Fresh Magazing 2019

Mit dem terraXcube per

Mit dem terraXcube per Knopfdruck auf den Mount Everest Von Schneestürmen auf den höchsten Gipfeln bis zur Hitze in Wüstengebieten: der im November 2018 eröffnete terraXcube ist eine weltweit einmalige Umweltsimulationseinrichtung, die die extremen klimatischen Bedingungen des Planeten Erde künstlich, per Knopfdruck für Forschungszwecke simulieren kann. Temperaturen von -40 °C bis + 60 °C, künstliche Sonnenein strahlung, 60 mm Regen pro Stunde, 5 cm Schnee pro Stunde, Windgeschwindigkeiten von bis zu 108 km/h sowie simulierte Luftdruck- und Sauerstoffgehaltbedingungen von bis zu 9000 m Meereshöhe – Künstlich geschaffene Klimabedingungen, mit denen in Bozen ab sofort ein neues Zeitalter der industriellen, medizinischen und ökologischen Forschung gestartet werden kann. Beeindruckendes Umweltsimulationssystem. Der im Bozener NOI Techpark angesiedelte terraXcube besteht aus mehreren Simulationskammern, den sogenannten Cubes. In diesen Cubes, die sich in Größe und Ausstattung unterscheiden, werden Klimabedingungen simuliert, mit dem Ziel den Einfluss dieser Bedingungen auf den Menschen, auf ökologische Prozesse sowie Materialien und Maschinen zu untersuchen. Vor allem für die Forschungsgebiete der alpinen Notfall- und Höhenmedizin und der alpinen Ökologie bietet diese Infrastruktur einen enormen Wert, da der terraXcube die Möglichkeit gewährt Real-Szenarien zu reproduzieren und das in einer sicheren und überprüfbaren Umgebung. Zudem können verschiedene Umweltparameter gleichzeitig repliziert werden, wodurch es möglich ist Ökosysteme zu untersuchen, mit einer Genauigkeit, wie sie nur modernste Labore gewährleisten. Des Weiteren gewährt der terraXcube für die Industrie umfassende Möglichkeiten Produkte, Materialien und Maschinen extremen Bedingungen auszusetzen, um Haltbarkeit und Funktionalität zu prüfen und gegebenenfalls zu verbessern. Herzstück des Large Cubes im Erdgeschoss ist der 360 m³ große Simulationsraum, der sich für komplexe Tests mit viel Platzbedarf und höchsten technischen Ansprüchen anbietet. Bestehend aus einer Testkammer, Ambulatorium, Kontrollraum sowie einem Schleusenraum mit sanitären Anlagen für die Probanden, bietet dieser Simulationsbereich genügend Raum um humanmedizinsche Studien mit bis zu 15 Personen durchzuführen. Es wird dabei über einen Zeitraum von bis zu 45 Tagen ein klinisches Realtime Monitoring jeder einzelnen Person gewährleistet, um die körperliche Reaktion auf außergewöhnliche klimatische Bedingungen exakt untersuchen zu können. Die Klimakammer kann aber auch dazu verwendet werden, um Anlagen und Aggregate mit großen Abmessungen extremen Umweltbelastungen auszusetzen und ihre Leistungen unter besonders schweren Umweltbedingungen zu testen, beispielsweise Schneeraupen oder ähnliches alpines Equipment. 18

