Cubetti per la ricerca

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Il Centro di Ricerca LENA Laboratory for Emerging Nanometrology dell'Università Tecnica di Braunschweig studia tecniche di misurazione a livello nanometrico. Un team di scienziati interdisciplinari si occupa in particolare della misurazione di oggetti tridimensionali nel mondo nanometrico, che sono indispensabili, tra l'altro, per lo sviluppo di accumulatori ad alte prestazioni per veicoli elettrici. Il centro di nanometrologia sarà in futuro ospitato in un edificio storico a due piani con annesso un nuovo edificio di tre piani. Il progetto si deve agli architetti Meyer e RKW Rhode Kellermann Wawrowsky. La pbr AG si occupa della pianificazione dell'impianto tecnico.

Mentre l'edificio del capannone – un ex capannone per motori a combustione – viene trasformato in laboratori di fisica e spazi di misurazione, il nuovo edificio di tre piani ospita uffici e aule seminariali. Un corridoio di collegamento a un piano collega il nuovo edificio e l'edificio esistente. Complessivamente, nell'edificio del laboratorio sono disponibili oltre 1.400 m² di spazio per laboratori e grandi apparecchiature. Laboratori con requisiti particolarmente elevati, ad esempio per utilizzi sensibili alle vibrazioni come la microscopia elettronica a trasmissione ad alta risoluzione, camere bianche e spazi di misurazione con alta costanza di temperatura, sono collocati in un cubo a due piani all’interno dell’edificio del capannone. Attraverso un’area di passaggio comune con più zone di separazione e livelli crescenti di purezza, tra cui una camera di temperatura, gli utenti accedono all’area di camere bianche. Grazie a questa unificazione funzionale delle stanze specializzate, le installazioni tecniche in quest’area vengono concentrate e ottimizzate.

La tecnologia degli edifici è sistemata al primo piano del braccio settentrionale. Impianti tecnici che potrebbero causare disturbi nel funzionamento della ricerca a causa di vibrazioni sono collocati nel nuovo edificio degli uffici. Questi includono, tra gli altri, impianti di recupero dell’elio e di produzione di aria fredda e aria compressa.

Aria e climatizzazione

In tre camere bianche con classe di purezza ISO 6 secondo DIN EN ISO 14644-1 vengono richiesti standard molto elevati di purezza dell’aria. Una cascata di pressione regolata costantemente, che collega le camere bianche, le zone di passaggio e i corridoi alle aree principali, garantisce il rispetto delle specifiche. Tutte e tre le stanze sono accessibili tramite una camera di passaggio con doccia d’aria integrata.

Per la tecnologia dell’aria dei laboratori viene utilizzato un sistema di regolazione autonomo per ogni stanza, che tiene conto delle diverse condizioni operative di aspirazioni, armadi da laboratorio e aspirazioni locali. Tra il funzionamento massimo e minimo, viene garantita una variazione fluida del volume d’aria e un bilancio dell’aria di stanza adeguato alle esigenze. A causa delle basse velocità consentite dell’aria di < 5 m/min nel locale di installazione del microscopio elettronico a trasmissione ad alta risoluzione (HR-TEM), l’aria di alimentazione viene immessa tramite tubi di tessuto. L’aria esausta contaminata dai laboratori viene aspirata separatamente.

Sei sistemi di climatizzazione completi per tre camere bianche e due spazi di misurazione soddisfano requisiti particolari di costanza di temperatura e umidità relativa inferiore. Ad esempio, la stanza 241 a richiede un’umidità relativa del 50 % +5/-10 % in estate e del 40 % +5/-10 % in inverno, con una temperatura di 20 °C +/- 1 K (deriva < 0,2 K/h). Per il raffreddamento degli apparecchi nel settore dei laboratori si utilizza il raffreddamento centrale prodotto. A tal fine, viene utilizzata una rete di tubi separata con condizioni operative diverse rispetto al raffreddamento climatico dell’edificio.

La macchina di refrigerazione dispone di due condensatori separati per dissipare il calore in eccesso derivante dal carico di raffreddamento e dalla potenza motrice elettrica del compressore. Un condensatore serve al recupero del calore dal processo di refrigerazione. Attraverso questo condensatore, è possibile fornire una potenza di circa 100 kW a una temperatura di 50 °C. Il recupero del calore avviene tramite un condensatore adiabatico sul tetto, in cui, in condizioni di alta temperatura esterna, lo scambiatore di calore per il trasferimento del calore all’aria esterna viene bagnato con acqua. L’evaporazione risultante sul registro di tubi aumenta l’efficienza del condensatore di recupero.

Per il raffreddamento delle pareti della stanza HR-TEM è stato installato un sistema di raffreddamento idraulicamente separato. Un sistema a secco con pannelli di tubi di Kapillar sulla lastra di cartongesso è stato applicato internamente su una parete con una schermatura di 10 mm di spessore in pannelli di alluminio.

Elettrotecnica e fornitura di media

Le strutture degli edifici sono collegate alla rete di alimentazione a 20 kV del campus tramite il livello di media tensione. Per questo motivo, viene ricostruito un centro di energia con un impianto di interruttori di media tensione, trasformatori e distribuzione principale a bassa tensione.

I laboratori sono forniti centralmente e decentralmente con i media necessari, ad esempio gas come elio, argon, azoto, ossigeno, cloruro di idrogeno, xenon e neon. Per l’uso nei laboratori, viene fornita acqua demineralizzata o deionizzata con una conducibilità di 5 µS/cm, un contenuto di TOC di 200 ppb e un numero di microrganismi di 100 KBE/10 ml.

Per il recupero dell’elio liquido esausto all’interno dell’edificio è presente un impianto di recupero dell’elio. Il gas di elio viene inizialmente raccolto in una sfera di accumulo di circa 10 m³. Quando si raggiunge il volume adeguato, il contenuto della sfera viene compresso di nuovo, tramite un compressore a pistoni ad alta pressione controllato dal livello, fino a un massimo di 200 bar.