基于清華大學(xué)汽研所電池安全實驗室室內(nèi)裝修改造的體會

王宇，宋小偉

(北京北方世紀(jì)建筑裝飾工程有限公司，北京100089)

1 引言

一個實驗室設(shè)計的關(guān)鍵是設(shè)計師需要在技術(shù)性、安全性、靈活性和品牌效應(yīng)諸多因素中尋找到平衡點。本文以清華大學(xué)汽研所國家重點實驗室——電池安全實驗室的室內(nèi)設(shè)計和室內(nèi)裝修改造工作為例，闡述了從實驗室設(shè)計到裝修整個過程中是如何在設(shè)計理念中體現(xiàn)建筑意圖，是讓裝修改造設(shè)計更好地為實驗室的功能服務(wù)的一種設(shè)計體驗。電池安全實驗室是2016 年經(jīng)國家命名的重點實驗室，是以業(yè)內(nèi)翹楚歐陽明高教授為核心的團隊進行電池安全及性能試驗的實驗室，為更好地承接實驗項目而對實驗室內(nèi)部進行裝修改造。

2 實驗室的平面布局設(shè)計

動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展得非常好，前景非常廣闊。目前，動力電池最重要的問題是安全問題。動力電池安全本質(zhì)是電池?zé)崾Э亍Ｇ迦A大學(xué)電池安全實驗室是專為電池在極端環(huán)境下的安全進行實驗的專業(yè)實驗場所，設(shè)計這樣的實驗室在國內(nèi)鮮有參考案例。

實驗室儀器設(shè)備如何擺放是實驗室設(shè)計中的難點之一。設(shè)備擺放看似普通平常，實際上需要考慮的因素很多：儀器要安全良好地運行，能夠妥善地得到保護；要將運行環(huán)境對其影響度降到最低；儀器設(shè)備相互之間最好不要有影響；實驗人員可以方便地使用等。這些都是在儀器設(shè)備擺放時需關(guān)注的問題。合理地布置實驗儀器設(shè)備，不僅需要設(shè)計人員對儀器設(shè)備本身，對環(huán)境安全、供水供電、廢液廢氣的排放等方面的特殊要求要有了解外，還需要具備相當(dāng)豐富的工程設(shè)計、施工管理等方面的專業(yè)知識。在歐陽明高教授及其助手們的耐心指導(dǎo)下，設(shè)計團隊歷時近20d 的工作，反復(fù)推敲出“電池安全實驗室平面布置圖”，在保證實驗室安全的基礎(chǔ)上，既遵守實驗室有關(guān)設(shè)計規(guī)范，又滿足了使用者的要求。

圖1 實驗室1 層平面布置圖

在電池安全實驗室具體設(shè)計中，主要考慮到電池在極端條件的模擬，例如，溫度變化對電池的影響、濕度變化對電池組裝時的影響，以及持續(xù)充電放電情況下對電池使用壽命的測評等[1]。平面布置圖確定后（見圖1），之后的機電設(shè)計、消防設(shè)計、裝飾施工圖設(shè)計，以及主要空間效果圖設(shè)計按部就班地實施開來。

圖2 實驗室內(nèi)部實景照片

3 實驗室裝修改造設(shè)計施工中需要重點關(guān)注的問題

在具體裝修改造工程中，為實現(xiàn)設(shè)計意圖，依照設(shè)計施工圖，結(jié)合系統(tǒng)工程的設(shè)計和安裝，進行了為期3 個月的室內(nèi)裝修工程，實驗室內(nèi)部實景效果如圖2 所示。其關(guān)注點如下：

1）室內(nèi)裝飾裝修以淡雅清新為主色調(diào)，體現(xiàn)簡約、自然、安全理念，既滿足當(dāng)代實驗室的功能要求，又符合人體工程學(xué)規(guī)范。在設(shè)置實驗室功能隔斷時，為減輕建筑樓板負(fù)荷，選用了輕質(zhì)材料。實驗室的天花選用不集塵、不易脫落的龍骨支架鋁扣板天花。有需要靜音的儀器設(shè)備，則安裝消音天花板。天花照明采用內(nèi)嵌式防塵燈盤，依照J(rèn)GJ 91—1993《實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》，工作區(qū)照度＞450lx，走道照度＞200lx。并且實驗室內(nèi)噪聲不得高于60dB[2]。根據(jù)要求采用環(huán)氧樹脂自流平處理實驗室地面。

