EnergieForum Berlin. Büro und Verwaltung. Portrait Nr. 16. Institute, Schulen und Hochschulen. Verkaufsstätten. Produktionsstätten

Transkript

1 Portrait Nr. 16 EnergieForum Berlin Büro und Verwaltung Institute, Schulen und Hochschulen 16 Hotels und Gastronomie Integraler Entwurfsprozess Simulation Erhöhter Wärmeschutz Passive Kühlung Atrium Solarthermie Solarstrom Erdwärme-, Erdkältenutzung Heil- und Pflegeeinrichtungen Produktionsstätten Verkaufsstätten Tageslichtnutzung Wärmerückgewinnung Kraft-/Wärme- Kopplung Wärme-/Kälte- Verbund Wärmepumpe Förderung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit (BMWA) Gebäudeautomation Biomassenutzung Regenwasserkonzept Baustoffökologie

2 Projektportrait Besonderheiten Das Energieforum Berlin im Zentrum Zukunftsenergien bietet Geschäftsräume für Produktund Dienstleistungsanbieter aus dem Bereich der Umwelt- und Energietechnik. Die Lage in einem städtischen Entwicklungsgebiet direkt gegenüber dem Ostbahnhof in Berlin-Friedrichshain gewährleistet eine gute Anbindungen an das städtische Verkehrsnetz. Der Gesamtkomplex teilt sich in ein denkmalgeschütztes Magazingebäude und zwei L-förmige Seitenflügel auf, dazwischen befindet sich ein Atrium. Das Gebäude wird vom Stralauer Platz über eine in das Atrium führende Eingangsröhre, dem Kaleidoskop, bzw. von der Spreeuferseite her direkt durch das Atrium erschlossen. Magazin Insgesamt bietet das Gebäude Raum für ca. 800 Arbeitsplätze, die Flächen können achsbezogen (1,3 m) je nach Bedarf unterteilt werden. Das rund 1200 m 2 große Atrium kann für Großveranstaltungen wie Messen und Kongresse genutzt werden, im EG stehen angrenzend an das Atrium Tagungsräume zur Verfügung. Der Einsatz von Komponenten der Niedrigenergie- und Solartechnik unterstreicht die Gebäudenutzung durch Firmen im Bereich der Umwelt- und Energietechnik. Der Neubau ist auf 190 ca. 8,5 m tiefen Ortbetonpfählen gegründet, welche als Energiepfähle genutzt werden. Die Energiepfähle und eine Nachtlüftung der Büros durch automatisch öffenbare Fenster und Lüftungsklappen decken den gesamten Kältebedarf des Gebäudes. Alle zwei Wochen finden Treffen zwischen Betreiber, Eigentümer und Monitoringteam statt, Erkenntnisse aus dem Gebäudemonitoring können so direkt umgesetzt und somit der Nutzerkomfort verbessert und der Energieverbrauch reduziert werden. Ein im Atrium angebrachtes Display informiert die Besucher über die aktuellen Wetterdaten und Energieverbräuche des Gebäudes sowie über das Energiekonzept und dessen Komponenten. Das Planungsteam des Gebäudes erhielt für die besondere, innovative Planungsleistung auf dem Gebiet der Bauphysik und der Energietechnik den Bauphysikpreis 2003 (Auslober: Verlag Ernst & Sohn, Berlin). Zusätzlich fand das Projekt bereits ein breites Echo in den Medien. Atrium N Abb. 1: Grundriss 2.OG Abb. 3: Luftbild des Gebäudes Abb. 2: Querschnitt 2

