2015年分析实验室设计规范常识

2015年分析实验室 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 规范常识 分析实验室设计规划常识 第一章实验室建设的总体规划与基本建设 分析实验室(以下简称实验室)是分析技术人员从事各领域分析测试工作的场所，是许多厂矿及科研 院所不可缺少的组成部分。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项复杂的系统工程。在现代化的实验 室里，先进的科学仪器和优越完美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。本篇将分四章介绍有关实验室建设的总体规划和布局、建筑设计、实验室的基础设施和 基本条件以及各类实验室等问题，供分析技术人员及有关人员借鉴和参考。 一、 实验室的建设规划和基本程序 建设现代化的实验室，首先要制定和提出实验室的总体 依据和规模，确定各类实验室功能和工艺规划，确定实验室建设项目的性质、目的、任务、 条件以及规模大小;同时要做好建筑设计的某些准备工作，调查 研究，吸纳国内外同种性质、同等规模实验室建设的经验，防止走弯路，作为借鉴，根据实验室的工艺条 件及相关资料，编制好计划任务书;然后在各方面工作准备就绪后，做好实验室建筑设计工作，综合建筑 设计各专业的基本要求，结合实际，符合规划要求，绘制出富有时代感、先进的实验室建筑蓝图，为实验 室施工建设提供可靠的依据。 1、实验室的建设规划 实验室建设规划的主要内容如下。 (1)建设单位 如某某研究所、某某学院或某某工厂。 (2)建设项目 如某某实验楼或某研究楼。 (3)建设性质 新建、扩建或改建。 (4)建设地点及用地 工程项目的具体位置，取得城建局的同意，并附图说明。需要征用土地，必 须说明征用土地的来源、范围和面积，并经城建局的批准同意。 1 / 58 (5)建设的目的、依据及规模 说明为什么要建设此项目，主要解决什么问题，科研任务有哪几方 面，发展的规模如何。 (6)人员编制 现有人员编制及核定的人员编制。新建、扩建的单项工程的增加人员控制数。 (7)建筑物要求及内容 如结构形式、层数、建筑 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 以及各种工程管网的类型。 (8)抗震、防空措施 按抵抗几级地震强度及人民防空工程等级及战时用途设防，人防工程的建筑 面积。 (9)公害处理 对废气、废水、废物、噪声、辐射、振动等的技术处理措施。 (10)设备 建设项目价值在二万元以上单件设备，要分别列出清单。 (11)建筑面积 新建实验室的总建筑面积;单项工程的建筑面积。 (12)投资 总投资及分年度投资计划。分类列出各种用房的每平方米单价和控制造价。二万元以 上设备投资数。 (13)建议要求设计时间、施工日期以及交付使用的日期。 2、实验室建筑设计的准备工作 2.1 参观同类型的实验室或参考国内外文献资料 借鉴同类型实验室的成功经验和失败的教训，为 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计创造有利条件。在方案设计以前，设计 单位与建设单位应研究下列几方面的问题:?总体布局中的各幢建筑物的相互关系以及生活区采用什么方 式解决;?各类实验楼的工艺布局及工艺流程;?平面组合的几种可能性，建设实验楼的层数;?选择合 适的模数(包括开间、进深、层高以及走道尺寸);?主要仪器设备的布置方式以及实验台、通风柜等的 位置;?实验室与研究室之间的布局形式，辅助实验室与实验室之间的布局;?工程管网的布置原则(如明管或暗管，垂直管网或水平管网);?灵活性的要求;?环境保护，公害处理方面的详细技术措施。 2.2 同有关单位进行联系和配合 (1)同施工单位配合 施工单位是基本建设的主要生产单位，设计应该为施工方便创造条件，在设 计全过程中，设计必须同施工单位配合。 (2)同城建部门的配合和联系 城建局是城市建设的主管单位，它对整个城市的建设、改造、发展、 规划、合理地使用土地及组织水、陆、空交通等方面起着组织、安排和监督的作用。基本建设涉及上述诸 问题以及征用土地、拆迁房屋、新建房屋等。设计人员在设计过程中必须同城建局密切配合和联系，及时 了解城建方面的具体规定和要求，如允许征地范围，基地附近道路的规划情况，规划红线的具体位置，在 城市的重要地区、重要道路两旁对建筑物的高度、出入口地位有什么规定等。 (3)同公安局消防处的配合关系 城市消防处是城市防火的公安机构，它对城市的防火制度的执行 起着制定、控制和监督的作用。国家为了保障人民的生命财产和安全生产，对房屋建筑的设计、施工和使 用等方面， 订出了具体的防火规定和措施。 设计人员在设计过程中， 应该学习和遵守这些防火规定和措施， 对防火标准中的规定不理解或难于执行的时候，应该及时同消防处联系，征求他们的意见，使工程设计符 合消防的规定 2 / 58 和要求。 (4)同卫生防疫站、环球保护机构的配合联系 卫生防疫站和环保机构是城市卫生防疫和环境保护的 管理和监督机构，国家为了保障人民身体健康，避免和减少职业病的产生，并为生产和工作创造有利的卫 生条件，对房屋建筑的设计、使用和管理方面订出了一系列的卫生措施和规定。设计人员在设计各类建筑 物时，应该学习和遵守这些卫生规定，并同卫生防疫站和环保机构及时配合和联系，特别是在设计散发有 害废液、废气的建筑或污染物特别严重的实验室时，更应架强同卫生防疫站和环保机构联系，事先征求他 们的意见，使工程设计尽可能符合卫生标准，防止公害。 (5)同人民防空办公室及其他有关单位的配合和联系 人民防空办公室是负责城市防空的主管机构， 在设计人防地下室时，应参照"人防办公室"的规定进行设计。如有特殊情况或在技术上较难处理时，应随 时同"人防办公室"联系，征求他们的意见，不要任意降低人防地下室的要求。 在机场区或机场附近建造房屋，应该同城建局及所属机场有关主管部门联系，了解在该地区建筑造房屋的 控制高度。 2.3 收集有关资料 在调查研究的基础上收集下列资料:?公用设施(如上下水、电、煤气等)使用的许可证明;?地形 图(1:5000 或 1:10000)及当地城建部门批准发给的地形图(1:5000 或 1:1000);?当地的气象、水文、 地质资料;?电源、水源、排水及其他公用设施管道情况;?地区工业情况，有无有害气体、爆炸和噪声 等;?地震的详细情况。上述资料收集后，要进行系统的鉴定工作，作为设计的依据。如果设计基础资料 不全或不符合要求时， 一般不宜急于全面地进行初步设计工作， 以免造成设计返工和浪费国家财力和物力。 3、实验室建筑设计的基本程序 在前期准备工作的基础上，实验室建筑设计工作一般分为初步设计和施工图设计两个阶段，对于大型 实验室工程设计在初步设计之前应进行方案设计，小型建筑工程设计可以用方案设计代替初步设计。 (1)方案设计 根据实验室建设的任务及基本要求，在前期准备工作的基础上进行建筑方案设计， 一般要求 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 满足实验室的功能，在外观上要求有时代感，符合城市建设规划。一般可提出几个或十 几个设计方案，供建设单位及有关部门选择，经过专家论证、审核、比较，提出一个实施方案或兼顾几个 方案的优点进一步做出修改而获得较为满意的设计方案。 (2)初步设计 在方案设计的基础上进一步进行设计的具体实施方案，是进行施工图设计的主要依 据。其内容主要包括:设计依据、设计构思、总平面图、主要建筑工程项目的方案设计、主要材料用量、 工艺设计、主要设备选型、三废治理、生活组织与劳动定员、有关技术经济指标、抗震人防、建设顺序与 期限及总概算等。 (3)施工图设计 根据已批准的初步设计文件，详细给出各有关专业工程的尺寸、细部做法等指导 现场施工安装、安排材料设备，并据此做出详细预算是最后阶段的设计工作。其主要内容应包括:总平面、 建筑、结构、给排水、电气、采暖通风及其他有关的专业设备系统的 3 / 58 设计;精确详细地交代它们的位置净 距、坐标、标高、构造形式、节点详图、用料做法、尺寸、坡向、材质型号、设备规格或选用的标准图纸构件详图索引号、施工安装的技术要求和特殊部位的检验方法等。 二、实验室建筑设计的基本要求 要建设一个现代化的实验室，使其能更好地为生产、科研、教学服务，除了先进的科学仪器和完善的实验 设备是提升科技水平，促进科研成果的必备条件以外，实验室的建设也是一个非常重要的物质条件。实验 室建筑设计的基本要求是建筑设计的前提和依据，在建设单位委托设计单位进行设计时，必须由各实验室 或研究室人员共同参加研究，反复讨论，确定各实验室方案，现将建筑设计的基本要求分析如下。 1、实验室名称 (1)房间名称 根据实验室功能设置不同的实验室，如化学分析实验室、仪器分析实验室、光谱 实验室、X-射线荧光光谱实验室、天平室及纯水室等。 (2)需要房屋间数 同一类的房间需要几间。 (3)每间房屋使用面积 房间面积大小与建筑模数有关，采用何种模数及何种结构形式比较符合 实际，计算实验室的使用面积。 2、建筑要求 (1)房间位置要求 ?底层 设备重量较大或要求防振，则可设置在底层。 ?朝北 有些辅助房间或实验本身要求朝北。 ?朝南 各实验室都有自己的要求。 ?楼层 有的实验室要求洁净、安静、应尽量放在高层。 (2)室内尺寸要求 如按建筑模数排列各实验室，就按模数的倍数填写长、宽、高。如实验室要求 空气调节系统必须吊顶，则层高就相应地要增加。有些实验室是发球特殊类型的，则采用单独的尺寸。 (3)房间要求 指实验室本身的要求。 ?有的要求一般清洁。 ?有的要求洁净，进行实验时要求房间内空气达到一定的洁净要求。 ?耐火 大多数实验室要求耐火。 ?安静 如消音室、录音室等。 (4)门要求 实验室的门有各种要求。 ?内开 门向房间内开。 ?外开 主要设置在有爆炸危险的房间内。 ?个别要求 双向弹簧，有的要求单向弹簧或推拉门。 ?隔声 有的实验室要求安静，要求设置隔声门。 ?保温 如冷藏室要求采用保温门。 ?屏蔽 防止电磁场的干扰而设置屏蔽门。 ?自动门 大门口要求自动门。 (5)窗要求 实验室的窗有各种要求。 ?开启 指向外开启的窗扇。 ?固定 有洁净要求的实验室采用固定窗，避免灰尘进入室内。 ?部分开启 在一般情况下窗扇是关闭的，用空气调节系统进行换气，当检修、停电时，则可以 开启部分窗扇进行自然通风。 ?双层窗 在寒冷地区或空调要求的房间采用。 ?窗帘。 ?遮阳 根据实验室的要求而定，有时须用水平遮阳，有时须用垂直遮阳。 ?有的可用百叶窗。 ?密闭 窗扇可以开启，但又要防止灰尘从窗缝进入，故采用密闭窗。 ?屏蔽窗。 ?隔声窗。 (6)墙面 4 / 58 要求 墙面根据实验室的要求各有不同。 ?一般要求。 ?可以冲洗 有的墙面要求清洁，可以冲洗。 ?墙裙高度 离地面 1.2,1.5m 左右的墙面做墙裙，便于清洁，如瓷砖墙裙、油漆墙裙等。 ?隔热 冷藏室墙面要求隔热。 ?耐酸碱 有的实验室在实验时有酸碱气体逸出，要求设计耐酸碱的油漆墙面。 ?吸声 实验时产生噪声，影响周围环境，墙面要做吸声材料。 ?消音 实验时避免声音反射或外界的声音对实验有影响，墙面要进行消音设计。 ?屏蔽 外界各种电磁波对实验室内部实验有影响，或实验室内部发出各种电磁波对外界的影 响。 ?色彩 根据实验的要求和舒适的室内环境选用墙面色彩，墙面色彩的选用应该与地面、平顶、 实验台等的色彩取得协调。 (7)楼地面要求 ?一般要求。 ?清洁。 ?防雨 实验本身所产生的振动，要求设置防振措施以免影响其他房间;另一种是实验本身或精 密仪器本身提出的防振要求。 ?防滑。 ?防放射性沾染。 ?防静电。 ?干燥。 ?隔声。 ?架空 由于管线太多或架空的空间作为静压箱，设置架空地板，并提出架空高度。 (8)顶棚要求 ?不吊顶 一般实验室大多数不吊顶。 ?吊顶 在实验室的顶板下再吊顶，一般用于要求较高的实验室。 (9)通风柜 化学实验室常利用通风柜进行各种化学试验，根据实验要求提出通风柜的长度、宽度和 高度。 (10)实验台 实验台分岛式实验台(实验台四边可用)、半岛式实验台(实验台三边可用)，靠墙 实验台和靠窗实验台(很少用)。要求实验台的长、宽、高的尺寸。 (11)固定壁柜 一般设置在墙与墙之间，不能移动的柜子。 3、结构要求 根据荷载性质分为恒载和活荷载两类:恒载是作用在结构上的不变荷载，如结构自重、土重等;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、屋面积灰荷荷载、雪荷载及风荷载等。 (1)地面荷载 指底层地面荷载，即每平方米的面积内平均有多少千克的物体。 (2)楼面荷载 指二层及二层以上的各层楼面活荷载。 (3)屋面荷载 屋面上是否上人，雪荷载有多少等。 (4)特殊设置附加荷载 有的实验室内有特殊重的设备，如质谱仪、纯水设备等，须注明设备 的重量、规格以及标明设备轴心线距离墙的尺寸。 (5)防护墙 有 γ 射线的实验装置的建筑物根据各种不同实验的要求、防护材料的选择以及厚 度的选用均应该仔细地考虑。防护墙比重是指某种材料的相对密度，如采用普通混凝土，其相对密度为 2.3t/m3。 (6)地基钻探资料 在设计阶段，必须提供地基钻探资料，以便根据钻探资料进行基础设计。 (7)抗振要求 拟建实验楼的地区是否属于抗震区，抗震的等级。 4、采暖通风 (1)采暖 ?蒸汽系统 采用蒸汽供暖的系统。 ?热水系统 采用热水供暖系统。 ?温度(?) 房间采暖的温度要求。 (2)通风 ?自然通风 即不设置机械通风系统。 ?单排风 靠机械排风。 ?局部排风 如某一实验产生有害气体或气味等需要局部排风。在有机械排风要求时，最 好能提出每小时换气次数。 (3)空调 5 / 58 有些实验室要求恒温恒湿，采用空气调节系统可以保证实验室内的温度和湿度。提 出温度及允许温差;相对湿度及允许温度偏差。 (4)洁净要求 有些实验室的空气要求保持一定的洁净度时，则需要提出洁净等级。 (5)通风柜及其他设备通风 有自然排风、机械排风和有过滤装置的排风等，根据需要，加以 选择。 5、气体管道 根据需要选用气体管道，有些实验需要量特别大的必须注明。气体管道分为蒸汽、氧气、真空、压缩 空气及城市燃气等。 6、给排水 (1)给水 ?冷水 即城市中的自来水或采用地下水。 ?热水 根据实验要求提出全部实验室采用，还是局部实验室采用。还是采用快速加热器 来解决热水供应。 ?去离子水。 ?冷热水分开 系指水龙头要求。 ?冷热水混合 系指水龙头的要求。 (2)屋顶水箱 ?设置水箱 有些实验要求较高，要有一定的水压;有的城市水压不够，要设置水箱。 ?不设置水箱。 (3)排水 ?排水温度。 ?排水中有酸，浓度及数量。 ?排水中有碱，浓度及数量。 ?排水中有放射性物质，有多少种放射性物质，浓度多少。 ?设置地漏 地漏是实验室的地面上设置的一个排水口，也可不设置地漏。 7、电气 (1)照明 ?日光灯。 ?白炽灯或安全照明。 ?要求工作面上有多少照明(勒克斯)。 ?事故照明 系指万一发生危险情况时需要事故照明。 ?明线 电线采用外露形式的。 ?暗线 电线采用暗装形式的。 (2)强电 ?工艺设备用电量(kW)按每台设备的容量提出数据。 ?供电电压(V)要求电压是多少。 ?单相插座(A)要求插座的安培是多少。 ?三相插座(A)要求插座的安培是多少。 ?特殊设备 电幕、电梯、传送带的用电要求。 ?供电路数 根据实验楼的重要性，提出供电要求(指不能停电、要求电压稳定、频率稳 定等)。 (3)弱电 ?装设电话分机 是否每间实验室要设电话分机。 ?装设程控电话。 ?装设电钟插座。 ?装设闭路电视系统。 ?广播。电脑局域网络系统 (4)防雷 建设地点的防雷情况要调查清楚，提出防雷要求。 8、实验室公害 指实验过程中产生的公害。 ?噪声 实验时产生噪声，最大分贝是多少。 ?振动 属于低频、中频或高频。 ?臭味 化学实验时会产生臭味，有哪一些臭味。 ?辐射 实验时产生 α 、β 、γ 射线等。 ?磁场。 ?灰尘。 ?细菌。 ?蒸汽。 ?有害废气 实验时产生哪些废气，包括种类及数量。 对于上述实验室建筑设计的基本要求，为便于统计。 三、实验室建筑的组成及总体布局 1、建筑规划要求 根据设计任务的要求，结合地形进行总体设计。在进行设计之前，要对各建筑物的用途和功能进行分 析。 对于化学分析实验室，一般应布置在下风方向及下游地段，保持一定的间距和良好的通风，应有绿化 隔离，搞好排污和排毒处理，做好环境综合评估和治理。 对于仪器分析实验室，一般要求良好的环境。有防振防噪声要求的实验室要远离振源和噪声源;有屏 蔽要求的实验室要远离电磁波的干扰 6 / 58 源;要求超净的离纯实验室要规划在粉尘少、绿化好的地段。 无论何类分析实验室，实验室的建立应远离居民区、办公区、仓库等，如条件有限，应保持一定距离。 实验室还应尽量选择在水源充足，又便于排法排毒的地方建立，自然采光条件要好，建筑的朝向要选好等 诸多问题都应兼顾。 2、实验室建筑的组成 实验室建筑物一般按其用途分为四类。 (1)实验研究类 是分析检测实验建筑的核心，包括各类通用实验室和专用实验室以及研究工作 室、计算机房和计量室等。 (2)辅助建筑类 包括图书情报资料室、学术活动室及电化教室等。 (3)公用设施类 包括水、电、气、油、制冷、空调、低温及热力系统、通信、消防、三废处理、 种类器材仓库等用房。 (4)行政及生活服务之类 包括行政办公用房，福利卫生用房及接待用房等。 以上四类建筑之间的关系都是很密切的，后三类建筑为第一类建筑服务，而它们之间又有相互联系。 这些建筑规划面积分配一般为:科研用房 30%-69%，科研辅助用房 5%-31%，分用设施用房 5%-18%，行政及 生活服务用房 10%-29%。 3、实验室建筑总体布局 在总体设计中，首先要研究的问题是采用集中配置形式还是采用分 散配置形式。集中配置形式是将实验室、研究室、行政管理用房、图书资料用房以及科研辅助用房组合在一幢建筑物中;分散配置形式是按 实验楼的不同特性分别进行布置。由于分析检测中心和分析研究室的规模不同以及用地的限制，所以总体布局就有多种形式。一般分为四种配置形式。 (1)独立式 整个建筑配置集中在一幢楼内独立设置，适用于较小的分析实验室。 (2)主楼式 以一幢实验楼为主配以附属建筑，建筑规划比较方整规则。 (3)单元式 又称细胞式。用一个简单的单元或细胞组成多样的形式，形成各种不同的空间，有利于 推行模数和标准化，便于施工。此种形式为现代分析测试中心规划广为采用。 (4)分散式 由不同功能的多幢实验楼、研究楼及辅助建筑灵活组合而成，采用较多。 四、实验室的结构与楼面荷载 结构布置与实验室建筑模数密切相关。在选用模数时必须与当地的施工条件、预制品构件的供应情况以及 地震等级诸多因素综合考虑。实验室的结构可分为三类:即承重砖墙与钢筋混凝土梁板结构、钢筋混凝土 框架结构以及钢结构。 承重砖墙与钢筋混凝土梁板结构(简称混合结构)形式适用于 1-5 层实验室，以 3-4 层为最多，因为每层 的窗间墙宽度增大，影响采光面积。这种结构形式，造价较低，施工较快，一般实验室常采用这种结构形 式。 在采用空间调节的实验室中， 混合结构的层高比钢筋混凝土框架 7 / 58 结构的层高为低， 约可降低 100-300mm。 其原因是空气调节的风管经常布置在走道平顶下面，风管进入实验室时，在混合结构中只要在砖墙上开孔 就可以。而在钢筋混凝土框架结构中，因为柱与柱之间有联系梁连接，联系梁有一定高度，因此层高略高 于混合结构。 钢筋混凝土框架结构(简称框架结构)，这种结构形式适用于五层以上的实验室，但根据实验室的性质， 框架结构也用于 1-5 层的实验室，框架结构按施工方法不同又可分为全部现浇结构、梁柱现浇与板预制结 构、柱子现浇与梁板预制结构、预制柱梁板与现浇节点结构以及全部预制装配式结构。上述五种形式，应 根据实验室的性质、当地施工吊装机械、预制品厂构件供应情况而确定选用何种结构。 在结构方案选择过程中，因考虑实验室工程管网较多的特点。管道的走向采用垂直系统为主布置还是水平 系统为主布置，结构设计人员必须事先与各工程管网的设计人员紧密联系，在初步设计阶段确定下来。