風(fēng)設(shè)備風(fēng)量小,但仍有化學(xué)污染的實驗室或房間,于室內(nèi)吊頂上設(shè)有一般輔助排風(fēng)口,并提供至少 4次/小時的全新風(fēng)最小換氣次數(shù),以維持室內(nèi)空氣質(zhì)量。無化學(xué)污染的實驗室或房間,按每人30CMH風(fēng)量 (每間 150CMH)提供少量新風(fēng),以保持室內(nèi)空氣新鮮。排風(fēng)則由每個樓層的水平送風(fēng)、水平排風(fēng) (每個樓層為一個排風(fēng)口)改為了垂直排風(fēng)、水平送風(fēng)方式,縮短了排風(fēng)管道的長度,減少了管路壓損,降低了能耗,避免了樓層內(nèi)的送排風(fēng)管道的交叉,可有效的提高房間內(nèi)吊頂高度[2]。實驗室排風(fēng)氣流控制系統(tǒng)采用變風(fēng)量方式和定風(fēng)量排風(fēng)方式的組合,共分 8個系統(tǒng),其中個別需 24小時排風(fēng)的實驗區(qū) (如廢棄物間、樣品間、設(shè)備間等),五個樓面相關(guān)房間采用同一小型定風(fēng)量排風(fēng)機排風(fēng) (與BA自控系統(tǒng)結(jié)合時也可定時開關(guān)),不與大系統(tǒng)結(jié)合以避免不必要的能耗及確保污染氣源的有效排除,五樓有幾個直通樓頂房間通風(fēng)柜采用定風(fēng)量排風(fēng)方式,其余皆采用變風(fēng)量排風(fēng)控制方式。氣流控制閥門在變風(fēng)量和定風(fēng)量通風(fēng)柜的排風(fēng)管上,安裝變風(fēng)量或定風(fēng)量耐酸堿文丘里排風(fēng)閥,定風(fēng)量設(shè)備的排風(fēng)管上,安裝與壓力無關(guān)型風(fēng)量控制耐酸堿排風(fēng)閥;在需要變風(fēng)量控制的房間或走道的送風(fēng)管上,安裝變風(fēng)量文丘里送風(fēng)閥,在定風(fēng)量控制的房間或走道的送風(fēng)管上,安裝與力無關(guān)型風(fēng)量控制送風(fēng)閥。本系統(tǒng)樓宇BA系統(tǒng)采用各分區(qū)控制模式,各實驗室分區(qū)可根據(jù)實際使用需求,啟閉送排風(fēng)系統(tǒng),避免整個樓面因少數(shù)實驗室使用,卻需開啟整層送排風(fēng)系統(tǒng)的可能,從而達(dá)到節(jié)能要求,并符合初期人員較少的實際情況[2]。

4.3 實驗室供電系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)選

實驗室用電主要包括照明用電和動力用電兩大部分。一般動力用電主要用于各類儀器設(shè)備、空調(diào)和電梯等,本實驗樓的電源均由總變電站引來,供電電壓為 220/380V。辦公室/實驗室大于 300 lux[2]。在進(jìn)行內(nèi)部的電控設(shè)計時,監(jiān)測站明確了實驗室 3K W以上的特殊用電點位,因為環(huán)境監(jiān)測實驗室有很多儀器設(shè)備(如原子吸收、ICP-MS、GC -MS、I CP-AES、馬福爐等)功率較高,一般都在6K W以上,這些設(shè)備的布線回路、布線方式、電線的選擇及插座的方式都有不同,需要逐一考慮。根據(jù)以上情況,實驗室的墻上和儀器設(shè)備臺上都配置了相應(yīng)電源插座,電源插座選擇了 10A、16A、20A、30A的幾種,以滿足不同儀器設(shè)備的需求。防雷接地采用共享接地方式,接地電阻≤1歐姆。同時實驗室用電在考慮了一定的同時使用率的情況下,對以后的實驗室用電情況作了適當(dāng)余量設(shè)計,在此基礎(chǔ)上選擇了相應(yīng)的大樓變壓器。

4.4 實驗室特殊氣體系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)選

實驗室所用氣體種類包括：氦氣、氬氣、氧氣、乙炔、氮氣、液氮、管道壓縮空氣等,所有氣體管道及相關(guān)閥件/配件都能滿足氣體純凈度的要求,至少為 99.999%。實驗室氣體管道布設(shè)將滿足實驗要求,走線合理、安全、美觀;氣體管道的材質(zhì)要滿足承載氣體的特殊需求,所有氣體管道選用 SS316L BA級不銹鋼潔凈管;所有氣體管道采用軌道自動焊接連接;鋼瓶氣體集中存放,統(tǒng)一管理?？扇?xì)怏w配置了泄漏報警系統(tǒng),管路中安裝回火防止器以保證用氣安全。低溫氣體如氮氣輸送采用了絕熱管,確保供氣管路不結(jié)露,氣體冷量損耗最低以及操作人員安全。實驗室個別儀器用氣,如TOC儀器用氧氣,采取就近設(shè)置氣瓶室,單點供氣,減少敷設(shè)管路的長度,降低材料成本。

