县级环境监测站实验室内部设计案例简介和分析

2011-04-15卞金良吕伟明

四川环境 2011年2期

卞金良,吕伟明,张洁

(江阴市环境监测站,江苏江阴 214431)

1 前言

根据环境保护部办公厅《关于申报环保监测执法业务用房建设项目的通知》(环办函〔2008〕817号)的文件要求,中西部地区掀起了一股申报建设监测执法业务用房的热潮。实验室的建设是一项复杂的系统工程,目前普遍存在基建设计与实验室功能相脱节的问题。环境监测实验室属于综合性实验室,由于承担的检测项目较多,配备的各种仪器设备数量多、技术含量高、使用环境的要求各不相同,所以实验室的建筑设计和内部功能设计要尽可能满足不同工作条件的需求是一件极其复杂又有相当难度的事[1]。本文详细介绍江阴市环境监测站新大楼实验室建设内部功能设计想法、依据及相关方案的优选,供同规模环境监测实验室的建设借鉴。

2 项目概况

本项目为江阴市环境监测站新建的环境监测中心实验楼。建设地点位于锡澄公路西侧、江阴市职业技术学院东北角,总占地面积约 2.58hm2,高度22.5m。实验楼主体为五层,总建筑面积 7259m2,其中首层 1101 m2,二层 1463 m2,三～五层 1509 m2,六层 168 m2为少量的设备用房 (供楼层空调机组用)[2]。

3 项目设计原则和理念

本项目定位是把环境监测中心建成绿色、环保、生态、节能的建筑典范。实验室建设应遵循“三个保护,两个节约和一个确保”的原则。三个保护就是要做到对人员的保护、对仪器设备的保护和对周围环境的保护;两个节约就是在建设过程中节约资源,在使用过程中节约能源;一个确保就是所有目的只有一个,确保检测结果准确可靠[3]。为符合以上原则及达到国内领先、国际同步的建设方向,本项目采纳了国内外各专业规范,采用了国际上领先的VAV实验室全新风通风控制系统理念及自动化管理系统,使本实验楼在安全、舒适的前提下能保证节能与可靠,使内外均能符合绿色建筑的特色。并通过整体设备及系统的整合达到当今国际上对实验室建设之安全、舒适、节能、可靠的最高设计理念[2]。

4 项目内部设计的简介和选择

4.1 实验室平面布局的优选

实验室布局充分考虑了环境监测既有现场监测又有实验室分析的特点,结合环境监测工作流程和程序、实验室安全、实验室专业学科功能和监测站今后的发展方向(有机、生态为主)在每个楼层分别设置了分析实验室、仪器分析室、天平室、前处理实验室和辅助功能实验室等,辅助功能实验室又包括样品间、洗瓶间、设备间等。并在每个楼层预留了一定的实验室作为今后发展之用。具体楼层分布为：

一楼：现场监测和后勤保障室,包括水质准备室、气质准备室、接样室、冷藏间、应急辐射监测室、化学试剂室、永久样品室、耗材库房、储藏间、气瓶间和计算机房;

二楼：常规实验室,包括样品室、质量管理监控室、设备间、流动注射室、理化室、COD室、天平和分光光度室及部分办公室;

三楼：常规实验室,包括设备间、样品室、理化室、仪器室、自动监测校准室、天平和分光光度室、嗅辩室和部分办公室;

四楼：样品室、设备间、预处理室、土壤预处室、气相色谱室、气相色谱质谱室、TOC室、苏码罐 -GC-MS室、吹扫捕集 -GC-MS室、热脱附 -GC-MS室、洗瓶间、天平和分光光度室,四楼有机预处理室房间共 3个,约 180m2;

五楼：无机和生态室,包括纯水机房、样品室、设备间、预处理室、石油类分析室 (考虑到通风,放在最顶层)、原子荧光仪室、离子色谱仪室、测汞仪室、原子吸收仪室、ICP-AES仪室、ICP-MS仪室、分子生物室、生物预处理室、生态室、生物培养室、生物洁净室、BOD室和天平分光光度室。

