Forschungszentrum Jülich GmbH | Neubau Membrantechnologie

Die ZWP Ingenieur-AG konnte im Jahr 2015 bereits das dritte Bauvorhaben auf dem Campus des Forschungszentrums Jülich erfolgreich abschließen. Das neue Gebäude, das sogenannte „Membranzentrum“, dient der Energieforschung und soll zukünftig an der Entwicklung neuartiger Gastrennmembranen arbeiten, mit deren Hilfe das klimaschädliche CO₂ abgetrennt werden kann, ehe es in die Atmosphäre entweicht. Zur Herstellung der dazu notwendigen neuen Werkstoffe,  Membranschichten und mikroporösen Schichten durch verschiedene Prozesstechnologien wird ein Reinraum der Klasse 100 benötigt.

Im Erdgeschoss des neuen Membranzentrums sind 14 hochspezialisierte Einzellabore, für physikalische und chemische Forschungen, mit jeweils 30 bis 40 m² Grundfläche sowie ein 150 m² großer Reinraum inklusive Grauraum und Schleuse der ISO-Klasse 5 untergebracht. Konzeptionell interessant ist die Idee des „transparenten Reinraums“. Besucher dürfen durch eine Glasscheibe, die den Bereich abgrenzt, der Arbeit in diesem speziellen Raum zuschauen. Die restlichen drei Obergeschosse des Gebäudes werden als Büro- und Besprechungsbereiche genutzt.

Der Betrieb der Labore stellte von Beginn an sehr hohe Anforderungen an die Planung der technischen Infrastruktur. Die Labore sollten als autonome, dezentral funktionierende Einheiten konzipiert werden, um unempfindlich gegenüber äußeren Störungen arbeiten zu können. Diese Maßgabe führte zu einem Planungsprinzip der vertikalen Medienverteilung mit einer entsprechenden Anordnung von Installationsschächten. So konnten die in den einzelnen Laboren benötigten Medien direkt an ihren Bestimmungsort herangeführt werden, ohne andere Laborbereiche oder Flure zu durchlaufen. Dies hatte die geforderte Minimierung des Schadensrisikos (durch beispielsweise auftretende schadstoffbelastete Abluftströme oder mögliche Brandlasten) bei einem Unfall im Gebäude oder in einem der Labore zur Folge.

Eine weitere Zielsetzung an die Planung der ZWP Ingenieur-AG war die ganzjährige Einhaltung einer exakten Temperatur von 21°C +/- 1°C innerhalb des Reinraums. Um dieser Forderung gerecht zu werden, wird beispielsweise die Zuluft im Reinraum über zwölf in der Rasterdecke verbaute Fan-Filter-Einheiten eingeführt. Die Einheiten bestehen aus je einem Ventilator, einem Schwebstofffilter Klasse H14 sowie einem Kühler. Die Abluft strömt anschließend durch die Doppelwände nach oben in den Plenumbereich ab. Vier Quadratmeter Fläche waren erforderlich, um eine Geschwindigkeit von 3m/s nicht zu überschreiten. Etwa 700 m³/h aufbereitete Außenluft werden induktiv in den Plenumbereich eingebracht. So können die Mindestaußenluftrate und die erforderlichen Druckbedingungen gleichermaßen eingehalten werden. Der Reinraum muss permanent im Überdruckbereich betrieben werden. Deshalb war der Aufbau verschiedener Druckgefälle für die einzelnen Bereiche wie Reinraum, Grauraum und Schleuse erforderlich.

Für die Forschung in den Physik- und Chemielaboren werden technische Fluide wie Druckluft, Stickstoff, Argon, Argon/Wasserstoffgemisch, Helium und demineralisiertes Wasser benötigt. Hergestellt wird das entsalzende Wasser in dezentral gelegenen Aufbereitungsanlagen, die sich in zwei der Labore sowie im Reinraum befinden. Die Druckluftversorgung erfolgt aus der Druckluftzentrale im Bestandsgebäude. Eine Verbindungsleitung im Erdreich führt zum Neubau, der so mit der benötigen Luftmenge gespeist werden kann. Alle anderen Medien werden in Gasflaschen zu je 50 Litern in einem dafür vorgesehenen Raum des Erdgeschosses gelagert und via Kupferleitungen innerhalb der Labore als Sichtinstallation unter der Decke verteilt.

Grafik: © Heinle, Wischer und Partner Freie Architekten, Berlin