3 Gebäudeinformation Erste Erfahrungen Das bestehende Magazingebäude wurde saniert. Dabei wurde das Dach erneuert und mit einer Aufsparrendämmung ausgeführt. Das zwischen 60 und 90 cm dicke Mauerwerk wurde mit einer 8 cm dicken Innendämmung sowie einer adaptiven Wasserdampfsperre versehen, zusätzlich wurden neue Fenster mit Zuluftelementen eingesetzt und eine Abluftanlage mit Wärmepumpe eingebaut. Der Neubau ist in Massivbauweise mit Flachdecken und durchgehenden Rundstützen aus Stahlbeton errichtet. Während die Ost- und Westfassade als Lochfassade mit vorgehängten Metallelementen ausgebildet ist, setzt sich die Streifenfassade der Süd- bzw. Atriumsseite aus elementierten Pfosten-Riegelkonstruktionen zusammen. Das Dach der Seitenflügel ist als geneigtes Flachdach aus wasserundurchlässigem Beton mit Wärmedämmung aus extrudiertem Polystyrol ausgeführt (Kaltdach). Die Dachkonstruktion des Atriums besteht aus einer tragenden Konstruktion aus Stahlfachwerkbindern. Das Atriumdach ist mit einer farbneutralen Sonnenschutzverglasung (τ > 65 %, g-wert 34 %) verglast. Das Gebäude wurde im Sommer 2003 den Nutzern übergeben. Der Vermietungsstand liegt derzeit (Sommer 2004) bei rund 65 %, was angesichts des hohen Leerstandes der Büroimmobilien in Berlin ein guter Wert ist. Die im Herbst 2003 begonnene Messdatenerfassung wies einen relativ hohen Heizwärmebedarf von 50 kwh/(m 2 a) aus. Grund dafür waren fehlende Zeitprogramme der Lüftungsanlagen und Probleme mit der Wärmerückgewinnung. Nach Berechnungen kann bei einer korrekten Funktion der Lüftungsanlage der angestrebte Heizwärmebedarf erreicht werden. Nutzung Nutzungszeiten Mo-Fr 7-19 Uhr, Anzahl der NutzerInnen 800 Fertigstellung Sommer 2003 Baukörper Geschosse 6-8 mittlere Raumhöhe (NRI/NGF) 5,6 m A/V-Verhältnis 0,15 m -1 Flächen und Volumen, DIN 277 Volumen Flächen Kosten BruttoRaumInhalt m 3 NettoGrundFläche m 2 HauptNutzFläche m 2 Bauwerkskosten Brutto, Stand Kostenberechnung Wärmeschutznachweis Bauteil U-Wert W/(m 2 K) Außenwände 0,21 Dach 0,17 Fenster 1,30 Dach Atrium (Rahmen und Verglasung) 1,30 Boden gegen Erdreich 0,30 Mittlerer U-Wert 0,69 Jahresheizwärmebedarf (Q h ) nach WSVO 95 maximal zulässiger Q h /V 16,4 kwh/m 3 a Q h /V vorhanden 8,7 kwh/m 3 a Q h /A n vorhanden 48,8 kwh/m 2 a Unterschreitung von max. zul. Q h um 47 % Fensterflächen West 48% 35% Nord Süd 35% 64% Ost Anteil der Fensterflächen an den Fassadenflächen. In Summe 0,17 m 2 Fensterfläche je m 2 NGF. Im Herbst 2003 wurde die Wärmepumpe der Energiepfahlanlage in Betrieb genommen. Zu Beginn des Wärmeentzugs lag die Temperatur der Wärmelieferung aus dem Erdreich bei ca. 15 C und sank bis zum Frühling auf 6,3 C, womit sich das Erdreich für die Kühlung in der Sommerperiode regeneriert hat. Die im Messzeitraum entzogene Wärmemenge überschreitet mit 135 MWh die prognostizierte Wärmemenge um 42 %, da das Erdreich andere thermische Eigenschaften (Wärmekapazität) aufweist, als in den Simulationen angenommen. Da entgegen der ursprünglichen Planung die Energiepfahlwärmepumpe im Winter 2002/2003 nicht in Betrieb und das Erdreich nicht ausreichend abgekühlt war, kam es im Sommer 2003 mit seiner extremen