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Hochspezialisierte Forschungsbauten Bauen für die Spitzenforschung

| Autor / Redakteur: Tim Hacken* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Deutschland ist führend in der Spitzenforschung. Daher steigen auch die Anforderungen an die Forschungslabore wie partikelfreie Luftqualität in Reinräumen, schwingungsfreie Umgebungen oder absolut konstantes Raumklima. So werden neue, hochtechnologische Forschungsbauten benötigt.

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Abb. 1: Neubau des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Göttingen.
Abb. 1: Neubau des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Göttingen.
(Bild: Jörg Stanzick, Carpus + Partner)

Um Wissenschaftlern optimale Arbeitsumgebungen zu bieten, plant und realisiert Carpus+Partner zurzeit an mehreren Standorten hochtechnologische Forschungsbauten, die grundlegend neue Topologien aufweisen. Notwendig sind diese durch den Einsatz immer sensiblerer Forschungsgeräte: Die benötigte Messpräzision kann häufig nur durch absolute Schwingungsfreiheit und dauerhafte Temperaturstabilität in Verbindung mit Reinraumbedingungen erreicht werden. Die neuen Forschungsbauten wie etwa das Hannover Institut für Technologie HI-Tech oder der Ersatzneubau Experimentalphysik der Universität Bielefeld sind individuell auf die jeweiligen Forschungsschwerpunkte und Nutzeranforderungen ausgerichtet. Dies erfordert ein durchdachtes Gesamtkonzept. „Dabei arbeiten Architekten und Fachleute für Labore und Reinraumplanung von Beginn an eng zusammen, um Gebäude zu schaffen, die den Anforderungen von Forschung und Entwicklung ganz genau entsprechen“, erklärt Thomas Habscheid-Führer, standortübergreifender Bereichsleiter Architektur bei Carpus+Partner.

Vibrationen können Messergebnisse verfälschen

Am HI-Tech in Hannover etwa werden hochpräzise Quantensensoren entwickelt, die in Erdbeobachtungssatelliten zur Erfassung des globalen Wasserkreislaufs und der Ausdehnung der polaren Eismassen eingesetzt werden. Dies erfordert vor allem eine hohe Temperaturkonstanz sowie partikelfreie Luft in Reinraumqualität. Die dazu nötigen haustechnischen Anlagen verursachen im Betrieb Vibrationen, die die hochempfindlichen Messgeräte beeinflussen und Ergebnisse verfälschen würden. Daher hat das Planungsteam von Carpus+Partner die komplette Anlagentechnik in einen „Technikrucksack“ ausgelagert: Eine Trennfuge sorgt für eine komplette Entkopplung des Gebäudeteils mit seinen störenden Schwingungen von den Laboren, in denen unter anderem eine so genannte Atomfontäne und ein 40 Meter hoher Freifallsimulator zur Durchführung von Experimenten unter Schwerelosigkeit installiert sind.

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Auch der Bielefelder Ersatzneubau Experimentalphysik beherbergt Hochtechnologielabore mit hochempfindlichen Versuchsständen und Messanlagen, deren Ergebnisse von Schwingungen oder Schallemissionen maßgeblich beeinträchtigt würden. Auch dort trennt eine bauliche Fuge den Gebäudeteil, in dem die technischen Anlagen untergebracht sind, von den Laborbereichen mit schwingungsempfindlichen Apparaturen. Dieser verfügt zudem über eine extra schwingungsfreie Bodenplatte sowie besonders dicke Decken. Zusätzliche massive Unterzüge in Längs- und Querrichtung erhöhen die Gebäudesteifigkeit und verhindern die Ausbreitung von Vibrationen. Die Labore sind als Reinräume der Schutzklassen S1 bis S3 ausgeführt, verfügen daneben aber über großzügige Freiflächen für die schwingungsempfindlichen Apparaturen. Die Labore mit besonders hohen akustischen Anforderungen werden mit Filtereinheiten ganz ohne Ventilator ausgerüstet. Die Versorgung mit Primärluft erfolgt über eine zentrale Umluftanlage, die Regelung jedoch aufgrund der geforderten Genauigkeit einzeln über die Gebäudeautomation. Befeuchter sorgen für konstante Raumfeuchte.

Optische Geräte benötigen hohe Schwingungsfreiheit

Der kurz vor seiner Fertigstellung stehende 50-Millionen-Forschungsbau für das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen wird neben Verwaltungsräumen eine Vielzahl von Laboren, teilweise in Reinraumqualität, für die Forschung beherbergen. Besondere Herausforderung für die Carpus+Partner-Planer war dabei die neun Meter hohe „Ballonhalle“ mit reinraumähnlichen Bedingungen. Neben einer partikelfreien Luftqualität erfordern die optischen Geräte, die in den Laboren hergestellt, getestet und betrieben werden, eine sehr hohe Schwingungsfreiheit. Bei den Berechnungen und Simulationen in der Entwurfsplanung zeigte sich, dass diese nur mit umfangreichen, kombinierten Maßnahmen zu realisieren waren. So wird der aus insgesamt drei Bauteilen bestehende Gebäudekomplex nicht nur vor Erschütterungen geschützt, die von außen durch den Straßenverkehr einwirken. Die Bereiche sind zusätzlich schwingungstechnisch vom restlichen Gebäude entkoppelt. Sie verfügen über selbsttragende Bodenplatten auf Fundamenten aus verdichteten Kiesschotterpackungen sowie teilweise über Einzel- und Streifenfundamente mit Sylomer-Unterlagen. Das Fundament des schwingungsempfindlichen Vibrationsteststandes ist durch Federdämpfungselemente einzeln entkoppelt. Alle gebäudetechnischen Anlagen, die Schwingungen emittieren z.B. zur Kühlung und Lüftung, sind auf nochmals entkoppelten Sockeln und Federrahmen installiert.

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