Gebouwen worden steeds vaker holistisch benaderd en moeten aan strengere eisen voldoen, niet in het minst op het vlak van binnenklimaat en duurzaamheid. Nu de kwaliteit van het binnenmilieu (IEQ) is opgenomen in de Europese richtlijn betreffende de energieprestatie van gebouwen (EPBD), staat dit thema nog sterker in de belangstelling. Onze expert, Dr. Markus Schomaker, Laboratory Manager bij Swegon, licht dit hieronder verder toe.
Onderzoeksfaciliteiten, ziekenhuizen en universitaire laboratoria vormen een bijzondere categorie gebouwen. Vooral laboratoriumgebouwen vereisen een zorgvuldige afweging van het binnenklimaat, omdat ze een grote verscheidenheid aan binnenruimtes bevatten met uiteenlopende klimaat- en luchttechnische eisen. Deze ruimtetypes variëren van standaardkantoren en vergaderruimtes tot analyseruimtes, cleanrooms en natte laboratoria met specifieke veiligheidsniveaus.
Luchtkwaliteit en temperatuur
Laboratoriumruimtes, operatiekamers en cleanrooms zijn onderworpen aan strenge eisen inzake luchtkwaliteit, zoals luchtwisselingsdebieten, luchtzuiverheid en constante klimaatcondities. Externe invloeden, zoals zoninstraling, moeten daarom al in de ontwerpfase worden meegenomen. Automatische zonweringssystemen kunnen temperatuurschommelingen door stralingswarmte beperken, terwijl ruimtes voor beeldvormende procedures die een donkere omgeving vereisen, binnenin het gebouw kunnen worden geplaatst.
“Elk experiment vereist individuele maar stabiele condities om nauwkeurige en reproduceerbare resultaten te garanderen. Een gecontroleerd binnenklimaat is daarom een fundamentele factor in een laboratoriumomgeving.”
Constante en gecontroleerde omstandigheden zijn essentieel in het laboratorium. Een wetenschappelijk artikel in het tijdschrift BioTechniques* beschrijft de invloed van ruimtetemperatuur en luchtvochtigheid op experimentele resultaten en de reproduceerbaarheid van biologische experimenten.
Zonder gecontroleerde ventilatie kan de ruimtetemperatuur aanzienlijk schommelen afhankelijk van regio en seizoen. Zelfs in beter gecontroleerde omgevingen kan het binnenklimaat variëren door gebruikersgedrag en verticale temperatuurverschillen als gevolg van het ventilatiesysteem. Het artikel pleit voor monitoring van de ruimtetemperatuur en onderstreept daarmee het belang van een gecontroleerd binnenklimaat.
Luchttechnologie ter bescherming van mensen en apparatuur
Naast de hierboven vermelde parameters speelt luchtsnelheid een bijzonder belangrijke rol in laboratoria. Daarom kunnen hoge luchtverversingsdebieten noodzakelijk zijn. Het luchtwisselingsdebiet wordt bepaald door het type laboratorium, het risiconiveau en de toepasselijke norm, zoals TRBA 100, DIN EN 12128 of ASHRAE 62.1, en kan sterk variëren.
Het toevoerluchtdebiet moet worden afgestemd op het afvoerluchtdebiet. Zo werken biologische en chemische laboratoria doorgaans met een lichte onderdruk om te voorkomen dat gevaarlijke stoffen, pathogenen of verontreinigingen uit de ruimte ontsnappen. Daarentegen kan overdruk vereist zijn in cleanrooms, bijvoorbeeld in farmaceutische productie of micro-elektronica, en in bepaalde steriele zones om het binnendringen van deeltjes of kiemen te voorkomen.
Om grote hoeveelheden verse lucht op een comfortabele manier voor de gebruiker in te brengen en volledige ruimteluchtventilatie te realiseren, is de keuze van geschikte luchtroosters en het luchtverdeelprincipe cruciaal. Verschillende ruimtetypes kunnen uiteenlopende eisen stellen en daarom verschillende luchtverdeelmethoden vereisen.
Natte laboratoria maken vaak gebruik van mengventilatie via kanaalgebonden luchtroosters, terwijl operatiekamers of recoveryruimtes, die ook dierenverblijven kunnen omvatten, hogere eisen kunnen stellen aan luchtsnelheid en tochtpreventie. Deze ruimtes kunnen daarom gebruikmaken van verdringingsventilatie met lage turbulentie. Een bijkomend voordeel van verdringingsventilatie is dat geuren of algemeen verontreinigde lucht gericht kunnen worden afgevoerd.
