Juni 2024
Laboratoria vragen om doordachte installatietechniek
Als duurzaamheid, comfort en veiligheid om voorrang strijden
Elk gebouw heeft eigen uitdagingen. Dat geldt zeker voor hoogtechnologische omgevingen, zoals laboratoria. Daar worden hoge eisen gesteld met minimale marges aan klimaat, temperatuur, druk, geluid, licht en tal van andere factoren. De installatietechnische inrichting vraagt nauwe samenwerking tussen verschillende disciplines, onder wie technische ingenieurs, biologen, chemici en veiligheidsexperts, om ervoor te zorgen dat alle systemen correct worden ontworpen, geïnstalleerd en onderhouden.
Hoe cruciaal een installatie in een laboratorium is, bleek afgelopen kerst in Stockholm. Het Karolinska Institutet merkte een defecte vriezer te laat op. Directe schade voor patiënten was er weliswaar niet, maar wel gingen waardevolle onderzoekmonsters van kankerpatiënten verloren die in de afgelopen dertig jaar werden verzameld en de schade werd geschat op ruim veertig miljoen euro. Het ging om de vriezer die de toevoer van vloeibare stikstof regelt. Die moet ervoor zorgen dat de cryogene tanks op extreem lage temperatuur worden gehouden.
Bedrijfszekerheid boven energiezuinigheid
‘Dit incident in Stockholm geeft maar weer aan dat in sommige werkomgevingen de bedrijfszekerheid van techniek vóór alles gaat’, benadrukt Rob van de Wetering, adviseur Technologie bij HermanDeGroot Ingenieurs. Het technisch adviesbureau beschikt over een aparte tak die is gespecialiseerd in biotechnologische laboratoria. Die moet zorgen voor de veiligheid en de bewaking van de processen in hoogtechnologische omgevingen, zoals het Karolinska Instituut in het voorbeeld. ‘Die herbergen een grote diversiteit aan installatietechnieken. Daarnaast kan ook het gebruiksdoel van ruimtes met grote regelmaat worden aangepast. Daarom moet de technische installatie de flexibiliteit hebben voor nieuwe onderzoeksapparatuur met andere elektravermogens en warmtelasten. Maar de installatie moet ook zijn ingesteld op bijvoorbeeld incidenteel gebruik van medische gassen of perslucht.’
Partijen komen bij HermanDeGroot voor onder meer de ontwikkeling van een programma van eisen of ontwerp. Als technisch adviseur moet het bureau voor dit soort opdrachtgevers beschikken over de technische kennis, maar daarnaast ook heel goed de belangen kennen van de processen in zo’n laboratorium. Van de Wetering: ‘Tegenwoordig is de energetische duurzaamheid terecht een hot issue, maar bij een missie om binnen zoveel jaar een medicijn tegen een bepaald kankertype voor elkaar te krijgen, kan een royaler energiegebruik een kleine investering zijn tegenover de levens die gered worden. Bovendien: als het onderzoek mislukt, was alles wat erom heen zit, inclusief de gebruikte energie, voor niets. Daar moeten wij als adviseur rekening mee houden.’
In laboratoria worden hoge eisen gesteld met minimale marges, aan klimaat, temperatuur, druk, geluid en licht
Warmteterugwinning
Zo is binnen gebouwen met onder andere onderzoekcentra, laboratoria, containmentruimten en operatiekamers crosscontaminatie een risico. De mogelijkheden om warmte en vocht uit de ventilatielucht terug te winnen, zijn daarom beperkter dan wenselijk zou zijn om energetische redenen. Recirculatie van lucht en inbrengen van teruggewonnen vocht is in dit soort kritische ruimtes gewoonweg niet toegestaan, geeft Van de Wetering aan. Door hiermee op het hoogste niveau van opwekking in de luchtbehandelingskast rekening te houden, is dit met specifieke systeemoplossingen toch mogelijk. ‘Zo is bijvoorbeeld een warmtewiel energetisch gezien het meest optimaal’, vertelt hij, ‘maar als oplossing in een laboratoriumsituatie valt dit ‘open systeem’ af; vervuilde lucht en vochtdeeltjes kunnen immers direct in de verse luchtstroom terecht komen en dat is ten strengste verboden. Twin-coil en kruisstroomwisselaar hebben dat probleem niet. Deze wtw-technieken dragen beide géén deeltjes in de lucht en vocht over, omdat de afvoerlucht en verse toevoerlucht fysiek van elkaar zijn gescheiden. Daarbij is de twin-coilwisselaar het veiligst’, zegt Van de Wetering, ‘omdat deze techniek gebruikmaakt van een tussenmedium. Tegelijk is deze wisselaar energetisch wél de mínst gunstige oplossing’, schetst hij de afweging tussen veiligheid en energiezuinigheid. ‘Dat heeft te maken met de overdrachtscoëfficiëntverliezen. Voor een laboratorium is daarom een kruisstroomwisselaar de meest passende oplossing. Die kan warmte en koude overdragen met gesloten platen.’
Extra aandacht voor het periodiek testen van de platenwisselaar is daarbij volgens hem wel essentieel. Lekkage kan een directe, en voor een lab onveilige, directe verbinding opleveren. ‘Je moet dus niet alleen bij het ontwerpen van de luchttechnische installatie rekening houden met de strenge eisen die een lab stelt, maar ook in de exploitatiefase’, legt hij uit.