2）溫度變化對電池影響測試主要依靠的設(shè)備是恒溫箱。恒溫箱在工作時釋放出大量的熱量，對實驗室溫度經(jīng)過逾20d/次的觀測，即使在冬季大寒期間，室內(nèi)溫度都能達到40℃左右。而通用實驗室的夏季空氣調(diào)節(jié)室內(nèi)計算參數(shù)，溫度26～28℃，相對濕度小于65%。為制衡恒溫箱釋放出的熱量，用室內(nèi)空調(diào)制冷來降低溫度，能耗過大，也會加重環(huán)境污染。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，最終確定為空調(diào)和通風(fēng)結(jié)合使用方式，反復(fù)計算和實驗，選用性價比合適又滿足功能的型號?？照{(diào)將冷風(fēng)從實驗室下方送入室內(nèi)，排風(fēng)設(shè)備排出恒溫箱產(chǎn)生的熱量，排風(fēng)設(shè)備與空調(diào)聯(lián)動，排風(fēng)風(fēng)量略大于送風(fēng)風(fēng)量，使室內(nèi)形成負(fù)壓，從而保證整個溫控系統(tǒng)在較小的能量消耗下達到理想狀態(tài)，減小環(huán)境污染[3]。

3）在電池設(shè)計組裝過程中，濕度因素對電池內(nèi)部影響極大，甚至決定了電池的設(shè)計是否能取得成功，所以要求嚴(yán)格控制濕度指標(biāo)：濕度達到露點溫度-40℃，同時還需要空氣潔凈。實驗室室內(nèi)面積為600m2，整體調(diào)控濕度難度比較大，又無必要性。所以，人們采取局部區(qū)域使用潔凈巖棉板密封，降低濕度，從而使機組設(shè)備所處環(huán)境干燥，達到實驗要求?？照{(diào)系統(tǒng)的主要作用是控制實驗室的溫濕度。空調(diào)系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)相互配合，才能真正有效地保證實驗室的溫濕度和室內(nèi)壓力得到有效控制。

4）實驗室的配電工程是根據(jù)實驗儀器設(shè)備的具體要求、實驗人員的具體使用等多方面因素設(shè)計完成的，區(qū)別于普通建筑。許多儀器設(shè)備對電路需要靜電接地和斷電保護。例如，電池充放電設(shè)備既需要380V 動力電源，也需要220V 控制電源。依照傳統(tǒng)辦法解決，占用空間比較大，使用過程中危險系數(shù)也會增加。在機電設(shè)計和施工時充分考慮到空間占有與安全問題，經(jīng)過仔細(xì)研究排比方案，通過屢次比較，最終確定三相五芯雙電源插座，既保證了設(shè)備正常用地，又節(jié)省了空間。

5）實驗室的消防工程、給排水、排煙排氣等系統(tǒng)工程是不可掉以輕心的。除按照有關(guān)規(guī)范施工安裝外，還要滿足電池安全實驗室的要求。

4 結(jié)語

從本次實驗室的改造設(shè)計施工體驗中，可以得到2 點體會：

1）實驗室的設(shè)計需要全面細(xì)致的考慮，如實驗要求、外界環(huán)境、使用安全、裝修材料、節(jié)能環(huán)保等，更重要的是因?qū)嶒炘O(shè)備的要求而設(shè)計[4]。機電工程的設(shè)計和安裝，不但要考慮現(xiàn)有的儀器設(shè)備使用情況，也要照顧實驗室未來發(fā)展的擴容，以及日后電路的維修、預(yù)留問題。有特殊要求的實驗空間，要反復(fù)實驗所用的裝修材料、機電設(shè)備，最后能滿足實驗環(huán)境的要求。

2）未來的實驗室設(shè)計，不再是實驗室的功能性決定其形式，很可能是形式?jīng)Q定功能。實驗室的功能不僅要滿足科研技術(shù)上的需求，還要和提高創(chuàng)新性、提升生產(chǎn)效率結(jié)合。設(shè)計、創(chuàng)造出獨特的實驗室環(huán)境，把實驗人員帶出傳統(tǒng)的實驗室，在一個充滿儀器設(shè)備、工作臺的實驗空間中，也能感覺到自己身處一個舒適放松、自由交流的場所[5]?；蛟S這種獨特的實驗室環(huán)境會更好地把人們聯(lián)系到一起，激發(fā)團隊的創(chuàng)新精神。實驗室的設(shè)計和施工會因為實驗對象的各異而產(chǎn)生千差萬別的種類。在今后的實踐累積中，希望能夠摸索、總結(jié)出一套規(guī)律性的設(shè)計和施工標(biāo)準(zhǔn)，更好地為更多的用戶提供高質(zhì)量的服務(wù)。