Hermann-Rietschel-Institut, Technische Universität Berlin

Bild 1: Forschungs-Reinraum mit turbulenter Verdünnungsströmung (TVS)

Bild 2: Forschungs-Reinraum mit turbulenzarmer Verdrängungsströmung (TAV)

Bild 3: Visualisierung der Umströmung eines Hindernisses in einer turbulenzarmen Verdrängungsströmung

Bild 4: Visualisierung des Rückströmgebiets unterhalb eines Hindernisses in einer turbulenzarmen Verdrängungsströmung

Bild 5: Visualisierung der Umströmung einer Person in einer turbulenzarmen Verdrängungsströmung

Bild 6: Forschungs-OP am HRI mit Personensimulatoren

Bild 7: Schulungsteilnehmer im Reinraum

Das Hermann-Rietschel-Institut (HRI), Fachgebiet Gebäude-Energie-Systeme der Technischen Universität Berlin, ging aus der von Hermann Rietschel 1885 gegründeten „Prüfstelle für Heizungs- und Lüftungseinrichtungen” hervor. Es ist das weltweit älteste Universitätsinstitut seines Fachbereichs.

Die Forschungsarbeiten und Untersuchungsergebnisse des HRI prägen die Entwicklung der Heiz- und Raumlufttechnik in Deutschland und tragen unter Anderem zur Erarbeitung von Normen und Richtlinien bei. Seit Juni 2011 leitet Prof. Dr.-Ing. Martin Kriegel den Lehrstuhl und hat den Fokus auf die Minimierung des Spannungsfeldes zwischen Behaglichkeitsanforderungen, hygienischem Raumklima und energieeffizienter Anlagentechnik gesetzt. In diesem Zusammenhang findet schwerpunktmäßig auch Forschung an Reinen Räumen (Reinräume und Räume des Gesundheitswesens) statt.

Auf insgesamt 1800 m² sind ein Hörsaal, Seminarräume, Werkstätten, Büroräume, ein eigener Rechencluster mit 400 Berechnungskernen für numerische Simulationen und mehrere 6 bis 8 m hohe Versuchshallen untergebracht. Zur Untersuchung der verschiedenen Fragestellungen existieren am HRI entsprechende Prüfstände sowie Messtechnik und Software.

Insbesondere stehen neben generischen Raumströmungslaboren auch zwei Forschungsreinräume und ein Forschungs-Operationsraum zur Verfügung.

Forschungsreinraum am HRI

Für experimentelle Untersuchungen verfügt das HRI über ein hochmodulares Forschungslabor. Auf einer Fläche von 75 m² sind zwei Reinräume mit zugehörigen Schleusen untergebracht (Bilder 1 und 2). Die Konfiguration deckt mit ihren Möglichkeiten ca. 90 % der in der Praxis installierten Fälle von Reinen Räumen ab – somit ist dieser Forschungsreinraum einmalig in Deutschland.

Lüftungstechnisch kommen zwei Schutzkonzepte zum Einsatz: Ein Reinraum ist mit einer turbulenten Verdünnungsströmung (TVS, Bild 1) mittels Dralldurchlässen und Umluft-Filter-Fan-Units mit H14-Filtern ausgestattet. Der zweite Reinraum (Bild 2) wird über eine turbulenzarme Verdrängungsströmung (TAV) mittels vollflächigen Filter-Fan-Units mit U15-Filtern und Doppelboden belüftet. Die angeschlossene RLT-Anlage ermöglicht Volumenströme bis 13.000 m³/h. Zusammen mit dem Umluftanteil der FFUs sind so bis zu 600-fache Luftwechsel im TAV-Reinraum möglich. Zum Schutz vor Querkontamination ist eine Druckkaskade von reineren zu unreineren Räumen von jeweils 15 Pa ± 5 Pa realisiert. Die Temperaturen können im Bereich 16 bis 24°C bei einer Toleranz von ± 0,1 K, die relative Luftfeuchte von 40 bis 60 % mit ± 10 % Toleranz geregelt werden.

Eine besondere Stärke des HRI ist die Sichtbarmachung von Strömungen, wobei verschiedene Verfahren angewendet werden (Bilder 3, 4 und 5)

Forschungs-OP am HRI

Seit 2018 betreibt das HRI einen eigenen Forschung-Operationsraum (Bild 6). In dem lüftungstechnisch voll ausgestatteten Raum können nahezu beliebige Raumströmungskonzepte realisiert werden: Neben der für OPs üblichen turbulenzarmen Verdrängungsströmung ist auch eine turbulente Mischlüftung mit acht individuell regelbaren Zuluftdurchlässen und sogar Quelllüftung möglich. Über frei belegbare Luftdurchlässe können auch lokale Zu- und Abluftöffnungen realisiert werden. In diesem Labor wird auf experimentelle Weise an effektiveren und effizienteren Möglichkeiten der OP-Belüftung geforscht, um eine möglichst hohe Patienten- und Personalsicherheit sicherzustellen.

Schulungsangebot

Einmal jährlich findet am Institut die Fortbildung „Systeme und Konzepte der Reinraumtechnik“ statt (Bild 7). Wenngleich reinraumspezifische theoretische Grundlagen aus der Literatur gut bekannt sind, weichen die tatsächlichen Vorgänge im Reinraum davon in der Regel stark ab. Diese Diskrepanz zwischen Theorie und Praxis wird in der Weiterbildung vor allem mittels experimenteller Übungen aufgezeigt und die Unterschiede zwischen idealen und realen Strömungsvorgängen in Reinräumen hautnah erlebbar gemacht. Für die damit verbundenen Problemfelder in den drei Themenblöcken Strömungsformen, Aerosolphysik/Filter und Gebäudeautomation/Druckhaltung werden Lösungsvorschläge aufgezeigt und vermittelt. Die nächste dreitätige Schulung findet im September 2019 im Forschungslabor des Hermann-Rietschel-Instituts statt.