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Modulare Labore Modular gedacht: Physikalisches Institut der Uni Köln bekommt neue Labore

Autor / Redakteur: Iris Darstein-Ebner* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Nicht nur finanzielle Mitteln zählen für Forscher. Eine moderne und damit der Forschung förderlich Umgebung ist ebenso entscheidend. Beim Neubau eines Laborgebädes an der Uni Köln hat der neue Lehrstuhl-Inhaber Prof. Dr. Yoichi Ando deswegen ein gewichtiges Wort mitgesprochen.

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Abb.1: Das neue Laborgebäude am II. Physikalischen Institut der Uni Köln wurde in Modulbauweise realisiert.
Abb.1: Das neue Laborgebäude am II. Physikalischen Institut der Uni Köln wurde in Modulbauweise realisiert.
(Bild: Alho, Martin Laessig)

Der 1964 in Tokio geborene Physiker Yoichi Ando, ist einer der weltweit führenden Wissenschaftler auf dem Gebiet der topologischen Materialien. Seine bahnbrechenden Forschungen im Bereich der Hochtemperatur-Supraleiter wurden mehrfach ausgezeichnet. Ihn für Lehre und Forschung zu gewinnen, ist für die Universität zu Köln ein großer Erfolg. Doch standen im Rahmen seiner Berufung – vor allem aber wegen der bevorstehenden Sanierung des Institutsgebäudes Physik – keine ausreichenden Gebäudeflächen für die Forschung zur Verfügung. Um dafür schnell hochwertigen Raum schaffen zu können, entschied sich die Universität zu Köln, einen Labor-Neubau in Modulbauweise auszuschreiben. Alho setzte sich beim Verfahren gegen mehrere Wettbewerber durch und startete im Juni 2015 auf Basis der Entwurfsplanung der Kölner Forstbachconsulting Baumanagement mit der detaillierten Werk- und Ausführungsplanung des Ausnahmegebäudes.

Modul-Bauweise als optimale Dauerlösung

Zuvor jedoch empfing Alho im Werk in Morsbach hohen Besuch: Der Professor aus Übersee wollte sich vorab höchst selbst ein Bild über die Fertigungsbedingungen und die Qualität der Module, vor allem aber über die Unterschiede zum herkömmlichen „Container“ machen. Denn: Eine „Containeranlage“ schwebte dem Physiker für seine Forschungsarbeit nun ganz und gar nicht vor.

Allerdings interessierten den Forscher der Modulbau, die Vorfertigung der Elemente und deren rationelle Montage – finden sich in der Bauweise doch durchaus Parallelen zur traditionellen japanischen Architektur als einer Kombination von Linien, Flächen und Körpern, welche die Montage einfacher, standardisierter Elemente impliziert.

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Vor Ort konnte er sich dann schnell davon überzeugen, was Alho-Modulbau bedeutet: Solide wie „Stein auf Stein“, nur schneller und flexibler, sind die anpassungsfähigen Bauten Gebäudelösungen für die dauerhafte Nutzung und somit eine nachhaltige und clevere Alternative zum Massivbau. Modulgebäude sind baukonstruktiv ausgereift, energetisch optimiert, architektonisch anspruchsvoll und von konventionell errichteten Gebäuden nicht zu unterscheiden.

Bauherren wie Nutzer schätzen die Vorteile der schnellen Bauweise: Planungssicherheit mit Termin- und Festpreisgarantie, hohe Qualität durch kontrollierte, industrielle Vorfertigung, rasant kurze Bauzeit dank paralleler Abläufe im Werk und auf der Baustelle, leise und saubere Abläufe bei Montage und Ausbau sowie bewährte Detaillösungen und Standards.

„In dem neuen Laborgebäude werden ausschließlich Forschungsarbeiten von den Studierenden im Rahmen ihrer Bachelor- oder Masterarbeit, sowie während und nach der Promotion durchgeführt. Auf Grund der computergestützten Steuerung und Messwerterfassung werden sich in der Regel nicht mehr als zehn Personen gleichzeitig im Modulgebäude aufhalten“, erklärt Dr. Harald Kierspel vom II. Physikalischen Institut der Universität Köln.

20 Raummodule gewährleisten die Forschung

Aus Nutzer- und Forschersicht gab es jedoch sehr spezifische Anforderungen an das Gebäude, was beispielsweise die Flächenaufteilung und die Höhe der Räume betrifft.

