完美工业设计方案（构思始于好奇）
完美工业设计方案（构思始于好奇）科学作为一种认识世界的方法，区别于哲学和宗教的地方在于，科学活动所得的知识是条件明确的、能经得起检验的，强调预测结果的具体性和可证伪性。另外，科学的发展也需要不断地探索和纠偏，这就决定了实验之于科学的基础性作用。如果您关注科技进展的话，一定还记得2017年的诺贝尔物理学奖授予了三位来自美国的杰出科学家，他们共同的工作单位是一个叫LIGO的实验室。正是由于LIGO于一年前宣布探测到了亿万光年外黑洞合并的引力波信号，使得他们收获诺奖，而这个发现本身也被认为是21世纪科学界里程碑式的进展。建筑面积：24668平方米机电团队：四院机电设计团队△重点实验室效果图
消息来源：同济设计四院
项目信息：安徽理工大学重点实验室
建筑类型：教学类建筑
建设地点：安徽省淮南市
建筑面积：24668平方米
机电团队：四院机电设计团队
△重点实验室效果图
如果您关注科技进展的话，一定还记得2017年的诺贝尔物理学奖授予了三位来自美国的杰出科学家，他们共同的工作单位是一个叫LIGO的实验室。正是由于LIGO于一年前宣布探测到了亿万光年外黑洞合并的引力波信号，使得他们收获诺奖，而这个发现本身也被认为是21世纪科学界里程碑式的进展。
科学作为一种认识世界的方法，区别于哲学和宗教的地方在于，科学活动所得的知识是条件明确的、能经得起检验的，强调预测结果的具体性和可证伪性。另外，科学的发展也需要不断地探索和纠偏，这就决定了实验之于科学的基础性作用。
哈哈，铺垫了这么多终于要讲到正题了，我们的主角--实验室终于要C位出场了。实验室往高了说可以满足科学家们的科研需要，往低了也可以满足我等学渣的好奇心啊，所以是不是很期待呢？
｜绿色集约｜
安徽理工大学地处“煤炭之都”淮南，是安徽省第一所工科高校，也是全国最早开展矿业人才培养的高校之一。重点实验室全称为深部煤矿采动响应与灾害防控重点实验室，现已成为国内领先的从事煤矿安全高效开采研究的科研平台。
实验室内仪器众多，包括MTS电液伺服疲劳试验系统（40kW）、岩石流变试验系统、岩石超声动态监测系统、瓦斯煤岩体气固耦合参数测试仪等。相较于普通的教学楼、办公楼等，实验室的能耗水平较高，为此，我们在设计时充分贯彻了绿色理念：
△实验室仪器设备
首先，重点实验室各层均设有集中淋浴房，本身有较大的生活热水需求，冬季供暖采用自带锅炉房的集中供暖系统，供暖也有热负荷需求。而从下图可以看出该建筑呈回字形布置，屋面空间开阔，采光良好，有条件布置较多太阳能板。因此，热源设计时采用分户储热太阳能系统作为生活热水热源，多余热量做为采暖系统的辅助热源。
△屋面太阳能板
经计算，在全年平均太阳辐射条件下屋面每1000m2的空地可设置总集热面积为500m2的集热板，能提供热量约128kW。设置板式热交换器，通过太阳能热媒水作为一次热源，对采暖回水进行预热处理，可使采暖回水温度提高5 ℃，相当于总温升的1/4（供回水温度75/55℃）。因此，节能和经济性都比较显著。具体计算过程和系统工作原理图如下：
参数
数值
太阳能集热板面积/ m2
500
太阳能平均日辐射总量/MJ·m2
11.13
太阳能集热系统热效率
0.42
月平均每天日照小时数/h
4.06
太阳能集热管道热损
0.2
太阳能系统得热量/MJ·d
2337
提供的采暖热负荷/kW
128
△太阳能板热量计算
△太阳能采暖换热原理图
理论分析解决了，那么问题来了。太阳阴晴不定，室内采暖负荷也在变化，实际使用时要怎样稳定地控制系统运行呢？为此，我们的应对办法是：
1、当系统检测到缓冲集热水箱温度T1＞70 ℃时，自动开启采暖换热循环泵P1
2、当T1与采暖热媒循环回水端温度T5之差T1-T5<3℃时，关闭采暖换热循环泵。如此反复最大限度利用太阳能预热。其运行原理图如下：
△太阳能采暖运行原理图
其次，照明是建筑能耗的重要组成部分，自然光照明是最佳替代方案。在长期的人类发展史中，人们依照太阳光作为生活作息标准，日出而作，日落而息，这种贴合自然规律的作息对人类的身体健康有着很大的益处。
△光导系统原理图
