高校化学实验室的建设与设计方案

钱初洪，梁巧荣，刘 钊

（肇庆学院 化学化工学院，广东 肇庆 526061）

0 前言

高校化学实验室的主要用途是实验教学和科研活动，按其功能可分为有机化学、无机化学、分析化学、物理化学、化工实验室以及仪器室、天平室、准备室等.由于资金和设计上的原因，大部分20世纪90年代前建成的高校化学实验室存在很多弊端，其主要缺陷有：学生人均实验面积小；水、电、照明配套不足；通风设施不能满足实际需要；人性化设计不够；功能不全.随着我国高等教育事业的发展，高校教学和科研领域不断扩大，实验教学改革不断深化，这些陈旧滞后的实验基础设施已无法满足当前的实验教学和科研要求，故需要全面改造.根据对兄弟院校化学实验室的建设设计及使用情况的调查，结合本校化学实验室的使用情况分析，不同用途的实验室对水、电、防火、排污、排气、采光、通风等要求有所不同.例如：有机化学实验对通风、防火、防腐蚀要求很高；分析仪器室对采光、环境要求很高；天平室对防震、平整性、防尘要求高.通过对广州大学城和华南理工大学等化学实验室使用情况的调研，结合肇庆学院化学实验室历年改造的经验，笔者认为化学实验室的建设设计应做到美观舒适，具备防火、防潮、防腐蚀等性能，增加通风、净化、消毒、无菌等功能，以达到环保、安全可靠、经久耐用的目的.建设设计高效能的现代化高校化学实验室，从材料的选择到实验室的布局与设施、水电配置、通风系统、消防系统乃至“三废处理”，方方面面都要考虑到，下面分而述之.

1 材料的选择

在20世纪90年代以前，全国各高校的化学实验室一般都采用水泥切体、台面贴白瓷砖的方式建设.目前，各高校化学实验室的实验台面板材料普遍采用世界流行的理化实心板，台柜材料采用中密板.理化实心板的优点是台面整洁、现代感强，不易变形，强度好；缺点是耐腐蚀性稍差，特别是对浓硫酸的耐腐蚀性差.环氧树脂板和千思板耐高温、酸碱及刻划能力方面较好，但价高.选用材料时，应根据实验室性质的不同，有针对性地选择材料：如有机化学、无机化学实验室应选用环氧树脂板，以适应有机室实验常用到的酸、碱、有机溶剂；分析化学、物理化学、化工实验室可采用理化实心板和千思板；仪器室、天平室易采用平整性好的经抛光处理的大尺寸花岗石或大理石作铺设材料，也可采用上述理化实心板和千思板.各种实验室可根据室内配置选用不同颜色的板面，以达到美观、安全、耐用的效果.

2 实验室的布局及内部设施

不同化学实验室的药品使用和溶剂挥发情况不同，产生气味的大小也不一样，因此，实验室的布局设计非常关键.在设计实验室时，首先要了解实验室的性质及大小，如教学型实验室与科研型实验室在面积大小、布局方面就有差别，大型贵重仪器室与普通仪器布置也不同.一般教学型实验室的室内面积大约在120 m2左右，长宽比例为1.2∶1较为合适.考虑实验室的楼层安置时，有机化学实验室通常设在较高楼层，以便通风排气；分析、仪器室也应设在3楼以上，不宜设在1楼等较为潮湿的楼层；化工、工艺等实验室通常要安装较大或较笨重的仪器，因此宜设在1楼.按照实验台的设计标准，每张中央实验台应可容纳12个学生（组）做实验.有机实验室的中央台应设有水抽滤器，冷却水龙头，上方还需设置通风系统.中央实验台之间的距离应在1.2 m以上，中央实验台与边台之间的距离应达到1.1 m以上，尤其要充分考虑作业空间，以保证实验操作不受人员走动的影响.实验室应配置学生书包柜；无机实验台、分析实验台应配置试剂架.

