Mezinárodní výzkumné laserové centrum ELI v Dolních Břežanech

V Dolních Břežanech, nedaleko historického centra obce, v blízkosti radnice a zámku, vznikla dvě výzkumná centra, zaměřená na využití laserů. Prvním z nich je Centrum Hi-lase, v minulém roce pak byl dokončen objekt Mezinárodního výzkumného laserového centra ELI Beamlines, jejímž investorem je Fyzikální ústav Akademie věd ČR.

Pro upřesnění: ELI znamená Extreme ­Light Infrastructure, což je název projektu, směřujícího k vybudování centra pro základní a aplikovaný výzkum, využívající nové generace laserů. Předpokládá se, že v průběhu tohoto roku se v Dolních Břežanech instaluje laser, který bude nejvýkonnějším zařízením tohoto typu na celém světě (podle neoficiálních zpráv je zařízení již dokončeno a přepravováno na místo určení). Očekává se, že špičkové zařízení umožní posunout hranice vědeckého poznání v této oblasti mimo jiné i proto, že tu budou pracovat mezinárodní vědecké týmy. 

Koncepční přístup k projektu
Areál vznikl na kontaminovaných pozemcích bývalého zemědělského družstva – jednalo se v podstatě o klasický brownfield. Nově vzniklý komplex budov spolu s parkovými úpravami a navazující dopravní infrastrukturou přispěl ke zkvalitnění této poněkud zanedbané lokality v obci.

Centrum ELI se skládá ze sedmi objektů: vstupního atria, kancelářské budovy, polyfunkční budovy zahrnující knihovnu, přednáškový sál a učebny, laserové a laboratorní budovy, objektu technologie chlazení a hospodářství technických plynů. Je zřejmé, že se autorovi projektu podařilo koncepčním přístupem rozčlenit rozsáhlý stavební program tak, že proporce nové stavby jsou v souladu s měřítkem okolních objektů. Sjednocujícím prvkem celého areálu je subtilní kovová stínicí konstrukce, která je reminiscencí velmi krátkých laserových pulsů. Svými clonicími lamelami přispívá ke zvýšení kvality vnitřního prostředí v objektu. Obávám se ale, že tento typ konstrukce bude v zimním období s větší výškou sněhové pokrývky přinášet určité komplikace, především v oblasti hlavního vstupu do budovy. 

Extrémní požadavky na kvalitu stavby
Nejdůležitější, technicky nejzajímavější a projekčně i technologicky nejsložitější částí areálu je laserová hala, označovaná jako objekt SO 02. Má dvě podzemní podlaží s půdorysem 110 x 65 metrů a čtyři nadzemní podlaží s půdorysnými rozměry 80 x 48 metrů. V podzemní části budovy je šest experimentálních laboratoří, v nadzemní části jsou laboratoře čtyři – vzhledem k jejich konstrukční výšce, která činí 7,60 metru, zabírají vždy dvě podlaží. 

Laserová technologie vyžaduje naprosto spolehlivé vyloučení jakýchkoliv pohybů konstrukce, do níž jsou prvky laserových komponentů fixovány. Proto je větší část laboratoří umístěna v podzemí, kde jsou nosné konstrukce v bezprostředním kontaktu se skalním podložím. Důvodem tohoto řešení byly i extrémní požadavky na ochranu proti vibracím a odstínění elektromagnetického a ionizujícího záření, které je doprovodným jevem všech laserových experimentů. Proto je také část stínicích konstrukcí realizována ve formě železobetonových monolitických stěn či stropů s tloušťkou až 1,60 metru, zhotovených navíc ze speciální betonové směsi s garantovanou minimální objemovou hmotností 2320 kg/m³.

Konstrukční řešení
Laserová hala byla vybudována na základové desce o tloušťce 700, respektive 800 mm, v místech pod stěnami a sloupy zvětšené na 1000 mm. Vzhledem k tomu, že hladina podzemní vody dosahuje až do výše 7,0 metru nad úroveň základové spáry, je základová deska kotvena do skalního podlaží systémem tahových mikropilot pod obvodovými stěnami. S ohledem na zvýšené požadavky na hydroizolační bezpečnost podzemních konstrukcí byl do spodní vrstvy základové desky použit beton s krystalizační přísadou v množství 3,5 kg/m³ a polypropylenovými vlákny délky 12 milimetrů v rozsahu 0,6 kg/m³. Polypropylenová vlákna byla přidávána i do betonové směsi, použité pro všechny masivní konstrukce stavby – důvodem tohoto opatření bylo snížení rizika vzniku trhlin.

