实验室建设方案|多伦多大学环境科学和化学大楼(ESCB)

University of Toronto Scarborough - Toronto, ON

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多伦多大学环境科学和化学大楼(简称“ESCB”)位于安大略省斯卡布罗郊区,建筑面积11万平方英尺,共耗资5250万美元。作为UTSC北校区技术先进的科学教育和研究中心,ESCB设有环境科学和化学课程,研究和教学侧重于环境问题,如气候变化,城市地下水污染,恢复退化的环境系统和海平面上升。 

ESCB按照现代学术校园规划的要求,并达到严格的可持续设计目标的要求。该设施还具有协同学习的机会,同时提供灵活的实验室空间,确保研究和教学方法不断变化的适应性。

这座五层建筑旨在通过提供正式和非正式的会议空间来鼓励合作与交流。在设计主题上,建筑与周围环境共同组合成为一个统一的有机整体,不仅体现了这些学科的学术追求,而且还反映了周围环境的和谐。

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该建筑由5层研究和教学实验室、会议室、办公空间和中央阳光中庭组成。位于办公室和实验室之间的中庭为学生和工作人员提供了一个会议场所。

由于该建筑是环境科学设施,因此必须包括和展示节能的机电系统。该实验楼的建筑能耗比加拿大国家能源法典(MNECB)的标准要求节约53.2%,比ASHRAE 90.1-2010节约42.9%,比ASHRAE 90.1-2013节约40.7%,该项目已获得LEED金牌认证。

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可持续性发展

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根据总体规划的要求,校园的未来发展将具有内在的可持续性。大学制定了设计要求,尽量减少对气候变化的影响,同时降低运营成本,提高校园资源的可靠性和使用寿命。

作为环境科学和化学研究的新建筑,该设施在可持续设计解决方案方面采用很多方法。其特点包括高性能建筑围护结构、建筑物下方的地热钻孔、雨水收集和回收利用、绿色屋顶、太阳能可再生能源以及LED照明。

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由于通风柜数量众多,为了满足实验室工作人员和设备的需求,必须设计定制的通风策略。通过使用空气采样系统和低流量通风系统,实验室可以进一步节省能源。空气采样系统测试空气中的杂质,并将信息发送回中央楼宇自动化系统,自动确定在该空间中需要多少次空气变化作为最小值。

例如,如果没有人使用实验室,空气采样系统将显示没有污染物,并且将指示仅需要例如四次而不是十次换气。项目工程师Elaine Guenette解释说:“这个空间的空气排放量已经减少了。这是非常重要的,因为它是100%的室外空气供应,需要冷却,加热和加湿。”低流量的通风柜需要较少的空气流速,每个单位都进行了单独测试,以确保他们使用安全,采用比ASHRAE要求更严格的测试。

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创新的机械系统

建筑物中包括许多创新的机械系统,包括用于预处理办公空间外部空气的地管、位于建筑物底部下方的钻孔区域的地热冷却/加热系统、冷凝锅炉、磁轴承冷却器、可变容积通风橱、实验室废气中的乙二醇热回收系统、实验室的空气采样系统、记录和调节空气流量以最大限度地降低室外空气率以及一个能量计量系统。该项目的其他独特项目包括:中庭烟雾控制系统、化学品分配系统、灭火系统、核磁共振(NMR)机器服务系统、高压蒸汽灭菌系统、废气处理系统、中央压缩空气系统等等。

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地球管技术利用了地表下面地球的恒温。即使在一年中最冷或最热的时候,地面温度也保持不变,在2到5度之间变化。当空气通过这些管道被吸入时,它被部分地调节,这意味着建筑系统不需要那么多的工作(或者花费尽可能多的能量)来调节建筑物。

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这个系统设计复杂,在进行计算流体动力学建模之后,设计团队意识到通过在混凝土管内添加一系列挡板可以大大提高系统的有效性。

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建筑物下方是一个由60多个钻孔组成的地源热泵循环,延伸深达210米。制冷剂在整个场地循环,并通过位于建筑物机械室的热交换器。在夏季,热交换器将热量从建筑物传递到地面环路,有助于冷却建筑物。在冬天,系统吸取这些储存的热量,帮助加热建筑物,这减少了建筑物消耗的能源,从而降低了运营成本。

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实验室的灵活性设计

实验室经常被放置在诸如建筑地下室之类的空间,没有日光或景观,对于实验室工作人员,这种工作环境不甚理想。环境科学和化学大楼的实验室位于地面以上并拥有极佳的景观。除了创造一个光线充足的实验室工作空间之外,还有助于消除人们对于科学研究领域总是神秘化的看法,这种公开的曝光也可能会引起人们对实验室内部活动的好奇心。

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通过模块化的设计方法进行实验室的布局,以确保为当前和未来的需求提供最大的灵活性。这种多功能性与开放的实验室平台系统相结合,可视化地连接和整合各种实验流程。

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建筑的玻璃隔断和实验室玻璃通风橱将自然光线引入到建筑的核心部分,确保从一个实验室到另一个实验室的通透性。这种灵活性设计允许实验室家具系统可以根据需要被移除和重新装配,并且在未来的实验室空间中轻松进行干湿实验室功能分区转化而不用重新翻新。

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在所有实验室楼层中,机械和电气服务都采用悬挂式服务方式,以便随着时间的推移实现最大的灵活性。这也确保了教学实验室内的清晰视野,这对于安全的教学环境是至关重要,并且可以在实验室外部区域进行监督。并通过设计促进跨学科的交流。从技术的角度来看,开放的概念实验室允许更大的灵活性。

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合作交流

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多功能的学习环境提供学生和教师之间自发的交流,超越了课堂和实验室的正式限制。非正式的学习空间在ESCB建筑中占有突出的地位,五层高的中庭连接学术区域和实验室区域。这种设计方式鼓励随机的交流,特别适合环境科学的跨学科研究。

带有座位和白板的走廊提供了交流的地方,这些突破性的空间增加了学习机会,并补充了先进的实验室设施。科技办公室和教学助理室位于教学实验区和研究实验区的附近,可以方便地进行小组讨论,并支持相邻的空间直接交流。

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传统实验室环境配置是孤立的,实验室工作人员使用设备也是单一的。实验室设计团队试图提供共享资源,将协作学习过程整合到研究和教学实验室中。在这个充满活力的实验室环境中工作,所有团队共享通风柜,生物安全柜和放射性同位素处理室。环境与化学研究人员和学生之间的相互协助意识显着增强,同时节约资金成本和节省空间。