尤 其在采用全部装配式结构方案中，管道孔的位置及尺寸大小的要求非常精确，预留孔的位置也要求精确， 而且预制构件中的预埋铁件的位置也要求精确，才能保证工程质量。在实验室设计实践中，穿过楼板的管 道孔应采用局部现浇钢筋混凝土，以减少预制构件的类型。有地震影响的地区，染与柱的节点宜采用现浇 钢筋混凝土，以保证结构的刚度。 钢筋混凝土框架按结构布置又分横向承重框架，纵向承重框架，以及双向(纵横向)承重框架。横向承重 框架刚度较好，适用于分间比较固定的实验室。纵向承重框架的横向刚度较差，需在横向设置抗风墙、剪 力墙，由于横向布置的联系梁高度较小，房间净空可得到较好的利用。双向承重框架的梁柱采用纵横向均 为刚性的连接，房屋整体刚度好，适用于地震区。 楼面荷载按照《工业与民用建筑结构荷载规范》，关于民用建筑楼面均布活荷载规定为教室、实验室、阅 览室、会议室为 200kg/m2，荷重较大的实验室按实际情况采用。办公楼活荷载为 150kg/m2，办公楼经常 开会或兼作会议室时宜按 200kg/m2 采用。办公楼中的一般资料、档案室活荷载为 250kg/m2。藏书库、档 案活荷载为 400kg/m2，附注中说明荷重较大时按实际情况采用。 五、实验室的造价 实验室的造价比一般建筑的造价为高，有时高达一倍或数倍以上，因此在筹建实验室时，要调查已建同类 实验室的造价，以便确定新建实验室的每平方米的造价和总造价。在考虑新建实验室的造价时，应注意下 面几方面。 (1) 混合结构形式的实验室比框架结构形式的实验室造价要低 10%-20%，但框架结构的使用灵活性较大， 今后改变实验性质时，适应性就大些。 8 / 58 (2) 设置空调系统的实验室比不设置空调系统的实验室的初次投资增加 10%-20%，经常性的能源消耗就 更多，因此确定方案时必须慎重考虑，能采用局部空调的就不采用全面空调。 (3) 在实验室方案设计时应尽可能采用直接采光的布置，这样可以节约经常性能源。 (4) 某些实验室耗水量大，在开始设计时就应该考虑水的循环使用问题，避免经常性的浪费大量的水。(5) 在建造散发有害废气、废水的实验室的同时，必须相应地建造处理废气、废水的建筑物。应避免实 验室建造好以后，废气、废水的处理没有解决而造成经济上的损失。 第二章分析实验室建设的总体规划与基本要求 一、 实验室建筑平面设计原则 实验室建筑的主要特点是实验内容手段众多，工艺要求繁杂，工程管网较多，工程造价比一般建筑高达一 倍或数倍。 根据这些特点， 实验建筑平面设计除了遵循一般建筑物平面设计原则外， 还需要遵循下列原则。 ? 同类实验室组合在一起。 ? 工程管网较多的实验室组合在一起。 ? 有隔振要求的实验室组合在一起，一般宜设于底 ? 有洁净要求的实验室组合在一起。 ? 有防辐射要求的实验室组合在一起。 ? 有层。 毒性物质产生的实验室组合在一起。 遵循上述设计原则，有利于环境卫生，防止不同性质的实验室相互干扰，有利于不同的分析检测工程顺利 进行，并节约投资。 二、实验室建筑平面类型 通常分为三种建筑面类型:单走廊平面、双走廊平面、单元组合平 面。 1、单走廊平面 单走廊平面为实验建筑中最常见的平面形式，一般为中间走廊，两侧布置实验室、研究室，也有为单 侧走廊、偏心走廊等。该形式体型简洁，便于施工，造价较低，易于布置管道，特别适宜于利用自然通风、 采光的普通实验室。但走道过长时，交通噪声会有一定的影响。因外墙较多，故不宜于作空调、洁净要求 较高的实验室。 2、双走廊平面 双走廊平面是在单走廊平面基础上，加大进深，两侧布置实验室、研究室，中间布置特殊实验室。其 特点有利于空调面积较多的实验建筑，可以节约能源，室内温度波动小。同时由于建筑物加大了进深，可 以节约用地，建筑物内管网也易于集中，各实验室间交通相对缩短。它的特殊形式是环形走廊，适宜于洁 净要求高的高纯实验室，同时也有利于事故发生时人员疏散。 9 / 58 3、单元组合平面 单元组合平面是为适应实验室扩展需要，有利于提高实验建筑灵活性所采取的另一种布置形式，它有 利于实验室及其管网的相对集中。实验楼扩建时，可以根据实际需要增加若干单元，既可以单向扩建，也 可多向扩建，而不影响建筑的完事体形。 三、实验室空间尺度 实验室空间尺度又称实验室的模数，一般是指实验室的开间、进深、层高、走 廊的尺度。它根据研究人员 的活动范围及实验设备和仪器布置要求而定。 1、开间 实验室的开间主要取决于实验人员活动空间以及实验设备工程管网的合理布置的必需尺度。国外对实验室 的模数，各国均有自己的经验。如德国《教学与科研建筑》(Bauten fur Bildung und Forschung)一书 介绍实验室的模数采用三种: 3.0m、3.25m 及 3.5m。再以这三个开间模数为倍数来组合实验室，完全能 满足各类实验室的布置。英国《实用实验室设计》(Fractical Laboratory Planning)一书的介绍，实 验室的模数采购 3.05m (10ft) 的模数。 日本 《研究所设计》 (研究所のデザイン[Desing of Laboratories] 一书介绍，建议采用 3.2m 为模数，他们采用 1.6m 的单位模数，如实验台宽度、实验台长度、实验台之间 的走道宽度以及管道竖井的宽度等均采用 1.6m。美国农业部地区研究实验室采用 3.0m 的模数。美国艾博 特实验室(Abbott Laboratories)，采用 10ft 为模数，用二倍和三倍的模数来组成实验室用房。归纳起 来，世界各国实验室的开间模数大致都在 3.0m、3.2m、3.3m 以及 3.5m 之间。 我国实验室的开间一般采用 3.0m、3.3m、3.6m 三种开间模数，其理由如下:? 能满足实验工作的正常需要。 化学、物理、生物实验室的中央实验台和侧式实验台宽度约为1.2m-1.8m， 设有工程管网的该类实验台宽度不小于1.4m，靠墙侧式实验台的宽度约为 0.6m-0.9m，设有工程管网的靠 墙侧式实验台宽度不小于 0.75m，两个实验台之间的距离为 1.2m-1.8m。这样的开间均能满足上述的需要。 ? 开间模数与工业化生产紧密结合起来，考虑结构配件的互换性，有利于预制品构件的大量生产，与多 层工业建筑 6.0m 柱距结合起来，与民用建筑中多采用 3.3m 的开间模数结合起来。 ? 与统一的标准窗扇采用 0.3m 为倍数的尺度相结合。 2、进深 实验室的进深主要取决于以下五个方面。 ? 根据实验性质确定的每个实验人员所需要的实验台长度。 ? 实验台的布置方式。相同长度的岛式实验台比半岛式实验台所需要的进深大。 ? 实验台的端部是否布置研究人员的办公桌。 ? 通风柜的布置方式，通风柜平等窗户布置比垂直窗户布置的进深大。 ? 采光通风方式。综合上述四个方面的因素，进深一般在 6.0m-9.0m。即 6.0m、7.0m、8.0m、9.0m 四种 进深，基本上能满足化学实验室、生物实验室及物理实验室的要求。 10 / 58 3、层高 层高是指楼板面到楼板面的高度，净高是指楼底面(或吊顶面)到楼板面的距离。实验室的层高主要 取决于实验室的类型。空调系统管道，化学实验室的通风柜管道等所占用的空间对影响较大。一般化学实 验室、生物及物理实验室的层高，建议采用 3.6m-3.9m，放射化学实验室由于通风柜上安装了过滤器，层 高应相应增高。洁净实验室本身的净高比一般实验室的净高要低，这是由于洁净实验室节约空调冷量以及 采用人工照明等原因， 一般净高为 2.5m 左右。 电子计算机房根据平面空间的大小来决定， 一般为 2.4m-3.0m 之间。底层由于需设置大型的仪器设备，故层高比楼层略高，具体高度应视其设备安装使用要求的尺寸、 管道走向及吊顶布置等具体情况而定。 4、走廊宽度 实验室的的走廊宽度主要取决于三个方面:交通量的大小;走廊的长度;门窗的开启方式。实验室的走廊一般分为下列五种:?单面走廊;?中间走廊(中间双走廊);?检修走廊;?安全走廊与参观走廊; ?设备管道走廊。一般实验室的交通量较小，走廊不宜过宽，否则，走廊边会堆放杂物，反而影响环境质 量。 四、实验室与研究室平面布局 实验室是供研究人员进行科学实验、从事分析检测工作的主要场所。而研究室则是供研究人员书写研究报告、论文、处理数据，阅读有关资料以及计算机上网查询信息的房间，两者对研究人员使用十分密切，因 此实验室与研究室的平面布局合理是十分重要的。其他各类实验室的组合问题，将在第四章中讨论。 1、实验室与研究室的平面布局原则 ?实验室与研究室之间联系要方便。 ?尽量避免实验时产生的有害气体、实验仪器设备产生的噪声等对研究室的影响。 ?布局时应综合考虑功能、经济等方面的因素。 2、实验室与研究室的平面布局形式 实验室(简写 L)与研究室(简写 S)的平面布局一般有三种形式:内容型、毗连型和分离型。 (1)内含型 实验室与研究室在一个房间内，即在实验室里设置办公桌面积或研究室。这种形式实验室与研究室联系方便，实验室进深较大，节约用地，管道布置较为经济，但实验室对研究室有一定的影响。(2)毗连型 毗连型平面布局有多种形式。研究室与实验室一廊之隔，或一一对应，或研究室沿大空间实验室 之一侧布置，也有两侧布置。 (3)分离型 研究室与实验室分开布置，管道布置经济合理，实验室对研究室影响较小，但有些布局形式，实 验室与研究室分得较远，联系不够方便。 有的实验室要求温度较严，则采用研究室环绕实验室布置的方案，例如高纯分析室，其优点 11 / 58 为: ?有利于实验室的空调系统的位置;?有利于防尘、防护和屏蔽的设计;?有利于研究室在外围得到自然 采光等。 五、实验室的朝向 为了取得最佳工作环境和避免阳光向科学仪器直射，实验室应选择正确的朝向。从世界各国实验室的实例分析以及我国使用实验室的实践经验，实验室的窗应朝南和朝北开启，尽可能避免在东西墙上开窗，尤其 是西向。因此在总平面布局时，应把主要实验室的朝向布置成南北向，尤其在大型的实验室设计中，从长 期使用角度考虑，必须采用南北朝向布置。如果由于基地条件的限制而采取不良朝向时，应设计遮阳。 朝南开启窗子时，应根据实验室内部家具布置情况，选择是否采用水平遮阳。一般采用半岛式实验台的设计方案中，由于实验台的一边靠外墙，为了避免阳光直射仪器，常设置水平遮阳或窗帘。 我国位于北半球，朝正南开启窗子时，在一年中有某些时间直射阳光会进入房间，如实验室要求避免直射 光线，可设置水平和垂直遮阳。 一般说来，在实验人员集中的实验室应布置在朝南，例如化学分析实验室。对于大型精密的科学仪器设备的实验室除了需要布置在底层，防止振动等要求外，也应布置在阴面，朝北方向比较适宜，避免阳光直射，也可节约空调消耗的冷量。例如原子发射光谱仪、X 射线荧光光谱仪、ICP-MS 仪、原子吸收光谱仪以及分析天平等。 六、实验室的平面系数 在设计过程中经常碰到总建筑面积、建筑面积、辅助面积及平面系数等经济指标。总建筑面积是指几幢实 验楼建筑面积之和。建筑面积为一幢实验楼各层外墙外围的水平面积之和(包括地下室、技术夹层、屋顶 通风机房、电梯间、有柱子雨篷等)。使用面积是指实际有效面积，辅助面积是指进厅、走廊、楼梯、电 梯、厕所、卫生通过室、管道竖井、墙厚、柱子等面积之和。平面系数=使面面积(建筑面积-辅助面积) /建筑面积。 为了说明实验室的平面系数大致幅度是多少以及影响平面系数的主要因素是什么，就要研究平面系数的规 律，从而能更好地把实验室的计划任务书编制好。因为在拟定计划任务书时，首先应考虑使用面积过多或 过少，因此应对各类实验室的平面系数进行分析。下面选择四个工程的平面系数进行分析。 (1)海洋地质实验楼 该楼为 5 层框架结构，建筑面积为 6240m2，开间模数采用 3.3m，柱网为 6.6m， 柱子截面为(0.4X0.4 )m2，进深 6.05m，走廊轴线为期不远 2.5m(走廊净宽为 2.1m)，层高为 3.7m， 底层平面长为 81.0m，宽为 15.0m。每层建筑面积为 1215m2，五层合计 6075m2，顶层通风机房为 120m2， 有柱雨篷面积为 45m2。一字形实验楼，设置两个楼梯，有少量管道竖井。辅助面积之和为 1875m2。平面 系数为 70%。 12 / 58 (2)感光化学研究所实验楼(不包括会议室和书库) 该楼为五层框架结构，建筑面积为 7640m2，实 验室开间模数采用 4.15m(原来考虑 4.5m，用 1.5m 的倍数，因预制楼板规格的限制，而改用 4.15m)，进 深为 6.3m， 走廊轴线为 2.6m 走廊净宽为 2.2m) 底层层高为 4.2m， ( ， 楼层层高为 3.9m， 柱子截面为 (0.4X0.4) m2。底层平面长为 94.5m，宽度为 15.6m。每层建筑面积为 1430m2，五层合计为 7150m2，顶层通风机房为 470m2，入口门为 20m2。一字形实验楼，中间为门厅，设楼梯、电梯和男女厕所，左右两端各设楼梯一座。 有少量管道竖井。辅助面积之和为 2673m2。平面系数为 65%。 (3)有机化学研究所实验楼 该楼为 7 层框架结构，其中顶层为技术夹层。建筑面积为 8200m2。实验 室开间模数采用 3.4m，进深为 6.25m，走廊柱子轴线为 3.8m，走廊净宽为 2.0m。在走廊两侧设置管道竖 井。底层平面长为 69.6m，宽度为 16.7m。建筑平面呈一字形，入口偏于右侧，设有进厅，楼梯、电梯和 男女厕所。辅助面积之和为 3796m2。平面系数为 59%。 (4) 物理实验楼 该楼为五层混合结构， 采用纵向承重体系。 建筑面积为 1147m2， 开间模数采用 3.2m， 进深为 6.6m，走廊净宽为 2.0m，底层平面长为 130m，宽为 16.25m。底层外墙厚度为 0.49m，内墙厚度为 0.37m，隔墙厚度为 0.10m。建筑平面呈一字形，对称布局，中间入口，设进厅、楼梯和电梯，两侧各设楼 梯及厕所。辅助面积之和为 3769m2，平面系数为 67%。 上述四个例子的建筑面积、平面系数，辅助面积(包括走廊面积、楼梯电梯面积、厕所面积、进厅面 及管道竖井面积)以及它们所占的百分比，见表 2-3。从表中可以看出前面三个列子均积以 系框架结构，建筑面积在 6000,8000 m2 之间，都属于化学类型实验室，由于化学实验室需要设置通风柜，通风柜的排风管 道须经管道竖井至屋顶排风机房，因此管道竖井所占的面积多少，直接影响平面系数。从前面三个例子的 数值中，走廊面积占总面积的 12%,14%，墙体面积占总面积 1%,3%左右，进厅及有柱雨篷面积占总面积 的 1%,2%左右，管道竖井面积占总面积的 0.5%,14%左右。其中以管道竖井面积的幅度为最大，影响平面 系数的差值为 10%左右。从而结论就很清楚，化学实验室的平面系数取决于通风柜的数量以及管道竖井的 布置形式。第四个例子为 5 层物理实验楼，采用混合结构形式，因无管道竖井，平面系数为 67%。 上述四个例子的建筑面积、平面系数，辅助面积(包括走廊面积、楼梯电梯面积、厕所面积、进厅面积以 及管道竖井面积)以及它们所占的百分比，见下表。从表中可以看出前面三他例子均系框架结构，建筑面 积在 6000,8000m2 之间，都属于化学类型实验室，由于化学实验室需要设置通风柜，通风柜的排风管道 须管道竖井至屋顶排风机房，因此管道竖井所占的面积多少，直接影响平面系数。从前面三个例子的数值 中，走廊面积占总面积的 12%,14%，墙体面积占总面积的 6%,10%左右，楼梯电梯面积占总面积的 4%,6% 左右，厕所面积占总 13 / 58 面积的 1%,3%左右，进厅及有柱雨篷面积占总面积的 1%,2%左右，管道竖井面积占 总面积的 0.5%,14%左右。其中以管道竖井面积的幅度为最大，影响平面系数的差值为 10%左右。从而结 论就很清楚，化学实验室的平面系数取决于通风柜的数量以及管道竖井的布置形式。第四个例子为 5 层物 理实验楼，采用混合结构形式，因无管道竖井，平面系数为 67%。 实验楼的平面系数示例 工程名称 层数 建筑面积 A/m2 平面系数 K 辅助面积/m2 辅助面积/m2 走廊面积 墙体面积 楼梯电梯面积 厕所面积 进厅及有柱雨篷面积 管道竖井面积 海洋地质实验楼 五层框架结构，有少量管道竖井。南方地 区 6240 4365/6240 1875 850 470 270 150 105 30 100% 70% 30% 13.6% 7.5% 4.3% 2.4% 1.7% 0.5% 感光化学研究所 五层框架结构，有少量管道竖井。北方地 区 7640 4967/7640 2673 1045 792 470 90 96 180 100% 65% 35% 13.7% 10.2% 6.2% 1.2% 1.3% 2.4% 有机化学研究所 七层框架结构(其中顶层为技术夹层)，走道两侧为管道竖 井 8200 4859/8200 3341 974 489 420 216 46 1146 100% 59% 41% 12% 6.1% 5.2% 2.7% 1.2% 13.8% 物理实验楼 五层混全结构，无管道竖井。南方地区 11474 7678/11474 3796 1334 1070 921 180 291 无 100% 67% 33% 11.6% 9.3% 8% 1.6% 2.5% 无 由此可见，分析实验室平面系数的幅度大致在 50%,70%。体形比较简洁的一般化学、生物、物理实 验室，平面系数的幅度大致在 60%,65%之间。有管道竖井的化学实验室，平面系数在 60%左右，一般物理 实验室的平面系数在 65%左右。 七、实验室的防振 1、实验室总体设计中的防振问题 (1)在选择实验室的建设基地时，应注意尽量远离振源较大的运输干线，以便减少或避免振动对实验 室的干扰。 (2)在总体布置中，应将所在区域内振源较大的车间(如空气压缩站、锻工车间等)合理地布置在远 离实验室的地方，此外还应注意压缩机活塞的运动方向，实验室应平行于活塞的冲程方向，如与其垂直， 则振动影响将大大增强。 (3)在总体布置中，应尽可能利用自然地形，以减少振动的影响。如可利用河浜将产生振动的建筑物 和实验室隔开。如地面有起伏，可将产生振动的建筑物放在低处利用土堆减小影响。如地面高度差在 2m 以上时，则可将产生振动的建筑物布置在高处，振动由上往下传播，振动波经过土层而衰减，此时可适当 减少水平防振间距。 (4)在总体布置及进行实验室单体建筑的初步设计时，均应首先摸清所在区域内各振源特点，并同有 关工种联系，经全面考虑和研究决定采取何种防振措施。 2、振源及其对实验室的影响 2.1 地面脉动 这是一种由大自然中的风、海水和地壳内部各种变化因素以及远处各种振动的叠加传播所造成的，是永远 存在的，它一般在十分之几到百分之几微米的范围内变化，其频率大都在 2,3Hz 左右。对个别极精密的 仪器设备，要考虑地面脉动的因素，但对实验室的一般精密仪器设备则不必考虑此因素。 2.2 人工振源 (1)交通运输工具 如火车、汽车等 14 / 58 振动多属高频，有瞬时冲击作用，对精密仪器有影响，实验 室应与它们保持一定的防护间距，同时应注意公路路面质量，路面的质量越差，振动越大。 (2)土建施工中的打桩爆破等属临时性的振动 在实验室的设计中可不予考虑，但矿山和采石场的 爆矿则不是临时性的振动，在开始设计时就应予以注意。 (3)邻近建筑物内产生振动的设备 一般地说，所发出周期性振对实验室的影响较小，如为非周期 性振动，能使基础产生振动，对实验室的影响较大。 ?靠近实验室建筑的车间内所设的车床、铣床、磨床等有周期性的不平衡扰力，但仅在离设备几米 范围内有影响。在作一般零件加工时其扰力为 10kg 左右，作非一般零件加工时其扰力在 10,30kg 左右， 所以在实验室的总体设计中一般可不考虑它们对实验室所产生的影响。 ?邻近建筑物内的鼓风机，作周期性旋转运动，属低频和中频范围(300,1500 次/min)，它的振 动强度虽与其型号有关，但是如已采用弹簧或软木等的隔振措施后，经调查实测，其振动强度随与离风机 的距离的增大而迅速衰减，一般在离风机 5m 处已减小一半，而在 10m 处几乎已测不出，所以在实验室的 总体设计中也可不考虑它们对实验室所产生的影响。此外，小型通风器，只要采取有效的隔振措施(包括 风道穿墙处的隔振措施)亦可安设在实验室的上面。 ?