Hitzeperiode zu höheren Raumlufttemperaturen als durch die Simulation prognostiziert. Weiter erwies sich die Abstimmung der verschiedenen Systeme zur Gebäudeheizung und Kühlung als problematisch. Basierend auf Messungen und thermischen Simulationen im Rahmen des Gebäudemonitorings wurden Lösungsvorschläge (z. B. neue Regelstrategien) erarbeitet, die ab Herbst 2004 umgesetzt werden. Bezug Baukonstruktion Technische Anlagen Bauwerkskosten DIN 276: KG 300 DIN 276: KG 400 KG 300+KG 400 BruttoRaumInhalt 204 /m 3 83 /m /m 3 DIN 277 NettoGrundFläche /m /m /m 2 DIN 277 3

4 Energiekonzept Abb. 4: PV-Paneele auf der Fassade Das EnergieForum, Alt- und Neubau, ist in Niedrigenergiebauweise errichtet, dabei unterschreitet er die Anforderungen der zur Bauzeit gültigen WSVO 95 um 47 %. Das Gebäude ist durch das Atrium sehr kompakt und erreicht ein A/V-Verhältnis von nur 0,15 1/m. Der Heizwärmebedarf wird zu rund 85 % über Fernwärme gedeckt, die restlichen 15 % der Heizwärmeversorgung übernimmt eine Kompressions-Wärmepumpe in Verbindung mit 190 Energiepfählen. Das Erdreich wird über die Gründungspfähle als saisonaler Niedertemperatur-Wärme-/Kältespeicher genutzt. Tab. 1: Kennwerte der Energieversorgung m 2 Strom Wärme Kälte kw kw kw Fernwärme 885 Wärmepumpe Abluft (Altbau) 14,4 45,8 Wärmepumpe Energiepfähle 19,0 106,8 Energiepfähle 87,8 150 Solarstromanlage Brennstoffzelle (Vorhaltung) 4,6 7 Spez. Leistung in W/m 2 NGF 53,3 7,1 Wärmerückgewinnung PV- Generator Rund 10 % des Stroms für den Gebäudebetrieb erzeugt die Solarstromanlage, die auf eine maximale Leistung von 55 kwp ausgelegt ist und damit einen jährlichen Energieertrag von 45 bis 48 MWh erreichen soll. Dies wird durch erste Messergebnisse bestätigt. Netzstrom Erdgas Fernwärme Brenn stoffzelle Altbau Abluftwärmepumpe Wärmepumpe Erdwärmesonden Sorptionsrad Strom Kälte Wärme Ein Brennstoffzellen-BHKW mit rund 5 kw elektrischer Leistung, dessen Einbau geplant ist, hat in erster Linie Demonstrationscharakter und deckt nur einen sehr geringen Teil des Strom- und Wärmebedarfs des Gebäudes. Der Großteil des Energiebedarfs für die Elektrizität wird aus dem öffentlichen Stromnetz bezogen. Abb. 5: Energieversorgung Solarkollektor Abb. 6: Energiekonzept, Winterfall Abb. 7: Energiepfähle 4

5 Gebäude- und Technikkonzept Abb. 8: LED-Anzeigen in den Büros Lüftung und Heizung Winter (ϑ amb,72h < 10 C) Die beiden Flügel des Neubaus werden über zwei Zu-/Abluftanlagen mit Rotationswärmetauscher (Wärmerückgewinnungsgrad 75 %) belüftet. Der Heizwärmebedarf wird über Niedertemperaturheizkörper gedeckt. Bei tiefen Außenlufttemperaturen wird zur Grundlastdeckung die Betonkerntemperierung (BKT) der Geschossdecken zugeschaltet. Über 190 jeweils 8,5 m lange Gründungspfähle (Durchmesser: 0,5 m) wird dem Boden mittels einer Wärmepumpe Wärme entzogen und über die BKT mit einer zwischen 20 und 26 C gleitenden Vorlauftemperatur zur Raumheizung genutzt. Die Zu- und Abluftklappen des Atriums sind bei Außenlufttemperaturen unter 15 C und Windgeschwindigkeiten