考虑到通排风和给排水的方便性,在楼层布局时我们将每一楼层主要通风设施和主要上下水管道安排在了整幢楼的两边的房间。考虑到实验室消防要满足相应要求,实验室走廊主通道为 2500mm,操作室内主通道 ≥1500mm,操作室内次通道≥1200mm。化学分析室、样品前处理室等操作室设有桌上型洗眼器。实验室相应区域设置紧急喷淋装置。化学实验室、前处理实验室内设有安全急救箱、存放常用的急救药品。

4.2 实验室排风系统的设计和优选

实验室的气流控制形式一般有机械定风量气流控制系统、双稳态气流控制、变风量气流控制系统等 4种,而气流控制的阀门一般有文丘里阀、蝶阀或其他流量测量装置的阀门等几种[1]。经过优选设计,实验室房间设有通风柜、抽气式药品柜和移动式排气口等多种排风设备,设计新风量约为排风量的 90%,保持房间内有一定的负压,不足部分由走廊自然补入,在任何情况下,气流都应从办公区域、廊道、以及其它辅助区域流入实验室。所有化学实验室内的气体都应直接排放,以避免实验室内产生的有毒有害气体交叉污染。无排风设备或排风设备风量小,但仍有化学污染的实验室或房间,于室内吊顶上设有一般辅助排风口,并提供至少 4次/小时的全新风最小换气次数,以维持室内空气质量。无化学污染的实验室或房间,按每人30CMH风量 (每间 150CMH)提供少量新风,以保持室内空气新鲜。排风则由每个楼层的水平送风、水平排风 (每个楼层为一个排风口)改为了垂直排风、水平送风方式,缩短了排风管道的长度,减少了管路压损,降低了能耗,避免了楼层内的送排风管道的交叉,可有效的提高房间内吊顶高度[2]。实验室排风气流控制系统采用变风量方式和定风量排风方式的组合,共分 8个系统,其中个别需 24小时排风的实验区 (如废弃物间、样品间、设备间等),五个楼面相关房间采用同一小型定风量排风机排风 (与BA自控系统结合时也可定时开关),不与大系统结合以避免不必要的能耗及确保污染气源的有效排除,五楼有几个直通楼顶房间通风柜采用定风量排风方式,其余皆采用变风量排风控制方式。气流控制阀门在变风量和定风量通风柜的排风管上,安装变风量或定风量耐酸碱文丘里排风阀,定风量设备的排风管上,安装与压力无关型风量控制耐酸碱排风阀;在需要变风量控制的房间或走道的送风管上,安装变风量文丘里送风阀,在定风量控制的房间或走道的送风管上,安装与力无关型风量控制送风阀。本系统楼宇BA系统采用各分区控制模式,各实验室分区可根据实际使用需求,启闭送排风系统,避免整个楼面因少数实验室使用,却需开启整层送排风系统的可能,从而达到节能要求,并符合初期人员较少的实际情况[2]。

4.3 实验室供电系统的设计和优选

实验室用电主要包括照明用电和动力用电两大部分。一般动力用电主要用于各类仪器设备、空调和电梯等,本实验楼的电源均由总变电站引来,供电电压为 220/380V。办公室/实验室大于 300 lux[2]。在进行内部的电控设计时,监测站明确了实验室 3K W以上的特殊用电点位,因为环境监测实验室有很多仪器设备(如原子吸收、ICP-MS、GC -MS、I CP-AES、马福炉等)功率较高,一般都在6K W以上,这些设备的布线回路、布线方式、电线的选择及插座的方式都有不同,需要逐一考虑。根据以上情况,实验室的墙上和仪器设备台上都配置了相应电源插座,电源插座选择了 10A、16A、20A、30A的几种,以满足不同仪器设备的需求。防雷接地采用共享接地方式,接地电阻≤1欧姆。同时实验室用电在考虑了一定的同时使用率的情况下,对以后的实验室用电情况作了适当余量设计,在此基础上选择了相应的大楼变压器。