Der Small Cube, im Untergeschoss besteht aus vier kleinen, unabhängigen Simulationskammern, von denen jede die Umweltbedingungen des Alpenraums simulieren kann. Die Testkammern, die über einen gemeinsamen Schleusenraum zugänglich sind, sollen vorwiegend für Langzeitexperimente mit einer Dauer bis zu sechs Monaten und als Labore für die Vorbereitung und Analyse organischer Proben genutzt werden. Hauptsächlich werden die Simulationskammern jedoch für die Agrarforschung eingesetzt. Die Simulationskammern des terraXcube werden somit in Zukunft eine Vielzahl an Erkenntnissen für die Medizin, Landwirtschaft und Industrie liefern. Eurac Research ist die Institution, die hinter der Testinfrastruktur terraXcube steckt. Das private Forschungszentrum mit Hauptsitz in Bozen wurde 1992 als privater Verein mit nur 12 Mitgliedern gegründet. Heute beschäftigt es über 400 Forscher verschiedenster Disziplinen, die sich mit zentralen Herausforderungen unserer Zeit befassen: lebenswerte Regionen zu schaffen, zu einer gesunden Gesellschaft beizutragen und Vielfalt – sozial, kulturell, wirtschaftlich und ökologisch – zu bewahren und zu gestalten. Die Forschungsarbeit knüpft an lokal wichtige Belange an, um dann Lösungen auszuarbeiten, die auch anderswo auf der Welt Anwendung finden können. So entstand die Idee zum terraXcube, dem wohl außergewöhnlichsten Labor des Forschungszentrums. Das einmalige Projekt wurde von der Firma regineering mit Sitz im bayrischen Preith, im Auftrag der Eurac Research, realisiert. regineering verantwortete die Detailplanung, Auslegung und den Bau der gesamten Anlage. Im Juni 2017 wurde begonnen den Rohbau zu errichten und bereits im November 2018 wurde die Anlage pünktlich eröffnet. Das bayrische Unternehmen ist spezialisiert auf Planung und Verwirklichung von anspruchsvollen Sonderprüfständen und Klimakammern. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Konzeption und Realisierung von hochspezialisierten, individuellen Umweltsimulationsanlagen aller Art. Um Projekte wie den terraXcube zu realisieren und Anlagen dieser Art zu bauen, besteht Herzstück des terraXcube im Erdgeschoss ist der 360 m³ große Simulationsraum, der sich für komplexe Tests mit viel Platzbedarf und höchsten technischen Ansprüchen anbietet regineering aus einem hochspezialisierten und diversifizierten Team aus Ingenieuren, Physikern, Planern, Technikern und Monteuren. Individuelle [CF]-Verbund-Systemlösung für Temperaturen und Luftdrücke, wie auf dem Mount Everest. Um den komplexen und individuellen Anforderungen und Zielen des Auftraggebers Eurac Research hinsichtlich der Kühlung gerecht zu werden, greift regineering neben seinen spezialisierten Experten aus den verschiedensten Bereichen auf externe Partner mit hoher Expertise zurück. So arbeitete regineering im Bereich der Kälte-Systemtechnik vertrauensvoll mit dem [CF] Systems- Geschäftsbereich der Christof Fischer GmbH zusammen. Gemeinsam entwickelte regineering und das Team von [CF] Systems ein individuelles Anlagenkonzept – abgestimmt auf die spezifischen Anforderungen des terraXcube, den baulichen Gegebenheiten des NOI Techparks in Bozen-Süd sowie dem Umstand, dass die zum Einsatz gebrachten Luftkühler der Verbundanlage extremsten Drucklagen ausgesetzt sein könnten. Die Verbundsysteme – das Herzstück der Kältetechnik Die drei Verbundsysteme im terraXcube wurden von Fischer Kälte-Klima im Stuttgarter Werk anschlussfertig gebaut und während des Bauprozesses von KKR – Kälte Klima Röhler aus Bozen gemeinsam mit regineering eingebracht. Zum Einsatz kommen im Kältesystem des terraXcube neben einem auf halbhermetischen Bitzer Schraubenverdichtern basierenden R449A Sole-Kühlsatz mit Kelvion Plattenwärmetauscher zwei subkritische CO 2 -Anlagen mit halbhermetischen GEA Bock-Verdichtern. Bei der Projektierung der Verbundanlagen mussten die speziellen Anforderungen der Klimakammer explizit berücksichtigt werden. Das Wechselspiel zwischen unterschiedlichen Drücken und Temperaturen in der Klimakammer beeinflusste vor allem die Auslegung des Luftkühlers entscheidend. So wurden in intensiver Zusammenarbeit der Teams von [CF] Systems und dem Hersteller Walter Roller GmbH sonderangefertigte Verdampfer-Blöcke gefertigt und in der Klimakammer verbaut. Generell wurde ein großes Augenmerk auf die Optimierung der Auslegung der Komponenten gesetzt um ein besonders effizientes Anlagendesign sicherzustellen. Im Sole-Kühlsatz mit einer Kälteleistung von 470 kW bei t 0 =-14 °C wurden zum besseren Teillastverhalten der Anlage zwei Bitzer-Schraubenverdichter des Typs HSK 8551-110 sowie ein weiterer Bitzer-Schraubenverdichter des Typs HSK 7471- 90 anstelle einer Einzel-Verdichter-Lösung verbaut. Höchste Effizienz der NK-Anlage wird durch den Einsatz eines Economizer-Systems bestehend aus einem Plattenwärmetauscher und elektronischem e2v-Expansionsventil von Carel sichergestellt. Durch die Schrittmotorventile von Carel und den eingesetzten EVD evolution-Regler kann die Überhitzung sehr genau gesteuert werden und somit Regelschwankungen, die sich negativ auf die Verdampfungstemperatur auswirken, vermieden werden. Die Soletemperatur des verwendeten Wärmeträgers Antifrogen KF wird durch den Flüssigkeitskühlsatz von -7 °C auf -12 °C gesenkt. Besondere Wirkkraft durch die optimierte Auslegung des Verdampfers als Plattenwärmetauscher zeigt sich bei der Temperaturdifferenz von nur 2 Kelvin zwischen Verdampfungstemperatur (-14 °C) und der Soleaustrittstempe- 19