In laboratoria kan het ook noodzakelijk zijn om hoge verwarmings- en koellasten te beheren. Een sterke val van koude lucht of hoge luchtsnelheden bij zuurkasten kunnen turbulentie veroorzaken waardoor verontreinigingen in het laboratorium terechtkomen. Ongewenste luchtstromen kunnen ook optreden bij laminaire flowkasten of -boxen, die als recirculatie-units functioneren. Dit kan leiden tot contaminatie van biologische monsters of tot het binnendringen van biologisch materiaal in de ruimte.
Mock-ups voor een veilige laboratoriumwerking
Om te garanderen dat het geplande luchtverdeelsysteem, gebaseerd op mengventilatie of verdringingsventilatie, comfortabele luchtsnelheden behoudt en koudeval nabij zuurkasten voorkomt, spelen praktische ruimtesimulaties, of mock-ups, een belangrijke rol in het luchttechnisch laboratorium.
In een mock-up worden de oorspronkelijke situatie en de ruimte-indeling, inclusief de inrichting, één-op-één nagebouwd. De luchttechnische parameters worden vervolgens systematisch bepaald op nauwkeurig gedefinieerde posities in de ruimte met behulp van gevoelige comfortsondes. Dit helpt te waarborgen dat laboratoriumgebruikers in een comfortabele omgeving kunnen werken en dat er geen ongewenste luchtstromen ontstaan.
Een andere typische luchttechnische situatie in onderzoeksfaciliteiten is het afvoeren van hoge warmtelasten, vaak in kleinere ruimtes. Ook hier zijn gematigde luchtsnelheden vereist, samen met een comfortabele omgeving voor laboratoriumgebruikers. Voorbeelden zijn opslagruimtes met ultra-lage temperatuurvriezers van -80 °C of microscopieruimtes waar gebruikers langere tijd verblijven. Geschikte ruimtetemperaturen zijn ook noodzakelijk om de apparatuur te beschermen.
Hoge warmtelasten worden meestal behandeld met water als koelmedium in plaats van met centraal geconditioneerde ventilatie, aangezien water 3.475 keer meer energie kan transporteren dan een equivalent luchtvolume. Droge werking moet het doel zijn, omdat anders, bij watertemperaturen onder het dauwpunt, de beschikbare energie wordt omgezet in condensaat. Toegankelijke plafondgemonteerde inductie-units, zoals koelplafonds of klimaatbalken, of ventilator-batterijcombinaties met recirculatielucht kunnen worden toegepast.
Aangepast aan huidig onderzoek
Een belangrijk aspect bij het ontwerp van laboratoriumgebouwen, inclusief hun ventilatiesystemen, is de noodzaak om zich aan veranderende eisen aan te passen. Deze veranderingen kunnen voortkomen uit een verschuiving in onderzoeksfocus, een andere gebruiker of de afronding van projectgefinancierd onderzoek.
Om aan dergelijke veranderingen tegemoet te komen, is een modulaire en flexibele ruimte-indeling, gecombineerd met een aanpasbare ventilatie-infrastructuur en aanpasbare componenten, essentieel. Dit geldt zowel voor de laboratoria zelf als voor de nevenruimtes. Het wordt sterk aanbevolen om al in de ontwerpfase flexibele oplossingen te voorzien, zodat latere aanpassingen, zoals wijzigingen aan de ventilatieoplossing, snel en efficiënt kunnen worden uitgevoerd.
Door een slimme combinatie van luchttechnische componenten is het mogelijk om aan de uiteenlopende hierboven beschreven eisen te voldoen: hoge luchtvolumes in combinatie met comfort, het opnemen van hoge lasten en flexibiliteit wanneer de eisen wijzigen.
Een voorbeeld hiervan is het “Lab line System”, een modulaire oplossing voor natte laboratoria met een aangrenzende documentatiezone. Deze luchttechnische oplossing bestaat uit:
- Ronde buisroosters voor toevoer van verse lucht met verstelbare luchtgeleidingsrollen
- Een geluidsdemper ervoor
- Monteerbare actieve koelconvectoren voor ruimtes met hoge lasten en de mogelijkheid om de verse lucht nadien te conditioneren
- Een overstroomcomponent voor toevoer- en afvoerlucht naar de documentatiezone
- Een voorgemonteerd irisdiagram om de doorstromende luchthoeveelheid te regelen
Een bijkomend voordeel van het “Lab line”-systeem is dat de overstroomcomponent de nood aan afvoerluchtinfrastructuur in de documentatiezone wegneemt, aangezien de lucht via de zuurkast van het laboratorium wordt afgevoerd.
Deze oplossing is geïnstalleerd in enkele van de modernste onderzoeksinstituten van Europa, evenals in laboratoria van toonaangevende voedingsproducenten.
*J A Teixeira da Silva, Room temperature in scientific protocols and experiments should be defined: a reproducibility issue, BioTechniques 70: 307–308 (June 2021)
