Kuben voor onderzoek

perspectief_LENA_pr

Het LENA Laboratory for Emerging Nanometrology van de Technische Universiteit Braunschweig onderzoekt nanometrologietechnieken. Een team van interdisciplinaire wetenschappers houdt zich vooral bezig met het meten van driedimensionale objecten in de nanowereld, die onder andere essentieel zijn voor de verdere ontwikkeling van hoogvermogenaccu's voor elektrische voertuigen. Het nanometrologiezentrum wordt in de toekomst ondergebracht in een monumentaal beschermd tweelaags hallegebouw met een aangrenzende drie verdiepingen tellende nieuwbouw. Het ontwerp komt van Meyer Architekten en RKW Rhode Kellermann Wawrowsky. De pbr AG verzorgt de planning van de technische uitrusting.

Terwijl het hallegebouw – een voormalige hal voor verbrandingsmotoren – wordt omgebouwd tot fysische laboratorium- en meetruimten, neemt de drie verdiepingen tellende nieuwbouw kantoor- en seminarruimten in. Een gelijkvloerse verbindingsgang verbindt de nieuwbouw met de bestaande structuur op de eerste verdieping. In totaal is er in het laboratoriumgebouw meer dan 1.400 m² beschikbaar voor laboratoria en grote apparatuur. Laboratoria met bijzonder hoge eisen, bijvoorbeeld voor trillingsgevoelige toepassingen zoals hoogwaardig transmissie-elektronenmicroscopie, cleanrooms en meetkamers met hoge temperatuurconstanten, worden ondergebracht in een twee verdiepingen tellende kubus in het hallegebouw. Via een gemeenschappelijk sluizencomplex met meerdere afbakeningen en toenemende reinheidsgraden, waaronder een temperatuursluis, komen gebruikers in het cleanroomgebied. Door deze functionele bundeling van de speciale ruimtes worden de technische installaties in dit gebied geconcentreerd en geoptimaliseerd.

De gebouwtechniek is ondergebracht op de eerste verdieping van de noordelijke vleugel. Technische installaties die vanwege trillingen storingen in het onderzoeksproces zouden kunnen veroorzaken, worden in de nieuwe kantoorgebouw ondergebracht. Hier behoren onder andere installaties voor heliumterugwinning, evenals de koel- en persluchtproductie.

Binnenklimaat en klimaatregeling

In drie cleanrooms met een reinheidsklasse ISO 6 volgens DIN EN ISO 14644-1 worden zeer hoge eisen gesteld aan de luchtzuiverheid. Een voortdurend gereguleerde drukcascade van de cleanrooms via de sluizen en gangen tot aan de hoofdgangen zorgt voor naleving van de voorschriften. Alle drie de ruimten zijn via een sluiselement met geïntegreerde luchtdouche bereikbaar.

Voor de luchttechniek van de laboratoria wordt een per ruimte zelfstandig werkend regelsysteem ingezet dat rekening houdt met de verschillende bedrijfsomstandigheden van afzuiginstallaties, laboratoriumkasten en lokale afzuigingen. Tussen maximale en minimale bedrijfsstand wordt een glijdende luchtstroomverandering en een behoeftegerichte luchtbalans gewaarborgd. Vanwege de geringe toegestane luchtsnelheden van < 5 m/min in de opstelruimte voor het hoogwaardig transmissie-elektronenmicroscoop (HR-TEM) wordt de toevoerlucht hier via textiele luchtbuizen ingebracht. Belaste afvoer uit laboratoria wordt apart afgezogen.

Zes volledige klimaatbeheersingssystemen voor drie clean- en twee meetkamers voldoen telkens aan speciale eisen voor temperatuurstabiliteit en lage luchtvochtigheid. Als voorbeeld vereist ruimte 241 a een luchtvochtigheid van 50 % +5/-10 % in de zomer en 40 % +5/-10 % in de winter bij een kamertemperatuur van 20 °C +/- 1 K (drift < 0,2 K/u). Voor de koeling van apparatuur in het laboratorium wordt de centraal geproduceerde koelenergie gebruikt. Hiervoor wordt een apart leidingnet met andere bedrijfsomstandigheden dan de gebouwkoeling gebruikt.

De koelmachine beschikt over twee aparte condensors voor het afvoeren van de overtollige warmte uit de koelbelasting en de elektrische aandrijfkracht van de compressor. Eén condensor dient voor warmterecuperatie uit de koelproductie. Via deze condensor kan een vermogen van ca. 100 kW met een temperatuur van 50 °C worden geleverd. De terugkoeling vindt plaats via een adiabatische terugkoeler op het dak, waarbij bij hoge buitentemperaturen de warmtewisselaar voor de warmteoverdracht aan de buitenlucht met water wordt bevochtigd. De hierdoor ontstane verdamping op de buisregistres verhoogt de efficiëntie van de terugkoeler.

Voor de wandkoeling van de HR-TEM-ruimte is een apart hydraulisch gescheiden koelsysteem opgebouwd. Een droogsysteem met kapillairbuismatten op gipskartonplaten is binnen op een wandconstructie aangebracht met een 10 mm dikke afscherming van aluminiumplaten.

Elektrotechniek en mediavoorziening

De ontsluiting van de gebouwen gebeurt via de 20-kV-campusring via het middenspanningsniveau. Hiervoor wordt een energieknooppunt met middenspanningsschakelinstallatie, transformatoren en laagspanningshoofddistributie opnieuw opgebouwd.

De laboratoria worden centraal en decentraal voorzien van de benodigde media, zoals gassen als helium, argon, stikstof, zuurstof, waterstofchloride, xenon en neon. Voor het laboratoriumgebruik wordt volledig ontzout water of gedemineraliseerd water met een geleidbaarheid van 5 µS/cm, een TOC-gehalte van 200 ppb en een microbiële telling van 100 KBE/10 ml geleverd.

Voor de terugwinning van verbruikt vloeibaar helium in het gebouw is een heliumterugwinningsinstallatie aanwezig. Het gasvormige helium wordt eerst opgevangen in een ca. 10 m³ verzamelballon. Bij voldoende volume wordt de inhoud van de verzamelballon door een niveaigestuurde hogedrukpistoncompressor teruggeperst tot maximaal 200 bar.