实验室实验台设计及尺寸优化

1.实验台的类别

(1)按结构形式分类。实验台分为固定实验台和组合实验台。

1)固定式实验台的形式很多,国内至今仍普遍采用。常见的用钢筋混凝土结构的台面和砖砌支座,台下为木制或金属制器皿柜,台面上用白色瓷砖、水磨石、大理石或天然花岗岩等。这类实验台坚固耐用,耐高温,而且平稳,常用于天平台、高温炉台以及测光仪器台等。

2)组合式实验台依自身的构造形式,分为几个独立的部分,分别制作,然后组合在一起。其主要由几个单元实验台、管线架、试剂架、水池台等几部分,根据实验室需要组合而成。其特点是可以灵活布置实验室,便于工作与运输,便于系列化生产。

(2)按材质分类

1)木结构。这是国内外较普遍采用的形式,质量较轻,又较灵活,而且可以作成各种单元组合式,其缺点是木材耗用量较大。

2)钢结构。这种结构由钢支架、器皿柜、台面和试剂架等构件组成。钢支架用薄壁型钢制成,钢支架底脚有微调螺丝,钢支架之间留有管道空间。器皿柜是木制或金属制构件,可以灵活地挂在钢支架上。这种材质尽管其外表有防腐涂料,但难免有锈蚀,一般用于仪器分析室。

3)铝木结构。框架为铝型材,柜体为板式,台面为实验室专用实心理化板。

4)钢筋混凝土结构。这种实验台包括钢筋混凝土结构的台面与支座(或砖支座)和台下的器皿柜。其缺点是质量大,缺乏灵活性。

5)混合结构。采用金属架、钢筋混凝土台面与下部活动的木制或金属制器皿柜,这也可以作成单元组合式,其质量较轻,从灵活性方面考虑也较上一种有利。

(3)按实验室布局分类

实验台根据实验室布局不同,位于实验室中间,称为岛式实验室;实验台的一端靠墙则称为半岛式实验台;如果实验台的一条长边靠墙称为侧边实验台。

2.实验台的规格

对实验室进行规划设计,就不能不了解实验台的尺寸参数。

(1)长度。科研人员所需的实验台长度应考虑各科研人员对其所从事的实验的具体要求,由于实验性质的不同,各实验人员所需要的实验台长度差别很大。实验时通常宜考虑每人1200mm(最小不应小于1000mm),有机化学实验台则须考虑长一些,可取1400~1600mm。美国的教学实验台每人的长度为1220~1750mm。

(2)台面高度。一般宜取850mm高,如果男实验人员占较高比例也可考虑取900mm。对某种特殊的实验工作也有作成较低的如高750mm左右。美国、德国的实验台高度为900mm~920mm,日本为800mm。

(3)宽度。实验台的每面净宽一般宜考虑750mm,最小不宜少于600mm。美国实验台每面净宽584mm,双面为1470mm。英国双面实验台为1530mm,德国双面实验台为1550~1700mm,日本双面实验台为1500~1700mm。我们建议双面实验台采用1500mm,单面实验台为650~850mm。

3.实验台的组合

整体式实验台不灵活,搬运困难。若将整个实验台分成几个小单元在现场组合,可以避免这个缺点,但台面又产生了好多拼缝,台面上若有实验溶液、微小实验材料和工具易从缝中流下或落下。因此,应该考虑采用较大的单元,以减少拼缝。

分单元拼成的木制实验台可搬移出部分单元进行管线安装检修。如果将整个台面与下部的器皿柜脱离,可采用尽可能大的整片台面直接搁置在按单元组合的器皿柜上面,可减少拼缝。

钢筋混凝土结构和混合结构的实验台可考虑按单元分成预制小块进行现场拼装,拼缝经处理后再在上面铺贴瓷砖或其他材料。在实际使用时,可考虑在台面上覆盖一层适当的耐腐垫片,如橡胶板、聚氯乙烯卷材等,既可挡住溶液、微小实验材料和工具进入缝隙,又保护了台面。

4.台面

台面通常为木结构、金属结构、合成树脂和钢筋混凝土结构,它们可贴上各种面层。台面面层要求具有结实、平滑无缘、不渗药液、不易碎裂、对热或冷不敏感、不易碰碎玻璃器皿和容易维护等优点,但要找到能全部满足这些要求的材料是比较困难的。台面可用多种色彩,一般白色和黑色最为常用。

(1)木台面。通常采用实心木台面,它具有外表感觉暖和,容易修复,不易碰坏玻璃器皿等优点。其缺点是木材的处理或制作方法如不够妥善,会发生开裂、翘曲。台面的厚度宜取32mm,木材以麻栗为佳,也可采用桦木、槭木等。台面可采用传统的生漆或苯胺黑处理,以增加其耐酸性能,此外也可采用耐腐合成树脂涂料。由于优质木材来源有困难,也有考虑采用32mm厚的复合板材的做法,中间有木筋,面层可作成各种适用的合成材料。

(2)水泥石料台面。水泥石料台面包括钢筋混凝土、水磨石、大理石、天然花岗岩等无机石料。其主要应用于固定式实验台,具有平稳、坚固、耐高温等特点。用于化学实验台一般都铺设较厚的橡胶皮板,也可用于钢支架上的实验台面。钢筋混凝土结构的台面,也可铺贴瓷砖。瓷砖虽不耐氢氟酸,但对其他药品和溶液的耐受性良好,其缺点是玻璃器皿易被碰坏。瓷砖宜用耐酸材料铺贴。

