可持续实验室建筑

在所有的实验中GSK可持续化学碳中性实验室，于2017年2月在诺丁汉大学正式开放，最大的是建筑本身。

顾名思义，这座建筑当然满足了BREEAM卓越认证和LEED白金认证的所有要求，这是最高的绿色建筑骨信用．它的主要建筑材料是可持续生长的木材;它的设计最大化了被动加热和通风;太阳能电池板覆盖了大约45%的屋顶;一种可持续的生物燃料热电联用系统补充了建筑物的供暖和电力需求，也有助于为附近的建筑物供暖。

但就可持续性而言，建筑中最前沿的节能、节水和节约废物的技术实际上都不是设计中最重要的方面，实验室主任彼得·利瑟斯(Peter Licence)说。“这座建筑挑战人们以不同的方式思考和操作，”利瑟斯说。这里正在进行的一项大型实验是评估一栋建筑是否能从根本上重塑其居住者的工作方式，从而使可持续性成为不可或缺的一部分。整座建筑的设计目的是让居住者在进行每次实验之前停下来思考安全、可持续性和实验本身。

该建筑代表了迅速蔓延的实验室可持续发展运动的一个顶点。它提供了一个可能成为研究空间设计的新标准的一瞥。无论诺丁汉的碳中性实验室是否会成为未来所有实验室的运作模式，研究工作场所都会发生这样或那样的变化。在过去十年左右的时间里，由具有前瞻性思维的研究机构首创的可持续实践，即将成为实验室日常生活中不可分割的一部分。

基层

实验室可持续性的先驱们从多个起点进入该领域。对于利森斯来说，他在获得博士学位后立即开始了他的旅程，他意识到有机化学研究通常会为几毫克的产品产生许多公斤的废物。从那以后，他一直从事绿色化学研究。“我的哲学立场越来越倾向于设计在原子和能量方面都有效的反应，”牌照斯说。

碳中性实验室采用了这一概念，并将其大幅扩展。“这不仅仅是圆底烧瓶中的化学物质的问题，还有实验室的提供，基础设施——这通常比实验本身对环境的影响要大得多，”利瑟斯说。

对可持续发展顾问艾伦•道尔(Allen Doyle)来说，21世纪初在美国加州大学圣巴巴拉分校(University of California, Santa Barbara)担任土壤生物化学实验室经理时，他开始意识到自己实验室对环境的影响。他说:“我在研究自然栖息地，但我没有为环境做太多事情。”做更多事情的机会出现在2004年左右，当时道尔是大学一个非正式可持续发展委员会的成员。随着大学校园开始发布第一批温室气体清单，问题的严重性突然变得清晰起来。实验室通常只占研究型大学25%的建筑空间，但却占校园能源预算的70%。多伊尔说，研究实验室的足迹令人震惊。

为了帮助实验室居住者评估和减少他们的影响，Doyle共同创立了首批实验室可持续发展项目之一:实验室资源、倡导者和可持续发展团队(LabRATS)．2008年，他搬到加州大学戴维斯分校担任全职绿色实验室经理，在那里工作了10年。

Doyle说，过去十年是实验室可持续性快速增长和发展的时期。在过去的10年里，这一领域已经从萌芽成熟到青春期。我们所取得的最大成就是让科学家们意识到，他们可以在工作的地方进行环境保护——他们不会把对环境的担忧留在家里。”

节省的空间很大。英国伦敦大学学院(University College London)可持续发展实验室顾问马丁·法利(Martin Farley)说:“我们不能通过修复研究实验室来解决气候变化问题，但它们是一个能源密集型领域，我们可以对其产生重大影响。”“与在家里相比，人们在实验室里可以产生相当大的影响。”

在2000年代末和2010年代初，有很多快速的胜利值得关注。美国科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado Boulder)绿色实验室项目负责人凯瑟琳·拉米雷斯-阿吉拉尔(Kathryn Ramirez-Aguilar)说，许多人只是在不用的时候把设备关掉。该项目始于2009年。例如，没有人会在家里一直开着烤箱，但在很多实验室里，烘干烤箱从来没有关闭过。拉米雷斯-阿吉拉尔说:“我们做的第一件事就是在这些机器上安装定时器，这样它们就会在不需要的时候自动关闭。”

其他几乎没有经济障碍的明显快速胜利包括关闭通风柜的窗扇，关灯，摆脱水吸气器和回流冷凝器和旋转蒸发器的单通道水冷却。通过对不同的设备进行计量，更大的能源消耗者被识别出来。

对于大多数实验室大楼来说最大的能源消耗成分就是通风，当通风柜每五分钟就会将整个内部风量喷射到空中时，就会产生加热或冷却建筑物的挑战。多伊尔说:“化学建筑面临的空气质量挑战最大，气流也最大，这才是它真正的意义所在。”根据当地有关实验室通风的规定，可以节省大量费用。在一个主要的改造项目中，包括安装实时空气质量传感器和变速通风柜，加州大学欧文分校报道它使一些实验室建筑的能耗减半。