光导照明系统通过室外采光装置高效采集自然光并导进系统内部，特殊材料制作的导光管对光进行高效反射并传输至室内漫射器，漫射器将比较集中的光均匀、柔和、大面积照射到室内。重点实验室配套地下车库的上方是内院，有设置光导管的条件，根据安徽地区全年2400小时330DS-O日光照明系统的单套流明输出为8238Lux。据此，地下车库共布置5套某品牌330DS系列日光照明系统，设计照度为75Lux，平均照度为80.5Lux，能满足照度设计要求，平均节能率预计在20%以上。
△光导管现场实景图
最后，本项目设置雨水回用设施，150m3的雨水蓄水池埋设于内庭院，清水池及水处理机房设于邻近的地下一层，便于各管线紧凑布置。回用设施收集部分屋面雨水经弃流初期雨水后，经机械过滤等处理达到中水水质标准，用于本地块绿化浇灌及景观水体补水。本基地雨水年可收集量为9462m3；本基地绿化浇洒全年所需水量为1683m3，水景补水年所需水量为1980m3；回用雨水设施可提供绿化浇洒及景观的全部用水量，节约大量市政用水。
△雨水回收系统原理图及实景图
｜安全可靠｜
在各种生物、化学实验中，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，轻则影响仪器设备的精度和使用寿命，重则对实验人员的健康和安全造成威胁。实验室包罗万象，从要求较低的中小学实验室到进行负压隔离的生物安全实验室不一而足，小编仅就我们设计的各类学校实验室进行介绍。
1、带通风柜的实验室
通风柜可以有效将操作人员与特殊环境隔离，为众多实验的开展创造了条件。下图为我院设计的苏州大学云轩楼，现为药学院日常使用，药学院拥有包括1个省级重点实验室、2个市级重点实验室在内的科研平台，综合实力突出，该楼内设有多间带通风柜的实验室。
△云轩楼实景图
△通风柜排风布置
综合比较，云轩楼的通风柜排风采用VAV变风量系统，其处理流程如下：
△通风柜排风处理流程
1） 设计参数
系统设计时按每个排风柜的最大风量按2000m3/h考虑，多个排风柜共用1台排风机，排风机选用防爆型变频玻璃钢离心风机，风机均设置于屋面。风管设在直通屋面的排风竖井内，风管材料采用不燃型无机玻璃钢。常见通风柜的设计参数如下表：
△通风柜参数
△通风柜排风系统原理图
2）通风柜设计要求
a. 通风柜柜门风速恒定，即柜门开启高度增加时，排风量增大，反之减小，且不会影响其他通风柜的使用；特殊需要时可单独将某台通风柜排风量增大，使该通风柜柜门截面风速达到1m/s。
b. 实验过程无人看管时，降低通风柜柜门，可降低风机能耗；但要确保值班风量，使通风柜内保持负压，防止有害气体外泄，最小排风量≥150m3/h。
c. 通风柜应有自动延时功能，在关机90秒后，风机方能停止运转，以彻底排除剩余实验废气。
△通风柜实景图
3）VAV变风量系统的控制
启动任意通风柜，对应电子调风阀打开，给出启动信号，传送给变频器，变频器接收信号后，按指令使之与匹配的风量运行，同时得到通风柜所需的面风速。风量应能在150m3/h—2000m3/h无级自动调整，风机的低速运转使得通风柜的节能效果明显。控制逻辑原理图如下：
△通风柜控制逻辑原理图
2、其他类型实验室
其他不带通风柜的实验室，主要用于学校开展实验教学、动手实践、以及其他一些用途。通常既要考虑全面通风（换气次数取3~6次/h）也考虑局部排风（桌面排风罩，按控制罩面风速0.5m/s左右），非寒冷地区一般采用直接自然补风。
局部排风一般有两种设置方式，一种是主风管埋地或做在楼下架空层（600mm以上空间），支管伸到实验桌上，做下排风，如下图：
△实验桌局部下排风风管布置
△实验桌局部下排风实景图
另一种是主风管贴梁底，每个实验桌上设一个万向排风罩，做上排风，如下图：
△实验桌局部上排风风管布置
△实验桌局部上排风风管布置
3、实验室水电设计
1）给排水篇
a.凡进行强酸、强碱、剧毒液体的实验并有飞溅爆炸可能的实验室，应就近设置应急喷淋设施；
b.当实验室内需要设置洗眼器时，应靠近危险区域且远离用电设备设置，当水压大于1Mpa时，应采取减压措施；