邻近建筑物内的压缩机，一般属低频(100,200 次/min)振动，易使建筑物发生共振，并有时能 传布到 1km 以外，V 形或 W 形气缸的压缩机，其扰力较小一些，L 型气缸的扰力就较大一些。总之，实验 室应与它们保持一定的防护间距。 ?附近车间里的锻锤与冲床是一种重要的振源，它们产生不固定的、非周期性的冲击力，实验室必须与它 们保持较大的防护间距。 (4)其他振源 如人的行走、关门、搬运东西等，在总体设计中就无需考虑，但在实验室的单体 设计中应予以注意。 3、实验室总体设计中的防振间距 确定防振间距的因素很多，如果防振间距达不到一定的数值时，必须对振源或要求防振的设备基础采 取有效的隔振措施，或是对整个实验室建筑物采取防振措施。 4、实验室建筑物和实验室内的防振措施 在总体设计中遇到防振间距达不到要求时，可采取这样的做法:房屋四周用玻璃棉下脚料作隔振材料 使实验室与室外地表面隔绝，以阴止地面波的影响。这种做法比开挖人工防振沟或防振河道简单、卫生， 同时在用地上也较经济。 实验室内的防振措施主要有以下四种情况。 (1)风振动较大，或防振要求较高的精密仪器设备应尽可能设置在底层 以利于采取有效的隔振措 施。 (2)可将精密仪器设备放置在防振基础或防振工作台上 这种消极隔振设计，是根据精密仪器、设 备的允许振动极限值以及动力设备的干扰力通过计算，选择隔振措施，包括决定隔振器类型的数量、位置 和尺寸，以满足精密仪器设备的正常使用。消极隔振必须考虑有足够的阻尼，否则体系晃动过大，长时间 不易稳定会影响使用。消极隔振一般可采用下列两种形式。 ?支承式隔振措施。构造较简单，自振频率最低可设计成 3,4Hz， 15 / 58 一般适用于外界干扰频率较高 时，这是使用较多的一种措施。 ?悬吊式隔振措施。构造较复杂，自振频率最低可达 1,2Hz，适用于对水平振动要求较高，仪器设 备本身没有干扰振动。 (3)对实验楼内产生较大振动的设备采取积极隔振措施 这是必要的有效措施，可以从两个方面进 行处理。 ?降低机器基础的振动，使其影响范围缩小，一般采用放宽基础底面积，或加深基础(但这对水平 振动的机器反而不利)，或采用人工基础的方法来加强地基则度。 ?在机器基础里设有隔振装置。 (4)利用增加地坪刚度的防振措施 可应用于低层精密计量室以及其他要求高度防振的房间，地坪 与四周墙身脱开，(可用万利板或泡沫塑料板隔开)，使墙身的振动不传到室内地坪，同时采用砂垫层以 减少土壤传来的振动，较厚的混凝土垫层可减少人员走动时所产生的振动影响，同时精密仪器可以设在室 内的任何位置，这就提供了一定的"灵活性"。 八、实验室的接地 分析实验室所使用的电器装置和仪器设备均应接地。实验室的接地种类较多，有工作接地、保护接地、过电压保护接地、设备仪器接地、屏蔽接地以及防雷接地等，前三种接地按一般接地规定设计。 设备接地是为了保证设备和人身安全，也为了设备工作时一个统一的电位参考点和防止外界电磁场的干 扰。设备接地又分信号地、功率地、安全地。由于各种分析仪器内的电子设备已在设备内部，可将各种接地汇接在机壳上。因此把几个电子设备的汇接点接在环状接地体上。如果电子设备安装在楼上，可接在总 接地体端子上， 然后引至地下的环状接地体上。 接地体也可与防雷接地系统共用。 特殊要求分析测试仪器， 可采用单独接地引下线，再接在环状接地体上。许多旧的实验室没有接地系统，应充分考虑设备的接地系 统。 设备接地最普通的方法是连接到一个金属系统(如自来水管)去接触地面。利用水管接地时，由于导线与 水泛的接触不良，或是由于水管系统缺少电的连续性，因此，这种接地方式常常是不合要求的。使用这种 接地系统时，须经严格的检查，以保证达到合适的接地要求。第二种接地方法是对危险设备安装一个单独 的接地系统，这种系统需要较多的费用，但比较可靠。可保证合适和有效的接地。 对质于磁场敏感的分析仪器，不应放置在相邻的两间实验室内，以减少相互干扰。 九、建筑实例 16 / 58 1、上海某大学化学实验室 该实验室为教学实验楼，实验楼由教学、实验和办公三个部分组成，分区清楚，互不干扰，联系方便。总 建筑面积为 6066m2。在平面局上，将一般教室布置在楼的左侧，82 人的梯形教室布置在大厅的上部，120 人的梯形教室布置在大楼的后部，这样，学生上下课疏散与实验室联系均较方便，又不影响实验。实验室 布置在大楼的右侧，底层为普通化学和无机化学实验室，二层为有机化学实验室，三层为分析化学和物理 化学实验室。在二大间实验室之间设有准备室及仪器贮藏室。实验室的基本模数开间采用 2.80m(钢筋混 凝土柱距为 5.60m)，进深净尺寸为 6.60m，层高为 4.00m。整个实验室光线充足。 通风分为三个系统，通风柜的排风是每一通风柜有各自的垂直排风管道通到屋顶层，再用排风机将有害气 体抽至人字形气窗口排出。一二层实验室室内通风是这样考虑的:在外墙窗下及内墙沿走廊下部设有进风 口，安装可以调节的百叶片，以调整空气流量，而在内墙沿走廊上部设有排风口与通风管连接。三层的物 化、分析实验室是在实验台上部设排气罩，在屋顶层内装有单独的排风扇。 2、上海某科学研究院理化实验室 该实验室为七层框架结构，总建筑面积 6463 m2;并有地下室一层，其建筑面积为 786 m2。六七层设 普通化学实验室、玻璃器皿加工室及蒸馏水制备室等;五层除设置普通化学实验室外尚设有大型显微镜室 和摄影复印室;四层主要设印染 晒图间等;二层设实验室;三层设有电子计算机房、测色仪室、牢度试验室、技术档案室和 光谱实验室、色谱分析室及电话间等;底层设有各种精密分析仪器室;地下层设各种纺 织物实验室及空调机房。 底层大进厅内设有楼梯与电梯;另一端设室外楼梯，直通屋顶。屋顶层设排风机房、电梯机房及水箱 间等。水箱设在建筑物内减少水温的变化。 3、日本某中心技术研究所 该中心研究所设有主楼、会堂及中间性工厂等。主楼为三层钢筋混凝土建筑，建筑面积为 6687 m2。进 厅左侧为实验室，右侧为办公室、图书室、会议室等。实验室层高为 4m，走廊净高为 2.4m，其上设空调 的管道。房间的隔断是可移动的。标准实验室的进深 9m，宽度 6.4m。地面设 15cm 深的管沟，各种管子由 管沟通到实验台下面。实验室设(4.7*1.7*0.8)m3 的岛式实验台，实验台的洗涤盆内壁全部衬铅，以防酸碱腐蚀。实验室房间的门向外开启，门扇突出走廊 30cm，对 2.4m 宽的走廊影响不大。此外，还利用走 廊和房间之间的柱间 60cm 空间作管道竖井和壁柜。 4、日本某公司综合研究所 研究所的总建筑面积 8920 m2。主楼(研究楼和办公楼)为三层钢筋混凝土建筑，长度为 72m，宽度为 15m，建筑面积为 4975 m2。实验室层高为 3.8m。北面布置实验室，柱网采用(6* 7.4)m2;南面布置研 究室及厕所、楼梯间。冬季采用热风采暖，夏季无冷气。恒温恒湿则用于放射性同位素计数记录器室和精 密实验室。每两个开间设管道竖井和配电板一套。每个通风柜设有排风机，共有 32 只排风机。 17 / 58 风机开关 设在房间入口靠走廊一面。一、二、三层的通风柜风管均设在管道竖井内。 5、国家某分析测试中心 国家级某分析测试中心大楼，占地面积 2600 m2，建筑面积 13675 m2。整个建筑工程由化学楼、物理 楼、电化教育、学术厅及空调、配电等辅助楼组成。主楼为化学楼，六层钢筋混凝土框架结构。化学楼采 用中间走廊带两侧房间的方式，在走廊两侧设置管道竖井，不走管道的地方可设置壁柜。底层设置大型精 密仪器，如质谱仪、离子控针、X 荧光光谱仪等，高层布置高纯实验室，三四层集中布置化学实验室，配 有原子吸收光谱仪，分光光度计、天平室等。整个实验大楼普遍要求空调，采用小系统中央空调。化学楼 的通风系统有 50 个， 空调净化系统的技术参数分两类: 一类为温度 (20,22) ??1?， 相对温度为 50%?10%; 二类为温度(20,25) ??2?，相对温度为 55%?10%。整个建筑物将物理楼、化学楼分开，并设防振缝和变形缝以减小空调机 房产生的振动，并将防振要求高的实验室远离公交线路等。 第三章(一)分析实验室的基础设施和基本条件 分析实验室的基础设施和基本条件是实验室建设的重要组成部分，它是实验室分析测试工作顺利进行 的最基本保证。这些基础设施和和基本条件主要包括:实验室用水、电、气、采暖通风、空调、家具以及各类安全防护设施(防火、防爆、防雷、防静电、防振以及电磁屏蔽和电器设备的安全使用等)。本章将 较详尽地论述这些设施和条件的设置、安装、分类及其使用方法等有关知识，力求为建立新的实验室或者 改扩建现有的实验室提供一定的借鉴作用。 一、水分析实验室用水是分析实验过程中的基础设施和最基本条件之一。分析实验室用水要求，要有一定的水压、水质和水量，在筹建实验室时必须充分考虑用水的要求，特别是在筹建大型高层实验室，或者建立高纯分 析实验室，是一项必备的基本条件，以适应不同分析对象和目标的需要。1、水的用途和分类 1.1 按水的用途分类 分析实验室用水按其用途基本上可以分为三类。(1)生活用水 供各种试验器皿洗涤、试验过程用水，淋浴、通风柜、手套箱和其他用水。(2)生产用水 供试验设备、辅助设施的冷却用水，洗涤水、地板、墙面、设备洗刷用水以及为纯水 制备提供原水等。(3)消防用水 供室内消火栓和特殊消防设备用水。1.2 按水源分类 水的来源不同，具有不同的性质，主要有如下 4 种:(1)江河水 江河水硬度较小，碳酸盐少，含氧量大，悬浮物多，有机物多，常有色度。水质随季、 水流条件、水源环境而变化。使用前需要进行沉淀、过滤等预处理。(2)湖沼水 湖沼水与江河水相似，外观较清。因移动性小，藻类、菌类的生长使有机物含量增高。使用前需采用过滤、通氯等方法除去或破坏有机物。(3)地下水(井水)地下水清，悬浮杂质少，溶解杂物多， 18 / 58 通常硬度较大(其中主要是碳酸盐)。 地下水的硬度随地区土壤的类型变化很大，应尽量选用硬度较小的地下水。地下水是较理想的水源，可不 经预处理。 (4)自来水 因自来水已经过处理，硬度适中，清而无有机物，是最理想的水源。 一般说来，用于制造纯水的水源应当满足如下要求:?无悬浮物和胶体物质，无色无味;?无藻类、菌类、 水生植物，有机物含量昼少;?含盐量、溶解气体应尽量少;?水质稳定，随季节变化小。 2、水中杂质和水的预处理 2.1 水中杂质 源水的杂质与水的地域、季节及来源有关。水中杂质一般可分类 5 类。 + + (1)电解质 水中电解质包括可溶性无机物、有机物及带电的胶体离子等。其中阳离子有 H 、Na 、 + 2+ 2+ 2+ 3+ 3+ K 、Mg 、Ca 、Fe 、Fe 、Al 等，阴离子有 OH 、HCO3 、Cl 、NO3 、HSiO3 、有机酸(腐殖酸、烷基笨磺酸 等)离子。 由于电解质杂质的存在， 使水的电导率增加。 测量水的电导率可以反映天然水中电解质杂质的含量。 电导率为电阻率的倒数，单位为西门子每厘米(S/cm)。水的电阻率是指某一温度下，每边为 1cm 立方体的水的电阻，单位为欧姆.厘米(Ω .cm)。 通过测量水的电导率再换算出水的总溶解性盐类的含量的方法，虽须做某些假设且带有一定的经验 性及误差，但仍具有实用价值。 水中各种阴、阳离了的含量可以用离子色谱法及原子吸收光谱法等分析方法测定。 (2)有机物 水中所含有机物主要指天然或人工合成的有机物质，如有机酸、有机金属化合物等。这 些有机物体积庞大，常以阴性或中性状态存在，通常用化学耗氧量法或总有机碳测定仪测定其含量。 (3)颗粒物质 水中的颗粒生物包括细菌、浮游生物和藻类等。水中的微生物分为植物性浮游生物， 如球藻、硅藻、蓝藻;动物性浮游生物，如原生动物、轮虫及菌类等。其中菌类分为真菌、霉菌、变形菌 及细菌 4 种。细菌又分为一般细菌、大肠杆菌(污染指标细菌)、污水细菌(铁细菌、硫细菌)。 水中的微生物可用膜过滤法和培养法定量测定。 (5)溶解气体 水中的溶解气体包括 N2、O2、CL2、H2S、CO2、CH4 等，可用气相色谱及化学法测定其含 量。 2.2 水的预处理方法 如果由于条件的限制，当地没有理想的水源，就必须对选用的水源适当的预处理。 -1 天然水源均含有悬浮物、胶体和溶解物质等三类杂质，颗粒大于 10 mm 的杂质，在水中沉降速度较 -2 -4 -6 快，可以设置沉砂池除去。颗粒在 10 mm 以下难于自动沉降，颗粒在 1X10 ,1X10 mm 为胶体颗粒，多数 -6 是黏土微粒、 高分子物质、 微生物和细菌， 更难于自行分离， 这是自来水净化的主要对象。 颗粒小于 1X10 mm 的溶解杂质，是特种水的处理对象。因此，对水预处理应当根据实际情况选择适当的方法。水的预处理方 法有如下 3 种: (1)沉淀与混凝 在含有不溶悬浮物的水中，一些不溶物受重力作用而沉降。悬浮物质颗粒越大，沉 降速度越快。工业上用的水沉降池属此类，过滤减少水中杂质，同时减少凝聚时需要的化学药品。为了加 速 19 / 58 沉降，采用急速沉降法，使水中悬浮物在重力和离心力的双重作用下加速沉降，所谓“急速沉降装置” 是这种方法的具体应用。在使用该装置时，往往加入药剂凤便加速悬浮物沉降，降低水中盐类含量。外加 药剂使水中带电荷的胶体放电，这是胶体颗粒的脱稳过程，使水的混浊物，有色物质，微生物和其他的有 机物，形成比较大的絮状物，这些絮状物可以用沉降、砂滤或过滤除去。使用最广泛的凝聚剂是铝盐和铁 盐，最常用的是硫酸铝，也有的用有机凝聚剂，硫酸亚铁、氯化亚铁也是经常用的凝聚剂。铝凝聚剂使用 时最佳 pH 值为 5.5,6.5，铁凝聚剂 pH 值为 3.5,5.5 时使用最有效。 因此，混凝处理的目的是加速沉淀，提高沉淀去除杂质的效率。 (2)过滤 含有悬浮物的水，经过沉降混凝处理后，仍有颗粒较小的不溶物。过滤的操作，是把凝结 了的或经混凝处理和沉淀的水，用压力或自然重力来处理，工业上时常采用砂滤池和塔式过滤器。过滤介 质多采用砾石、经过筛选有一定粒度的细砂、无烟煤或活性炭等。 (3)加药剂 除了在上述混凝处理中加入凝聚剂以外，在待处理的水中有时还加入一种或几种能使水 中杂质(包括溶解和不溶解的)氧化还原、络合、沉淀、凝聚的化学药品，用以降低水中杂质含量，改变 水的 pH 值，破坏或改变水中杂质的组合，从而达到纯化水的目的。例如，用加入石灰或电石渣的方法降 低水中的硬度;用加入液氯或氯气的方法破坏有机物和杀死菌类;蒸馏法中加入甘露醇以防止硼的蒸出， 加入高锰酸钾防止低价易挥发杂质的蒸出等。 3、给水系统 3.1 给水系统的选择 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 输送到试验用水设备、辅助用水设备、各种配水龙头和消防设备等，以满足试验过程用水、日常生活和消 防用水的需要。 实际上，实验室内并不都需要设置上述三种系统，在设置系统时，应视实验室规模、设备、试验过 程对水质、水量、水压和水温等要求，并结合室外给水系统情况，经技术、经济上的比较，综合考虑而定。 在一般情况下，可设置生产、生活、消防合并的给水系统，有时还根据生产用水的特殊要求，将生产给水 再划分为几个不同系统， 由于试验需要较高水质标准， 设置了去离子水给水系统。 有的由于水源水量不足， 或者节约用水以及其他要求，设置了循环水冷却系统。 消防给水系统应尽可能与生活或生产给水系统合并，只有当消防管道与其他管道合并后技术上、经 济上均不合理时，可设置单独的消防给水系统，例如:大型高层实验室和对水压、水质有特殊要求的建筑 物等可采用单独的消防给水系统。试验设备或辅助设备不允许间断供水时，可将其他给水系统与生产给水 系统连通作为备用，但要防止系统被污染。 实验室内部供水系统利用室外给水管网的压力直接供水。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压力直接供水，上层部分可设置局部加压设备。当 20 / 58 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。 3.2 给水方式 给水方式要按实验室性质、高度、用水设备和消防设施及其所要求的水压、水量，再结合室外给水 管网的水压情况等决定，常用的有下列几种: (1)直接供水方式 这种方式是室内无加压水泵，通常用于室外给水管网在任何时间内，均能保证最 不利点用水设备和各种配水龙头连续工作所需要的水压和水量。在实验室屋数不高时，水压、水量均能满 足的情况下，一般可采用直接给水方式。 (2)设有高位水箱的给水方式 一般在用水集中高峰时间内，由于随着用水量增加，室外管网内水压 下降以致不能满足室内上层用水要求，或在室外管网水压周期性不足时，可考虑采用这种方式，再有实验 室用水设备要求安全供水时，也可设置水箱作贮存调节。 (3)设有加压水泵和水箱的给水方式 一般用于室外管网的水压经常低于生产、生产、消防等用水要 求的水压， 而用水量又不均匀时可采用这种方式， 通常用于大型高层实验室。 有的实验室要求安全供水时， 也可采用这种方式。当用水量大，水泵抽吸后，致命名室外管网内的压力大幅度的波动，甚至降低，并影 响其他单位的使用时，在进水口处应设置断流水池，但经济上一次投资较大，经常运行维护费也有增加。 3.3 管道布置 (1)引入管 实验室给水通常可设一根引入管，如果在室外为环形给水管网、设置试验设备和其 他试验过程用水要求安全供水时，可在大型、高层实验室内的消火栓数量为 10 个以上时，可考虑设置两 根引入管。 实验室用水设备布置有工艺特点，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，底层走廊等设有管沟的;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。 (2)室内管道布置 内部给水管网布置与建筑物性质、使用要求、结构情况和用水设备位置等有关。 由于实验室配水点多且分散，所以相应的立管、横管和分支管就较普通的办公楼、学校、宿舍等建筑物为 多，因此管道要合理布置，在布置时既要考虑管道水力条件因素，又要做到供水安全可靠，尽可能使管线 最短，减少管线交叉，同时还要使经常运行时维修方便。 管道敷设方法，可分为明装和暗装两种，选用何种方法敷设应视使用要求、工艺特点、卫生标准而定，通 常实验室的管道都为明装敷设，并应尽量沿墙、梁柱、墙角、走廊、天棚下敷设。采用明装敷设设对施工 安装和维修管理都较方便，造价也较低，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和对部分房间有较高要求时， 管道可考虑暗装， 此时管道应尽可能暗设在地下室、管沟、天棚内，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。管道暗设能使室内整齐美观，但造价较明装为高，施工安装和运行 维护都较困难。忆建成使用的实验室如无特殊要求 21 / 58 的，一般都是采用时装。 第三章(二)分析实验室的基础设施和基本条件 3.4 消防用水 室内除生产和生活用水之外，还应根据消防要求设置消防给水系统。设置室内消防条件和消防用水 量可按有关要求确定，室内消防给水系统一般分为普通消防、自动喷洒和水幕消防系统等。 (1)普通消防给水系统 普通消防系统是实验室普遍应用的一种消防系统，它主要由消火栓、水枪、 水龙带、消火栓箱和消防给水管道等组成。在室内消防给水管网系统中水压经常性和周期性不足和不能满 足最不利点消火栓的消火要求时，还须设置加压水泵和水箱，以备消防时使用。 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、楼梯处、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， 其他管段上的消火栓仍处于备用状态。阀门应常开，并须有明显的启闭标志。在同一实验室内，消火栓、 水枪、水龙头应采用相同的规格、型号，以利于相互交替使用。 室内消防管道上消火栓的数量如超过 10 个，室外给水管网又是环形时，则给水引入管至少为二条与室外 管网连接，同时应将室内管道连成环状，或将引入管与室外管网连成环状。室内消火栓布置要考虑周到， 让消防水喷射到室内任何部分。