基于清华大学汽研所电池安全实验室室内装修改造的体会

王宇，宋小伟

(北京北方世纪建筑装饰工程有限公司，北京100089)

1 引言

一个实验室设计的关键是设计师需要在技术性、安全性、灵活性和品牌效应诸多因素中寻找到平衡点。本文以清华大学汽研所国家重点实验室——电池安全实验室的室内设计和室内装修改造工作为例，阐述了从实验室设计到装修整个过程中是如何在设计理念中体现建筑意图，是让装修改造设计更好地为实验室的功能服务的一种设计体验。电池安全实验室是2016 年经国家命名的重点实验室，是以业内翘楚欧阳明高教授为核心的团队进行电池安全及性能试验的实验室，为更好地承接实验项目而对实验室内部进行装修改造。

2 实验室的平面布局设计

动力电池产业发展得非常好，前景非常广阔。目前，动力电池最重要的问题是安全问题。动力电池安全本质是电池热失控。清华大学电池安全实验室是专为电池在极端环境下的安全进行实验的专业实验场所，设计这样的实验室在国内鲜有参考案例。

实验室仪器设备如何摆放是实验室设计中的难点之一。设备摆放看似普通平常，实际上需要考虑的因素很多：仪器要安全良好地运行，能够妥善地得到保护；要将运行环境对其影响度降到最低；仪器设备相互之间最好不要有影响；实验人员可以方便地使用等。这些都是在仪器设备摆放时需关注的问题。合理地布置实验仪器设备，不仅需要设计人员对仪器设备本身，对环境安全、供水供电、废液废气的排放等方面的特殊要求要有了解外，还需要具备相当丰富的工程设计、施工管理等方面的专业知识。在欧阳明高教授及其助手们的耐心指导下，设计团队历时近20d 的工作，反复推敲出“电池安全实验室平面布置图”，在保证实验室安全的基础上，既遵守实验室有关设计规范，又满足了使用者的要求。

图1 实验室1 层平面布置图

在电池安全实验室具体设计中，主要考虑到电池在极端条件的模拟，例如，温度变化对电池的影响、湿度变化对电池组装时的影响，以及持续充电放电情况下对电池使用寿命的测评等[1]。平面布置图确定后（见图1），之后的机电设计、消防设计、装饰施工图设计，以及主要空间效果图设计按部就班地实施开来。

图2 实验室内部实景照片

3 实验室装修改造设计施工中需要重点关注的问题

在具体装修改造工程中，为实现设计意图，依照设计施工图，结合系统工程的设计和安装，进行了为期3 个月的室内装修工程，实验室内部实景效果如图2 所示。其关注点如下：

1）室内装饰装修以淡雅清新为主色调，体现简约、自然、安全理念，既满足当代实验室的功能要求，又符合人体工程学规范。在设置实验室功能隔断时，为减轻建筑楼板负荷，选用了轻质材料。实验室的天花选用不集尘、不易脱落的龙骨支架铝扣板天花。有需要静音的仪器设备，则安装消音天花板。天花照明采用内嵌式防尘灯盘，依照JGJ 91—1993《实验室建筑技术规范》，工作区照度＞450lx，走道照度＞200lx。并且实验室内噪声不得高于60dB[2]。根据要求采用环氧树脂自流平处理实验室地面。

2）温度变化对电池影响测试主要依靠的设备是恒温箱。恒温箱在工作时释放出大量的热量，对实验室温度经过逾20d/次的观测，即使在冬季大寒期间，室内温度都能达到40℃左右。而通用实验室的夏季空气调节室内计算参数，温度26～28℃，相对湿度小于65%。为制衡恒温箱释放出的热量，用室内空调制冷来降低温度，能耗过大，也会加重环境污染。结合现场实际情况，最终确定为空调和通风结合使用方式，反复计算和实验，选用性价比合适又满足功能的型号。空调将冷风从实验室下方送入室内，排风设备排出恒温箱产生的热量，排风设备与空调联动，排风风量略大于送风风量，使室内形成负压，从而保证整个温控系统在较小的能量消耗下达到理想状态，减小环境污染[3]。

3）在电池设计组装过程中，湿度因素对电池内部影响极大，甚至决定了电池的设计是否能取得成功，所以要求严格控制湿度指标：湿度达到露点温度-40℃，同时还需要空气洁净。实验室室内面积为600m2，整体调控湿度难度比较大，又无必要性。所以，人们采取局部区域使用洁净岩棉板密封，降低湿度，从而使机组设备所处环境干燥，达到实验要求。空调系统的主要作用是控制实验室的温湿度。空调系统与通风系统相互配合，才能真正有效地保证实验室的温湿度和室内压力得到有效控制。

4）实验室的配电工程是根据实验仪器设备的具体要求、实验人员的具体使用等多方面因素设计完成的，区别于普通建筑。许多仪器设备对电路需要静电接地和断电保护。例如，电池充放电设备既需要380V 动力电源，也需要220V 控制电源。依照传统办法解决，占用空间比较大，使用过程中危险系数也会增加。在机电设计和施工时充分考虑到空间占有与安全问题，经过仔细研究排比方案，通过屡次比较，最终确定三相五芯双电源插座，既保证了设备正常用地，又节省了空间。

5）实验室的消防工程、给排水、排烟排气等系统工程是不可掉以轻心的。除按照有关规范施工安装外，还要满足电池安全实验室的要求。

4 结语

从本次实验室的改造设计施工体验中，可以得到2 点体会：

1）实验室的设计需要全面细致的考虑，如实验要求、外界环境、使用安全、装修材料、节能环保等，更重要的是因实验设备的要求而设计[4]。机电工程的设计和安装，不但要考虑现有的仪器设备使用情况，也要照顾实验室未来发展的扩容，以及日后电路的维修、预留问题。有特殊要求的实验空间，要反复实验所用的装修材料、机电设备，最后能满足实验环境的要求。

2）未来的实验室设计，不再是实验室的功能性决定其形式，很可能是形式决定功能。实验室的功能不仅要满足科研技术上的需求，还要和提高创新性、提升生产效率结合。设计、创造出独特的实验室环境，把实验人员带出传统的实验室，在一个充满仪器设备、工作台的实验空间中，也能感觉到自己身处一个舒适放松、自由交流的场所[5]。或许这种独特的实验室环境会更好地把人们联系到一起，激发团队的创新精神。实验室的设计和施工会因为实验对象的各异而产生千差万别的种类。在今后的实践累积中，希望能够摸索、总结出一套规律性的设计和施工标准，更好地为更多的用户提供高质量的服务。