(3)钢制台面。钢制台面一般用不锈钢台面,厚度一般为1.2mm不锈钢板。耐热、抗冲击性能良好,防锈,沾污染物易除去。具有优良的承重能力,可安装在钢管框架上使用。这种台面美观耐用,适用于除化学实验室以外的其他实验室,价格较高。

(4)合成树脂台面。合成树脂台面是用一种高密度、高分子的现代合成树脂材料制成,具有良好的物理性能和耐化学腐蚀性能。

实验室专用实心理化板是由酚醛树脂含浸的牛皮纸、色纸及至特殊表层纸经高温、高压处理而成,能抗强冲击,耐强酸碱,更具有良好的承重性能。

Trespa(千思板)实验室专用实心板是在高温、高压下由30%植物纤维与70%热固树脂混合制成,表层有着色树脂经独特的EBC双电子束处理,结构坚固致密,能抗强冲击,耐强酸碱、耐锐物刻刮。

实验室专用环氧树脂板是采用玻璃纤维加环氧树脂、滑石粉、色素制成,弧型收边,其耐高温性良好,更耐强酸、碱。其均质结构彻底杜绝受潮引起的膨胀和分层,耐刮擦,可打磨修复,有良好的物理性及良好的承重性能。(www.xing528.com)

5.实验台下的器皿柜

实验台下空间通常设有器皿柜和伸膝凹口,既可放实验用品又考虑了实验人员坐在实验台边进行记录的需要。有时根据实验的需要,可将部分器皿柜设计成带散热片的干燥箱,或利用台下空间安放小型真空泵或小型空气压缩机等设备。

与台面相分离的器皿柜组合单元比整体组合式实验台具有更大的灵活性,台下器皿柜的组合完全可根据各实验人员的需要与使用习惯进行选择。各组件安放就位后,整片台面直接搁置在各组件上,这样的台面可很少有拼缝或没有拼缝,所以此种组合方式是比较理想的。它不但有利于生产工厂化,又有利于提高设计与施工的进度,而且最能适应将来实验室布局的变更,也就是具有很大的灵活性。其中间单元为内壁衬有石棉板的干燥箱,左右各有一个250W的散热片及空气进出口,各组件内的隔板和后壁都可卸出,以便管道检修。

每面实验台可根据需要在以下留有1~2个伸膝凹口,凹口宽度为600~1100mm。超过这个宽度,台面的跨度过大,需在前沿加设横挡或设中间支柱。伸膝凹口的高度可取800mm(850mm高实验台)以配用625mm高的实验凳。为了考虑实验人员的站立,器皿柜的踢脚部分必须往后缩进40mm左右以形成踢脚凹口。踢脚高度可考虑100~120mm,如需考虑防止地面水可能流入器皿柜的底下,可将地面防腐卷材向上翻起贴在踢脚上,或者器皿柜组件不做踢脚而在地面上做砖踢脚。

此外,这类组件亦可应用于混合结构的实验台。每一小组件可直接推入台下,或在小组件下设有小轮子。因此,又出现将小柜能灵活地悬装在实验台钢支架下的做法,离地250mm。这样不但地面清洗方便,其外观亦较轻巧,但其贮存体积也相应地比落地式的小一些。

6.实验台的设计模式

实验台的设计模式的重点是安全性和方便性,有以下几种常用的设计模式。

(1)岛型:是最常见的一种模式。常使用于大空间、成长方形的室内形式。实验人员可以在四周自由行动,在使用中确是比较理想的一种布置形式。此模式的特点是人流顺畅。如图3-11所示。

图3-11　岛型

(2)半岛型:这也是一种比较典型的应用方式,此模式适用于狭长的房间。半岛式实验台有两种,一种是靠外墙设置,另一种是靠内墙设置。靠内墙设置,其缺点是自然采光较差。为了在工作发生危险时易于分散,实验台间的走道应全部通向走廊。如图3-12所示。

图3-12　半岛型

(3)L型:L型适用于较为窄小的房间形式。

除以上三种外,还有U型与一字型(即侧边实验台)布局也较常用。

7.实验台的平面布局设计要求

实验台平面布局设计应尽可能地详细考虑工作和发展的需求,合理配置空间,尽量优化整合。除了布局的优化和仪器设备的摆放位置的设计外,还应充分考虑到人员流动与物品流动的方向是否符合工作要求。

实验台与实验台之间通道划分标准(通道间隔用L表示)

L＞500mm时,一边可站人操作;

L＞800mm时,一边可坐人操作;

L＞1200mm时,一边可坐人,一边可站人,中间不可过人;

L＞1500mm时,两边可坐人,中间可过人;

L＞1800mm时,两边可坐人,中间可过人,可过仪器。

为了在实验过程中发生危险时易于疏散,实验台间的过道应全部通向走廊。

在自然采光的实验室里,实验台不宜平行于有采光窗的外墙,因为当实验人员面向窗子时有眩光,而背朝窗时,实验人员的身体在实验台上产生阴影,因而是不可取的。

垂直于外墙的实验台宜与建筑标准模数尺寸一致,这样可与平顶大梁的间隔相协调,有利于室内照明灯具的布置。

实验台布置时,应考虑人体工程学(前后左右工作空间)因素。设备与实验人员操作空间范围的协调搭配体现了科学化、人性化的规划设计。如图3-13和图3-14所示。

图3-13　设备与实验人员操作空间范围