根據(jù)氣體的種類、流量、純度,在氣體鋼瓶間選用了半自動切換裝置,實現(xiàn)從空瓶一側(cè)自動切換到滿瓶一側(cè),保持氣體的連續(xù)穩(wěn)定的供應(yīng)。鋼瓶配備了鋼瓶固定架,以防鋼瓶傾倒發(fā)生危險。為了便于日后的維護(hù),在每種氣體管道每樓層上安裝維修閥 (高純氣體采隔膜閥),且每種氣體管道進(jìn)入每個實驗室房間都需安裝維修閥。

4.5 實驗室潔凈房等特殊房間的設(shè)計和優(yōu)選

環(huán)境監(jiān)測實驗室潔凈房,我們主要考慮了生物潔凈房和 ICP-MS室兩個房間。生物潔凈房間約有 40m2,包括緩沖區(qū)、更衣間、清潔走廊和無菌室,潔凈等級為萬級。ICP-MS分為準(zhǔn)備室和儀器室,約為 30m2,潔凈等級為十萬級。為防止周邊區(qū)域不潔凈氣體進(jìn)入,潔凈間排風(fēng)設(shè)計為室內(nèi)正壓,新風(fēng)量大于一定的排風(fēng)量[2]。在環(huán)境監(jiān)測實驗室中BOD分析實驗室的恒溫恒濕要求較高、冷藏間對墻面和地面要求較高、嗅辨間、氣瓶間等房間也有專門的要求,我們也請設(shè)計公司對以上房間進(jìn)行了專門設(shè)計。

4.6 實驗室純水系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)選

實驗室中央純水系統(tǒng)是在實驗室大樓中某個固定地點 (五樓設(shè)備間)對自來水進(jìn)行純化,再利用管路系統(tǒng)將制備的純水供應(yīng)到實驗室大樓所有使用點,選擇純水時一般需要考慮每個用水點、用水點需要什么水質(zhì)、每個用水點的水量是多少,從而確定供水方案的選擇。純水系統(tǒng)方案一般有中央純水系統(tǒng)、中央純水系統(tǒng)雙機備份、若干小型中央純水系統(tǒng)和單點純水系統(tǒng)等幾種。監(jiān)測站初期設(shè)計時,考慮到原有實驗室有各個固定的單點純水機,所以在初期設(shè)計時沒有考慮中央純水系統(tǒng)。但由于我站實驗室較大,一個樓層約有 1500m2,現(xiàn)有單點純水機還不能滿足用水點位的要求,取用較麻煩,而且以后增加的純水機的總的投資較大,使用維護(hù)成本較高,后增設(shè)中央純水系統(tǒng),主機設(shè)在五樓,制好的水從五樓通過管路通到各樓層取水點位,取水點水質(zhì)設(shè)定為電阻率：≥15MΩ -cm@ 25℃、總有機碳 TOC： ＜10～30ppb、細(xì)菌：＜1CFU/ml(紫外,循環(huán),過濾)、顆粒：0.2μm微過濾器,其他特殊點位的水質(zhì)使用單點純水系統(tǒng),所以監(jiān)測站的純水系統(tǒng)方案是中央純水系統(tǒng)外加單點純水系統(tǒng)。

4.7 實驗室供排水系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)選

實驗室大樓生活排水 (衛(wèi)生間、沐浴等)與實驗室排水系統(tǒng)分開。實驗室排水管選擇 PP聚丙烯復(fù)合管,耐酸堿腐蝕,耐高溫。實驗室的廢水由廢水處理設(shè)施處理后排放至市政管網(wǎng)。

4.8 實驗室廢水、廢氣處理的設(shè)計和優(yōu)選

實驗室設(shè)計了廢水收集池和廢水處理裝置,實驗室廢水經(jīng)處理后達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)三級標(biāo)準(zhǔn)后排放至市政管網(wǎng)。實驗室在運行過程中會產(chǎn)生酸性廢氣、堿性廢氣和有機廢氣等大氣污染物,設(shè)計為水洗吸收和活性炭吸附處理。各類廢氣主要產(chǎn)生并收集于通風(fēng)柜、試劑柜、移動排風(fēng)罩和一些局部的排風(fēng)點。經(jīng)水洗塔和活性炭過濾箱處理后高空排放[2]。實驗室共有通風(fēng)柜有 53臺,其中有四臺通風(fēng)柜內(nèi)需處理高氯酸等特殊化學(xué)藥品,為避免高氯酸化學(xué)氣體在排氣管道內(nèi)屯積而產(chǎn)生爆炸,此四臺通風(fēng)柜的排氣管道內(nèi)以水噴淋的方式處理后,用直接高空排放的方式[2]。

5 結(jié) 論

該建設(shè)設(shè)計方案經(jīng)多次修改,專家論證,接近工程實際,已實施建設(shè)。其特點是系統(tǒng)可靠實用,技術(shù)先進(jìn),具備安全性、舒適性、節(jié)能性和可靠性,能滿足環(huán)境監(jiān)測實驗室的要求,特別是在排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計上達(dá)到了國內(nèi)一流水平。

[1] 馬 昕,薛秋紅,賈俊濤 .實驗室功能設(shè)計、建設(shè)和改造工作指南[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

[2] 孫國鵬,吳牡丹,等 .江陰市環(huán)境監(jiān)測中心大樓實驗樓設(shè)計方案[D].上海：奧卓萊流體科技(上海)有限公司,2010.

[3] 趙光華,胡京枝,董小海,等 .淺談農(nóng)產(chǎn)品檢測實驗室建設(shè)中應(yīng)注意的問題[J].農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全,2010,(3)：42-43.