Kuby do badań

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Laboratorium für aufkommende Nanometrologie des Forschungszentrums LENA der Technischen Universität Braunschweig erforscht Nanomessmethoden. Ein Team interdisziplinärer Wissenschaftler beschäftigt sich insbesondere mit der Messung von dreidimensionalen Objekten in der Nanowelt, die u. a. für die Weiterentwicklung von Hochleistungsakkumulatoren für Elektrofahrzeuge unerlässlich sind. Das Nanometrologiezentrum wird künftig in einem denkmalgeschützten zweigeschossigen Hallengebäude mit angeschlossenem, dreigeschossigem Neubau untergebracht. Der Entwurf stammt von Meyer Architekten und RKW Rhode Kellermann Wawrowsky. Die pbr AG übernimmt die Planung der technischen Ausstattung.

Während das Hallengebäude – eine ehemalige Halle für Verbrennungsmotoren – in physikalische Labor- und Messräume umgebaut wird, nimmt der dreigeschossige Neubau Büro- und Seminarflächen auf. Ein eingeschossiger Verbindungsgang verbindet Neubau und Bestand im ersten Geschoss. Insgesamt stehen im Laborgebäude eine Fläche von über 1.400 m² für Labore und Großgeräte zur Verfügung. Labore mit besonders hohen Anforderungen, z. B. für schwingungsempfindliche Nutzungen wie hochauflösende Transmissions-elektronenmikroskopie, Reinräume und Messräume mit hoher Temperaturkonstante, werden in einem zweigeschossigen Kubus in dem Hallengebäude untergebracht. Über einen gemeinsamen Schleusenbereich mit mehreren Abgrenzungen und zunehmenden Reinheitsgraden, u. a. eine Temperaturschleuse, gelangen Nutzer in den Reinraumbereich. 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 Störungen im Forschungsbetrieb hätten verursachen können, werden im Büroneubau untergebracht. Hierzu gehören u. a. Anlagen zur Heliumrückgewinnung sowie die Kälte- und Drucklufterzeugung.

Raumluft und Klimatisierung

In drei Reinräumen mit einer Reinheitsklasse ISO 6 gemäß DIN EN ISO 14644-1 werden sehr hohe Anforderungen 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 integrierter Luftdusche erschlossen.

Für die Raumlufttechnik der Labore wird ein raumweise autark arbeitendes Regelsystem eingesetzt, das die unterschiedlichen Betriebsbedingungen der Abzüge, Laborschränke und örtlichen Absaugungen berücksichtigt. Zwischen dem Maximal- und Minimalbetrieb wird eine gleitende Luftmengenveränderung und eine bedarfsgerechte Raumluftbilanz sichergestellt. Aufgrund der geringen zulässigen Raumluftgeschwindigkeiten von < 5 m/min im Aufstellraum für das hochauflösende Transmissionselektronenmikroskop (HR-TEM) wird die Zuluft hier mittels textile Luftschläuche eingebracht. Belastete Abluft aus Laboren wird gesondert abgesaugt.

Sechs Vollklimaanlagen für drei Rein- und zwei Messräume erfüllen jeweils besondere Anforderungen an Temperaturkonstanz 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 Kälteversorgung von Geräten im Laborbereich wird die zentral erzeugte Kälte verwendet. Dafür wird ein separates Rohrnetz mit anderen Betriebsbedingungen als die Klimakälte im Gebäude genutzt.

Die Kältemaschine verfügt über zwei separate Verflüssiger zur Ableitung der überschüssigen Wärme aus der Kühllast und der elektrischen Antriebsleistung der Verdichter. Ein Verflüssiger dient der Wärmerückgewinnung 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 Rohrregister erhöht die Effizienz des Rückkühlers.

Für die Wandkühlung des HR-TEM-Raumes wurde ein separates hydraulisch getrenntes Kühlsystem aufgebaut. Ein Trockensystem mit Kapillarrohrmatten 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 Niederspannungshauptverteilung 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 Gebäude ist eine Heliumrückgewinnungsanlage vorhanden. Das gasförmige Helium wird zunächst in einem ca. 10 m³-Sammelballon aufgefangen. Bei entsprechendem Volumen wird der Inhalt des Sammelballs durch einen niveaugesteuerten Hochdruck-Kolbenkompressor auf max. 200 bar rückverdichtet.