消火栓布置间距一般不应超过 50m，水龙带长度通常取 15m、20m、25m， 不宜过长，否则消火栓处的压力要增大。 (2)自动喷洒消防给水系统 自动喷洒消防系统设备是一种特殊的消防系统，当发生火灾时，能自动 喷水灭火。这种自动喷洒消防系统经常设置在火灾危险性较大的建筑物内或部分房间内。 (3)水幕消防给水系统 水幕消防给水系统的作用在于隔绝火灾地区、防止火灾进一步蔓延、保护 邻近房间和建筑物免遭火灾威胁，或防止火焰窜过门窗、阻止火灾进一步扩大，常用水幕消防设备作为阻 火设施。实际上水幕装置还起着一个冷却作用，它的阻火效能并不是很理想，因在水幕淋水时，水幕中的 缝隙中热幅射仍能通过。 4、实验室污水的排放与初步净化 分析实验室污水主要来自实验过程中的化学处理、仪器设备、卫生器具等经使用后排出的污水，即生 产试验污水，同时还包括生活污水和屋面雨水等。本节仅讨论分析实验有关的污水的排放及处理问题。 4.1 实验室污水的排放 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，排列整齐，使施工安装和操作维修方便;管道 转弯要少，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。 22 / 58 管道敷设一般是尽可能沿墙、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。 排水立管的室内走廊设有管沟时，通常立管可设置在房间靠内墙走廊一侧。当室内走廊无管沟时， 立管也可设置在房间靠外墙一侧。 排水位置敷设位置， 应视室温内具体情况和室外排水管网全面考虑而定。 室内排水管道，由于管径较大，一般为明装，这样便于施工安装。 在化学实验室、纯水室等应设置地漏，以防水管破裂，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。 4.2 实验室废水的处理实验室的废水是在试验操作过程、各种器皿、仪表、工具、衣服的洗涤及设备的冷却等而产生的。 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，有的则须采用适当的方法予以处理，然后再排至外部管网。例如:一般设备冷却水 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。有的废水含有有害有毒物质或放射性物质，则须经适当处理或回收利用其中有用物质后，使之符合国 家规定的排放标准，才可排入水体或外部排水管网。 实验室废水的成分比较复杂，它受多种因素影响，如试验过程所用原料、化学药剂、用水水质、水 量、放射性同位素种类及使用后的化学组成等。一般废水可分为三类:含有机物质的废水、含无机物质的 废水、含有机物质和无机物质的废水。 废水排入地面水体或城市排水系统时，必须符合国家标准 GB8978—1988《污水综合排入标准》中的 规定和其他有关排放要求。 (1)废水的处理方法 废水处理一般有物理法、化学法、生物法等。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的作用来处理废水中的溶解物质或胶体物质。生物法是利用 微生物的作用去除废水中的胶体和溶解的有机物质。上述三种基本处理方法各有其特点和适用条件，实验 室排出的废水所含的成分和性质比较复杂，有的甚至毒性较大，故处理方法各不相同。对于某种废水采用 何种方法处理，单一方法处理或联合几种方法处理，应视废水水量、成分、排放要求及回收利用可能性等 经分析比较后确定。在废水排入地面水水体时，要按排放要求来确定处理的程度，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。 (2)酸碱废水处理 实验室排出一些酸性或碱性废水，由于实验室的性质和类型不同，所排出的酸性 废水种类、浓度等都不相同。因此，酸性废水在需要处理时应和其他非酸性废水分流排出。酸性或碱性废 水在可能和合理的情况下要尽量回收利用。 ?酸性废水处理方法 利用碱性废水进行中和，使混合的废水 pH 值接近中性; 23 / 58 在酸性废水中投加中和 剂;酸性废水通过碱性废水滤层过滤中和;离子交换法;电解法。 在废水处理系统中，一身采用前三种处理方法。上述各种方法，按具体条件可单独使用，也可结合使用。 在选择处理方法时，还须按照废水中所含酸的种类、性质、浓度、水量及其变动情况;当地中和剂的供应 情况(一般指石灰、石灰石等);废水排入地面水体的条件和排入城市管网的要求等综合考虑确定。 ?碱性废水处理方法 利用酸性废水进行中和，混合后的废水 pH 值近于中性;在碱性废水中投加中和 2 2 剂(常用中和剂为硫酸);向碱性废水中鼓入烟道废气(酸性气体 CO 及 SO );利用水体中二氧化碳中和 碱性废水;向碱性废水中投入压缩二氧化碳。一般常用前三种处理法。 ?酸碱废水处理的药剂 废水处理常用的药剂及其参考浓度，在实际工作中药剂的浓度还要经过实验 来选择。 (3)处理酸碱废水的流程 废水的 pH 值为 2.5,12，处理方法一般都采用化学法。投药为自动控制，废水成分用仪表检测， 自动清除污泥及机械脱水，废水处理设备均为标准化、系列化产品。处理效果较稳定，操作简便。 一、 纯水 自来水是将天然水经过初步净化处理制得的，它仍然含有各种杂质，主要有各种盐类、有机物、颗粒物质 和微生物等，因此只能用于初步洗涤仪器、作冷却或加热浴用水等，不能用于配制溶液及分析工作。为此， 需要将水纯化。市场上有各种“净水器”、“纯水机”及各种作为饮用水的“纯水”、“纯净水”出售， 不能直接利用这些装置生产的产品作为化验室的分析用水，因为这些装置和产品对水纯化的目的是除去对 人体有害的物质和重金属污染、有机物污染、细菌和病毒等，保留对人体有盗的物质，如微量元素和矿物 质。而分析实验室用水是针对除去水中干扰物质的目的设计的。如一般的化学分析，要求创造去的杂质是 阳离子和阴离子，不对细菌和病毒等有过高的限制。因此尽管这两种“纯水”利用的纯化原理相同，但达 到的目的及检验指标不同，不能替代。即作为饮用水的“纯净水”不满足分析要求，作为“分析实验室用 水”的纯水不能作为饮用水。 1、 纯水的质量和标准 水是化学上常用的良好溶剂，由于水的溶解能力很强，所以在分析化学上仅需要一定数量的水，而且需要 一定质量的水，用于洗涤仪器，作各种溶剂等。随着工业和科学技术的新发展，分析化学对水的质量的要 求已成为关键性问题之一，尤其是在高纯物质和痕量元素分析方面以及电子工业领域，保证产品质量，提 高分析方法的准确度和灵敏度，减低实验空白，都直接与水的纯净度有密切关系。例如，在 ICP 发射光谱 分析、原子吸收光谱分析和化学光谱分析中，测定钠、钾、钙、镁、铁、硼、硅等元素，对水的纯净度有 较高的要求。因此，在改善分析方法，提高分析技术水平的同时，应当重视纯水的水质问题。 理论纯水是很难达到的，经过处理净化后的纯水中仍含有微量杂质，主要分为四类:一是无机物，二是有 机物，三是微生物，四是溶解气体。 纯水中的这些杂质对分析技术并不都是有害的，不同的分析方 24 / 58 法，分析对象，分析质量对纯水的要求也不 相同。为使纯水适应分析化学等领域中各种不同用途，必须提高和控制纯水的纯净度，采用统一的纯水质 量标准加以控制。国际标准化组织(ISO)于 1983 年制定纯水标准，将纯水分为三个级别。国内参照 ISO 纯水标准制定我国的纯水标准。美国材料试验学会(ASTM)纯水标准将纯水分为四个等级。 我国国家标准 GB6682—1992《分析实验室用水规格和试验方法》将适用于化学分析和无机痕量分析等试验 用水分为三个级别:一级水、二级水和三级水。 2、 纯水制备技术 2.1 蒸馏法 蒸馏法制备纯水是根据水与杂质的不同沸点，用蒸馏器进行蒸馏而得到纯水。蒸馏水的蒸馏器种类较 多。采用蒸馏器内电阻加热，代替外部电炉、煤气、煤炉加热，以便减少环境污染和热量损失。采用不沸 腾蒸发法，可进一步确保蒸馏水的纯度。有的实验室使用双蒸器即能制取纯度较高的水。实验室用水蒸馏 器，一般是用铜或玻璃制造的。为制备某种用途的高纯水，设计制造的有石英蒸馏器、银蒸馏器、聚四氟 乙烯和铂蒸馏器。高纯水应当贮存在有机玻璃、聚乙烯、聚氯乙烯或石英容器中。 为了提高蒸馏水的纯度，应当增加蒸馏次数，减小蒸馏速度，采用高纯材料(例如石英)蒸馏器，勤 清洗蒸馏器。实验室中经常使用二次水、三次水、四次水(因蒸馏或离了交换二次、三次、四次而得名)。 但时无限制地增加蒸馏次数并不能保证纯度的进一步提高，因为空气及灰尘的污染，容器材料的污染限制 了纯度的进一步提高。同样，用减小蒸馏速度的方法也受上述原因的限制。所以，蒸馏次数和蒸馏速度的 选择要从实际考虑，既要保证一定的质量，又要考虑产量和成本。为了避免低沸点杂质随水蒸气带出来， 经常用加入试剂的方法抑制这些杂质的挥发，例如，加入甘露醇抑制硼的挥发等。此外，应注意保持工作 室的清洁卫生条件，以降低环境的污染程度。 蒸馏法制取纯水是一种经典的方法，适用于用水量不大的小型实验室使用。但由于此法蒸馏水的产量 低，水质电阻率较低，对用水量大，水纯度要求较高的分析不适宜。随着高纯物质的痕量分析以及电子工 业的发展和需要，蒸馏法逐渐被离子交换法取代。 为了克服单纯用蒸馏器制取纯水的缺点，目前已有定型的商品蒸馏器，将蒸馏装置与离了交换器联用， 或蒸馏器与反渗透装置联用生产高纯水。这种自动小型蒸馏器装有陶瓷加热器、数字式水质监视器、微型 处理机以及装有保护性的安全电路等，自动控制和检查水纯度，保证操作的方便和安全。这种蒸馏器每小 时的生产能力为 1.8,10L 蒸馏水或去离子水。 某些特定的分析方法需要特殊制备的用水，也可用蒸馏法制备，例如: (1)无氨水的制备 将适量的蒸馏水或离子交换水，用碳酸氢钠调至弱碱性(Ph8,9)，将水煮沸至 原体积的 1/4 即可制得无氨水。 (2)无二氧化碳火的制备 将蒸馏水或离子交换水蒸去原体积的 1/4,1/5，即得无二氧化碳水。待水 冷却后，应用带碱石灰管的胶塞盖紧瓶口，以防吸收空气中的二氧化碳。 (3)重蒸馏水制备 实验室制取重蒸馏水的方 25 / 58 法是:用硬质玻璃或石英蒸馏器，在每升蒸馏水或去离 子水中加入 50mL 碱性高锰酸钾溶液，重新蒸馏，弃去头和尾各 1/4 容积，收信中段的重蒸馏水。此法去 4 创造有机物较好， 但不宜作无机痕量分析用。 也可以直接在二次蒸馏水器中制备， 第二个蒸馏瓶中加 KMnO 。 (4)不含氧的水 将水注入平底烧瓶中，煮沸 1h 后立即用装有玻璃导管的胶塞塞紧，导管与盛有焦性 没食子酸的碱性溶液的洗瓶连接，冷却。 第三章(三)分析实验室的基础设施和基本条件 2.2 亚沸法 一般的沸腾蒸馏方法由于沸腾的水泡破裂，使蒸气中带入微粒，另外，未蒸馏的液体沿器壁爬行， 使蒸馏水受到明显的污染。亚沸蒸馏是在液体不沸腾的条件下蒸馏，完全消除了由沸腾带来的污染。 亚沸蒸馏法是纯化高沸点酸最常用的方法，也是高纯水及高纯酸制备的标准方法。我国一些分析方法通则 的国有标准中要求使用亚沸蒸馏法纯化的高纯酸。 亚沸蒸馏装置中采用红外线加热，因此器壁可保持干燥，避免液体向上爬行。 2.3 电渗析 当水流过电板板时，水中的悬浮物、胶体在直流电场的作用下而加速沉降，水中溶解的盐类电解析 出，从而使水纯化。当把离子交换膜置于电场中，水在膜间空隙流过时，由于离子膜只选择性地通过离子 的能力，阳离子膜只能通过阳离，阴离子膜只能通过阴离子，从而分别有选择地减少和除去水中的离子杂 质，这种方法就是离子交换膜电渗析脱盐法。 (1)基本原理 离了交换膜电渗析的原理是在正、负电极所形成的电场作用下，水中的阳离子将被 吸引至负(阴)极，而阴离子将被吸引至正(阳)极。它们将分别在异性的电极上放电，从而发生电解作 用。如果在电极之间放置一种离子交换渗析膜，这种渗析膜是不透水的，且具有选择性。在正负两个电极 之间，将阳膜和阴膜交替排列，用特制的隔板将这两种膜隔开，组成浓缩和脱盐两个系统。 当向各个隔室引入盐水后，在直流电场作用下，脱盐室的阳离子趋向阴极，通过阳膜，被浓缩室 的阴膜所阻挡，留在浓缩室中。脱盐室的阴离子趋向阳极，通过阳膜，被浓缩室阳膜所阻挡，也留在浓缩 室中。于是脱盐室中的电解质浓度逐渐减少，而浓缩室的电解质浓度逐渐增加。最终获得淡化水或较纯的 水。 (2)离子交换膜 离子交换膜又分为阳离子交换膜和阴离子交换膜两大类。阳膜的活性基团主要是磺 酸、膦酸(或无机磷酸)、羧酸基团。阴膜为季胺、叔胺、仲胺等。阳膜中的 RSO3 —固定基团构成足够强 烈的负电场，由于异性相吸，带正电荷的钠离子容易被引入膜的孔隙中，而带负电荷的氯离子则因电荷相 + 同受到排斥。在阴膜中 RCH2N (CH3)3—固定基团构成足够强烈的正电场，带负电荷的氯离子容易引入膜的 孔隙中，钠离子则受到排斥。这就是离子交换膜的选择性。 离子交换膜和球状(或不定形粒状)离子交换树脂在化学结构上是相同的。所以，有人称它为膜状的离子 交换树脂。但在应用中，离了交换膜与离子交换树脂的作用不同，前者是与外界 26 / 58 电解质溶液中的离子进行 交替地吸附、解吸，使之穿过膜，故又称为离子选择透过性膜。而后者只是选择性的吸附离子，然后用化 学药品进行解吸再生。 在进行水预处理脱盐方面，因为要求提高电渗析效率，通常采用解离度大的磺酸型阳膜、季胺型阴膜。 (3)电渗析器 电渗析器主要由浓、淡水室隔板、离子交换膜、极水隔板、电极以及锁紧装置组合而 成。电渗析器有立式和卧式两种构型。用隔板把膜隔开，构成水流通道。向极水隔板引入极水导电。电极 作为联接直流电源之用。锁紧装置的作用是把有关部件锁紧。多数电渗析器以串联方式组装而成。 (4)应用 电渗析法适用于处理含有离子杂质较多的水，例如海水淡化。也可利用电渗析法作混合床 离子交换法制纯水的预处理。 电渗析法与其他技术组合制备纯水则是发挥各种技术的特色，提高水质及降低成本的有效方法。单用电渗 析法往往不可能得到完全脱盐泉水，而且处理水的成本随水中含盐量的增加而迅速提高。采用电渗析、离 子交换和超滤组合工艺即可产生高纯水。 反渗透法是一项新型隔膜分离技术。反渗透是利用反渗透膜半渗透性质，水和某些溶剂可透过这种膜，而 其他溶质以及任何颗粒均不能通过，从而把溶液中的溶剂(一般常指水)分离出来。电渗析虽然和反渗透 均属于膜分离范畴，但电渗析是通过离子交换膜将溶液中的离子有选择性的透过，而不让水透过。因此反 渗透分离的对象主要是溶液中的离子范围，标志着经典的过滤方法向着精细的分离方向发展。它与其他一 些过滤过程的分离在颗粒大小方面的范围。 (1)反渗透原理 ?渗透与反渗透 如果将纯水和盐水(或两种不同浓度的溶液)用一种只能透过水而不能透过溶质 的半渗透膜隔开，纯水就会自然地透过半透膜渗透到盐水(或从低浓度溶液渗透至高浓度溶液)一侧，这 种现象叫做渗透。当渗透进行到盐水一侧的液面达到某一高度而产生一个渗透压头，从而抵制了纯水进一 步向盐水一侧渗透，渗透的自然趋势被压头所抵消而达到平衡，这一平衡压力称为参透压，这时达到一种 渗透平衡状态。 如果在盐水一侧加上一个大于渗透压力 P，则盐水中的水分就从盐水一侧透过半透膜渗透至纯水的一侧， 盐水中的盐分即被截留(浓度变大即浓缩)，这种现象就称为反渗透。 反渗透法使用的半透膜的特点是透水量大，脱盐率高，它使水通过，同时截留 90%,99%的溶解无机物质， 95%,99%的有机物组分和 100%的最微细的胶体物质(如细菌、病毒、胶体 SiO2 等)。膜的除盐效率可达 90%,99%，即它们的盐分透过率为 1%,10%之间。 ?反渗透的脱盐机理 反渗透的脱盐机理目前尚有不同看法，现简述两种较为流行的机理。 a. 氢键理论。半透膜材料之一，乙酸纤维素是一种具有高度有序矩陈结构的聚合物，它 具有水或醇等溶剂形成氢键的能力。盐水中的水分子能与乙酸纤维素上的羰基形成氢键。在反渗透压力推 动的作用下，以氢键结合进入乙酸纤维素膜的水分子能够由第一个氢键位置断裂而转移到另一个位置形成 另一个氢键。这些水分子通过一连串的形 27 / 58 成氢键和断裂氢键而不断移位，直至离开膜的表皮层而进入多孔 性支撑层后，立即流出淡水。 b. 选择吸附-毛细管流动机理。当盐水溶液与多孔的反渗透膜表面接触时，如果膜具有选 择吸附纯水而排斥溶质的化学特性，则在膜和溶液界面上选择吸附一层水分子，在反渗透压力推动的作用 下，通过膜的毛细作用流出纯水，并连续地形成和流出这个界面纯水层。 至于对有机物的脱除，则纯属筛分机理。因此，这与有机物的相对分子质量大小和形状有关。由于有机物 的分子不能被膜的表面所排礴， 又由于有机物倾向于降低溶液和膜之间的界面张力， 一些小分子有机物 (相 对分子质量小于 100)最容易聚集在膜的表面上，因而很容易通过膜的孔隙。根据分子的形状和相对分子 质量在 100,200 之间的有机物，能脱除一部分，相对分子质量在 200 以上的有机物，基本上能全部脱除。 (2)反渗透膜 反渗透膜是进行反渗透分离过程的主要关键之一。一般来说，对反渗透膜要求具备下 列多种性能:?单位膜面积的透水量大、脱盐率高;?机械强度好，多孔支撑层的压实作用小;?化学稳 定性好，耐酸、耐碱和耐微生物的侵袭;?结构均匀，使用寿命长;?制膜容易，原料充足。 但是，要制备具有上述各项多性能的膜是比较困难的。目前最广泛使用的膜是乙酸纤维素膜，简称 CA 膜， 该膜透水量大、脱盐率高、价格便宜，比较成熟。这种乙酸纤维素半透膜物表皮层的厚度约 0.25μ m，膜 总厚度约 100μ m。 极薄表皮层中布满微孔， 孔径约几个纳米， 而多孔支撑层中的孔径很大， 约有几百纳米。 在反渗透操作过程中，盐水必须面向表皮层，该层由多孔的支撑层予以支撑。这种非对称性的乙酸纤维素 膜具有透水量大，脱盐率高的优点。 其次为芳香聚酰胺膜，它具有良好的透水性能，较高的脱盐率，优越的机械强度，化学性质稳定，耐压实 等特点，能在 pH 值为 4,10 范围内使用(长期使用范围为 pH5,9)。乙酸纤维素膜主要制成平板式、管 式、螺旋卷式和槽条式。而芳香聚酰胺膜则主要制成中空纤维式，它的膜面积特别大，由它制成的反渗透 器具有何种小、产水量大的优点，因而发展很快。 除上述两种膜以外， 还有耐热的聚苯并咪唑膜， 透水量大的动力形成膜， 无机的多孔玻璃膜和氧化石墨膜， 耐碱的磺化聚苯醚膜和磺化聚砜膜等。 (3)使用反渗透膜时应注意几个问题 ?pH 值使用范围 不同材料制成的膜对 pH 值使用范围也不同。CA 膜的长期使用范围为 pH=3,7， 防止某些溶解固体在膜表面结垢而堵塞膜孔，并防止膜的水解。芳香聚酰胺膜一般适用 pH=4,10，但长期 适用范围 pH=5,9。 ?操作压力 在反渗透过程中，透水量随操作压力的提高而增加。但提高压力又会使膜受到压实 的影响从而导致透水量的下降，这对 CA 膜最为显著。因此，应根据各种膜的性能来考虑反渗透操作压力。 操作压力的选择还依赖于原水的浓度、膜的透水性能和水的回收率。 ?温度 膜的透水量随原水温度的提高而增加。有些膜当水温提高 1?时，透水量能增加约 2.7%。 但温度过高，会加快膜的 28 / 58 水解速度。一般有机膜由于温度升高而变软，而使膜的压实增加。原水温度一般 控制在 20,30?。 ?浓差有化 在反渗透过程中，由于水不断地透过膜，使膜表面的溶液浓度越来越大，由于这一浓 差极化现象引起膜表面溶液的渗透压大大增加，因而导致水透过膜的阻力增加，使膜的透水量和脱盐率下 降。为了避免这种现象，必须提高原水柱入的流速，使原水流动保持紊流状态，防止膜表面浓度增加。 ?膜的清洗 使用长期的反渗透膜， 其表面易被一层沉淀物覆盖而结垢， 堵塞膜孔， 透水量下降。 因此必须定期清洗膜面。通常采用稀盐酸(pH 值为 2,3，主要对 CA 膜)冲洗，或用各种络合剂如柠檬酸、 过硼酸钠、亚硫酸氢钠、六偏磷酸钠等防止铁、锰、碳酸盐结垢。在具体操作中，必须根据膜的材料和结 垢的性质选择去垢剂。当然，如在进行反渗透过程之前对原水进行必要的预处理，如采用砂过滤器、加药 凝聚、调节酸度、经过各种孔径的细砂过滤器、加药凝聚、调节酸度、经过各种孔径的细过滤和精密过滤 等方法，以减少膜表面结垢的防止膜的水解。 (4)反渗透器 最简单实用的反渗透组件装置就是将一个高压水泵与一个反渗透组件直接串联起来， 在压力作用下，纯水通过反渗透膜，面浓缩的废液通过一只流量控制阀连续排出。