实验室采光要好，根据目前高校学生人数多，晚上开设实验课成为常态的情况，室内要装有足够数量的灯管.灯光布置时要考虑到灯影对观察实验现象的影响，解决办法是采用日光灯单管正方形排布方式以提高采光率，达到灯下无影的效果[1]，或采用补充光来填充阴影区域[2].门窗设计应保证对流通风，要避免阳光对仪器的直接照射，实验室应选择正确的朝向.从使用实验室的实践经验看，实验室的窗应朝南和朝北开启，尽可能避免在东、西两面墙上开窗，尤其是西向，以减少太阳西晒.

根据化学实验室的特点，设计上应考虑室内用水方便、教师巡视指导及学生通行便利、管道走向简短等因素，合理地确定实验室的内部布局；设计时应能达到教学大纲提出的使每个学生都能掌握实验基本技能的要求.

3 通风系统

化学实验过程中，经常会产生各种难闻、有腐蚀性、有毒或易燃易爆的气体，这些有害气体如不及时排出室外，就会造成室内空气污染，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，因此实验室必须具备良好的通风条件.实验室的废气排除是化学实验室设计中不可缺少的重要组成部分，设计时应考虑全面净化实验室内外的空气质量，以保障实验室工作人员享有健康的工作环境.根据实验大楼的实验流程，先设计出完美的实验室平面布局；由平面布局结合整栋实验大楼给排水、供电、供气作出相应设计，且充分考虑管内空气流通对室内噪声的影响，确定最佳管路；再根据现场施工要求，结合管路特性选择与之配套的风机.设计时还要充分考虑降噪要求，采用先进的变频技术对风机进行调速，使风量可调.化学实验过程中会产生不同程度的有害气体，且瞬间浓度高，故宜采用桌式通风系统及时排出有害气体.对于有机实验室等产生有害气体量大的实验室，则需采用桌面排风和顶部排风相结合的方式排出有害气体.作为实验演示用的通风橱，一般设置在实验室前墙的一端.学生实验用的通风橱可设置在实验室后墙的位置或靠近内纵墙设置，每室数量以3～5个为宜.供教师预做实验或进行科研用的通风橱应设置在准备室的墙角.实验室内还应设置排气风扇，以便及时排除室内污染的空气.有些化学气体比空气密度大，易积存于房间的下部；有些密度较小的气体易浮于房间的上部，因此排风扇应在窗台下部及窗口上部分别设置.

4 水、电配置

实验室的配置应满足实验教学要求，在四大基础化学实验室（有机、无机、分析、物化实验室）中，以有机实验室的用水要求最高，因此入水管设计应比其他实验室大1倍以上.每张实验台的两边应配置3～4个多用插座，并设置漏电保护开关.洗涤槽一般布置在中央实验台两侧及边台上.有机实验室的每个中央实验台还要配置2～3个水抽滤器，以作真空蒸馏实验用.每张中央台有独立水控制开关，排水管道尺寸要足够大，以防堵塞.

根据化学学科的特点，化学实验室及其一些辅助房间（如准备室、仪器室等）对电的要求不尽相同，但都离不开电，电的配置还应考虑大功率实验仪器（如电烘箱等）的使用，因此380 V和220 V电压的电线须同时布设，并设置总电源控制开关，以便当实验室内无人时，能确保切断室内电源.烘箱、恒温箱、空调等，可直接连在总电源上.有的用电设备（如电冰箱等）在实验停止后仍须运转，应接专用供电电源，这样不至于因切断实验室的总电源而影响其工作.室内实验台、通风柜及烘箱等用电设备的电缆应进行预埋铺设.由于化学实验室酸、碱腐蚀性物质的影响，配电导线以采用铜芯导线较为合适.敷设时最好以穿管暗敷设的方式进行，因为暗敷设不仅可以保护导线，而且可使室内整洁，不易积尘.大型精密仪器对电压的稳定性、安全性要求较高，故应设置专用地线[3].