Na beton se kladly i další požadavky: pro zajištění tuhosti konstrukce byl vyžadován minimální modul pružnosti betonu E = 35 GPa, z důvodu minimalizace rizika vzniku trhlin byla během tuhnutí a tvrdnutí betonu sledována teplota betonové směsi v jádru masivních konstrukcí, která nesměla přesáhnout hodnotu 55 °C, přičemž maximální rozdíl teplot mezi povrchem a jádrem konstrukce byl předepsán na úrovni 25 °C. Přesně byla stanovena i technologická opatření při realizaci betonových konstrukcí, jako je minimální doba pro odbednění jednotlivých prvků (tři dny) a způsob a doba ošetřování odbedněných konstrukcí.

V celém areálu bylo použito 14 500 m³ betonu pevnostní třídy C40/50 s minimální dávkou cementu 300 kg/m³ a maximální hodnotou vodního součinitele 0,55. Optimalizace betonové směsi umožnila betonovat tlusté desky na jeden záběr. Nevznikala tak problematická pracovní spára jako v případě, kdy se kvůli enormnímu vývoji hydratačního tepla takové konstrukce betonují po částech – to se nepříznivě projevuje i prodloužením doby výstavby. 

Vysoké nároky na vnitřní prostředí
Laserová technika klade vysoké nároky i na parametry vnitřního prostředí experimentálních prostorů. Je vyžadováno čisté prostředí s omezeným počtem prachových částic, které by mohly být příčinou poškození zrcadel, používaných ve zlomových bodech dráhy laserového paprsku – ten se pohybuje ve speciálních dvouplášťových vakuovaných pouzdrech. Ve všech sledovaných prostorech je přesně řízena jak hodnota teploty vzduchu (s tolerancí ±0,5 °C), tak jeho vlhkost (s tolerancí ±5 %) a přetlak vůči sousedícím místnostem (s přesností řádově v jednotkách Pa). Vstupy do prostorů s laserovou technologií jsou vedeny přes přechodové komory, vybavené vzduchovými sprchami. Do specializovaných prostorů je vstup povolen pouze omezené skupině pracovníků.

Vzhledem k tomu, že celkový objem čistých prostorů centra činí neuvěřitelných 43 000 m³, je celkový průtok vzduchu vzduchotechnickými zařízeními udáván jako 1 600 000 m³ za hodinu, přičemž zhruba jeden milion kubických metrů za hodinu je výkon cirkulačních vzduchotechnických zařízení, čistících vzduch pomocí hepa filtrů. Pro udržení přesných tlakových poměrů je vzduchotechnický systém vybaven referenčním potrubím nulového tlaku. 

Kromě centrálního rozvodu technických plynů a rozvodů vakua, běžně se vyskytujících v laboratořích obdobného typu a zaměření, je v objektu po technické stránce zajímavé chlazení laserové techniky demineralizovanou vodou, která je připravována reverzní osmózou. Rozvod upravené vody zajišťuje potrubí z nerezové oceli a systém je schopen v případě výpadku energetické sítě umožnit bezpečné dochlazení celého komplexu technologického zařízení.

Protipožární zabezpečení objektu funguje formou aktivní detekce požáru, kdy vzorky vzduchu jsou přiváděny k detektoru hlásiče kouře, který je z důvodu odstínění elektromagnetických pulzů vždy osazen do chráněného prostoru řídící místnosti. 

František Kulhánek
foto archiv Stavby roku

V roce 2014 získal architektonický atelier Bogle Architects za projekt Mezinárodního výzkumného laserového centra ELI v Dolních Břežanech Cenu festivalu Architecture Week Praha za nejlepší architektonický projekt roku.
Stavba centra ELI získala v soutěži Stavba roku 2016 za vytvoření ojedinělé, technicky náročné stavby se zřetelem k výrazně inovativnímu zpracování železobetonových konstrukcí nominaci na titul Stavba roku a Cenu Ministerstva průmyslu a obchodu ČR.