4.4 实验室特殊气体系统的设计和优选

实验室所用气体种类包括：氦气、氩气、氧气、乙炔、氮气、液氮、管道压缩空气等,所有气体管道及相关阀件/配件都能满足气体纯净度的要求,至少为 99.999%。实验室气体管道布设将满足实验要求,走线合理、安全、美观;气体管道的材质要满足承载气体的特殊需求,所有气体管道选用 SS316L BA级不锈钢洁净管;所有气体管道采用轨道自动焊接连接;钢瓶气体集中存放,统一管理。可燃气体配置了泄漏报警系统,管路中安装回火防止器以保证用气安全。低温气体如氮气输送采用了绝热管,确保供气管路不结露,气体冷量损耗最低以及操作人员安全。实验室个别仪器用气,如TOC仪器用氧气,采取就近设置气瓶室,单点供气,减少敷设管路的长度,降低材料成本。

根据气体的种类、流量、纯度,在气体钢瓶间选用了半自动切换装置,实现从空瓶一侧自动切换到满瓶一侧,保持气体的连续稳定的供应。钢瓶配备了钢瓶固定架,以防钢瓶倾倒发生危险。为了便于日后的维护,在每种气体管道每楼层上安装维修阀 (高纯气体采隔膜阀),且每种气体管道进入每个实验室房间都需安装维修阀。

4.5 实验室洁净房等特殊房间的设计和优选

环境监测实验室洁净房,我们主要考虑了生物洁净房和 ICP-MS室两个房间。生物洁净房间约有 40m2,包括缓冲区、更衣间、清洁走廊和无菌室,洁净等级为万级。ICP-MS分为准备室和仪器室,约为 30m2,洁净等级为十万级。为防止周边区域不洁净气体进入,洁净间排风设计为室内正压,新风量大于一定的排风量[2]。在环境监测实验室中BOD分析实验室的恒温恒湿要求较高、冷藏间对墙面和地面要求较高、嗅辨间、气瓶间等房间也有专门的要求,我们也请设计公司对以上房间进行了专门设计。

4.6 实验室纯水系统的设计和优选

实验室中央纯水系统是在实验室大楼中某个固定地点 (五楼设备间)对自来水进行纯化,再利用管路系统将制备的纯水供应到实验室大楼所有使用点,选择纯水时一般需要考虑每个用水点、用水点需要什么水质、每个用水点的水量是多少,从而确定供水方案的选择。纯水系统方案一般有中央纯水系统、中央纯水系统双机备份、若干小型中央纯水系统和单点纯水系统等几种。监测站初期设计时,考虑到原有实验室有各个固定的单点纯水机,所以在初期设计时没有考虑中央纯水系统。但由于我站实验室较大,一个楼层约有 1500m2,现有单点纯水机还不能满足用水点位的要求,取用较麻烦,而且以后增加的纯水机的总的投资较大,使用维护成本较高,后增设中央纯水系统,主机设在五楼,制好的水从五楼通过管路通到各楼层取水点位,取水点水质设定为电阻率：≥15MΩ -cm@ 25℃、总有机碳 TOC：＜10～30ppb、细菌：＜1CFU/ml(紫外,循环,过滤)、颗粒：0.2μm微过滤器,其他特殊点位的水质使用单点纯水系统,所以监测站的纯水系统方案是中央纯水系统外加单点纯水系统。

4.7 实验室供排水系统的设计和优选

实验室大楼生活排水 (卫生间、沐浴等)与实验室排水系统分开。实验室排水管选择 PP聚丙烯复合管,耐酸碱腐蚀,耐高温。实验室的废水由废水处理设施处理后排放至市政管网。

4.8 实验室废水、废气处理的设计和优选

实验室设计了废水收集池和废水处理装置,实验室废水经处理后达到污水综合排放标准三级标准后排放至市政管网。实验室在运行过程中会产生酸性废气、碱性废气和有机废气等大气污染物,设计为水洗吸收和活性炭吸附处理。各类废气主要产生并收集于通风柜、试剂柜、移动排风罩和一些局部的排风点。经水洗塔和活性炭过滤箱处理后高空排放[2]。实验室共有通风柜有 53台,其中有四台通风柜内需处理高氯酸等特殊化学药品,为避免高氯酸化学气体在排气管道内屯积而产生爆炸,此四台通风柜的排气管道内以水喷淋的方式处理后,用直接高空排放的方式[2]。