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Planung ist alles Integrierte Laborplanung aus einer Hand

Autor / Redakteur: Tobias Krug* / Dr. Ilka Ottleben

Der Übertrag der Planung eines Laborgebäudes an einen Planungs-Dienstleister kann Zeit und Kosten sparen. Wie wichtig bei der Laborplanung im Vorfeld die Kommunikation mit den späteren Nutzern ist, zeigt die Planung des neuen Verwaltungs- und Laborgebäudes des Amtes für Verbraucherschutz in Steinhausen, Schweiz.

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Abb. 1: Außenansicht auf die neuen Gebäude des Amts für Verbraucherschutz.
Abb. 1: Außenansicht auf die neuen Gebäude des Amts für Verbraucherschutz.
(Bild:Triplan Ingenieur AG)

Wohl kaum ein Labor gleicht dem anderen. Das liegt nicht allein an der Ausstattung mit spezifischer Technik und individuellem Labormöbel. Das liegt vor allem auch an der Konzeption für spezielle Verwendungszwecke – ein Labor für Materialprüfungen stellt andere Anforderungen als ein Forschungslabor in der Pharmaindustrie, insbesondere mit Blick auf die Infrastruktur (Wasser, Abwasser, Vakuum, Druckluft, Reinstwasser). Nicht zuletzt muss der Laborplaner die Wünsche der Mitarbeiter berücksichtigen – diese wissen schließlich am besten, wie ihr Arbeitsplatz für effizientes Arbeiten aussehen sollte. Kommunikation hat für die Nutzer im Labor in jeglicher Hinsicht höchste Bedeutung. Zudem fordern der Arbeits- und Umweltschutz die Expertise des Laborplaners. Die schweizerische Triplan Ingenieur AG bietet zusammen mit der Triplan Gebäudetechnik AG eine Plattform, die relevante Gewerke aus einer Hand abdeckt, was die Schnittstellen minimiert und so Zeit und Kosten spart.

Ein besonderer Auftraggeber für die Laborplanung

Die Laborplanung ist für den Engineering-Dienstleister Triplan ein Geschäftsfeld, das sich quasi aus dem Tagesgeschäft ergeben hat: Als Anlagenplaner für die chemische, petrochemische, pharmazeutische und biotechnische Industrie stoßen die Triplan-Ingenieure regelmäßig auf den Wunsch von Auftraggebern, auch die Gewerke Haustechnik und damit auch die Planung von Reinräumen und Laboratorien zu übernehmen.

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Eine besondere Herausforderung für die Ingenieure war die Planung des neuen Verwaltungs- und Laborgebäudes des Amtes für Verbraucherschutz in Steinhausen im Auftrag des Kanton Zug: Anhand der Vorgaben aus dem zuvor ausgeschriebenen Projektwettbewerb definierten die Spezialisten von Markus Schietsch Architekten und Triplan den Laborbereich. Dies war die Grundlage zur Diskussion mit den Nutzern. In mehreren Workshops mit den Nutzern und durch Besichtigung des bestehenden Labors wurde das neue Laboratorium kontinuierlich weiterentwickelt. Nach jedem Workshop passten die Planer das Layout an und legten es den Nutzern zur weiteren Diskussion vor. Diese intensive Zusammenarbeit ergab schließlich die optimale Laborlösung.

Die Ausgangslage der Laborplanung – Initialer Projektwettbewerb

Wie sicher sind unsere Lebensmittel? Für den Verbraucher ist dies ein brisantes Thema – für die Lebensmittelanalytik eine große Herausforderung. Rohstoffe und Endprodukte müssen streng überwacht werden; nur mit modernsten Geräten und Verfahren (Chromatographie, Spektroskopie, Massenanalyse, molekularbiologische Methoden, mikrobiologische Analysen) können die geforderten Qualitäts- und Herkunftsanalysen durchgeführt werden.

2009 wurden das schweizer Amt für Lebensmittelkontrolle und das Veterinäramt zu einem „Amt für Verbraucherschutz (AVS)“ zusammengelegt. Räumlich arbeiten die ursprünglichen Verwaltungseinheiten jedoch nach wie vor getrennt. Das veranlasste den Kantonsrat, ein gemeinsames Labor- und Verwaltungsgebäude in Steinhausen im Kanton Zug planen zu lassen.

Im Mai 2011 schrieb die Baudirektion den Projektwettbewerb für den Neubau aus. Das Planungsergebnis sollte sich durch eine hohe Benutzerfreundlichkeit auszeichnen, Flexibilität und Zweckmäßigkeit bei der Gestaltung der Laborräume im Vordergrund stehen. Bei der Planung waren folgende Labore und Nebenräume zu berücksichtigen: Probenannahme, Probenvorbereitung, Instrumentenanalytik, Wasseranalytik, Lebensmittelanalytik, Molekularbiologie I+II, Mikrobiologie, Mikroskopie, Lager Chemie, Lager Proben und Abwaschraum.

Bis zum Abgabetermin Ende September reichten 18 Teams einen Projektvorschlag ein. Den Zuschlag für die Weiterbearbeitung erhielt schließlich die Markus Schietsch Architekten GmbH in Kooperation mit der Triplan Ingenieur AG.

Umsetzung der Laborplanung

Anhand der Vorgaben aus dem Wettbewerb („Betriebliche Abläufe, Arbeits- und Materialflüsse müssen effizient organisiert sein“) erstellten die Triplan-Ingenieure, in enger Zusammenarbeit mit den Architekten, erste Konzeptstudien. Diese wurden immer wieder mit den Nutzern intensiv besprochen und die Nach- und Vorteile der Studien diskutiert.