这种规模的实验室翻新工作并不是每天都在进行，但还有很多其他领域值得关注。大多数实验室角落里安静的冰柜是一个重要的罪魁祸首。道尔和拉米雷斯-阿吉拉尔开创了冰箱里的挑战-现在是一项每年有数百个实验室参与的国际竞赛-通过鼓励实验室解冻冰柜、检查温度和清理旧样品以腾出空间来减少能源消耗。这些必须运行的设备越少越好。法利说:“一台零下80摄氏度的冰箱所消耗的能源相当于一个家庭所消耗的能源，而大学可能有数百台这样的冰箱。”

使人开眼界的

总而言之，2019年的冰箱挑战赛估计每年节省240万千瓦时的能源。这些步骤可能看起来很小，但重要的是人们正在做这些事情。让研究人员以新的视角看待他们的实验室实践，是这家美国非营利组织使命的核心我的绿色实验室．

“科学家被教导要遵循协议——无论你做什么类型的研究，这都是你学到的第一件事，”Allison Paradise说，她曾是一名神经科学家，2013年创办了My Green Lab。“我们传递的一个重要信息是‘停下来问问自己——我在做什么，这真的是最好的选择吗?’”然后是更根本的思维转变。

多伊尔和拉米雷斯-阿吉拉尔在自己的机构中开发了各种项目，我的绿色实验室一直在帮助向全国各地的实验室推广，并越来越多地向国际推广。道尔说:“艾莉森•帕雷登(Allison Paradise)是一位非常棒的同事。

该组织的主要工具是绿色实验室认证计划。帕Paradise说:“认证是一个很好的开始，因为一旦你开始通过它消耗的东西来审视你的实验室，你就会发现很多东西。”我的绿色实验室认证有五个级别，所以如果一个实验室获得了银认证，它将收到获得金认证的建议。认证在两年后到期，需要不断重新评估。帕Paradise说:“我们五年前开始认证的每个实验室今天仍然是这个项目的一部分。”“我们的项目每年惠及数万人。”Astra Zeneca was one of the most recent organisations to sign up to the certification scheme (see box).

在英国，法利已经开始了实验室效率评估架构(Leaf)，这是一个旨在引发变革的认证计划，同时管理也很简单。法利说:“Leaf的意义在于让人们尽可能容易地做那些立即产生影响的事情。”“当实验室得到一套易于使用的标准时，他们可以确信他们正在产生影响，这通常会激励他们提出我们没有想到的创新解决方案，这是他们所处环境的独特之处。”他们开始问:“下一步是什么?“‘

通过可重复性实现可持续性

像Leaf和My Green Lab这样的项目已经产生了可衡量的影响。例如，在加拿大安大略省的“我的绿色实验室”认证项目中，23个化学实验室总共节约了17000吨二氧化碳₂相当于2000个家庭的典型排放量，天堂说。但这还只是表面现象。她说，人们不应该过于安逸。“人们的工作做得很好，但现在是时候利用这一点了。”It is time to stop talking about metering freezers, and look at the next big opportunities, she argues.

在加州大学博尔德分校，拉米雷斯-阿吉拉尔指出，最成功的创新之一是开始培养一种共享的理念，尽可能地将实验室设备放置在共享的、管理的设施中。这所大学最大的公共设施是BioCore它包括三个部门共有的85种仪器，从离心机和超声波仪到分光光度计和色谱仪。一位全职的经理负责跟踪和维护所有的设备，并能就设备的使用提供指导。

该方案不仅避免了重复的财务和能源成本，还节省了宝贵的空间。拉米雷斯-阿吉拉尔说:“研究不是一条直线，研究人员购买设备后会有意想不到的发现，把他们带向一个完全不同的方向。”实验室最终变成了一个昂贵的存储空间，用来存放未使用的设备。如果设备是在共享设施中，其他人就会知道它，并可以继续使用它。

拉米雷斯-阿吉拉尔说:“BioCore影响了很多未来实验室空间的规划和思考。”该团队正在考虑将“生物核”的理念复制到校园的其他地方。“最可持续的建筑是我们不必建造的建筑，因为我们可以更高效地利用现有的空间。”拉米雷斯-阿吉拉尔说，这些是我们已经进入的大范围领域，因为它们带来了巨大的好处。

由专业技术人员管理的核心设施在科学严谨性和可重复性方面也有好处，法利补充道，他也是这一想法的大力支持者。在创建Leaf的过程中，法利与英国可复制性网络合作。“可复制的科学是最可持续的科学，”法利说。“事实证明，你围绕提高可持续性所做的很多事情都会提高可重复性。我们应该使用更多的核心设施，在那里你有专门的技术人员，他们可以在如何构建实验、排除任何问题以及管理设备方面提供输入。”

嵌入式可持续性

2019年，英国和爱尔兰的16家研究机构参与了Leaf计划的试点。目前已有30多家机构报名参加2020年的后续试点。法利说，这样做的目的是让Leaf中提倡的做法成为规范。法利说:“我们的长期目标是将Leaf纳入研究经费，使之成为标准做法。”他说，投资方肯定对我们感兴趣。

