Het forskning får kyla till max

Europas största forskningsanläggning för synkrotronljus behöver inget värmesystem. Processen är så värmealstrande att det räcker med kylsystem. Anläggningen beräknas leverera överskottsvärme till fjärrvärmenätet.

Tiden det tar att torka av de gula lånestövlarna blir allt längre, ju längre in på området vi kommer. Anledningen – byggnadernas golv är i princip helt nylagda, markarbetena är inte klara och de nya, fina lokalerna vill man inte smeta ner med lera från Lund. Platsen är en före detta åker i utkanten av lärdomsstaden. Här håller Max IV-laboratoriet, en forskningsanläggning på drygt 15 hektars yta, på att uppföras. I laboratoriet ska forskarna avslöja detaljer om naturens allra minsta byggstenar. Anläggningen ser i princip ut som ett jättelikt förstoringsglas sett uppifrån. Här kan man med hjälp av extremt korta pulser av elektroner vars riktning böjs av magneter, få fram så kallat synkrotronljus vilket kan användas som bland annat röntgenljus.

Max IV-laboratoriet består av ett flertal byggnader. Huvudbyggnaderna är en startbyggnad, en acceleratorbyggnad, en slutbyggnad, en byggnad för en liten lagringsring och en byggnad för den stora lagringsringen samt en kontorsbyggnad. Den stora ringens innergård har en omkrets på 528 meter, en meter längre än Colosseum i Rom. Ytterväggen är 700 meter lång. Till det finns det ett flertal teknikbyggnader. På elsidan en mottagningsstation för högspänning på 20 MVA med 11 tillhörande transformatorstationer. På vvs-sidan en energicentral för produktion av kyla samt mottagning och avlämning av fjärrvärme, och två undercentraler som distribuerar kyla och värme till de olika byggnaderna. Byggnaderna ägs av av ML4, ett fastighetsbolag som bildats särskilt för projektet och som ägs till hälften var av Peab respektive Wihlborgs, medan Lunds universitet är hyresgäst och står för inredning och utrustning av lokalerna. Lunds universitet har genom MaxLab också varit engagerat i byggprocessen bland annat genom att ta fram specifikationerna för lokalerna och granska handlingar.

I slutet av september 2013 blev den första etappen klar. Den omfattar startbyggnaden, acceleratorbyggnaden och slutstationen samt energicentralen och de två undercentralerna som förser olika delar av MaxLab lV med värme och kyla. Den mesta el som levereras till anläggningen kommer att användas för den forskning som ska bedrivas. Forskningen leder till att en stor mängd värme att uppstår, som måste kylas bort. Till största delen kommer denna värme att kunna tas tillvara i det kylsystem som nu installeras. Endast en mindre del kommer att kylas bort med fläktluftkylare. Det som är unikt för anläggningen är att från energicentralen ut till undercentralerna finns inget speciellt värmesystem utan endast tre kylsystem. Kylsystemen är uppbyggda kring tre olika kylsystem för processen, med olika fram- och returledningstemperaturer i varje system beroende på vad som ska kylas. Kylan distribueras från energicentralen via ett kulvertnät ut till undercentralsbyggnaderna. Det ena kylsystemet har en temperatur ut från energicentralen på cirka +48 °C. Det är detta kylsystem som även används vi uppvärmning av byggnaderna. Dimensionerande temperatur på värmesystemen är 45/35 °C. När hela anläggningen tagits i drift kommer den i princip att vara oberoende av köpt värme. Istället säljer man värme till Kraftringens (före detta Lund Energi) fjärrvärmenät. Den tid då man räknar med att köpa in fjärrvärme är då anläggningen behöver ställas av för service, samt vid eventuella köldknäppar. För det fall då anläggningens värmebehov överstiger vad spillvärmen kan ge finns fjärrvärme som då värmer ett av de utgående kylsystemen till cirka +48 °C. Varmvatten förvärms via återvunnen värme och temperaturhöjs i varmvattenberedare med hjälp av elpatron. Normalt används VVC-system, men i en del av kontorshuset har det ersatts med en lokal varmvattenberedare.

För alla installationer gäller mycket hårda vibrationskrav, vibrationen får i vissa delar av lokalerna vara maximalt 25 nanometer (0,000 000 025 meter) för att undvika att forskningsresultaten påverkas. Det har gjort att man avvibrerat i fästpunkterna på marken, men också hängt upp anslutningar till både pumpar och ventilationsaggregat i gummislangar, vilket ska minska risken att pulsationer som skapas av pumparna orsakar vibrationer i anläggningen. Det är också förberett för att hänga upp pumpar och ventilationsaggregat i taket. Mätningar inne på området har dock visat att vibrationer kan uppstå utanför tomtliv.
– Det har kunnat konstateras att dräneringspumpar i anläggningar utanför Max lV har märkts här inne, men det är inte mycket vi kan göra åt, konstaterar installationssamordnaren Mats Bondesson Manelli, VVS Projektutveckling i Helsingborg AB.