Planung der Medienversorgung: Im Rahmen der Workshops mit den Nutzern haben die Triplan-Ingenieure auch die Nutzung der Medien hinterfragt. Daraus ergab sich eine belastbare Mengen- und Verbraucherbilanz – und die angestellten Berechnungen ergaben, dass keine zentrale Druckluft- und Vakuum-Versorgung erforderlich ist. Das zentrale Druckluftsystem und das zentrale Vakuumsystem wurden folglich den gestellten Anforderungen der Nutzer auf ein dezentrales System umgestellt. Diese Lösung ersparte dem Auftraggeber Kosten für die nicht benötigte Infrastruktur, ohne die Nutzung zu beeinträchtigen. Das zeigt, wie wichtig die Kommunikation im Vorfeld einer Laborplanung ist.

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In einem Labor wurde die Vakuumversorgung mittels einer im Unterbau eines Abzugs untergebrachten Vakuumpumpe als beste Lösung erarbeitet.

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Das Gase-Lager des Laborgebäudes ist so konzipiert, dass eine Erweiterung der Palette an Gasen jederzeit möglich ist. Derzeit ist eine zentrale Versorgung mit Stickstoff (N2), Helium (He), Argon (Ar) und synthetischer Luft 80/20 (LS) geplant. Im Untergeschoss sind ein Kühlraum (Temperaturbereich 1 bis 4 °C) und ein Tiefkühlraum (Temperaturbereich bis -22 °C) verfügbar. Die Kühlzellen sind mit einer Temperaturüberwachung ausgestattet, die Abweichungen per Alarm meldet.

Planungsänderungen: Das Wettbewerbsverfahren gab explizit ‚Flexibilität‘ bei der Gestaltung der Räume vor. Sowohl das Raum-Layout als auch die technischen Installationen waren so auszulegen, dass Änderungen des Nutzungskonzeptes oder das Nachrüsten von Installationen einfach möglich sind.

Eine weise Voraussicht, wie sich zeigen sollte: Nach Genehmigung der Pläne wurden durch interne Umstrukturierungen zwei wesentliche Planungsänderungen durchgeführt.

  • Zusammenlegung der Labore Wasser- und Lebensmittelanalytik sowie
  • Zusammenlegung des Stickstoff-Generators und der Vakuumsysteme in einen gemeinsamen Technikraum.
  • Vergrößerung der Laborfläche für den Bereich Instrumentenanalytik; diese Laborlösung entspricht den zukünftigen Anforderungen der Nutzer.

Bei der Planung waren selbstverständlich neben den Vorgaben der Architektur auch die Belange der Gewerke Elektro, Lüftung, Kälte sowie Brandschutz zu berücksichtigen. Die finale Lösung wurde im Layout-Plan als 3D-Modell umgesetzt.

Die Gebäudetechnik

Die Gebäudetechnik fiel nicht in das Aufgabengebiet der Triplan-Ingenieure; jedoch erleichtern einige Hinweise dazu das Verständnis für die Laborplanung.

Eine Erdsonden-Wärmepumpe wird im vorliegenden Projekt mit einem in Serie geschalteten Spitzenlastheizkessel als bivalente Anlage betrieben. Der Heizkessel dient hierbei zur Erhöhung der Versorgungssicherheit. Die Lüftungsanlagen gewährleisten die hygienische Außenluftversorgung der verschiedenen Räume, die notwendige Druckhaltung im Laborbereich bzw. die Sicherstellung der Abluftvolumenströme. Die Außenluft wird für die unterschiedlichen Nutzungen in den separaten Anlagen beheizt, teilweise gekühlt und befeuchtet.

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Die notwendige Kälteleistung, die erforderlich ist für die Einhaltung der geforderten Raumkonditionen, wird durch eine konventionelle Kältemaschine auf dem Dach des Gebäudes erzeugt (Kaltwassersatz). Die Abwärme kann größtenteils über das Erdsondenfeld rückgekühlt werden und dient dessen nachhaltiger Regeneration.

Für das Überwachen, Regeln und Steuern der haustechnischen Anlagen ist ein zentrales Gebäudeautomationssystem verantwortlich. Die haustechnischen Anlagen werden autonom von vier Unterstationen geregelt, gesteuert und überwacht. Die Lüftung, die Heizung und die Kühlung der Laborräume im ersten Obergeschoss und im Untergeschoss sowie der Büroräume im Erdgeschoss werden mittels Einzelraumregulierung gesteuert.

Gute Planung ist alles

Innerhalb der Triplan-Gruppe können die Planer auf ein Netzwerk von über 400 Ingenieuren, Naturwissenschaftlern und Technikern an zwölf Standorten in Deutschland und der Schweiz zugreifen. Im hier beschriebenen Fall konnte der Auftraggeber auf die Expertise eines Planungs-Dienstleisters vertrauen, der sowohl das Engineering für die Laborausstattung, die Medien-Infrastrukturen wie auch für die Haustechnik komplett übernimmt. Ein besonderer Vorteil ist, dass die Planer mit der CAD/CAE-Software Tricad MS seit Jahren bereits über ein ausgereiftes professionelles Planungs-Tool verfügen, das alle relevanten Gewerke der technischen Gebäudeausrüstung (TGA) abdeckt. Durch die Nutzung einer eigens entwickelten Labordatenbank ist von Anfang an eine lieferantenunabhängige Laborplanung als 3D-Modell möglich – für die Nutzer ist die räumliche Visualisierung ein wichtiger Punkt, verschafft sie ihnen doch vorab eine gute Orientierung.

* T. Krug: Triplan Ingenieur AG, Basel, Schweiz

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