‘Royaler energie-gebruik is kleine investering tegenover levens die gered worden’
Slimme indeling van ruimtes
De strenge eisen die in een lab aan het klimaat worden gesteld, noopt gebouweigenaren te zoeken naar andere mogelijkheden om het gebouw ook zo energie-efficiënt te maken. HermanDeGroot heeft daarin een belangrijke adviserende rol. Van de Wetering geeft aan dat zijn bureau het onder andere zoekt in een slimme indeling van de ruimtes in een gebouw. ‘En ook in een slim gebruik door de zeer diverse groep van onderzoekers die in een dergelijk gebouw werken. ‘Zo denken wij mee over de werkplekoriëntatie. In de labs waarvoor wij installaties ontwerpen, werken onderzoekers van over de hele wereld. Wanneer deze bijvoorbeeld voornamelijk uit Zuid-Amerika of India afkomstig zijn, positioneren we hen bij voorkeur zo veel mogelijk op de zuidgevel om op energiegebruik voor warmtebehoefte in de winter te besparen, terwijl je in de zomer minder hoeft te koelen. Bij een meer noordelijk personeelsbestand is dat precies andersom. Voor die kantoren kiezen we een noordelijke oriëntatie. Die werkruimtes hoeven in de winter minder te worden verwarmd en blijven in de zomer van nature iets koeler wat beter past bij de fysiologie van mensen die het minder snel koud hebben.’
Een ander voorbeeld dat Van de Wetering geeft, is dat zijn bureau bij het installatieontwerp in laboratoriumgebouwen zorgvuldig kijkt naar het optimaliseren van ruimterelaties. ‘Gekoelde ruimtes positioneren we bij voorkeur op voldoende afstand van verwarmde ruimtes, zodat ze niet tegen elkaar inwerken. Ook kijken wij naar een energetisch optimale indeling van looproutes. Zo is het belangrijk dat de opslag en verwerking van geconditioneerde producten dicht bij elkaar plaatsvinden. Dat voorkomt te veel opwarming of afkoeling en dus verlies van geïnvesteerde energie.’
Technieken
Van de Wetering geeft aan dat de toegepaste installatietechnieken in laboratoriumgebouwen en de labs op zichzelf niet heel speciaal zijn. ‘De gebruikte technische componenten zijn op zich niet uitzonderlijk of ingewikkeld. Het zijn technieken die vrijwel alle installateurs in hun dagelijkse praktijk toepassen bij hun klanten. Het bijzondere van als installateur betrokken te zijn bij de aanleg van installaties in laboratoriumgebouwen, is dat je veel meer moet nadenken over de combinaties van de verschillende technieken. Dat maakt opdrachten voor dit type klanten tot een specialisatie.’
Specifieke eisen aan de ruimtes in laboratoria
Kantoor
Gebruikers van kantoorruimtes in labs stellen in het algemeen hogere eisen aan een comfortabel werkklimaat. Extra aandacht is nodig voor ventilatie, koeling of verwarming, maar ook voor verlichting, lichtsterkte, akoestiek, geluid, het voorkomen van overspraak en dataverbindingen. Extra aandacht is ook nodig voor het uitvoeren van warmte- of koellastberekening, lichtberekeningen en geluidsmetingen.
Immersive room
De vertrouwelijkheid van het dataverkeer binnen een lab is een zeer belangrijk punt. Klanten stellen daarom hoge eisen aan de bescherming tegen overspraak (of cross-talk). Gebruik van kabeltypes met de juiste afscherming en afscherming van doorvoeringen, zoals luchtkanalen met dempers of akoestische slangen, is daarom een speciaal aandachtspunt.
Laboratoriumruimte onder drukregiem
Labruimtes stellen door de uiterst -gevoelige experimenten hoge eisen aan het drukregiem om de lucht 100 procent zuiver te houden. Een installateur moet op de hoogte zijn van bouwen van geconditioneerde onderdruk- en overdrukruimtes met ruimtedrukopnemers, in combinatie met VAV- en CAV-kleppen en HEPA-filters om contaminatie naar of uit de omgeving te voorkomen. Ook dienen de labruimtes via een met toegangscontrole beveiligde sluis te worden afgeschermd van de gangruimte en buitenomgeving, om zo de luchtbalans en het drukregiem te allen tijde te garanderen.
Klimaatkamer
Klimaatkamers waar micro-organismen, zoals bacteriën, schimmels of algen worden opgekweekt hebben een zeer strikt temperatuur- en vochtregiem. -
Een installateur moet kennis hebben van het creëren van exact die gewenste omgevingscondities op het gebied van temperatuur, luchtvochtigheid, lichtintensiteit en CO2-niveau. Dat vraagt een hoogregelende installatie die snel kan reageren op wisselende ruimtecondities. Onderdelen van een dergelijke installatie zijn motorbediende kleppen en actoren, VAV- en CAV-kleppen, regelorganen, ruimteopnemers en lokale specifieke -regelingen die zijn gekoppeld aan het gebouwbeheersysteem.
Cryoruimte
In een cryobank worden biologische monsters en materialen bewaard bij zeer lage temperaturen van circa -180°C om hun stabiliteit en levensvatbaarheid te behouden voor langdurige opslag. -
Dat vraagt om een strikte temperatuurregeling, bewaking op aanwezig volume vloeibaar stikstof (LN2) in bulktank en om alarmering en follow-upprotocol bij lekkage. Mogelijke technische oplossingen voor dit soort ruimtes zijn het inbrengen van redundantie in het systeem, veiligheidskleppen in de LN2-toevoerleiding, detectiesystemen met opnemers in de ruimte en een veel ruimere dimensionering van de luchtbehandelingsinstallatie.
Doka
In donkere kamers in laboratoria wordt gewerkt met lichtgevoelige materialen en processen. Ook worden daar proeven uitgevoerd met verschillende lichtintensiteiten en/of lichtkleuren, zoals geen licht, rood licht, groen licht, of lage lichtintensiteit. Dat vraagt om lichtarmaturen met lichtbronnen die kunnen schakelen naar verschillende kleuren en lichtintensiteiten.