为了取得满意的纯水流 量，施加压力最好超过废液的渗透压。在实践中采用压力在 25,80Pa 之间。 (5)反渗透法在纯水处理方面的应用 反渗透法可用于海水淡化、硬水软化、工业废水处理以高纯水 制备等方面。反渗透比蒸馏法、电渗析等方法耗能少、体积小、设备简单、单位何种产水量高，还具有不 需加热、相态不变和适于大小规模生产等优点，一般采用反渗透和离子交换相结合的联合装置以制取高纯 水。 由于反渗透应用广泛，优点多，而且近年来随着反渗透质量的不断提高，反渗透设备的不断改进，应用范 围继续扩大，反渗透纯化水已经发展成为一种符合实际、效率高又经济的主处理系统。 选择反渗透装置的最佳工艺条件，以降低反渗透系统的动力消耗，达到最大的经济效益，应先测出各项有 关参数，根据具体情况应注意以下各个环节。 ? 测定原水中的含盐量、酸碱度、温度、悬浮物、细菌以及其他颗粒等。 ? 选用合适的原水预处理方法，如凝聚、粗滤、细滤、调节 pH 值等。 ? 选择膜材和了解膜的性能，如透水量、脱盐率、pH 使用范围、机械强度和耐热等。 ? 根据产水量要求计算出所需的膜面积。 ? 考虑反渗透器类型的特性、反渗透装置的工艺流程、水质的要求、操作压力、淡水回收率等。 ? 考虑钙盐等难溶盐沉积膜面、堵塞膜孔以及浓差极化等问题。 2.5 超过滤 超过滤法又称精密过滤法，由渗透膜元件发展成过滤工具，其除亚微粒、胶体、细菌和多种有机 物的能力很高，这种薄膜过滤器可用于主处理，也可用于多工序系统中的超纯化工作。超滤器的主要部件 是渗透膜，它能够分离胶体和大分子。因为超过滤所克服的渗透压是微不足道的，所以采 29 / 58 用 2,5Pa 的低 压。 超滤器的超过滤元件多采用空心纤维型组件。这种超过滤装置在水纯化系统及其他方面均有十分广 泛的作用。由于超过滤对于清除胶体和大分子特别有效。所以在水纯化过程中，超过滤常用在离子交换系 统和反渗透单元中，薄膜的流速降低，这就使超过滤成为纯水制备的一种预处理。另一方面，由于超滤器 能将相对分子质量大于 80000 的有机物和热原彻底滤干净，又能非常有效地滤除更小的分子以及其他亚微 粒、胶体细菌等杂质，所以又补广泛地用在终点过滤器或中央系统的“精滤器”上。 2.6 离子交换法 离子交换法是广泛应用的纯水制备方法。当水流过装有离子交换树脂的交换器时，水中的杂质离子 - + 被离子交换树脂所截留。这是因为离子交换树脂交换基中 H+(阳离子交换树脂常以 R-SO3 H )或 OH (阴离 + 子交换树脂常以 R?N OH 表示)与水中的杂质离子，结合为 H2O。 + 上述离子交换反应是可逆的，所以当 H 或 OH 浓度增加到一定程度时，该反应向相反的方向进行， 这就是离子交换树脂再生所依据的原理。 用离子交换法制取的纯水也叫“去离子水”或“无离子水”。严格来说，绝对纯净的水是没有的， 因此叫作“去离子水”比较合适。 离子交换法制取的纯水电导率很低，但它的局限性是不能去创造非电解质、胶体物质、非离子化的 有机物和溶解的空气。另外，树脂本身也会溶解出少量的有机物。但在一般的化学分析工作中，离子交换 制取的纯水是完全能满足需要的。由于它操作技术较易掌握，设备可大可小，比蒸馏法成本低。 (1)离子交换树脂 离子交换树脂是一种有机高分子离子交换剂，它在水、酸、碱中不溶解，对有机 溶剂、氧化剂、还原剂和其他化学试剂具有一定的稳定性，对热也较稳定。离子交换树脂具有交换容量高、 机械强度好、耐磨性大、膨胀性小，可以长时间使用等优点。在离子交换树脂网状结构的骨架上有许多可 以与溶液中离子起交换作用的活性基团。根据活性基团的不同，在阳离子交换树脂中又分为强酸性和弱酸 性阳离子交换树脂，在阴离子交换树脂中，又分为强碱性和弱碱性阴离子交换树脂。制取纯水一般选用强 酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂。 市售的树脂一般为钠型(阳离子树脂)和氯型(阴离子树脂)，可用酸碱分别处理成氢型和氧型，当原水 流过树脂时产生上述交换反应。失效的树脂变为钠型和氯型，分别用酸和碱处理，交换反应向相反方向进 行，树脂又转变为氢型和氢氧型，这叫做离子交换树脂的再生。 离子交换树脂为半透明或不透明的球状物，颜色有浅黄、黄、棕色等。制取纯水选用孔径为 0.90,0.45mm (20,40 目)较好。 在耐热性方面一般阴离子树脂比阳离子树脂差。阳离子树脂，钠型的在 100,120?、氢型的在 80,100? 稳定。阴离子树脂氯型的在 80,100?、氢氧型的在低于 50?稳定。当温度低于 0?时树脂易冻结破裂。 (2)离子交换法的操作过程 离子交换法制备纯水的操作过程包括树脂处理、装柱、采水、再生等， 现分述如下。 ?树脂处理 树脂处理的目的是除去树脂中水溶 30 / 58 性杂质、灰尘、色素等。如果市售的阳离子交换树 脂是钠型，阴离子交换树脂是氯型，则通过处理后转为氢型和氢氧型方可使用。处理方法一般用水漂洗、 醇浸泡和酸碱处理等三个步骤。 a. 水漂洗。将新树脂放在盆中，用自来水反复漂洗，除去其中的色素、水溶性杂质、灰尘等，直至洗出 液不混浊为止，再用蒸馏水浸泡 24h。 b. 醇浸泡。当蒸馏水中无明显混悬物时，将水排尽，加入乙醇(95%)浸没树脂层，搅拌摇匀浸泡 24h， 以除去醇溶杂质。将乙醇排尽，再用自来水洗至无色，无醇味止。 c. 酸碱处理。阳离子交换树脂，加入盐酸(4%,10%)，没过树脂，浸泡 2,3h，排放盐酸，用水洗至于 pH=3,4。再用氢氧化钠(4%,10%)同上法操作，用水洗至 pH 为 9,10 止。再用盐酸(4%,10%)浸泡 4h， 不时搅拌，浸泡以后，将盐酸排尽，用蒸馏水反复洗至 pH=4。对于阴离子交换树脂，加入氢氧化钠(4%, 10%)，操作方法同阳离子交换树脂，洗至 pH=9,10。再用盐酸(4%,10%)，同上法操作，洗至 pH=3,4。 再用氢氧化钠(4%,10%)浸泡约 4h，不时搅拌，浸泡之后，将氢氧化钠排尽，用蒸馏水洗至 pH 值 8 为止。 ?树脂用量 阴(阳)离子交换树脂用量，是根据原水中的杂质，对纯水质量的要求，纯水 的需要量以及操作方法诸因素决定的。因此，在计算树脂用量之前，需要弄清以下几个问题。 a. 原水水质全分析结果。包括水中阴阳离子、悬浮物、游离氯等杂质含量。根据其所含杂质，计算出原 水中阴(阳)离子的量。 b. 所选用阴(阳)离子交换树脂的性能。包括选用树脂的交换容量等。 c. 纯水需要量和操作要求。 ?装柱联结和采水 经过处理的树脂，即可按照上述树脂实际用量装入交换柱内。树脂装柱高 度相当于柱直径的 4,5 倍为宜。但在交换柱装入树脂之前，必须用洗涤液等洗去壁上的油污和杂质，先 用自来水冲洗，再以去离子水冲洗干净，即可装入树脂。装柱方法:先注水半柱，再将树脂和水一起倒入 柱中。装柱时应注意柱中水不能漏干，否则树脂间形成气泡，影响交换量和流速。 树脂装入交换柱后，联结各交换柱，其联结方式有几种。一般的联结方式为:强酸性阳离子交 换柱?强碱性阴离子交换柱?混合离子交换柱，串联起来，配以其他辅助设备，接通水源，水从每个交换 柱的顶部注入，即可生产去离子水。 ?树脂再生 树脂的再生与树脂处理方法基本相同。再生方法包括动态再生和表态再生，大体 分为四个过程:逆洗、再生、洗涤、运行。 a. 逆洗。水从交换柱底部进入，从上面流出，其目的是将被压紧的树脂层抖松，排除树脂碎粒及其他杂 质等，以利于再生。逆洗时间一般为 10,30min，以洗出水不浑浊、清澈透明为合格。逆洗混床的时间要 长一些，使得阴阳离子树脂分层。如果分不开，可将混合树脂倒入氯化钠溶液(20%)中，利用阴、阳离 子交换树脂的密度不同将其分开，阴树脂浮在上面，阳树脂沉在底部，分开后再按阴阳树脂以同样过程处 理。 b. 再生。逆洗后的阳离子交换柱， 31 / 58 用盐酸(45%,10%)从柱的顶部柱入，缓漫流经阳离子树脂，酸的用 量为再生全部树脂所需理论酸量的 1.5 倍以上，这样可以保证再生完全，每升树脂的通酸速度为 3,5L/h。 直至检查流出液中酸的浓度与加进去的酸的浓度相近时为止(1h)。有时也可以采用硫酸作再生剂，此时 树脂容易被生成的硫酸钙沉淀所污染，所以采用得较少。 逆洗后的阴离子交换柱，用氢氧化钠(4%,10%)从柱的顶部注入，缓漫流经阴离子树脂，碱的用量为再 生全部树脂所需理论碱量的 2,3 倍以上， 用以保证阴离子交换树脂完全再生， 每升树脂的通碱速度为 4L/h。 直至检查流出液中碱的浓度与加进去的碱的浓度相近时为止(约 1.5h)。 阴阳离子混合柱经过逆洗后分层，先以氢氧化钠溶液(4%,10%)从柱子的顶部注入，操作方法同处理阴 离子交换柱。然后经过逆洗分层，使出水的 pH 值为 8,9 时止，阴阳树脂已经分层，再放出至阴阳树脂的 交界面，从交换柱中部的侧口进酸管通入盐酸(4%,10%)，按处理阳离子交换柱的方法操作。水洗涤时， 水也从进酸口通入，使出水 pH 值为 3,4。这是顺流式再生方式。 c. 洗涤。交换柱再生之后，须将柱中多余的再生剂淋洗干净。阳离子交换柱的淋洗用去离子水，其开始 流速同再生流速，待柱中大部分酸被替换以后，流速可以加快，淋洗终点为 pH3,4，可用 pH 试纸检查， 也可用水质纯度仪，测定出比较恒定的电阻率为终点，或用其他方法控制终点。 阴离子交换柱用去离子水(或用通过阴离子交换柱的水)淋洗，待柱中大部分碱液被替换后，流速可以加 快，淋洗终点为 pH=8,9，可用 pH 试纸检查，可用酚酞指示液显微红色色为止，也可用水质纯度仪，测定 出比较恒定的电阻率时即为终点。 阴阳树脂是混合柱淋洗见上述再生步骤。 对于小型离子交换柱中树脂再生，可参照上述步骤在塑料盆内进行静态再生处理，然后装柱再按动态步骤 淋洗到合格后即可生产去离子水。 d. 运行。经逆洗、再生、洗涤后各离子交换柱联接起来即可运行采水。 (3)离子交换法的设备 离子交换纯水法的主要设备有离子交换塔、脱气塔、纯水贮罐、酸碱 槽、水泵、风机，辅助设备有阀门、水表、流量计、喷射泵、水压表等。水泵、风机、阀门、水表、流量 计、水压表等机电产品，国内都已标准化并有定型产品出售，离子交换塔及贮罐现市售有定型产品，可根 据需要进行选择。若市场没有供应，可以根据实际情况确定其大小和选用材料，下面简述如何确定交换柱 的大小及选用材料。 ?离子交换塔的尺寸 现在多采用圆柱形离子交换塔，为此常称国离子交换柱。当塔径在 1m 以下时，树脂层高度多采用 0.8,1.2m。由选用的树脂层高度和树脂的用量(体积)算出交换塔的直径。 交换塔的高度不仅要考虑到树脂的容量，而且要考虑到树脂再生逆洗时使树脂层抖松展开，所 以在交换塔中，在树脂上方需要留有一定的空间。通常这个空间的高度相当于树脂层高度的 2/3,1 倍。 混合塔尺寸的选定方法同上。但是塔径应由阳离子交换树脂的用量(体积)及不小于 60cm 的树 脂层高度来 32 / 58 计算。对于混合塔的总高度应为阴阳树脂层高度的 12/3,2 倍。如果混合塔尺寸较小，计算塔 径时可以选用小于 60cm 的阳树脂层高度，不过此时选用的交换流速要相应减小。实验室用的小型混合交 换柱多属于此类。 ?离子交换塔的设备材料 离子交换塔的材料，在塔径大于 300mm 时多采用钢板衬胶，现在 也有采用不锈钢衬胶。当塔径在 300mm 以下时，多采用有机玻璃或聚氯乙烯制成。在离子交换塔中用作支 撑树脂的下筛板和用来分布水并防止树脂在逆洗时流出的上筛板，有钢板衬胶的，也有用的机玻璃或聚氯 乙烯的。 排水帽多采用聚乙烯水嘴。把水嘴直接焊在筛板上或用螺纹联接在筛板上。较大的交换塔(便如 塔径在此 1m 以上者)，一般是把水嘴安在进、出水的分配管上。大型制取纯水装置可在阳柱后面加二氧 化碳脱气塔，脱除二氧化碳，以减径阴离子交换柱的负荷。 离子交换柱在装配时，柱体和上下盖间、进酸口、放气口盖等处都要用橡胶垫圈密封。上下盖与 柱体用六角螺母均匀上紧，用力不能过大，以免有机玻璃开裂。柱体与下盖筛板之间要垫耐酸碱的网布， 如聚氯乙烯布等。网布规格为孔径直 0.25,0.18mm(60,80 目)，要定期更换。上盖可不垫网布便于再 生处理。 ?其他设备 a.脱气塔。如果在离子交换纯水设备中采用脱气塔，则脱气塔径和高度大体和选用的离子交换塔相同。而 脱气塔贮水箱容积可选用经过大约 1h 交换所得纯水的体积。脱气塔多用钢板衬胶，也有使用聚氯乙烯的。 塔中填料可采用直径 30,40mm 的耐酸瓷环或聚氯乙烯环，或采用多层多孔板。 b.纯水贮罐。如其容积不应小于交换 2,3h 所得纯水的体积。纯水贮罐可以用钢板衬胶、不锈钢或聚氯乙 烯等材料制成。 c. 酸碱贮槽。容积不应小于再生 5,10 次所需酸碱总量的体积。酸碱计量槽的容积为一次再生所需要酸 碱的容积。酸贮槽可选用聚氯乙烯板制成。碱贮槽可选用不锈钢或普通钢板制造。酸碱计量槽可用聚氯乙 烯板制造。 再生时用以抽酸、碱的喷射泵，可以用玻璃、有机玻璃、电木、聚氯乙烯和钢材衬胶等材料制造。阀门可 选用衬胶隔膜阀或聚氯乙烯阀门。管道采用衬胶钢管或聚氯乙烯塑料管。输水泵可选用旋涡泵和塑料离心 式水泵。 d.真空泵。供混合树脂抽气用和抽吸酸碱液用。真空度不要求很高，排气量 30L/min。抽吸酸碱液也可用 虹吸流泵(水射器)混合树脂也可用压缩空气。 e.电导仪。电导仪也可以兆欧表代用。 (4)制水方式 ?复合床法 将氢型强酸性阳离子交换树脂和羟基型强碱性阴离子交换树脂分别装在两个离子交换 器中，使水依次通过。由于采用了强碱性阴离子交换树脂，所以交换得到的纯水中能除去弱酸(如硅酸、 碳酸)杂质。自来水经过此法一次交换之后，纯水呈中性或弱碱性(pH 值 8,10)，电阻率可达 MΩ .cm， -6 杂质元素含量为 10 %。再生液为盐酸(4%,10%)和氢氧化钠(4%,10%)溶液。 复合床法处理水的纯度虽然不及混合床法，但是它的操作简单、再生费用及其他经济方面都比混合床 法低廉，所以仍广泛采用。 33 / 58 ?混合床法 将水通过充填于同一离子交换器中混合均匀的强酸性阳离子交换树脂与强碱性阴离子 交换树脂时，就可以得到纯度极高的纯水，这是离子交换树脂处理水纯度最高的方法。 复合床法纯水设备是由一组或几组阳离子和阴离子交换器相互串联而成，串联的组数越多，所得的纯 水纯度越高。而混合床法一个交换器纯化水的效果则相当于无限组复合床式装置的 由于磺酸型阳离子交换树脂和季铵型阴离子交换树脂在相当的粒度下交换速度相纯化效果。 同，因此在非平衡状 态下能使交换水维持恒定的 pH 值(等于 7)。制得纯水的电阻率可接近理论纯水(电阻率为 18.3MΩ .com， -7 pH 值为 7，纯水中硅量低于 0.01mg/L，金属杂质含量在 10 %数量级以下。 (5)离子交换法制取纯水实例 。 。 ?周期出水量为 10t 的复床法 利用复合床法离子交换纯水设备处理总硬度为 15 ,20 的地下 水，可制得电阻率为 0.5MΩ .cm，可溶性硅量小于或等于是 0.56mg/L，pH 值为 7,10 的纯水，常称为一次 交换水。阳离子交换塔，塔径 400mm，塔高 2200mm，钢板垫胶。筛板是在 14mm 聚氯乙烯板上焊若干水嘴。 内装 105L 强酸性阳离子交换树脂。阴离子交换塔规格和材料同阳离子交换搭，内装强碱性阴离子交换树 脂 165L。酸碱计量糟由聚氯乙烯或钢板垫胶而成。喷射泵由有机玻璃或硬质材料制造。转子流量计流量为 0.069,0.69kg/s。 a. 采水。交换流速为 0.139,0.278kg/s。若间歇采水时，每次采水之前必须淋洗 10,15min。 b. 再生。在可溶性硅含量高于 0.05mg/L 或定性检验(阳离子或氯根)不合格时，必须停止采水进行树 脂的再生。 1、 高纯水净化系统 现代高纯水制备技术已发展为工业化的净化系统，已有商品化高纯水成套设备，以适应和满足高纯物质痕 量元素分析测试。净化系统包括下列工艺过程的部分或全部。 (1)预处理 用一种或多种过滤方法处理。如砂滤器具有一个细硅砂介质层和各级碎石层，用来初步 除去悬浮固体、沉淀物和混浊度。有机物过滤器具有一个除去有机物介质的介质层，底层为精硅砂和各级 碎石。其具有吸附作用，能有效地除掉一般的有机酸、有机色素、氯和气味及其他杂质。活性炭吸附过滤 器具有一个活性炭介质层，底层为精硅砂、各级硅砂和碎石。碳过滤器对于除去各种特殊有机物、其他化 学杂质和氯都特别有效。水软化器是高效阳离子树脂单元，使原水中的盐类转变为钠盐，对减少形成水垢 的矿物质(钙和镁)特别有效。在硬水区域，以水软化作为蒸馏和反渗透的预处理是特别重要的。预处理 还应包括用化学处理方法调整酸碱度，凝聚，稠度过滤以及通过澄清来消除能沉淀的固体物质等。预处理 过程是否得当，直接影响随后的净化过程是滞成功。 (2)反渗透 通过反渗透膜向预处理后的原水施加高于其渗透压力迫使水分离出来。这种高效率过程 能除去 90%的盐分和 99%的细菌、颗粒和溶解在水中的有机物。反渗透已经发展为纯水主处理单元之一。 (3)脱气处理 用这种方法消除预处理过程中用酸类调节酸碱度时所形成的二氧化碳。其方法是使过 滤的空气强 34 / 58 行通过自上而下的地流经一系列叶片的水流，能把空气中所携带的小到 0.3μ m 的质点基本清 除。 (4)去离子化 包括复合床、混合床和复混合床在内，水通过合成离子树脂，以消除可电离的盐分。通 过混合床可获得所谓 18MΩ .cm 的高纯水，因而这是一种“精提纯”过程。尤其把反渗透和去离子化结合 起来，可以十分有效地得到纯净的水。 (5)紫外线消毒灭菌 用以消除离子处理后遗留在水中的污染物，包括消灭可能在贮槽、管道或树脂 交换床内滋生的细菌和微生物。经过亚微细粒过滤(即膜过滤)作用，进一步消除带菌碎屑。亚微细粒过 滤一般为最后一道工序。 (6)超过滤 超过滤器既可作为一种预处理，消除胶体和大分子，又可以用在终端过滤器或中央水净 化系统的精滤器，可以滤除小到 0.005μ m 的不溶解固体微粒、微生物以及 90%,95%的热原。 (7)检验控制 应用质量检验和操作仪表保证稳定地连续供应高纯水。采用现代化的固体电路和监控 显示技术，向操作人员提供酸碱度(pH 值)、压力、电阻率、温度和流量等关键性的数据。并设有自动控 制系统和视听警报装置，能在水质降低到某一预定的标准之下时提醒操作人员注意，具有自动停止处理过 程的功能，以便防止不合标准的水继续使用或输送到贮水设备中。目前已经发展到由微型信息处理机控制 的纯度检查系统。 上述各工艺过程组件可根据原水水质情况、用户所需要的纯水质量和数量;以及规划中的系统扩展的程度 等多种因素，进行仔细的分析。然后在这些分析的基础上选用经济效益最高的工艺技术，采用最好的设备 组合，以便达到对整个装置提出 作是否容易等问题。 的特殊要求。同时需要考虑整个纯水装置的运转费用、维修保养、管理操 在一些分析工作中需要采用超纯水。例如无机痕量分析或板子吸收分析中，要求水具有很低的空白值;在 高效液相色谱分析中，要求控制有机物和颗粒。因此，需要配备小型的超纯水制造装置。国内外已有定型 产品提供。 第三章(四)分析实验室的基础设施和基本条件 4、纯水制备技术的选择及应用 4.1 纯水制备技术的性能比较 目前没有能单独满足有关纯水所有需要的处理法，一般采用有目的的组合式装置。 4.2 高纯水净化系统流程实例 水的净化是一个多级过程，每一级都除掉一定种类的污物，为下一级净化做准备。为满足各类分析方 法的需要，下面简单介绍纯化水的各步工序的原理及一般的制水工艺。以便实际工作者根据源水的水质和 用水的要求确定所选用的流程。 实践证明， 采用现代化纯水净化联合装置， 不仅可以提高纯水质量， 水质稳定， 可以生产高达 18MΩ .cm 的高纯水，而且节约离子交换树脂再生费用，减少酸碱污染，改善微孔滤膜堵塞现象，延长使用寿命。虽 然净化联合装置设备费用比单纯的离子交换装置要贵，但是长期使用后，由于节约大量离子交换树脂的再 35 / 58 生费用和提高微孔滤膜的使用寿命，特别对高纯度中痕量分析和电子工业来说，设备费用完全可以补偿。 当然应当根据用户的需要，选用适宜的设备。选用设备还应考虑到用水量，一般产水量为 0.3 ,6t/h，有 的可高达 16t/h。 