Kuben zur Forschung

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Das Forschungszentrum LENA Laboratory for Emerging Nanometrolo-gy der Technischen Universität Braunschweig erforscht Nanomess-techniken. Ein Team aus interdisziplinären Wissenschaftlern beschäftigt sich insbesondere mit der Messung von dreidimensionalen Objekten in der Nanowelt, die ­u. a. für die Weiterentwicklung von Hochleis-tungsakkumulatoren für Elektrofahrzeuge unerlässlich ist. Unterge-bracht wird das Nanometrologiezentrum in Zukunft in einem denkmal-geschützten zweigeschossigen Hallengebäude mit angeschlossenem, dreigeschossigen Neubau. Der Entwurf geht auf Meyer Architekten und RKW Rhode Kellermann Wawrowsky zurück. Die pbr AG erbringt die Planung der technischen Ausrüstung.

Während das Hallengebäude – eine ehemalige Halle für Verbren-nungsmotoren – zu physikalischen Labor- und Messräumen umgebaut wird, nimmt der dreigeschossige Neubau Büro- und Seminarflächen auf. Ein eingeschossiger Verbindungsgang fügt Neubau und Bestand im ersten Geschoss zusammen. Insgesamt steht im Laborgebäude eine Fläche von über 1.400 m² für Labore und Großgeräte zur Verfügung. Labore mit besonders hohen Anforderungen, ­ z. B. für schwin-gungsempfindliche Nutzungen wie Hochauflösende Transmissions-elektronenmikroskopie, Reinräume und Messräume mit hoher Tempe-raturkonstante, werden in einem zweigeschossigen Kubus in dem Hal-lengebäude untergebracht. Über einen gemeinsamen Schleusenbe-reich mit mehreren Abgrenzungen und zunehmenden Reinheitsgraden, u. a. eine Temperaturschleuse, gelangen Nutzer in den Reinraumbe-reich. Durch diese funktionale Bündelung der Spezialräume werden die technischen Installationen in diesem Bereich verdichtet und optimiert.

Die Haustechnik ist im ersten Obergeschoss der nördlichen Spange untergebracht. Technische Anlagen, die aufgrund von Vibrationen Stö-rungen im Forschungsbetrieb hätten verursachen können, werden im Büroneubau untergebracht. Hierzu gehören u. a. Anlagen zur Helium-rückgewinnung sowie der Kälte- und Drucklufterzeugung.

Raumluft und Klimatisierung

In drei Reinräumen mit einer Reinheitsklasse ISO 6 gemäß DIN EN ISO 14644-1 werden sehr hohe Anforderung an die Reinheit der Luft gestellt. Eine stetig geregelte Druckkaskade von den Reinräumen über die Schleusen und Flure bis zu den Hauptfluren stellt die Einhaltung der Vorgaben sicher. Alle drei Räume sind über eine Schleuse mit in-tegrierter Luftdusche erschlossen.

Für die Raumlufttechnik der Labore wird ein raumweise autark arbei-tendes Regelsystem eingesetzt, das die unterschiedlichen Betriebsbe-dingungen der Abzüge, Laborschränke und örtlichen Absaugungen berücksichtigt. Zwischen dem Maximal- und Minimalbetrieb wird eine gleitende Luftmengenveränderung und eine bedarfsgerechte Raum-luftbilanz sichergestellt. Aufgrund der geringen zulässigen Raumluftge-schwindigkeiten von < 5 m/min im Aufstellraum für das hochauflösende Transmissionselektronenmikroskop (HR-TEM) wird die Zuluft hier mit-tels textiler Luftschläuche eingebracht. Belastete Abluft aus Laboren wird gesondert abgesaugt.

Sechs Vollklimaanlagen für drei Rein- und zwei Messräume erfüllen jeweils besondere Anforderungen an Temperaturkonstanzen und untere Feuchtegrenzen. Als Beispiel benötigt der Raum 241 a eine Luftfeuchte von 50 % +5/-10 % im Sommer und 40 % +5/-10 % im Winter bei einer Raumtemperatur von 20 °C +/- 1 K (Drift < 0,2 K/h). Zur Käl-teversorgung von Geräten im Laborbereich wird die zentral erzeugte Kälte verwendet. Dafür wird ein separates Rohrnetz mit anderen Be-triebsbedingungen als die Klimakälte im Gebäude genutzt.

Die Kältemaschine verfügt über zwei separate Verflüssiger zur Aus-kopplung der überschüssigen Wärme aus der Kühllast und der elektri-schen Antriebsleistung der Verdichter. Ein Verflüssiger dient der Wär-merückgewinnung aus der Kälteerzeugung. Über diesen Verflüssiger kann eine Leistung von ca. 100 kW mit einer Temperatur von 50 °C bereitgestellt werden. Die Rückkühlung erfolgt über einen adiabaten Rückkühler auf dem Dach, bei dem bei hoher Außentemperatur der Wärmetauscher zur Übertragung der Wärme an die Außenluft mit Wasser benetzt wird. Die dadurch entstehende Verdunstung am Rohr-register erhöht die Effizienz des Rückkühlers.

Für die Wandkühlung des HR-TEM-Raumes wurde ein separates hyd-raulisch getrenntes Kühlsystem aufgebaut. Ein Trockensystem mit Ka-pillarrohrmatten auf Gipskartonträgerplatten wurde innen auf eine Wandkonstruktion mit einer 10 mm dicken Abschirmung aus Alu-Platten aufgebracht.

Elektrotechnik und Medienversorgung

Die Erschließung der Gebäude erfolgt aus dem 20-kV-Campusring über die Mittelspannungsebene. Dafür wird ein Energieschwerpunkt mit Mittelspannungsschaltanlage, Trafos und Niederspannungshaupt-verteilung neu aufgebaut.

Die Labore werden zentral und dezentral mit den benötigten  Medien, z. B. Gasen wie Helium, Argon, Stickstoff, Sauerstoff, Chlorwasserstoff, Xenon und Neon, versorgt. Für die Labornutzung wird vollentsalztes bzw. demineralisiertes Wasser mit einer Leitfähigkeit von 5 µS/cm, einem TOC-Gehalt von 200 ppb und einer Keimzahl von 100 KBE/10 ml bereitgestellt.

Für die Rückgewinnung von verbrauchtem flüssigem Helium im Ge-bäude ist eine Heliumrückgewinnungsanlage vorhanden. Das gasför-mige Helium wird zunächst in einem ca. 10 m³-Sammelballon aufge-fangen. Bei entsprechendem Volumen wird der Inhalt des Sammelbal-lons durch einen niveaugesteuerten Hochdruck-Kolbenkompressor auf max. 200 bar rückverdichtet.