Kübek a kutatáshoz

perspektíva_LENA_pr

A Technische Egyetem Braunschweig LENA Laboratory for Emerging Nanometrology kutatóközpont nanomérés technikákat kutat. Egy interdiszciplináris tudósokból álló csapat különösen háromdimenziós objektumok mérésével foglalkozik a nanovilágban, amelyek többek között elengedhetetlenek a nagy teljesítményű akkumulátorok fejlesztéséhez elektromos járművekhez. A nanométerrégia központ jövőben egy műemlékvédelmi védettséget élvező, két szintes csarnoképületben kap helyet, amelyhez egy háromszintes új épület csatlakozik. A tervezést a Meyer Architects és az RKW Rhode Kellermann Wawrowsky végezte. A pbr AG felelős a műszaki berendezések tervezéséért.

Amíg a csarnoképület – egy korábbi belső égésű motoroknak szentelt csarnok – fizikai laboratóriumi és mérőhelyiségekké alakul, addig az új háromszintes épület irodákat és szemináriumi tereket foglal magába. Egy egyszintes összekötő folyosó köti össze az új épületet és a meglévőt az első emeleten. Összesen több mint 1.400 m² terület áll rendelkezésre laboratóriumok és nagyberendezések számára a laborépületben. Különösen magas követelményeket támasztó laboratóriumokat – például érzékeny vibrációs felhasználásokhoz, mint a nagyfelbontású transzmissziós elektronmikroszkópia, tisztaterek és mérőhelyiségek magas hőmérsékleti állandósággal – egy két szintes kockában helyeznek el a csarnoképületben. Egy közös átjáróterületen keresztül, több elkülönítéssel és növekvő tisztasági fokokkal, például egy hőmérsékleti átjáróval, a felhasználók a tisztatérbe lépnek. Ezzel a funkcionális összekapcsolással a szakterületi helyiségek műszaki installációi sűrűsödnek és optimalizálódnak.

A háztechnika az északi szárny első emeletén található. Olyan műszaki berendezéseket helyeznek el itt, amelyek rezgés miatt zavarokat okozhattak volna a kutatótevékenységben, például a központi hűtőberendezéshez tartozó hélium-visszanyerő rendszert, valamint a hűtés- és nyomágelőállító egységeket.

Szellőzés és klimatizálás

Három ISO 6 tisztasági osztályú tisztatérben – a DIN EN ISO 14644-1 szerint – nagyon magas levegőtisztasági követelmények vannak. Egy folyamatosan szabályozott nyomás-kaskád biztosítja a tisztaterek, az átjárók és a folyosók között a követelmények betartását. Mindhárom helyiség egy integrált levegőszűrővel ellátott átjárón keresztül közelíthető meg.

A laboratóriumok levegőtechnikai rendszerében egy helyiségenként önálló szabályozó rendszer működik, amely figyelembe veszi a különböző működési feltételeket, például a szellőztető berendezéseket, laboratóriumi szekrényeket és helyi elszívókat. A maximális és minimális működés között folyamatos levegőmennyiség-változtatás és igény szerinti levegőegyensúly biztosított. A nagy felbontású transzmissziós elektronmikroszkóp (HR-TEM) berendezésének telepítési helyén a megengedett légsebesség < 5 m/perc, ezért a beáramló levegőt textilekhez hasonló légcsöveken keresztül juttatják be. A laboratóriumokból származó szennyezett levegőt külön szívják el.

Hat teljes klimatizáló rendszer – három tisztatér és két mérőhelyiség számára – különleges követelményeket támaszt a hőmérséklet-állandóság és a relatív páratartalom tekintetében. Például a 241 a helyiség nyáron 50 % +5/-10 % relatív páratartalmat igényel, télen 40 % +5/-10 %, míg a helyiség hőmérséklete 20 °C +/- 1 K (eltérés < 0,2 K/h). A laborberendezések hűtéséhez a központilag előállított hűtést használják. Ehhez egy külön csőhálózatot alkalmaznak, amely más működési feltételekkel működik, mint az épület klimatizálási rendszere.

A hűtőgép két különálló hűtőközeg-elvezetővel rendelkezik, amelyek a felesleges hőt a hűtési terhelésből és a kompresszor elektromos működtetéséből származó hőt vezetik el. Egyik elvezető a hűtés során keletkező hővisszanyerést szolgálja. Ezen keresztül kb. 100 kW teljesítmény érhető el, 50 °C-os hőmérsékleten. A visszanyerést egy adiabatikus hővisszanyerőn keresztül végzik a tetőn, ahol magas külső hőmérséklet esetén a hőcserélő vízzel nedvesített, hogy a hő átadódjon a külső levegőnek. Ez a párolgás növeli a hővisszanyerő hatékonyságát.

A HR-TEM helyiség falhűtéséhez egy külön, hidraulikusan elválasztott hűtőrendszert építettek ki. Egy száraz rendszer kapilláris csőhálóval, amely gipszkarton tartólemezekre van szerelve, belül egy 10 mm vastag alumínium lemezekkel ellátott árnyékolással ellátott falrendszer része.

Elektrotechnika és médiaellátás

A létesítmények az 20 kV-os kampuszkörből, középfeszültségű szinten kerülnek ellátásra. Ennek érdekében egy központi energiaelosztó rendszer, középfeszültségű kapcsolóberendezés, transzformátorok és alacsony feszültségű főelosztó épül ki újra.

A laboratóriumokat központilag és decentralizáltan látják el a szükséges médiumokkal, például gázokkal, mint hélium, argon, nitrogén, oxigén, hidrogén-klorid, xenon és neon. A laboratóriumi felhasználásra teljesen sótlanított vagy demineralizált vizet biztosítanak, amelynek vezetőképessége 5 µS/cm, TOC-tartalma 200 ppb, és 100 KBE/10 ml mikroorganizmus-szám van.

A fogyasztott folyékony hélium visszanyerésére egy hélium-visszanyerő rendszer áll rendelkezésre. A gáz halmazállapotú hélium először egy kb. 10 m³-es gyűjtőballonban gyűlik össze. Amikor a térfogat eléri a megfelelő szintet, a tartalmat egy szintszabályozott magasnyomású dugattyús kompresszorral maximum 200 bar-ra sűrítik újra.