随着科学技术的进步，不断问世的超纯水器是一种实验室常用设备，广泛用于原子吸收光谱仪、紫外可见 分光光度计、液相色谱仪等分析仪器;化学、特殊化制剂的配制、药物开发生产等领域。 4.3 纯水的传输、贮存与使用 纯水如何传输、 贮存对分析工作者来说不容疏忽。 例如用高压聚乙烯瓶贮存电阻率为 13MΩ .cm 的纯水， 两周后电阻率便会降到期 1.2MΩ .cm，这主要是由于空气中的二氧化碳渗入了容器。贮存在聚四氟乙烯或 聚乙烯容器中的纯水，1 个月后某些痕量元素含量增加了 5,10 倍。用硼硅玻璃瓶贮存纯水时，水中杂质 铝、铜、铁、铅、锌的浓度要比聚乙烯瓶或聚丙烯贮时要高得多。纯水在使用过程中应避免一切可能的沾 污。 经过各种纯化方法得的各种级别的分析实验室用水，纯度越高要求贮存的条件越严格，成本也越高， 应根据不同分析方法的要求合理选用。 5、水质纯度检验方法 对于纯水的纯度，经常利用水的导电性来测定。水中有带正电和负电的离子时，在接通电源后，它们就移 动而产生电流。离子含量越大，导电性能越好，所以电阻就越小。电阻的电阻率。电阻率的倒数为电导率， 有时用电导率来表示水的纯度，例如电阻率为 1MΩ .cm，相当于电导率为 1μ S/cm。因此，通过测量纯水 的电阻率就能反映出水的纯度。 一、实验室用电与照明 1、实验室的供电 实验室用电主要包括照明电和动力电两大部分，而动力电主要用于各类仪器设备用电，同时还用于为实验室服务的电梯、空调、排风、水泵、送风等方面的电力供应，因此实验室的供电系统是实验室最重要的基 本条件之一。 实验室的供电电源，主要取自城市低压工频三相交流公用电力网。当实验室内的总用电设备容量较大时， 例如超过 100kW 以上，而附近的低压公用电力网对承受这一负荷有困难时，则供电电源可取自城市高压三相交流电力网。有些实验室还需要直流电源和中频交流电源等。使用城市低压电力网时，在实验室的供电设计中主要是选定引入电源的进户点问题。当由城市高压电力网供电时，就要设置实验室专用的变电所， 将高压转换成低压。 这时， 变电所位置的选择是设计中首先要考虑的问题。 变电所可以设置在建筑物内部， 也可以设置在建筑物的外部，但必须靠近实验室。当要求供电电压稳定时，须装置稳压器。小容量的直流 电源可由蓄电池组、硒整流器等设备供电。直流用电量大时，要设置直流发电机组或大容量的可控硅整流 器等设备供电。中频供 36 / 58 电一般设置中频发电机组。 1.1 实验室的供是特点 一幢实验大楼内有属于化学的和物理的各种实验室，还有大量的辅助房间，如天平室、准备室、仪器室、 化学品存放室。此外，可能还有电子计算机房、高频发生器室、压缩气瓶贮放室以及通风机房、玻璃器具 制作室等。有的房间内装置着固定的电气设备，有的房间内则并没有固定的电气设备，但在工作或实验进 行时，将使用大量电气设备和电气操作的仪器，情况是非常难以具体说明的。就电气设备的种类而论，有的是单相供电的，有些是用三相电源的。在设备容量方面则有些设备几瓦、几十瓦，有些则大到几百千瓦。 随着科学的不断发展，新的实验仪器的日新月异，即使是从事专业的技术人员，有时也难于提出明确的供 电要求。因此，从大量的调查研究和设计实践中，得出下述几条有关实验室供电设计的经验。 ?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，当实验室内无人时，应能 切断室内电源。 ?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 结束时就停止使用的，可连接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。 ?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桌面上或桌子边上，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抽屉内或柜子内的， 这种安装位置在使用上很方便， 以不采用为好。 ?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，这些插座一般在踢脚线上在，以使用方便为原则。 ?化学实验室因有腐蚀性气体，配电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，暗敷设不公可以保护导线，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，发现供电容量够大，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。 1.2 实验室用电的负荷 实验室用电负荷问题是在实验室新建或改扩建时必须考虑的问题，目的是为了合理选用导线材料、开关设 备和确定变压器容量等，使投资节约和保证电气设备的正常运行。 由于实验室用电设备品种繁多，要求各异，设备容量大小悬殊，使用时间参差等许多原因，采用理论计算 方法都可能与实际情况相差很大。例如化学实验室可同时容纳多人进行同一项分析实验，可能在同 37 / 58 一时间 内使用数台电炉，这种特殊的实验用电要求供电能满足实际的需要。因此对于实验楼供电的负荷计算就没 有一定的规律可循。因此建议在对实验楼供电的负荷计算，要进行充分的调查研究，要获得详细的用电设 备资料和考虑到发慌的可能。对每个实验室应以最大负荷为依据，尽可能满足该实验室的当前和发展中的 负荷要求出半小时内同时使用的最大负荷总值，作为该实验楼供电总负荷的参考值，以确定选择供电电源 或变压器容量的依据。 1.3 实验室的供民系统 实验室的供电设计中首先要决定电源引入建筑物的位置，这个位置称为电源的进户点。 就实验楼建筑物和城市电力网的相对位置考虑，电源进户点应选择在该建筑物靠近电力网的一侧。就建筑 物内部而说，进户点的位置考虑设置在整个大楼内用电负荷颁布的中心附近。由于电源进户端装有电表、 总控制开关和保护器等电气设备，就要求装置这些设备的地方既是安全的，又是安装和检修方便的。从安 全观点而论，要求在发生电气故障时工作人员可以迅速切断电源。所以进户点又应该是在交通比较方便的 地方。因此，有关进户点的选定问题，要在整个建筑物的设计方案阶段中具体加以分析，还要各设计工种 之间取得协调。方案初步选定后，有时还应征求当地电业管理单位的意见并取得同意后，才能作为选定进 户点的最近方案。 从建筑物外部穿越建筑物外墙进入户内的这一部分导线称为进户线。从城市电力网接到建筑物外墙进户线 端的这一部导线称为接户线。对于使用高压电力网电源时，进户线和接户线一般采用一根电缆埋地敷设方 式。在电表箱中装有电度表，总控制开关和保护熔丝盒及分路熔丝盒等电气设备。 按《低压用户电气装置规程》中的规定:总熔丝盒、计量电表、总开关及分路出线熔断保护器等，原则上 应集中装置在一处。其安装位置应能保证工作安全。量电及配电装置不应安装在有易烯纤维或灰尘特别多 的场所。总熔丝盒也可以单独安装在进户线端的干燥的墙上。《规程》中双规定:架空线进户点的高度一 般不应低于室外地坪标高的 3.7m。 电表板一般安装在进户点的附近， 与进户点的最大距离在 10m 以内为宜。 《规程》规定:电表装置高度一般取表中心线离室内地坪高度在 1.5m,1.8m 范围内。为了安全起见，电 表可装在木箱或铁皮箱内。当电表箱挂装在墙面上时称为明装电表箱;如果嵌装在墙洞内就称为暗装电表 箱。是明装还是暗装，要按建筑物的具本要求而定。至于电表箱的尺寸，须视在 25cm 左右。是情箱的安 装位置，应在选定进户点的同时就决定下来。 在配电系统的出线较少的分支线路上设备容量较小时，配电部分电气设备可以和电度表合装在一只箱子 内。这种电表和配电系统装在一起的箱了尺寸较大，暗装时须在墙上预保留较大的墙孔。 配电系统出线多时和分支线路上设备容量较大时，往往采用单独的配电盘或成套的配电箱或配电屏。配电 盘和成套配电屏一般都是明装式，成套配电箱则有明装和暗装两类。如果在实验楼设计中，配合进户点的 选定而给进户装置和配电设备以一定大小的专用房间， 38 / 58 这种处理方式在实际上是可以加以考虑的。 1.4 变电所 当建筑物内的电气设备容量较大时，或者在建筑物附近的低压电网不能承受该负荷时，就要从高压电网中 取用电能。常用的电气设备和照明是不许可直接连接到高压电网上去的，必须先将高压转变成低压才能使 用。交流电压的转变要用变压器。安装变压器的房间称为变压器室。引入变压器室的高压电源和从变压器 室引出的低压电源都要有一套控制和保护设备。一个完整的变电所就包括有变压器室、高压开关室、低压 配电室以及值班室等附属房间的组成体。简单的变电所的变压器有时可以设置在室外露天，这就称为露天 变电所。为某一建筑物服务的变电所则称国专用变电所。如果将变电所设置在建筑物旁边而利用主建筑物 部分外墙者称为外附式变电所。若变电所设置在主建筑物内部的就称为内附式变电所。就实验楼的供电来 说， 如果需要变电所时， 以外附式变电所较为理想， 因为这种方案可不占用实验楼内部的试验等用的面积， 而变电所本身又利用了实验楼的部分外墙。同时变电所在主建筑物外部，对变压器的安装、运输以及检修 维护等都很方便。 1.5 配电系统 (1)适宜的配线系统 一般设计新建筑中的配线，应考虑到为今后的发展留有余地，以避免重大的改 装。此外，应注意保证购置的新设备或局部的重装设备不应使原有线路增加过度的负担。决不要用增大保 险丝的方法来补偿超负荷的线路。熔断丝或过电注保护装置的安装是以它们所能保护的一定导线系统的能 力为基础的。 (2)供电的接地 实验室供电方面的接地主要是为了用电安全的保证电气设备的正常运行，属于保安 接地范围。在供电系统中性点接地时，则所有电气设备有不带电金属外壳都须采用保安接零措施。要注意 的是在同一供电系统中，不允许同时采用接地和接零。 实验室除用电安全保护接地或接零以外，有些设备对接地有特殊要求，例如屏蔽接地就要求有单独的接地 系统，电子计算机房的接地和高频屏蔽接地要求也各不相同。各种接地系统间要保持一定的距离，以免破 此干扰。建筑物的防雷接地必须和保安接地分开。 有关具体的接地措施应参照国家标准规范进行处理。 (3)地板上的电器插座 如果实验室设备中装有地板插座箱，为了防止水、溶剂、酸或其他外来物质 进入导线管，应定期对线路进行检查和维修。应安装密封垫和专门的保护装置进行预防性的养护。拖地板 时，插座箱周围的地面应防积水。 (4)线路设计和保养 实验室所用的全部线路应能耐受各种条件，不单能适用于干燥的条件，而且应 能耐潮，并能在温度达到 75?的地方使用。 在实验室用房或转成实验用房中的一切原有线路系统，每年至少应仔细检查和试验一次。损坏十分明显的 地方，均应该用符合现行标准的线路代替。 (5)电插座的数目和位置 应提供足够量的电插座，避免装上延长的电线线路。在科研实验室中，每 块插板上应有四个双重的插头。从墙上任一点、工作台或工作地点到最靠近插座的距离不能大于是 1.83m。 (6)插 39 / 58 座的标记 所有直流线路应与交流线路接头有明确的标记和区别。 (7)辅助供电 对控制排风扇、进出品照明、进出口指示和紧急情况下的报警装置，均应提供辅助电 源。至少对电梯和其他紧急备用的，或火警和安全监督的设备应提供辅助电源。辅助电源应能从一个远距 离的地方自动起动或人工起动。在需要的地方，尤其在科研实验室中，有的插座也可连到辅助 以阻止实验产品或数据的损失。 在某些情况下，由组合电池供给备用灯的电源，电力系统， 由单个电池供给辅助的警报系统。 2、实验室的照明 2.1 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订了最低 照度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测分析而制定的。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都必 须是估计值。 2.2 灯具 灯具是光源和控照器组合的总称。控照器的作用是使光源所辐射的光通量产生特定的配光特性和避 免光源对眼睛所引起的眩光作用。美观也是灯具的重要方面。选用何种灯具要求建筑设计和照明设计之间 取得充分协调。 实验内部采用的光源，目前常用的是白炽灯和荧光灯。实验室、教室、办公室内以采用荧光 适，因它的发光效率高，发光面积大而眩光小，使用寿命长。它的缺点是当环境温度灯较合 在 10?以下时起动点 燃较难。有空调恒温的房间内，因荧光灯镇流器会产生热量而须将镇流器和移装到室外。当室内色调较低 时荧光灯的光色也往往显得阴沉。白炽灯适用于走廊、楼梯间以及生活用房的照明。有爆炸、着火及有腐 蚀性气体的场所，须采用防爆密闭式灯具。现代实验室也采用三基色节能灯。用于实验室的灯具多采用吸 顶灯，这样既可以起到防尘作用，也可以防酸腐蚀作用，同时可以避免光源对眼睛引起的眩光作用。 2.3 实验室的照明设计方案 一般化学和物理实验室，房间面积较大，在实验桌上的平均水平照度，当光源采用白色荧光灯时应 在 100lx 以上。要求灯具布置均匀。灯具最好离开实验桌台面的高度不超过 1.8,2.0m。 天平室内目前都使用电子天平，都具有自备照明或显示装置，因此对一般照明的照度较低，略同于 教室的照度要求就足够了。如果是直读式天平，则一般照明应在 100lx 以上。 电子计算机房的照明，当有空调设备时，照度要求高一些可使工作人员在长时间操作情况下精神比 较舒适，一般照度在 150,200lx 左右。这种房间内因有隔热层和吊平顶，因此，灯具以吸顶或嵌装在吊 平顶内较好。 3、自然采光 白天在室内工作一般都用自然光。这种采光方法是墙壁上开窗，或在屋顶上设置天窗。自然采光的测量数 据是采光系数和自然 40 / 58 照度系数。 3.1 采光系数 采用系数是窗的面积 A 窗与地面面积之间的一个相互关系值。若房屋在侧面开窗采光时，窗的面积中应减 去窗框格子的面积 A 格。房间内地坪的面积为 A 地，则采光系数 β 的定义为: A 窗- A 格 采光系数 β = A地 3.2 自然照度系数 自然照度系数是室内某一点的照度(单位是 lx)与当时在户外大气中漫射光所得的水平面上照度的比，用 百分数表示。白天室外漫射光照度为 1000lx 左右，这是一个平均值。实际上该数值与季节、纬度高低(在 我国常 指南 验证指南下载验证指南下载验证指南下载星度指南下载审查指南PDF 方和北方)有很大的差异。自然照度系数与房间的工作要求有关。对于从上方采光或上方与侧 面采光的综合采光的房屋，则规定了平均自然照度系数。为了保护室内不受南方过度的日晒和北方的过度 寒冷，可按上述自然照度系数标准降低 25%左右。在设计中应使用照度计测量建筑区域内户外漫射光的平 均照度和室内工作面照度，加以计算，以确定是否符合自然采光的照度系数标准。 第三章(五)分析实验室的基础设施和基本条件 4、实验室用气 分析实验室用气主要包括两部分:一是为实验室处理和溶解试样提供热源的燃气;二是在分析工作中，某 些仪器需要使用各种气体，和用作色谱分析的载气，提供某种气氛，处理高纯样品以及制备标准气体等。 本节将对这两类气体作一介绍。 4.1 燃气 实验室中提供热源的燃气主要有天然气、煤气、液化石油气以及酒精喷灯等。分析实验使用这类燃气主要 用于试样熔融分解和小型玻璃器皿制造，也可用于煤气砂浴。 化学实验室用气点一般设在通风橱内，或专用实验台上，或者装有排气罩，以防排出有害气体。天然气或 煤气管道安装都应符合国家颁布的标准、规范、不得随意安装、泄漏，防止事故发生。 实验人员在使用煤气喷灯必须遵守操作规程，根据实际需要调节火焰大小、温度高低。 4.2 实验室工艺用气 4.2.1 气体的种类 实验室用气根据工作要求不同，可有不同种类、不同等级的气体，气体等级有普通、纯和高纯之分。各 类不同等级的气体装在钢瓶中，一般都有商品供应。其中有些气体的钢瓶是物制的，某些少量气体还可以 在实验室制备。 (1)气体内装气体的分类 ?压缩气体 临界温度低于-10?的气体，经加高压压缩，仍处于气态者称压缩气体，如氧、氮、氢、 空气、氩、氮等。这类气体钢瓶若设计压力大于或等于 12MPa 称高压气瓶。 ?液化气体 临界温度?10?的气体，经加高压压缩，转为液态并与其蒸气处于平衡姿态者称国液化气 体。临界温度在通常情况下-10,70?者称高压液化气体，如二氧化碳、氧化亚氮。临界温度高于 70?， 且在 60?时饱和蒸气压大于 0.1MPa 者称低压液化气体，如氨、氯、硫化氢等。 ?溶解气体 单纯加高压压缩，可产生分解、爆炸等危险性的气体，必须在加高压的同时，将其溶解于 适当溶剂， 并由多孔性固体物充盛。 15?以下压 41 / 58 力达 0.2MPa 以上， 在 称为溶解气体 (或称气体气体溶液) ， 如乙炔。 从气体的性质分类可分为剧毒气体，如氟、氯等;易燃气体，如氢、一氧化碳等;助燃气体，如氧、氧化 亚氮等;不燃气体，如氮、二氧化碳等。 (2)气瓶的存放及安全使用 ? 气瓶必须有存放在阴凉、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位置。 ? 搬运气体瓶要轻拿轻放，防止摔掷、敲击、滚滑或剧烈震动。搬前要戴上安全帽，以防不慎摔断瓶 嘴发生技术检验、耐压试验。 ? 气瓶应定期作技术检验、耐压试验。 ? 易起聚合反应的气体钢瓶，如乙烯、乙炔等，应在贮存期限内使用。 ? 高压气瓶的减压器要专用，安装时螺扣要上紧，不得漏气。开启高压气瓶时操作者应站在气瓶出口 的侧面，动作要慢，以减少气流摩擦，防止产生静电。 ? 瓶内气体不得全部用尽，一般配应保持 0.2,1MPa 的余压，备充气单位检验取样所需及防止其他气 体倒灌。 4.2.2 气体净化方法 在痕量分析或要求超纯技术的工作中，气体或蒸气使用前通常都需要净化，除掉有害的杂质。例如， 在气相色谱中，载气中的杂质对分析的影响是很大的，载气中杂质的存在将会缩短柱的使用寿命，降低柱 的效率，引起基线漂移、降低检测器的效率和响应，使微量测定不准确。因此，载气在使用前要经过一定 的净化。净化的要求主要取决于所用的检测器、柱子的种类及分析的要求。 载气的预处理一般采用在室温下用硅胶、A4 或 5A 分子筛、活性炭都需预先活化。净化干燥管一般由 金属或有机玻璃圆筒做成，进气和出气口要用玻璃棉堵好，防止粉末吹入气路。 如果预处理不能满足检测器、色谱柱及分析上的要求，则可用下述方法进一步降低载气中的杂质含量。 4.2.3 实验室中常用气体的制备与净化 对于几种在实验室里最常用的气体，如氢气、氮气、氨气、乙炔气、氧化亚氮等的实验室制备方法 和净化方法，分别介绍如下。 (1)氢气的制备与净化 在实验室里制取少量的氢气常用启普发生器。原料中的酸可以用硫酸、盐 酸等，金属可以用锌、铁、镁等。工业上常用水、水煤气、天然气等来制备氢气。供高纯试剂或高纯元素 生产所用的氢，多以电解水或电解氯化钠(食盐)溶液来制取。 一般氢气中的主要杂质有水蒸气、氧、微量氮、氯、二氧化碳、磷的化合物以及电解液的雾沫，少量 的油蒸气等。 氢气的净化通常是使氢通过一系列的净化装置，各种装置具有除去一定杂质的能力，氢气净化的方法 和提纯工艺流程较多，但各种方法主要是以除去水和氧为基本出发点。 实验室中，日常所用的氢气钢瓶中的氢气的纯度对大多数用途已经足够了。当需要提纯时，可用钯催 化剂使微量氧转化为水，然后用活性氧化铝或浓硫酸等作干燥剂充分脱水即可。如对氧要求不严格时，可 让氢气先通过碱性的高锰酸钾溶液，再通过浓硫酸脱水即可。 必须注意的是氢气和空气混合物的爆炸极限为 4%,75% (体积分数) 当排除系统中的氢气降低压力 42 / 58 时， 。 必须把氢气放入空敞的大气中。 (2)乙炔的制备与净化 乙炔的沸点为-84?(升华)。在 15?和 0.3MPa 压力下，100g 丙酮中约能 溶解 30L 乙炔。因为乙炔在 0.2MPa 压力下即能爆炸，所以将其溶于丙酮贮存在钢瓶中，溶有乙炔的丙酮 溶液被吸附在多孔物质如硅藻土上，为了防止丙酮被乙炔气体带出，乙炔钢瓶必须直立着使用。 在实验室里少量乙炔 CaC2+2H2O?C2H2?+Ca(OH)2 在装有滴液漏斗和气使用碳化钙制备，其反应方法各式如下: 体导出管的 1000ml 圆烧瓶中， 放置 100g 碳化钙， 在水冷却下从滴液漏斗慢慢滴加水， 生成的乙炔气经过导管通入洗气瓶净化。