基于清華大學汽研所電池安全實驗室室內裝修改造的體會

王宇，宋小偉

(北京北方世紀建筑裝飾工程有限公司，北京100089)

1 引言

一個實驗室設計的關鍵是設計師需要在技術性、安全性、靈活性和品牌效應諸多因素中尋找到平衡點。本文以清華大學汽研所國家重點實驗室——電池安全實驗室的室內設計和室內裝修改造工作為例，闡述了從實驗室設計到裝修整個過程中是如何在設計理念中體現建筑意圖，是讓裝修改造設計更好地為實驗室的功能服務的一種設計體驗。電池安全實驗室是2016 年經國家命名的重點實驗室，是以業(yè)內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部進行裝修改造。

2 實驗室的平面布局設計

動力電池產業(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。動力電池安全本質是電池熱失控。清華大學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，設計這樣的實驗室在國內鮮有參考案例。

實驗室儀器設備如何擺放是實驗室設計中的難點之一。設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。這些都是在儀器設備擺放時需關注的問題。合理地布置實驗儀器設備，不僅需要設計人員對儀器設備本身，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，還需要具備相當豐富的工程設計、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下，設計團隊歷時近20d 的工作，反復推敲出“電池安全實驗室平面布置圖”，在保證實驗室安全的基礎上，既遵守實驗室有關設計規(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），之后的機電設計、消防設計、裝飾施工圖設計，以及主要空間效果圖設計按部就班地實施開來。

圖2 實驗室內部實景照片

3 實驗室裝修改造設計施工中需要重點關注的問題

在具體裝修改造工程中，為實現設計意圖，依照設計施工圖，結合系統工程的設計和安裝，進行了為期3 個月的室內裝修工程，實驗室內部實景效果如圖2 所示。其關注點如下：

1）室內裝飾裝修以淡雅清新為主色調，體現簡約、自然、安全理念，既滿足當代實驗室的功能要求，又符合人體工程學規(guī)范。在設置實驗室功能隔斷時，為減輕建筑樓板負荷，選用了輕質材料。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備，則安裝消音天花板。天花照明采用內嵌式防塵燈盤，依照JGJ 91—1993《實驗室建筑技術規(guī)范》，工作區(qū)照度＞450lx，走道照度＞200lx。并且實驗室內噪聲不得高于60dB[2]。根據要求采用環(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，對實驗室溫度經過逾20d/次的觀測，即使在冬季大寒期間，室內溫度都能達到40℃左右。而通用實驗室的夏季空氣調節(jié)室內計算參數，溫度26～28℃，相對濕度小于65%。為制衡恒溫箱釋放出的熱量，用室內空調制冷來降低溫度，能耗過大，也會加重環(huán)境污染。結合現場實際情況，最終確定為空調和通風結合使用方式，反復計算和實驗，選用性價比合適又滿足功能的型號。空調將冷風從實驗室下方送入室內，排風設備排出恒溫箱產生的熱量，排風設備與空調聯動，排風風量略大于送風風量，使室內形成負壓，從而保證整個溫控系統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）在電池設計組裝過程中，濕度因素對電池內部影響極大，甚至決定了電池的設計是否能取得成功，所以要求嚴格控制濕度指標：濕度達到露點溫度-40℃，同時還需要空氣潔凈。實驗室室內面積為600m2，整體調控濕度難度比較大，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，從而使機組設備所處環(huán)境干燥，達到實驗要求。空調系統的主要作用是控制實驗室的溫濕度。空調系統與通風系統相互配合，才能真正有效地保證實驗室的溫濕度和室內壓力得到有效控制。

4）實驗室的配電工程是根據實驗儀器設備的具體要求、實驗人員的具體使用等多方面因素設計完成的，區(qū)別于普通建筑。許多儀器設備對電路需要靜電接地和斷電保護。例如，電池充放電設備既需要380V 動力電源，也需要220V 控制電源。依照傳統辦法解決，占用空間比較大，使用過程中危險系數也會增加。在機電設計和施工時充分考慮到空間占有與安全問題，經過仔細研究排比方案，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、排煙排氣等系統工程是不可掉以輕心的。除按照有關規(guī)范施工安裝外，還要滿足電池安全實驗室的要求。

4 結語

從本次實驗室的改造設計施工體驗中，可以得到2 點體會：

1）實驗室的設計需要全面細致的考慮，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，更重要的是因實驗設備的要求而設計[4]。機電工程的設計和安裝，不但要考慮現有的儀器設備使用情況，也要照顧實驗室未來發(fā)展的擴容，以及日后電路的維修、預留問題。有特殊要求的實驗空間，要反復實驗所用的裝修材料、機電設備，最后能滿足實驗環(huán)境的要求。

2）未來的實驗室設計，不再是實驗室的功能性決定其形式，很可能是形式決定功能。實驗室的功能不僅要滿足科研技術上的需求，還要和提高創(chuàng)新性、提升生產效率結合。設計、創(chuàng)造出獨特的實驗室環(huán)境，把實驗人員帶出傳統的實驗室，在一個充滿儀器設備、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]。或許這種獨特的實驗室環(huán)境會更好地把人們聯系到一起，激發(fā)團隊的創(chuàng)新精神。實驗室的設計和施工會因為實驗對象的各異而產生千差萬別的種類。在今后的實踐累積中，希望能夠摸索、總結出一套規(guī)律性的設計和施工標準，更好地為更多的用戶提供高質量的服務。