So mussten beispielsweise Bodenvertiefungen zur Schaffung von Aufstellflächen für Apparaturen integriert werden, die mehr als eine standardmäßige Raumhöhe benötigen. Unmagnetische Bereiche, vibrationsarmes Verhalten des Bodens sowie erhöhte Anforderungen an die Klimatisierung und Lüftung der Räume musste außerdem gewährleistet sein. Uni-Köln-Mitarbeiter Dr. Kierspel bestätigt: „All diese Anforderungen konnte die Modulbauweise schnell und hochwertig umsetzen, sodass wir mit dem realisierten Gebäude sehr zufrieden sind und uns darauf freuen, die Forschungsarbeiten dort zu beginnen.“

Die Ausstattung ist nicht von der Stange: Mit einem Labor für Messungen bei tiefsten Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt, einem Ofenraum, einem Reinraum mit Schleuse und Luftdusche, in dem dünne Schichten neuartiger Verbindungen hergestellt und im Nanometerbereich mittels Elektronenstrahllithographie strukturiert werden sowie diversen Messräumen und Laborräumen für Probenpräparation und Analysen schrieb Prof. Ando den Planern ein nicht gerade alltägliches Raumprogramm vor.

Die dafür präzise im Werk vorgefertigten 20 Raummodule reihen sich auf einer Bruttofläche von rund 630 Quadratmetern zu einer klar definierten und dem logischen Ablauf der Arbeitsschritte gehorchenden Abfolge aneinander. Die als Staffelgeschoss ausgebildete Technikzentrale mit den Lüftungselementen sitzt oben auf.

Reinraum und Labor für tiefe Temperaturen

Das Gebäude ist nicht unterkellert. Im Bereich des Laborraums für Messungen bei tiefsten Temperaturen und des Reinraums musste der Boden an mehreren Stellen für separate, schwingungsentkoppelte Einzelfundamente ausgespart bleiben. Auch statisch kam auf die freitragende Rahmenkonstruktion der Module einiges zu: So musste der Boden im GHV-Raum für die Aufstellung eines Trenntransformators mit einem Gewicht von ca. 1000 kg und die Decken des Niedrigtemperatur-Labors für die Aufhängung dreier manueller Laufkatzen mit einer Traglast von jeweils 250 kg verstärkt ausgebildet werden. Die im Gebäude stattfindenden physikalischen Versuche machten in manchen Räumen eine besondere Lichtqualität zwingend oder forderten umfangreiche Strom- und Gasanschlüsse. So sind die Glastüren der Luft-Schleuse und des Reinraums mit Spezialglas für Gelblicht ausgestattet. Alle Leitungen, wie z.B. Druckluft, Helium, Sauerstoff und Stickstoff sind auf Putz verlegt, Decken wurden weder abgehängt noch verkleidet, damit im Falle einer Leckage rasch eingegriffen werden kann oder Veränderungen in der Versorgung angepasst werden können. Die PVC-Böden sind ableitfähig ausgeführt. Aus den meisten Räumen führen Notausgangstüren ins Freie hinaus. Alle Räume können vollständig verdunkelt werden. In Räumen, die fensterlos bleiben mussten, wie z.B. der Reinraum, wurden zwar ebenfalls Fensteröffnungen in der Modulstruktur für eine eventuelle spätere Nutzungsänderung vorbereitet, statt der Glasscheiben aber Alu-Glattblechkassetten eingesetzt. So entsteht in der Fassade ein umlaufend gleiches Erscheinungsbild.

Während der „Möblierungs“-Phase bot das Gebäudeinnere ein kurioses Bild: Räume und Flure standen voll mit Kisten aus Übersee, nicht selten mannshoch und beschriftet mit japanischen Schriftzeichen. Denn: Prof. Ando ließ die benötigten hochmodernen Geräte für sein neues Labor – z.B. Kristallzuchtanlagen, He3He4-Mischkryostate mit supraleitenden Magneten, verschiedene Magnetometer, Röntgen-Analysegeräte, Rasterkraft- und verschiedene optische Mikroskope – aus seinen zuvor genutzten japanischen Laboren nach Köln verfrachten und dort wieder aufbauen.

Damit kann die Weltklasse-Forschung schnell fortgesetzt werden. Aber auch der Bauzeitenplan ist rekordverdächtig: Von der Auftragserteilung bis zur Inbetriebnahme verging gerade einmal ein halbes Jahr. Die Produktion der Module nahm davon drei Wochen, die Vor-Ort-Montage nur zwei Tage in Anspruch. Mit sechs Wochen Bauzeit für die Fassadenmontage fiel dieses Zeitfenster im Vergleich üppig aus. Dafür aber zeigt die Gebäudehülle eine gelungene Mischung dessen, was im Modulbau möglich ist. In spannungsvoller Abfolge haben die Planer verputzte Wärmedämmverbundfassade, gedämmte Aluminium-Kassetten, hinterlüftete Paneele sowie Wellblechverkleidungen angeordnet. Das Bauwerk hebt sich damit von den Bestandsgebäuden deutlich ab, gliedert sich aber dennoch ohne zu dominieren harmonisch in das gewachsene Gebäudegefüge auf dem Campus ein.

* *I. Darstein-Ebner: Pro Publica, 70176 Stuttgart

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