c.对于含有多种成分、有毒有害物质的实验室废水应与生活污水分开，并做适当处理后方可排入室外排水管网，排水管道应采用耐腐蚀管材。
2）供配电篇
a.为了使大功率的仪器工作时无不干扰，一般给大功率仪器单独设一条线路，微电子仪器与大功率用电器不共接一条线路；
b.生物、化学实验室内，当实验桌上设置机械排风时，一般设置专用的动力电源，风机的控制开关设在教师的实验桌内；
c.实验台上一般应另外设置局部照明设施，常见实验室照度要求如下：
△常见实验室照度表
△实验桌局部照明设施示意图
｜引领未来｜
△德州应用技术研究院效果图
看到上面几张图片，有木有感觉未来感扑面而来？原来实验室还可以做成这样？作为德州高铁新城地标性的公共研发及公共检测平台--德州应用技术研究院来给你答案。
1、面向未来的空间设计
大型的空间单元、灵活的空间布局、促进交流的空间结构是现代科研平台的发展趋势，主要体现在以下两个方面：
a.社交性和开放性 现代化的科研是以团队的方式进行的，这就决定了我们要提供适合团队工作的社会化建筑，建筑内要提供社交的空间，通过设备和空间的共享，给实验人员增加互动交流的机会。另外，空间组织要满足团队的工作方式，能够灵活改变布局和适合多人共同工作的开放实验室是实验室的发展方向之一。
b.灵活性和可持续性 现在竞争的压力和随需求转变的概念要求实验室尽可能的灵活，为未来的发展变化提供更大的可能性。为应对科研实验室灵活性的要求，提出了标准实验室单元（实验室模块）的概念。以模块为依据，组合形成实验室和实验群。而把楼梯、电梯、管井、卫生间等组成公共单元，用公共单元来连接标准单元形成不同的组合形式，按各种发展可能进行扩建。为满足可持续发展的要求，在吊顶空间、机电管井面积方面预留余量。
△德州应用技术研究院平面图及管井点位（红色圈出）
2．现代化的机电设计
a. 模块化管井
各层实验区域模块化分区共用管井并预留未来发展余量，管井各层对齐布置并直通建筑屋面，管井点位选在靠近核心筒的隔墙处。这样的管井设置充分保障了实验室实际应用时的建筑空间要求和未来灵活使用的可能。（如上图）
b.灵活预留
为了方便各工艺用户入驻后就近、快捷、安全地使用水源，并考虑一定余量，每个实验室给水总接口设置防污隔断阀，总接口后每100-200m2的实验区域预留1处分支接口；在排水方面，3-6层每层各设置1套独立的排水系统（主排水立管 专用通气立管型式），以接纳不同楼层理化性质不同的污废水；杜绝不同性质污废水之间的交叉，并各成系统接入设于地下一层的污水处理站，后期根据不同的污废水性质采用不同的处理工艺，减少能耗，提高出水水质，降低污染。与给水系统类似，排水系统每100-200m2的实验区域预留1处排水接口。
各层实验室分区预留一个工艺空调机房，机房内设置空调供冷（热）水总干管接口（冷热源设计时已考虑预留的冷热量）。以满足实验工艺送风系统的空调处理工况，以及净化工艺空调系统共的使用。
△给水系统展开图
△预留备用空调机房
c. 智慧智能
随着物联网技术在智能家居、智能楼宇等方面的广泛应用，将物联网技术应用在实验室建设上，可能对实验室设计和建设带来很多突破性的变化，智能实验室建设将是未来必然的发展方向。
本项目在设计时充分考虑了智能化的要求，设置能耗监测系统，对水、气、电综合计量及分析，并提供管理方案。
△能耗监控系统架构图
设置智能照明控制系统本工程大楼地下停车库、公共走道、展厅、餐厅等公共活动空间均分别设置，照明功率密度值及照度标准，按照《建筑照明设计标准》中的目标值要求设计，照明控制根据功能要求采用分组、分区、动静控制、时间控制、光敏调节照度或开关等方式。此处智能照明图片1张
△智能照明系统架构图
｜结语｜
从苏州大学到安理工重点实验室再到德州应用技术研究院等等，这些年我院完成了众多实验室相关项目的设计，积累了丰富的设计配合经验，获得了良好的社会反响。
著名科学家居里夫人曾说过“人类看不见的世界，并不是空想的幻影，而是被科学的光辉照射的实际存在”。时到如今，人类尚有众多看不见的世界，科学的光辉迟迟未有降临，但我们并没有感到一片漆黑，因为遍布世界的实验室就是一簇簇小火苗，他们始于好奇，衷于真理，他们星星之火可以燎原。这样想，我们的工作也便有了意义。