根据不同的要求，可以选择适宜的净化程序。在洗气瓶中装入氢 氧化钾溶液(500g/L)能除去 CO2 等酸性杂质。装入铬酸溶液能除去硫化氢等还原性杂质，脱氧可用连苯 三酚溶液。微量的丙铜用亚硫酸氢钠浓溶液洗脱或通过活性炭吸附除去。干燥可用氯化钙、硫酸或五氧化 磷。 乙炔和空气混合物的燃烧极限为 2.5%,81%(何种分数)。乙炔不能跟银和铜溶液接触，因为它们能生成 爆炸性的乙炔化合物。由于乙炔中常含有磷化氢，所以钢瓶装的乙炔是有毒的。 (3)氮气的净化 为了除去钢瓶中所装氮气内含有少量氧，可将氮气通过装有 2g 联苯三酚和 6g 氢氧化 钾的 50ml 水溶液的洗涤瓶，然后用碱石灰干燥塔进行干燥。 (4)氨气的制备与净化 氨气是有特殊刺激臭味的无色气体，熔点-77.7?，沸点-33.35?，非常容易 溶于水中，燃点 651?，在空气中的爆炸极限为 15.3%,25%(体积分数)，有毒性及腐蚀性，在空气中的 允许浓度为 100μ g/g。 在实验室制备少量按气方法如下:在烧瓶在混合 5 份(质量)氯化铵粉末和 7 份(质量)新硝化的工业品 熟石灰，向混合物中加入 10 份质量的水并充分搅拌，在砂浴上加热烧瓶时即可得到匀调的气流，然后在 洗气瓶中用少量的水洗涤气体，并用固体氢氧化钾干燥。也可用硫酸铵代替氯化铵，用氢氧化钾或氢氧化 钠代替氢氧化钙。 由于纯讴为 99.8%以上的液氨可以装入钢瓶出售，所以通常可直接使用，在室温下有 0.8MPa 左右的压力， 如果使用氨用减压阀降至常压放出后，就可得到纯度很高的氨气。如为了除去微量油蒸气、二氧化碳等需 要特别提纯干燥， 可使氨气通过活性炭后再通过装有碱石灰或固体氢氧化钠、 金属钠丝等一系列的干燥管， 最后通过五氧化二磷完全干燥。 (5)硫化氢的制备和净化 硫化氢为无色气体，具有腐败蛋臭味。在常温能被水吸收，1 体积的水约可 吸收 2,3 何种的气体，溶解度随温度升高而减小，在室温时的饱和溶液约为 0.1mo1/L。硫化氢的水溶液 叫做硫氢酸，它是一种弱酸。硫化氢为剧毒品。 硫化氢可装入钢瓶在市场出售，一般纯度在 99.9%以上。市售的所谓“固态硫化氢”是一种有机硫化物， 将其加热很容易制取出硫化氢。 实验室制备硫化氢可由硫化铁和盐酸、硫化钙和盐酸、硫化钙和氯化镁、硫氢化钠和氯化镁以及硫化钠和 磷酸等相互作用的方法。现以用硫化钙与氯化镁相互作用制备硫化氢的方法为例。 (6) 43 / 58 一氧化碳的制备和净化 一氧化碳毒性极强，无色、无臭，熔点-205.0?，沸点-191.5?，临界 温度-140.2?，临界压力 3.49MPa，密度为期不远 1.250g/L(0)，燃点 609?，在空气中爆炸范围，下限 为 12.5%(体积分数)。 (7) 二氧化碳的净化 二氧化碳是一种无色无臭的气体。 升华点为-78.48?， 熔点为-55.7?， 100ml 在 水中的溶解度:0?时为 171ml;20?时为 88ml;60?时为 36ml 二氧化碳。0?时气态密度为 1.977g/L。 3 液态密度 0?时为 0.914g/cm 。 钢瓶装的二氧化碳可能含有的杂质是:水蒸气、一氧化碳、氧、氮，在少数情况下含有痕量的硫化氢、 二氧化硫等。 瓶装二氧化碳的提纯方法如下:使二氧化碳气体依次通过两个装有乙酸铬(II)的溶液的洗涤瓶，用 以除去大部分氧。再通过装着小块的碳酸氢钾的 U 形管，用以阴德去酸蒸气。通过装着高锰酸钾溶液的洗 涤瓶用以除去硫化氢。再通过盛有浓硫酸的洗涤瓶进行干燥。最后再通过装有活性铜和氧化铜并加热至 200?的管，借以除去最近残余的氧和一氧化碳。倘若二氧化碳中不含这些杂质的某一种，则可免去相应 的那个容器。 (8)一氧化二氮的制备和净化 一氧化二氮为无色气体，熔点-90.6?，沸点-88.5?。常温时在水中 的溶解度和二氧化碳相同，1 个何种的水可溶解 1 个何种的气体。 纯度相当高的一氧化二氮在原子吸收光谱分析中用作助燃剂，在医学上用作麻醉剂。已有钢瓶市售。 若再行提纯时，可将这种一氧化二氮在五氧化磷上通过之后，用液体空气冷凝，用减压分馏蒸馏 一氧化二氮的制备是用硝酸铵分解法。将纯硝酸铵放在电烘箱中，在 160,170?加即可。 热使其完全脱水， 将其熔融物放在玻璃干燥器中使用其凝固。将它研成粉末装到带有支管的圆底烧瓶里，烧瓶上部绕上加热 线圈，以防止反应中生成的水冷凝回流到硝酸铵熔融物里。在支管上接上一氧化二氮冷凝捕集器，用冷水 冷却，使生成的水大部分冷凝下来，烧瓶在金属网上加热要非常注意，在 170?开始反应，为了防止产生 氮气及氧化氮，温度不得超过 250?。因为是放热反应，加热过急或烧瓶中硝酸铵过多都有引起爆炸性反 应的危险，所以避免这种情况。产生的一氧化二氮在 KOH 水溶液和硫酸溶液中通过得以洗涤。微量氧用碱 性连二硫酸盐水溶液洗涤除去。因为一氧化二氮在水中的溶解度相当大，故应将气体收集在先充满食盐饱 和溶液或热水的贮气器中。 4.2.4 气体安全使用 无论是实验室制得的气体、还是钢瓶中的气体，在使用之前都必须预先纯化以除去痕量其他气体杂质。并 需要防止尘埃污染和吸湿。 高纯气体污染主要发生在贮藏、运输和计量的过程中。保持高纯气体的质量的关键是谨慎处理高纯气体。 在实际工作中，要使高纯气体不受污染，需要有许多严格的控制措施，在条件许可的实验室都应设置专用 的贮气室，将氧化性气体与还原性气体分开放置，将可燃性气体与不可燃气体分开放置，以防止意外爆炸 事故发生。在使用高纯气体时，为保证 44 / 58 高纯气体不受污染或将污染减少到最低程度，应注意下列问题。 (1)选用合适的压力调节阀和传输管道 压力调节阀要求。严密不漏气，输出压力稳定;调节阀与气体 接触部分的构件具有耐腐蚀性;在阀内或管道内配备过滤器(如烧结金属过滤器或微孔过滤系统)，以便 滤除微粒，减低颗粒物质在高纯气体中的含量。 传输管道应尽可能采用洁净的金属管如不锈钢或聚四氟乙烯管。管子安装只能用聚四氟乙烯扎带。 (2)严格清洗气体传输系统的各组成部分，必须事先用合适的去油脂溶剂如三氯乙烯清洗管道等部件上 的微粒、油污、吸附物、水分等。各部件组装后在使用这这前，应抽空并用惰性气体如干燥的氮气来吹洗 用以除去水气等杂质。 (3)限定气瓶的使用的最低压力，因为在高压下气体中的杂质可能吸附在气瓶内壁上，而当气瓶压力下 降时，被吸附在内壁上的杂质会解吸下来，因而，应限定气瓶最低的使用压力。 (4)在使用过程中，要经常检查气瓶和传输系统的密闭性，若发现漏气，应及时采取措施。 第三章(六)分析实验室的基础设施和基本条件 五、实验室通风排风系统 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 排出室外，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)的吸入，污染物须用通风柜、 通风罩或局部通风的方法除去。 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，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的方式。所以在实验室中广泛地被采用。对于有些实验不能使用局部 排风，或者局部排风满足不了要求时，应该采用全室通风。 1、通风柜 通风柜是实验室中最常用的一种局部排风设备，种类繁多，由于其结构不同，使用的条件不同，其排 风效果也各不相同。 通风柜的性能好坏，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、排气孔设计和阻凝物等。此外，尚与它的防火能力、耐腐蚀性、是否 便于清洗以及污染物进入排气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种的耐火能力， 以保持通风柜的完整和及时将火封熄。 1.1 通风柜的种类及特点 实验室中所采用的通风柜归纳起来有以下几 45 / 58 种。 (1)顶抽式通风柜 这种通风柜的特点是结构简单、制造方便。对于需要加热的实验，或者实验过程中 产生大量热量的，顶抽式通风柜具有良好的排风效果;但当实验过程中不产生热量时，则通风柜操作口处 的风速就会很不均匀，近台面处有旋涡，所以，这种型式在没有热量产生的场合效果较差，不宜采用。 (2) 狭缝式通风柜 狭缝式通风柜是在其顶部和后侧设有排风狭缝， 后侧部分的狭缝， 有的设置一条 (在 下部)，有的设置两条(在中部和下部)。由于上、中、下三个部位都设有排气口，而且气流流经狭缝时， 有节流效应，变静压为动压，再变动压为静压，这样造成通风柜内有一股较强的负压气流，使操作口处的 风速达到均匀，对各种不同工况都能获得良好的效果。但结构比较复杂，制作也较麻烦。 (3)旁通式通风柜 由于通风柜的排风量是按设计风速和操作口全开时的截面积计算的，在实验正常进 行而不需人操作时，往往把柜门关闭或关小些，此时，由于排风量没有多大改变，在操作口调节门下进气 口的风速达到最高值。虽然有害气体不易逸出，但对有些实验会产生不利的影响。如:用煤气灯加热时， 风速过大使火焰晃动，影响加热。为解决这一矛盾，就出现时了带旁通的通风柜。这种通风柜当操作口调 节门开大时，旁通口被调节门阻挡，不起旁通作用，空气由操作口直接进入通风柜;当调节门接近关闭时， 旁通口开启，一部分空气从旁通流入柜内，使操作口风速不致太大，而且基本稳定。当实验室考虑由通风 柜排除室内空气时，采用这种通风柜比较理想，因为当柜门全闭时并不影响室内的换气量。 (4)被风式通风柜 这种通风柜是把占总排风量 70%左右的空气送到操作口，或送到通风柜内，专供排 风使用，其余 30%左右的空气由室内空气补充。供给的空气可根据实验要求来决定是否需要处理(如净化、 加热等)。由于补风式通风柜排走室内空气很少，因此对于有空气调节系统的实验室或洁净实验室，又不 影响室内的气流组织。 (5)自然通风式通风柜 这种通风柜是利用热压原理进行排风的，其排气效果主要取决于通风柜内与 室外空气的温差、排风管的高度和系统的阻力等。为此，这种通风柜一般都用于加热的场合，排风管比较 高，而且要求由通风柜顶部直接通到室外，风管不要转弯，排风管顶部设筒形风帽。在实验过程中，不应 关闭柜门，否则就要增加局部阻力，影响排风花雪月效果。 自然通风式通风柜的优点是不耗电;能日夜连续换气，有利于室内换气;无噪声和振动;由于没有机械设 备，容易保养;构造简单，造价低谦。但它的使用受一定条件限制，凡毒性较高和不产生热量的实验，都 不宜采用，有空调的房间，在夏季也不宜使用。 (6)活动式通风柜 在现代化实验室建筑中，有时还配置一种通用实验室(实验大厅)，其中的实验 工作台、水盆、通风柜等设备都可随时移动，不用时也可推入邻近的贮藏室。 这种通风柜宜用木材、塑料或轻金属制作，以便移动。柜脚下设轮子，也可周时附设能升降的柜脚。通风 柜柜门，后壁挡板，二端透明窗均采用 6mm 厚 46 / 58 钢化玻璃。通风柜的排水，可经过柜前标准排水槽或台面上 的滴水盆，再由软管排入地面排水头子。 1.2 通风柜的基本规格 通风柜的单元平面尺寸，应根据各种实验内容和要求来决定，通风柜的尝试一般取 800,850mm，太浅有碍 通风柜的效果，狭缝式通风柜，由于其后壁有夹层，尝试更不宜过小。通风柜的每单元长度，即前壁结构的尺寸(中,中)，不宜小于 1.0m，一般为 1.2,1.8m。如果单柜不能满足使用要求时，可以考虑双柜工 多柜并列，柜间可根据需要长度者，可将多单元连续设置，中间不凤间壁。 通风柜的台面高度一般取 850,900mm 左右;操作口的开口高度，因考虑柜内的实验装置需要和不使开口 的上缘挡住实验人员的视线，所以不宜过小，通常取 800mm 左右;通风柜的柜仙净高一般?1500mm。对于 狭缝式通风柜，其中缝与下缝的尺寸一般都相等，具体尺寸应按条缝处风速控制在 5m/s 以上为宜，挡板 后的风道宽度约等于缝宽的二倍以上。通风柜的上部可设管道检修柜，直封至平顶，可避免通风柜顶部积 灰，保持实验室的整洁。 1.3 通风柜的构造及其附属装置 (1)通风柜的柜壁 一般可分为前壁、侧壁和后壁。侧壁一般都用透明的材料制作，使自然光线能透 入柜内，有利于实验人员观察柜内的实验情况。透明材料通常用 5mm 厚玻璃，最好是采用钢化玻璃或其他 安全玻璃，但钢化玻璃不易裁剪，遇大爆炸时，会散射出不带棱角的碎屑。对于经常使用氢氟酸的通风柜， 可用的机玻璃，但有机玻璃的抗热性和表面硬度都较差。前壁有操作口，通常由固定部分及柜门组成，固 定部分做法与侧壁类同，即采用透明材料，壁面骨架采用木材，也有采用碳钢或不锈钢或玻璃钢等。 金属制的通风柜为避免前壁冷凝水下滴而影响实验，可在前壁下口设一引水槽，让冷凝水通过引水槽排至 柜内两侧。 后壁部分一般都用白色瓷砖或耐酸瓷砖贴面， 既明亮又便于清洗， 狭缝式通风柜的挡板， 可用石棉水泥板、 塑料板、厚玻璃或不锈钢板等制作，对于耐久性较差的挡板，其构造宜考虑容易装卸，以便更换。对有爆 炸危险的有机化学实验室，要考虑后壁的冲洗方便。现代化学实验室已经采用玻璃钢，即耐腐蚀的树脂材 料代替木制。 (2)通风柜操作口柜门 木骨架通风柜的柜门基本上有五种类型;摇开式、上悬式、上下扯、横址 式以及无门式等。 ?摇开式 结构简单，但操作口的高度无法调节，所以公适用于操作一般的有害物。另外，柜门必须经 常关闭，否则会妨碍周围空间的利用，并且不利于多柜并列，所以较少采用。柜门下一般无固定门框，并 留 50mm 空隙，以利闭门实验时进风。 ?上悬式 这结构简单，对二侧空间无影响，但开关不便，如在门扇上增设小门，更有碍开启。 ?上下扯式 这种型式比上两种好，是最常用的一种，操作口的大小可以调节，开关方便，又不影响周 围空间。门扇位置的固定可有三种方法:两旁设插销，并在操作口边框上设有插销孔多个，但在使用上仍 然不甚方便，另一种在门旁两边各设扁铁槽托，门扇上下边四角有金属凸头在槽内滑动，下凸头搁在槽托 47 / 58 内定位。较方便的是采用平衡锤式，能满足一般使用要求，是最常用的一种。 平衡系统的活轮轴宜配有滚珠轴承，以利推扯轻便，绳索宜采用尼龙绳、钢丝绳、合成树脂包的钢丝绳等 材料，还有设想采用齿轮传动，但采用金属材料，必须考虑其耐锈蚀问题。 平衡锤一般在柜顶与台面之间上下滑动，而且平衡锤设在两根木筋之间，立柱的宽度约 140mm 左右。为了 减少立柱的宽度，可将平衡锤设在木筋的后面。此外，还有几种改变平衡位置以减小立柱宽度的做法。 ? 增设一对滑轮，将平衡锤引至后壁内，缺点是绳索容易脱出，而且不如单滑轮润滑。 ? 延长强索，将平衡锤引至下柜，台面穿孔处可预埋瓷套管，上端稍高出台面，以防台面溢水流入下 柜，绳索应加以包封，以免有害物污染带入下柜，这种方式柜门的开启高度受到下柜净高的牵制。 ? 当层高允许时，可将平衡锤设在柜顶以上，而且应将柜顶以上部分封住，开设检修门。 柜门门扇滑糟内的摩擦面不涂油漆，可作上蜡处理，以致润滑，门扇下冒头宜设橡皮碰头两个，既可防止 门扇冲撞台面，又可留有进风间隙，而且外部电源线可由此瓶子是隙通入柜内，碰头亦可固定在滑槽下端 内，通风柜如为供气或考虑台面下沿进风者，则可设统长橡皮条代替橡皮碰头。 ?横扯式 当通风柜的操作口长度较长，通风柜的门不宜上下动作时，可采用这种型式，但这种型式必 须闭门进行实验，不然对气流组织不利，容易产生涡流，可用于放射化学实验。为了防止操作时放射性物 质逸出，可在门上设手套孔，上外亦可用在落地式通风柜。 ?不设柜门 自然通风柜、实验过程中散发的有害物毒性不大，而且实验工作频繁而单纯时，可考虑不 设柜门。 48 / 58 (3)通风柜的工作台面 通风柜的台面，可以采用 40,60mm 的钢筋混凝土预制板制作或采用现捣的办 法。台面要有足够的强度，尤其是用于放射化学实验的通风柜，有时为了防护，需要在柜内设置铅砖，需 要承受 1t 的荷重。 台面的用料要求与实验台台面的用料要求基本相同，由于柜内经常要用水冲洗，还要考虑到耐热、耐酸、 耐碱，多数采用白瓷砖或耐酸瓷砖，不宜用木台面，使用汞的通风柜应采用无缝隙的表面材料;对于用于 放射化学实验的通风柜，可以在一般工作台面上先复上一层厚滤纸，并衬以不透水的衬垫，如欲进一步防 止放射性溶液泼溅污染，可在台面上设置特种材料制的盘子，如抛光不锈钢盘或耐酸陶瓷盆等，或者直接 采用不锈钢台面。 台面外缘宜高出台面 10,30mm，以免台面上的污水外流，亦有考虑台面设坡度防止台面水外溢的做法，但 如设计坡度过小则不但难以防止外溢，而且在施工时，也往往难以保证设计坡度;反之，如设计坡度过大， 对台面上实验装置的稳定性不利。 活动式通风柜、或考虑将来能更动位置的通风柜，其台面不能采用笨重的钢筋混凝土板，可用 20mm 硬木 台面，上铺瓷砖，用耐酸砂浆铺贴。 (4)通风柜的下部结构 通风柜台面板的下部，大都用作存放酸碱、毒物、溶剂等物品，所以在内侧 壁面要铺贴瓷砖或塑料贴面，搁板可用木材或铅丝玻璃，底板可用钢筋混凝土预制板，表面贴瓷砖。柜门 要考虑开通风孔，最好设有通往排风壁的通道，以利用通风柜的排风来排除贮存物散发的气体，在台面板 上埋设一排风短管，通入排风挡板的背后，此管应当而腐材料制作，其上端应弯曲，以防冲洗柜 )通风柜的附属装置 通风柜的内部台面上除设有小水盆或排水槽外，壁的水流 入下柜。 (5 还设有冷热水、煤气、真空、 压缩空气等龙头，为了使管少穿过台面，它们可设在侧壁上，并靠近通风柜的外缘处，能够在接软管时工 作人员的头、肩伸入柜内，阀门可设在柜旁管道井的壁面上、或在操作口的外框上、或台面的前缘下。照 明、通风柜或其他电源插座与开关等均不宜装在柜内，以防受腐蚀或遇蒸气而发生短路。 为了防止用于放射化学实验的通风柜排出带有放射性物质的气体污染大气，可在通风柜的顶部设置高效过 滤器，使废气中有害物质的浓度降低到容许浓度以下。 通风柜内的类具一般宜采用日光灯，灯的位置应设在顶部柜外，以防腐蚀。通风柜的附近还须考虑设置通 风机开关的指示灯，以保证使用安全。 2、实验室内通风柜的平面布置 通风柜在实验室内的位置，对通风效果、室内的气流组织都有很大的关系，下面介绍通风柜的 3 种布 置方式。 2.1 靠墙布置 这是常用的一种布置方式。 通风柜通常与管道井或走廊侧墙相接， 可以减少排风管的长度， 便于隐蔽管道， 使室内整洁。装有空调的实验室内的通风柜，一般不宜靠门、窗等空气较流通处布置，最好是布置在室内 气流的“死角”这样，既能避免通风柜操作口处的风速被干扰，又能有利于室内换气，使“死角”不死。 在不太大的房间内，不宜面对面地布置两个通风柜，否则当一个通风柜不工作时， 49 / 58 柜内残存的有害气体或 有害粉尘便会被对面的通风柜吸出，造成室内空气污染。如需要两个通风柜面对面布置时，可考虑两个通 风柜合用一台通风机，或两台通风柜采用联动的办法。 2.2 嵌墙布置 两个相邻的房间内，通风柜可分别嵌在隔墙内，排风管道也可布置在墙内，这种布置方式，有利于室内整 洁。 3.3 独立布置 在大型实验室内，可设置的通风柜，四面均可观看，适用于实验教学示范，或当实验装置较复杂时，可两 面设操作口，这种布置形式只能采用顶抽式通风柜，而且在室内无吊平顶时，其顶部风管势必外露，所以 如无必要时应少采用。 此外，对于有空调的实验室或洁净室，通风柜宜布置在气流的下风向，这样既不干扰室内的气流组织，又 有利于室内被污染的空气被排走。 3、排风系统 50 / 58 通风柜的排风系统可分集中式和分散式两种。集中式是把一层楼面或几层楼面的通风柜组成一个系统， 或都整个实验楼分成一二个系统。它的特点是通风柜少，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，都个有一定的适应性。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。它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，所以通风柜的风量、 风压都不大，噪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。 