Vid besiktningen av etapp ett hittades faktiskt inga fel alls i entreprenaderna för rör, ventilation, styr och yttre VA, något som Mats Bondesson Manelli förklarar med bra förarbete och att entreprenörerna tar stort eget ansvar för kvaliteten. Han började i projektet sommaren 2010 och har varit med som projekteringssamordnare för att nu också vara installationssamordnare för montaget.
– Vi har arbetat mycket med att i inledande skede hitta och eliminera kollisioner och liknande och att från projekteringsstart arbeta rätt med att skapa bra systemhandlingar och väl genomarbetade principschema med bland annat ett enhetligt beteckningssystem för vvs- och styrentreprenaderna samt långt framdriven ritningsgranskning i 3D, säger han. På arbetsplatsen finns också möjlighet att se ritningarna i 3D i mobila datorer, dels i form av fyrfärgsplanscher, dels i form datoranimeringar, där installatörerna kan se hur olika rör, kanaler och elkablage ska dras. Mats Bondesson Manelli understryker också att förbesiktningarna har haft betydelse då entreprenörerna har kunnat beta av de fåtal fel som funnits.
– Besiktningsmannagruppen har varit med från början och gör hela tiden förbesiktningar, när en del är klar. Den delen får sedan vara mall för resten av montaget, säger Mats Bondesson Manelli.

På den stora ringens innergård kommer det att finnas fem ställverk som matar den stora lagringsringen, i vilken elektronerna cirkulerar med nästintill ljusets hastighet. Den värme som då alstras kyls bort med de tre olika kylsystemen. Ett kylsystem, K9, är ett normalt klimatkylsystem (9/17 °C) medan process systemen, K25 (25/35 °C) och K50 (50/70 °C) kyler olika processutrustningar. Enligt Mats Bondesson Manelli är temperaturgränsen i forskningszonen i den stora ringen satt till -/+ en grad från golv till tak (fem meter), för att forskarna ska få en så korrekt mätning som möjligt. Det ställer stora krav på konstanthållning av luftens temperatur. Hela detta utrymme är klimatiserat med tilluft som tillförs rummet med textildon, monterade i taket. För att klara detta finns 20 klimataggregat med en kapacitet på 3 600 l/sekunden per aggregat.
– Vi har gjort omfattande CFD-modelleringar och rökförsök för att kontrollera att våra konstruktioner lever upp till klimatkraven, konstaterar Mats Bondesson Manelli. Några krav på relativ fuktighet eller partikelhalter är det dock inte, utom i en del av de laboratorier som byggs i den stora ringen. Dessa har egna befuktningsaggregat och luften tillförs filtrerad av F9 filter via egna cirkulationsaggregat.

Enligt Mats Bondesson Manelli har en förutsättning för projektet varit att MaxLab haft egna projektörer som har jobbat med forskarna på Lunds universitet för att ta fram alla grunduppgifter genom hela processen.
– Det är viktigt att de ingångsdata som vi ska bygga efter är korrekta. Till en början har forskarna försett projektgruppen med principscheman med processflöden och anslutningspunkter. Utifrån det har vi konstruerat och byggt anläggningen. MaxLab har också gjort egna motkalkyler, baserade på de systemhandlingar som entreprenörerna tagit fram. Sedan har forskarnas kalkyler och entreprenörernas kalkyler jämförts, så att parterna kan enas som en gemensam uppfattning om rätt kalkylsumma. Om några år kommer nästa stora forskningsbyggnad sannolikt att vara under uppförande, nämligen European Spallation Source (ESS) som blir en nära granne till Max lV laboratoriet. Även ESS kommer att bli både kund och leverantör av värme till Kraftringen. ESS är avsett att bli en sameuropeisk forskningsanläggning och kommer att användas inom en rad vetenskaper, såsom materialvetenskap, strukturkemi, biologi och geofysik.

Text Mark Kretz, Energi & Miljö nr 3 2014 sidan 32-35

 

FAKTA: Bygget
Byggherre: Fastighets AB ML4 (Peab och Wihlborgs)
Brukare: MaxLab, Lunds universitet
Totalentreprenör: Peab Värme
Sanitetsentreprenör: Imtech VS–teknik
Ventilationsentreprenör: Imtech Ventilation
Styrentreprenör och styrprojektör: Bastec AB
VVS-projektörer: Cowi och Ramböll Byggkostnad: cirka 1,6 miljarder (exklusive installation av forskarnas utrustning)

FAKTA: om Max lV
Max IV ger synkrotronljus med hög elektromagnetisk energi via en 250 meter lång linjär accelerator (Linac) ”förstoringsglasets handtag”. I Linacen uppnår elektronerna en hastighet nära ljusets. De förs in i lagringsringar (liten 1,5GeV och stor 3,0GeV) varefter deras bana böjs av med hjälp av kraftfulla magneter. Vid avböjningen avger elektronerna så kallade synkrotronljus, ett oerhört intensivt ljus med den speciella egenskapen att det är lika energirikt i alla våglängder.

Ljuset leds till forskningsstationerna genom särskilda strålrör som ansluts på olika punkter längs ringen och som har konstruerats för specialiserade ändamål. Det är där forskningen sker kring bland annat nya material för exempelvis batterier, solceller, lysdioder och liknande. Anläggningen är den fjärde i en rad laboratorier som har föregåtts av Max I, Max II samt Max III.

Max IV är planerat att invigas 21 juni 2016 och kommer att kunna ta emot cirka 2 000 forskare, varav en stor del utländska. MAX IV anläggningen innehåller två lagringsringar – den mindre MAX IV 1.5 GeV-ringen med en omkrets på 96 m och den stora MAX IV 3 GeV-ringen med en omkrets på 528 meter.