ab 8 m/s geschlossen. Das Atrium wird mit einer Fußbodenheizung auf 15 C temperiert. Übergangszeit (12 C < ϑ amb,72h < 18 C) Die Lüftungsanlagen im Neubau sind nur dann in Betrieb, wenn dies energetisch sinnvoll ist. Sind die Lüftungsanlagen ausgeschaltet, so gibt eine LED-Anzeige grünes Licht für die Fensterlüftung. Die BKT zum Heizen ist deaktiviert, die Heizkörper können zugeschaltet werden. Abhängig von Außen- und Bürotemperatur wird die automatische Nachtlüftung ausgelöst. Eine nächtliche Querlüftung der Büros von der Umgebung ins Atrium (dort über Abluftklappen) ist möglich. BKT ohne (Sommer)/ mit (Winter) Wärmepumpe Sommer (ϑ amb,72h > 18 C) Die Büros und das Atrium werden natürlich belüftet. Die Nachtlüftung wird abhängig von der Außenluft- und der Bürotemperatur ausgelöst. Abhängig von der Außentemperatur wird die BKT (Vorlauf 18 C) zur Abführung der Wärmelasten aktiviert. Dazu werden die hydraulischen Kreise der Energiepfahlanlage und der Geschossdecken über einen Wärmetauscher direkt gekoppelt. Das Erdreich wird so als Wärmesenke genutzt, im Laufe des Sommers steigen die Erdreichtemperaturen im Bereich um die Pfähle auf bis zu 15 C. Für die Kühlung des geplanten Gastronomiebereichs im südwestlichen Kopf des Neubaus ist eine solarunterstützte sorptive Kühlung über die Zuluft mit den entsprechenden technischen Vorhaltungen vorgesehen. Für die zusätzliche Kühlung der Serverräume wird ein Kaltwassernetz (6/12 C) vorgehalten. Automatische Nachtlüftung über Fensterklappen Regelung über Präsenzmelder Tageslicht und Beleuchtung Alle nach Süden, Osten und Westen orientierten Fenster sind mit einer farbneutralen Sonnenschutzverglasung (g = 34 %, τ = 68 %) versehen. Der innenliegende Sonnenschutz an der Westfassade ist zweigeteilt. Das obere Drittel dient der Tageslichtlenkung, der untere Bereich hat einen perforierten Sonnen-/Blendschutz. An der Süd- und an der Ostfassade werden innenliegende Retrolux und Retroflexlamellen eingesetzt, die im Winter die Solarstrahlung in den Büroraum lenken und im Sommer in die Umgebung reflektieren. Ein Sichtkontakt nach außen ist bei beiden Systemen möglich. Die Beleuchtung (Direkt-/ Indirekt-Leuchten) wird fassadenseitig über Kunstlichtsysteme mit einem EVG und einer Konstantlichtregelung realisiert. Die zweite hintere Leuchtenreihe der Büros wird manuell zugeschaltet. Abb. 9: Innenliegender verspiegelter Sonnen- und Blendschutz in den Büros Manuelle Schaltung Tageslichtabhängige Kunstlichtregelung Lamellen ganzjährig heruntergefahren, bei Horizontalstellung weiter Sichtverbindung nach außen natürliche Lüftung (Sommer) 65 % indirekte Beleuchtung Lichtreflexion Flur Luftwechsel: 4 m 3 /hm 2 Büro LED-Anzeige Fensterlüftung sinnvoll ja/nein Heizkörper mit Themostatventil 3,0 m 35 % direkte Beleuchtung Flur: 105 Lux 500 Lux 9,7 W/m 2 15,0 W/m 2 Flur Büro Mechanische Zuund Abluft (Winter) Wärmerückgewinnung Fortluft Zuluft 1,8 m Abb. 11: Beleuchtung der Büros 5,7 m Abb. 10: Das Lüftungskonzept der Standardbüros 5