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柜房内，检修方便，易于消声和减振。 排风系统有害物质排放高度，应按现行《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 50m 以内没有较高建筑物时，排放高度庆超过建筑物最高处 2m 以上。 4、通风柜的风速和风机的选用 4.1 通风柜操作口风速 通风柜操作风速是经济合理地使用通风柜的关键问题之一。对一般的通风柜可通过关闭柜门窗大小或调整 台面屏蔽物的位置来减少开启的表面积，以达到较高的抽吸速度。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，对有害有有危险的有害物采用 0.4,0.5m/s;对极毒物及有少量的放射 性有害物采用 0.5,0.6m/s。 操作口处的风速不仅取决于实验过程中有害物的性质，也与通风柜的结构形式有关。上述的建议风速系指 狭缝式通风柜，而对顶抽式通风柜，风速应略有提高。顶抽式通风柜操作口处风速均匀性较差，如果风速 低时柜内有害物可能外逸。因此，应尽量选用结构合理的通风柜，使其操作口风速平均值与任何一点的风 速之差小于 20%为宜。 4.2 通风柜通风机的选用 (1)风量的确定 通风机的风量应该按通风柜的排风量及数量计算，并考虑到通风机叶片的损坏、风管及机壳积聚污物等不 利因素，把计算得到的排风量再乘以 1.1,1.2。 (2) 51 / 58 风压的确定 先计算系统的阻力，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。 (3)选型 根据风量风压确定通风机的型号，再根据排出气体的性质，如腐蚀性、毒性、易爆性等， 分别选用塑料通风机、普通通风机及防爆通风机等，并且应尽量考虑噪声低、振动小等因素。 5、通风柜的使用与保养 通风柜使用效果的好坏，除了正确地设计之外，还与合理地使用和保养有很大的关系，因此应注意以 下几点。 ?在实验过程中，产生有害物的实验装置，应放在通风柜内距操作口大于 150mm 的地方，防止有害物 质逸出。 ?通风柜内的实验装置不应遮挡排风狭缝。 ?实验完毕后，不应立即关闭风机，须等 3,5min 后才可关闭。 ?通风柜不应作贮藏使用。 ?通风柜内部应经常保持柜内表面光洁与密闭，要定期彻底地清理与打扫，如有损坏，须及时检修。 ?通风机、风管及有关附件，都应定期检修。 ?每隔一段时间，须要对通风柜进行一次测定和高整，使通风柜在设计工况下运行。 1、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 程中散发的有害物时，可采用排气罩。实验室常用的排气罩，大致有围挡式排气罩，侧吸罩和伞形罩三种 形式。 排气罩的排风量计算，取决于以下三个因素:排气罩与有害气体散发点的距离，有害气体散发点的控制风 速、排气罩的罩口面积。因此，不同的排气罩，其排风量的计算公式也不同。 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衷减特性和有害物的散发情况，排 气罩的布置应注意以下几点。 ?尽量靠近有害物散发源 由排气罩排风量计算公式中看出，排气罩罩口到控制点的距离越近，排风量 就越小，也就是说用同样的排风量，距离近的距离远的排除有害物有效果好。 ?对于有害物的不同的散发情况采用不同的排气罩 如对于摄谱仪，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。 ?排气罩要便于实验操作和设备的维护检修 否则，尽管排气罩设计效果很好，但由于影响实验操作， 或者维护检修麻烦，还是不受使用者欢迎，甚至被拆除不用。 2、全室通风 化学实验室及有关辅助房间(如药品库、暗室及贮藏室等)，由于经常散发有害物，需要及时排除。如果 房间内设备有通风柜时，因为通风柜的排风量较大，往往超过室内换气要求，可不再设置通风设备。如果 室内不设通风柜时，而且又须排除有害物，应进行全室通风。全室通风的方式有自然通风和机械通风。 7.1 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，把室内的害气体排至室外。对于依靠窗门让 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，在房间内侧设置通风竖 52 / 58 井，室外空气 由下部百页风口进入室内，由房间上部开口处通过竖井排至室外。自然通风由于不用通风机，既不消耗电 力，又无噪声干扰，而且昼夜都在换气。但只适用于有害物浓度低的房间，适用于室内温度高于室外空气 温度的场合。 7.2 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。过去常见的做法是在外墙上安装轴流通风机，但效果较差，主 要是因为气流容易形成“短路”，对于进深较大的房间，或者离窗较远的地方更加不利。此外，轴流通风 机噪声较大，因此，尽量避免在有窗的外墙上安装轴流通风机。对于散发有腐蚀性气体的房间，如酸库等， 不宜使用轴流通风机;对于散发易爆性气体的房间，必须采用防爆通风机。 全室通风的风量，可根据消除室内的有害气体所需要的换气量来确定。 在设计计算中，由于散入室内的有害气体量往往难以获得，因此，全室的通风量可按不同的房间所需的换 气次数进行计算。所谓换气次数，就是房间的换气量与房间的体积之比。这个值是根据大量的测定数据综 合而成，化学实验室的换气次数取 5,10 次/h，暗房取 s 次/h，药品库与危险品库，平时取 5 次/h，事故 通风换气次数取 12 次/h。 第三章(七)分析实验室的基础设施和基本条件 六、实验室的通风空调系统 各类实验室有不同的功能和特点，各类实验室对环境的要求也各 同。一般实验室只要有自然通风换气 良好，必要时配备机械通风即能满足实验要求，但不相 对某些要求精度高，例如高纯金属分析，半导体材料分 析，高纯试剂的提纯和制备以及大型精密仪器、电子计算机等科学实验，则需要在特定的环境下工作，以 保证仪器的正常运行、实验的顺利进行及分析质量的提高。因此必须在实验室新建、扩建或改建时，采取有效措施，力求创造一个适合实验所需要的良好环境，对空气进行调节，即所谓的“空调”。随着社会的 进步、科技的发展，实验室的空调系统的设立和安装已是一个必备的基本条件。本节将简要介绍实验室通 风空调的主要设施和基本知识面。 1、空调的布置方式 空调布置一般有三种方式。 1.1 单独空调和部分空调 个别实验室特殊需要而安装窗式空调器、分体空调器或立柜式空调器，体积小、成本低、空调效果较好， 能随意调节，耗能较少。 部分实验室需要空调，在建筑设计时将它们集中布置，然后用一台较大的空调机专室安置，进行局部集中 空调，这样做既可以减少投资，统一控制，又可减少噪声干扰。 1.2 中央空调 建立全部集中空调系统，使全部实验室进行空调，即通常说的中央空调。集中空调可以使各实验室处于同 一温度、温度和洁净度水平上，有利于提高检验和测量精度;集中空调运行时噪声极低，有利于保持实验 室环境清新和安静，其缺点是能耗较大，且不能满足某些特殊实验室的要求。为 53 / 58 克服这一缺点，可采用小 系统集中空调，即将实验室分成几类，根据实验室的工作性质和要求分成几个小系统，集中制冷制热，由 各自空调器分别送风。这样要求洁净度高的实验室即可得到满足，同时还可节省能耗，其缺点是空调的建 设费增大，运行费用也较大。 实验室采用何种空调方式，应视实验室的具体需要，不能一概而论。实际上，在采用全部集中空调系统中， 由于某一个或几个实验室的特殊需要可安装“单独空调”或“抽湿机”，形成混合空调系统。某些实验室 要求较高的洁净度，也可采用单独空调，单独使用中效或高效的空气过滤器，以净化室内空气。在普通空 调房内安装专用的洁净工作台， 可以取得局部较高洁净度的工作环境， 能有效地降低能耗而提高环境质量。 下面主要涉及中央空调方面的一些基本设施的条件。 2、通风空调工程常用术语(见下表) 名称 集中送风采暖 避风天窗 局部送风 说明 在一定高度上，将热风集中由一处或几处以较大速度送出，使室内造成射流区 和回流区的热风采暖 不受室外风向变化的不处影响，使室内空气能稳定排出的天窗 在工作地点造成局部气候的送风。分以下两种: 单体式局部送风—用轴流通风机等将空气直接送至工作地点; 系统式局部送风—用风机将室外空气(经处理或未经处理的)通过风管送至工 作地点 使空气在屋顶内流通，以减少太阳辐射热的屋顶。如带通风间层的屋顶，吊顶 与屋面之间有良好的通风的屋顶等 空气调节房间在需要保持规定参数的时间内，工作区的空气相对温度偏离其基 数的允许差值 室内温度允许波动范围和室内相对温度允许波动范围的简称 空气调节房间在需要保持规定参数的时间内，室温敏感元件装设地点(室温控 制点)的空气温度偏离其基数的允许差值，即室温允许波动范围减去要求的区 域温差后所剩余的数值 空气调节房间在需要保持规定参数的时间内，室温敏感元件装设地点(室温控 制点)的空气温度偏离其基数的允许差值，即室温允许波动范围减去要求的区 域温差后所剩余的数值 空气调节房间在需要保持规定参数的时间内，室内相对湿度敏感元件装设地点 (相对湿度控制点)的空气相对温度偏离其基数的允许差值，即室内相对湿度 允许波动范围减去要求的区域差后所剩余的数值 通风屋顶 室内温度(室温)允许波动范围 室内相对湿度允许波动范围 室内温度湿度允许波动范围 控制点的温度允许波动范围 控制点的相对湿度允许波动范围 54 / 58 一次回风 二次回风 热湿扰量 冷水 冷却水 风管 风道 通风管道 配件 部件 金属附件 风管可拆卸的接口 空气洁净系统 集中式配套制冷设备 整体组装式制冷设备 在冷却或加湿处理之前，同新风进行混合的空气调节房间的回风 在冷却或加湿处理之后，同处理过的空气进行混合的空气调节房间的回风 空气调节房间单位建筑面积热湿负荷的逐时变化量 用制冷机制出的低温水或天然冷源水 设备的冷却用水 指金属板材，聚氯乙烯板以及玻璃钢制成的管子 指砖、混凝土、炉渣石膏板、炉渣混凝土及木质的风道 风管和风道的总称 指通风、空调系统的弯管、三通、四通、异径管、静压箱、导流片和法兰等 指通风、空调系统中各类风口、阀门、排气罩、风帽、检视门、测定孔和支、 吊、托架等 指连接件和因定件(如螺栓、铆钉等) 指法和无法兰的连接 指室内空气洁净度达到规定标准的净化空气系统 活塞式制冷压缩机和冷凝器、蒸发器及各种辅助设备，成单体安装的型式，出 厂时有成套供应和不成套供应(即按需要选用)的形式 制冷机、冷凝器、蒸发器及各种辅助设备组装在同一个公共底座上或供冷供热 及空气处理各部分均组装在同一个箱体内，成整体安装的型式，如种种冷水机 组，各种立柜和窗台式空气调节器 制冷机、冷凝器、蒸发器及各种辅助设备成部分集中，部分分开安装的形式。 有制冷机单独设置的形式、蒸发器单独设置(直接蒸发)的形式冷凝器单独设 置的型式等 管子和管件组合后的总称 指制冷系统中原材料的直管 指制冷系统中的弯管、三通、管箍、异径管等 指隔热层、防潮层、保护层组合后的总称 在输送冷热源的空调风管及制冷管道外的隔热措施 防止隔热层受潮的措施 对隔热层、防潮层起保护作用的措施 分离组装式制冷设备 管道(制冷系统) 管子 管件 保温层 隔热层 防潮层 保护层 、通风空调系统设备与器件 3.1 通风机 通风机一般分为离心式通风机和轴流式通风机两种，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)离心式通风机 离心式通风机型号繁多，在分析实验室常用此类风机，风机双分为低压、中压、 高压。在选用风机时，应关注其性能和特点，要求具有以下特点: ?风量大，效率高; ?运转平稳，噪声低; ?结构完善，便于维护; ?拆装方便。 实验室常用于腐蚀性气体和毒气的通 55 / 58 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。塑料风机的特点如下: ?塑料离心式通风机，以硬质聚氯乙烯制造，具有良好的耐腐蚀性和绝缘性，用于排送含酸、碱、盐 等腐蚀性气体及有害气体的空气， 不适用于排送芳香族碳氢化合物、 脂肪族碳氢化合物的卤素衍生物酮类、 混合空气的氮氧化合物及其他对硬质聚氯乙烯塑料有腐蚀性的气体介质。 ?塑料风机对使用温度要求严格，一般使用-5+65?，安装位置宜远离热源。 ?塑料风机的强度次于金属风机，在运输、安装、操作、维修时避免撞击。风机进出口应加装铁网，以防 杂物落入打碎风机。 玻璃钢机具有耐腐蚀、耐高温、防日晒雨淋等特点。 (2)轴流式通风机 轴流式通风机，也有低压、高压、之分，常用于仓库、一般厂房。该风机的特点 是结构简单紧凑、噪声较小，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、轮盘和毂组成;机壳由风筒、底 座及支板组成，轮毂直接装在电动机轴上。 3.2 恒温恒湿设备 恒温恒湿设备又称空调机组，是中央空调的核心设备，一般是由压缩机、冷凝器、蒸发器、通风机、电加 热器、电加湿器、过滤器以及电控元件均装在同一箱体内而组成，各厂家生产有不同型号恒温恒湿设备。 其安装形式有分体式和整体立柜式。它们的主要特点是: ?恒温恒湿参数范围，干球温度一般为(20,25)??1?，相对温度为(50%,80%)?10%。均采用电接 点温度计或电子继电器自动控制。 ?制冷量大，通过自动或手动变化缸数进行能量调节，制冷量大小有 12600,201600kj/h 不等。 ?机组多分为制冷段、处理处和风机段等组成，多采用高效率低噪声，具有减震双吸并联离心机，有侧送 和顶送两种送风形式。 ?具有合理的风量比，通过加入不同新风量和一二级联动阀即可调整。 ?配有清洗方便的新风和回风过滤器，可满足净化要求。 ?加热装置设有两种方式:蒸汽加热与电加热，可进行电热自动调节。 ?有自动化控制设备，可实现自动控制和自动保护，保证机组的使用精度及安全经济运行。 3.3 诱导器 诱导式空调系统，是把空气的集中处理和局部处理结合起来的混合式空调系统中的一种型式，这种系统在 一定程度上兼有集中式和局部式空调系统的优点。 诱导器是一种利用集中式空调机来的初次风(或称一次风)作为诱导动力，就地吸入室内回风(或称二次 风)并加以局部处理的设备。采用较高风速(例如 15,25m/s)输送空气，可以大大缩小送风管尺寸，并 使回风管道大大缩小甚至取消。 诱导器的分类是由诱导器的安装形式、单面回风或双面回风、喷嘴配用规格以及诱导器的长度不同而区分 的。诱导器的种类较多。按诱导器的安装形式可分立式与卧式，而不论立式与卧式又有单面回风和双面回 风之分。 3.4 风机盘管机组 由集中安装在机房内的冷水机组和分散装在被空调房内的风机盘管机组作为空调 56 / 58 系统的末端装置，可组成 一种半集中式的空调系统。 风机盘管机组， 每台机组的风机是独立控制的。 室内的负荷由机组内盘管承担。 风机采用双进离心风机。风机盘管机组因通常多在湿工况下运行，所以装有排冷凝水的管路。 机组采用单相电容驱动低噪音电动机，使用电源 220V，50Hz 交流电。机组设有高、中、低三级调速装置， 能调整风量达到调节冷(热)量的要求。机组新风由单独通风系统供给。 风机盘管机组的特点是:安装布置灵活，各房间可独立调节室温。当房间无人时，可以方便地关掉风机， 而不影响其他房间，从而节省运行费用。房间之间的空气互不串通，盘管的风机可以变速。在冷量供给方 面由使用者直接进行一定的调节。 风机盘管机组分为立式和卧式两种，用户可按室内位置选定，同时每种可根据室内装修要求做成明装，吊 装在天花板下、门窗上方或室内地面上;暗装、吊装于顶棚内或设置在窗台下。 3.5 制冷机组 中央空调用的制冷机组是空调系统中冷却、干燥空气(当用热泵时可加热空气)所必需的设备。空调制冷 系统一般可分为三种形式。 (1)单体安装式 即活塞式制冷压缩机、冷凝器、蒸发器及各种辅助设备等，均系单体安装然后接通 制冷管道，组成制冷系统。又称集中式配套制冷系统，常设置于较大型空调系统中。 (2)整体安装式 即制冷机、冷凝器、蒸发器及各种辅助设备由制造厂组装在共用底座上，或连供冷、 供热及空气处理各部分均已组装在同一箱体内，形成整体安装的形式。只要按上进、出水管以及仪表柜和 启动线路，即可投入运转。 (3)分离组装 即制冷机、冷凝器、蒸发器及各种辅助设备成部分分装、部分组合安装的型式。这样 安装型式多样化，适用性较灵活。 空气调节用制冷系统一般采用单级压循环。其工作过程为:压缩机压缩后的高压气体制冷剂经油分离器后 进入冷凝器，放热后(其热量由冷却水带走)冷凝成高压液体。通过节流阀节流降压后进入蒸发器，在蒸 发器内吸热蒸发， 蒸发后的低压蒸汽被压缩机吸入并再度压缩成高压气体制冷剂， 从而完成一个制冷循环。 空调系统常用的制冷剂有无机物氨和卤代烃氟里昂。 3.6 电加热器 电加热器主要用于恒温系统空气的精加热。电加热器设有接地及密封温度继电器防超温保护装置，在使用 时其电源仍应与风机电源连锁。电加热器的热效率为 86%，其长度为 200mm。可装 1,6 排电阻丝。 3.7 冷却水塔 空调系统中冷却水塔以玻璃钢制造，常有标准型、节能型、低噪声型等几种。不同型号处理水量不等，冷 却温差为 5?。 3.8 消声器 消声器有聚酯泡沫塑料管式、矿棉管式、片式、卡普隆管式、弧形声流式、阻抗复合式等几种形式消 声器，对中频及低频带噪声有良好的消声效果。消声器在空调系统中应尽量安装于靠近使用房间的位置。 如必须安装在机房内时，则应对消声器外壳及消声器之后位于机房内的部分风管采取隔声处理。当系统的 为恒温系统时，则消声器外壳应 57 / 58 与风管同样作保温内的部分风管采取隔声处理。当系统为恒温系统时，则 消声器外壳应与风管两样作保温处理。 3.9 空气过滤器 在空气净化系统中，一般采用三级过滤方式，即粗效、中效、高效(或亚高效)空气过滤器，各有不同的 用途。 (1)粗效过滤器 采用金属框架，滤料一般采用粗、中孔泡沫塑料和无纺布，易于清洗更换，可反复 使用。基本能滤掉，5μ m 的尘粒，对，0.3μ m 的尘粒，计数效率，20%;滤速为期不远 0.4,1.2m/s，初 阻力?29.4Pa(1mm 水柱=9.80665Pa，不同)。通常装置在中、高效过滤器前，作预过滤用，主要用以过 滤新风 10μ m 以上沉降性微粒和各种异物。 (2)中效过滤器 由金属框架、中细泡沫塑料、玻璃纤维、无纺布或其他材料作为滤料等构成。基本 上能滤掉，1μ m 的尘粒， 对，0.3μ m 的尘粒， 计数效率为 20%,90%， 滤速取 0.14,0.25m/s， 初阻力?98Pa， 可用以过滤 1.0,10μ m 的悬浮性微粒，避免在高效过滤器表面沉积而堵塞高效过滤器，因此可以作为 10 万级洁净室的终端过滤装置。必须注意含有强酸、强碱及丙酮等有机溶剂蒸气的空气，不能使用泡沫塑料 作为滤料。 (3)高效过滤器 适用于工作温度，60?，相对湿度，80?%的空气交货系统，风量范围为效 500%, 3 3000m /h，它对洁净实验室最为理想的终端过滤装置，能捕集，1μ m 的尘粒(0.3,0.6μ m)，计数效率 ，99.9%，滤速为 0.01,0.03m/s，初阻力?245Pa。 3.10 空调器 (1)空调器的型式 空调器是一种调节室内温度，加速空气循环和过滤室内空气的装置。一般常将同 一类型的去湿机、冷风机、恒温恒湿机以及房间空气调节器等统称为空调器。 空调器按其部件组成方式，可分为整体式、组装式、散装式及大型集中式四种;按制冷的冷却方式，可分 为水冷式和风冷式; 按制冷量大小， 可分为立柜式空调器 (一般为 25200kJ/h) 和房间空调器 (一般为 6300, 25200kJ/h)。 房间空调器有窗式和分体式。分体式空调器分为室内室外两部分，压缩机和冷凝器放在室外，称室外机; 蒸发器和风扇放在室内，称室内机。将此两部分用管子联通成为一个封闭的制冷系统，这样既使安装灵活 简易，不影响窗户进光，又可使室内的噪声显著降低。分体式空调器的室内机，可根据房间的需要制成吊 顶式、挂墙式、落地式、 58 / 58