在英国，自然环境研究委员会的任务是制定英国研究与创新(UKRI)的环境可持续性战略。该战略将于2020年3月签署，将考虑UKRI如何影响资金接受者，以提高他们的环境绩效。

作为她与国际可持续实验室研究所(I²Ramirez-Aguilar也一直在研究如何将可持续发展纳入研究基金申请。她说:“如果我们能把效率与研究资金联系起来，那么突然之间，每个人都参与进来了，不管他们的校园是否有绿色实验室项目。”

无论我们对绿色实验室做什么，都必须类似于我们对待道德的方式

作为第一步，Ramirez-Aguilar和她的我²SL的同事们正在开发一个网站，以促进研究人员自愿将提高效率的行动纳入他们的资助申请。她说:“关键是你的提案将脱颖而出，并向出资人展示资金的有效使用。”Ramirez-Aguilar指出，最令人鼓舞的迹象之一是，世界上最大的研究资助机构之一——美国国立卫生研究院最近为自己的实验室启动了一项绿色实验室计划。

研究如何将可持续性措施纳入研究经费并不是一项简单的任务。道尔说:“作为一名科学家，我不希望拨款审查依赖于科学的优点以外的任何东西。”他补充说，撰写研究提案已经够累人的了。“所以我认为它是有希望的，但你把它裱起来了吗?”毫无疑问，这是一个前沿领域。

天堂还与资助者讨论了将可持续性与资金挂钩的问题。她说:“我认为，我们的社区有机会团结起来，共同塑造它的样子。”一种可能是像NIH拨款处理研究伦理要求那样处理它。天堂说:“美国国立卫生研究院说，每个研究生都必须参加一门涉及某些主要主题的伦理课程——如何做取决于你，但它允许你在一个框中选择你是否满足了这一要求。”“无论我们对绿色实验室做什么，都必须是类似的，因为如果有更多，谁来监督呢?””

更好的建筑

在诺丁汉大学，碳中性实验室提供了另一种可能的方法，将可持续性嵌入实验室的日常生活中，利用实验室本身的设计。

该建筑没有几十个相同的通风柜，而是容纳了一系列不同的实验环境，周围有不同水平的配套基础设施。“不幸的是，我们已经被过度训练，总是在通风柜里进行化学反应，它以每秒50米左右的速度抽出空气，并提供惰性气体、真空、热水、冷水和冷冻水。”如果你看一下你可以使用的所有资源，你需要多少资源来完成那个反应?”

这座建筑为我们提供了能源消耗数据，人口数据，这些传感器可以告诉我们空间是如何使用的

因此，该建筑具有不同的反应空间和澳门万博公司不同层次的支撑基础设施。“我们的建筑旨在迫使人们思考，并就如何、何时、何地进行科学研究做出深思熟虑的决定，”利瑟斯说。“这让他们对实验的设计和执行提出了一些以前可能没有考虑过的不寻常的问题。”It’s about doing due diligence in the library, and answering research questions by doing a small number of well-designed high-quality reactions. ‘I think that’s the future: making the experiment count.’

为了监控这一宏大的实验，大量传感器跟踪建筑物的使用情况。“它为我们提供了能源消耗数据、人口数据，这些传感器可以告诉我们有多少空间被使用了，使用的频率有多高，”利森斯说。“这个实验实际上是关于开发和使用一个模型，从中学习，以及如何适应和修改它，以进入下一个版本。”

利瑟斯说，对于搬进大楼的科学家来说，适应这种新的工作方式无疑是一个挑战。但是Licence说，一个关键的衡量标准——科学产出的质量——是成功的。我的同事罗斯·丹顿(Ross Denton)刚刚发表了一篇文章有机催化光信反应科学他说，这种技术已经被用于工业的规模化生产。“我们正在提供高质量的产品，大楼没有拖我们的后腿。”

衡量成功的最终标准——在碳中性实验室学习专业的博士和博士后的广泛影响——将需要更长的时间来衡量。“在我们培训的这一代人开始在工业或教育领域发挥作用之前，我们不会知道这个项目的真正影响，”利瑟斯说。我认为这是最大的遗产。实体建筑只是方舟。”

无论是新实验室设计的普及，还是接受过此类培训的新一代科学家的普及，抑或是将可持续性指标纳入研究资金，可持续性正在成为主流。

但帕Paradise说，没有必要等着改变来找你。“只要睁开眼睛，做点什么。从冰箱挑战开始，它是免费的，简单的。”Some of the biggest green lab programmes in the US – including Harvard and the University of Birmingham in Alabama – were started by individual undergraduates, she notes. ‘It is very easy to feel unempowered and overwhelmed. I think it is important for people to realise that is just noise, you can achieve whatever you want to do, and our community is here to help.’

詹姆斯·米切尔·克罗是澳大利亚墨尔本的科学作家