5 实验室“三废处理”

实验室的“三废”主要指废液、废气、废水.废液是指废弃的有机溶剂等，废气是指有机化合物的蒸汽、酸气等.实验室污水含有各种化学物质，未经处理直接排入下水管道会造成周围环境的污染，这样不仅对人体有害，而且还会给附近地区的工农业生产和养鱼业造成很大损失.实验室建设设计应考虑建立废水处理系统、有机溶剂回收系统、废气无害化处理系统.由处理系统先将含有不同无机物的废水进行分类沉降，过滤除去绝大部分无机物，再进行氧化吸附等无害化处理.处理系统还要能对不同种类的有机溶剂进行分馏，回收再利用，无再利用价值的废液再进行氧化处理.为防止废气污染环境，应在废气排放口采用相应的净化措施.例如：在通风系统的末端，利用先进的纳米半导体光催化及臭氧氧化技术将废气净化处理[4].

6 消防系统

化学实验室应根据消防要求设置消防给水系统.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.实验室内应有消防沙箱、泡沫灭火器、气体灭火器等辅助灭火工具.大型精密仪器室内不宜配用沙箱、泡沫灭火器，只能配气体灭火器.

7 其他

实验室的其他辅助用房如实验准备室、仪器室、药品室等，应靠近或邻接实验室布置，准备室应设内门与实验室相通.其他用房可设在不向阳的一面.仪器室包括天平室、光谱室、显微室、普通仪器室等.一般天平室宜单独设置，层次多的应每层设置，其他各室可根据需要进行设置，都应尽可能远离振源、高温,并靠近中心实验室.其布置原则如下：干、湿分开便于防潮；冷热分开便于节能；恒温集中便于管理；天平集中便于称量取样[5].

需要指出的是，在建设设计实验室时，科研实验人员与建筑设计人员的通力合作非常重要.由于科研实验人员缺乏建筑技术规范知识，不能很好地表达实验工艺对建筑标准、建筑构造和结构上的具体要求；而设计人员又不可能对实验室的工艺要求十分通晓，即使是经验丰富的建筑师也一样，因此很容易产生建成后使用不方便或不合理的现象.实验室的建设设计需要尽可能深入细微，因为其设计深度很难掌握，要自始至终地注重设计和实验人员的密切配合[6].

建筑设计人员通过创造性的构思设计，在满足功能要求的基础上，追求个性、艺术品位的室内环境创意；同时，还需注重材料的搭配和施工工艺的完美性，正确掌握实验室的工艺资料、仪器设备的型号规格以及工艺对工程设计的要求，使得双方在工程设计时满足工艺要求的可能性，使工艺要求与工程设计上的必保性得到充分的讨论和预见.科技实验人员如能直接参加设计方案的讨论，实验室的设计就能更加符合教学实验研究的使用要求，设计意图交代得也更加详细，这些都可为施工创造方便条件，促进工程建设的优质[7].总之，宜根据实验室的主要用途和基本的性能指标及建造实验室的目的等综合情况，进行合理的设计，切不可追求装饰的豪华，避免造成浪费[8－11].

[1] 汪毓海.有机化学实验室改造初探[J].实验室建设,2001,27:6-7.

[2] 郑毅敏.工科实验室建设的思考[J].实验技术与管理,2008,25(1):147-148.

[3] 杜春盛,姜秀全,林钜聪,等.实验室建设与管理[M].山东:石油大学出版社,1994:20-34.

[4] 唐国民,张健,孙广卫.高校化学实验室危险废物的控制措施[J].实验室研究与探索,2010,29(12):184-187.

[5] 叶萍,姚巍.浅谈制药企业药品常规检验实验室的设计[J].医药工程设计杂志,2003,24(2):24-25.

[6] 李志荣.开放实验室建设计创新的若干思考[J].实验技术与管理,2007,24(5):18-19.

[7] 张军,刘永萧.谈高校实验室的设计与改造[J].黑龙江农垦师专学报,2003(2):105-106.

[8] 强根荣,盛卫坚,刘秋荣,等.化学实验教学的改革与实践[J].实验室研究与探索,2010,29(11):107-109.

[9] 赵永俭.论高校实验室建设与管理[J].实验室研究与探索,2003,22(3):105-106.

[10] 徐国想.提高实验室建设水平的实践与思考[J].实验室研究与探索,2007,26(5):115-118.

[11] 田克纯.省级示范实验中心建设的几点思考[J].高教论坛,2007(5):81-83.