6 Impressum Projektteam SolarBau: MONITOR Dieses Dokument wurde im Rahmen des Begleitforschungsprojekts»SolarBau: MONITOR«erstellt. Die Begleitforschung dokumentiert, analysiert und kommuniziert die Ergebnisse der Neubau- Demonstrationsprojekte des Förderkonzepts Energieoptimiertes Bauen des BMWA Verantwortung für Faltblatt: Bergische Universität Wuppertal Kontaktadresse: Gesamtverantwortung und Koordination Dokumentation und Analyse Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Herr Herkel Heidenhofstr Freiburg Telefon (0761) Telefax (0761) herkel@ise.fhg.de Universität Wuppertal Herr Prof. Dr.-Ing. Voss Fachbereich Architektur Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Pauluskirchstr Wuppertal Telefon (0202) Telefax (0202) kvoss@uni-wuppertal.de Kommunikation sol id ar Architekten und Ingenieure Herr Dr. Löhnert Forststr Berlin Lehre, Aus- und Weiterbildung Universität Karlsruhe Herr Prof. Wagner Fakultät Architektur Fachgebiet Bauphysik und Technischer Ausbau (fbta) Englerstr Karlsruhe Projektförderung Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit BMWA über Projektträger PTJ Herr Kratz Forschungszentrum Jülich GmbH Jülich Abbildungsnachweis Titel: Institut für Gebäude- und Solartechnik, TU- Braunschweig (IGS) Abb. 1-2: Bothe, Richter,Tehrani / Jentsch Architekten Abb. 3: Dr. Valentin Energiesoftware GmbH Abb. 4, 6-9: Institut für Gebäude- und Solartechnik, TU-Braunschweig (IGS) 1. Auflage, 2004 Besuchen Sie uns im Internet Team Bauherr HANSEATICA Sechzehnte Grundbesitz Investitionsgesellschaft mbh & Co.KG Vertretung durch die HPE Development GmbH als Geschäftsbesorger Ansprechpartner: Herr Hempel Friedrichstr Berlin Architektur Altbau Jentsch Architekten Ansprechpartner: Herr Jentsch Comeniushof Gubenerer Str Berlin Entwurf Neubau Bothe Richter Teherani Ansprechpartner: Herr Richter Holzdamm Hamburg Bauleitung Werner Jahn Guido Jahn freischaffende Architekten Ansprechpartner: Herr Jahn Düsterhauptstr Berlin Tragwerksplanung Neubau Pichler Ingenieure GmbH Ansprechpartner: Herr Saradshow Giesebrechtstr Berlin Brandschutz Hosser, Hass & Partner Ansprechpartner: Herr Kiel Am Bruchtor Braunschweig Technische Gebäudeausrüstung Winter Beratende Ingenieure für Gebaudetechnik GmbH Ansprechpartner: Herr Schultz EnergieForum Berlin Stralauer Platz Berlin-Friedrichshain Energiekonzept, Simulation, Bauphysik, Schallschutz, Akkustik, Planung Brennstoffzelle und solare Kühlung Steinbeis-Transferzentrum Energie-, Gebäude- und Solartechnik Ansprechpartner: Herr Prof. Dr.-Ing. Fisch, Herr Himmler Heßbrühlstr Stuttgart Monitoring TU Braunschweig Institut für Gebäude- und Solartechnik (IGS) Ansprechpartner: Herr Prof. Dr.-Ing.Fisch, Herr Himmler Mühlenpfordtstr Braunschweig Tel Fax: fisch@igs.bau.tu-bs.de robert.himmler@igs.bau.tu-bs.de Internet: Förderung Monitoring: ,69 Laufzeit: bis Projektadresse EnergieForum Berlin im Zentrum Zukunftsenergien Stralauer Platz Berlin-Friedrichshain Bauherr Architektur Bauleitung Tragwerk TGA Energiekonzept Bauphysik Simulation