bob Balanced Office Building

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1 Portrait Nr. 19 bob Balanced Office Building Büro und Verwaltung Institute, Schulen und Hochschulen 19Hotels 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 Bürogebäude BOB ist Teil der Solarsiedlung Schurzelter Winkel am Stadtrand von Aachen ( Es ist eines von zwei Gebäuden, die den Eingang zur Siedlung fassen. Das Gebäude ist mit seinen Hauptfassaden nach Nord-Süd ausgerichtet. Die energiebezogenen Anforderungen, die an die Siedlung gestellt werden, gelten für Wohngebäude. Dies war für die Bauherren, die gemeinsam am Konzept der Siedlung arbeiteten, Anlaß ein Gebäude mit den speziellen Ansprüchen an eine Büronutzung und den energetischen Anforderungen, die für die Siedlung gelten, zu bauen. Die Bauherren sind zugleich Nutzer und Beteiligte des Planungsteams. Ziel der Planung war es, ein Gebäude zu entwickeln, das auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten in der Erstellung und im Betrieb ein Vorbild sein kann. An sich ändernde und steigende Anforderungen der Arbeitswelt soll das Gebäude leicht anpassbar sein. Der Grundriss ermöglicht eine variable Einteilung in mehrere kleine oder wenige große Einheiten. Dies wird durch eine flächenmäßig große Grundeinheit erreicht, die durch leicht versetzbare Trennwände eine Einteilung in mehrere Einzel- und Doppel- sowie Kombibüros ermöglicht. Die Nutzungseinheiten werden über ein gemeinsames Treppenhaus auf der Nordseite des Gebäudes erschlossen. Zurzeit gibt es fünf Nutzungseinheiten mit 90 Arbeitsplätzen. Das Gebäude ist nicht unterkellert und hat mit seinen vier Geschossen eine Nettogrundfläche von m 2. Die Wärmeerzeugung im Winter wird über Erdsonden in Verbindung mit einer Wärmepumpe realisiert. Die Wärme wird allein über Betonkerntemperierung (BKT) und die Zuluft (keine Heizkörper) übertragen. Im Sommer wird die erforderliche Kühlleistung ohne den Einsatz der Wärmepumpe, d. h. nur über die von den Erdsonden gelieferte Kälte, bereitgestellt. Die Übertragung erfolgt auch hier über die BKT. Es gibt nur einen innenliegenden Sonnenschutz. Die BKT erfordert eine möglichst freie Deckenunterseite oder eine größtmögliche freie Umströmung, damit die Wärme und Kälte an den Raum abgegeben werden kann. Bei BOB wurden verschiedene Konzepte der Deckengestaltung angewandt: offene Sicht auf den Beton und die technischen Installationen (Luftkanäle etc.) in repräsentativen Bereichen (Entree und Konferenzräume) wurden abgespannte Segel angebracht. im Mittelbereich wurden abgehangene Decken mit Lochblende an den Seiten installiert. Um auch die Kombizone zwischen den Büros mit Tageslicht zu versorgen, sind die Wände zwischen Büros und Kombizone transparent. Abb. 1: Schnitt (Quelle: Hahn Helten Architekten) N Abb. 2: Grundriss, 2. OG (Quelle: Hahn Helten Architekten) Abb. 3: Lageplan (Quelle: Hahn Helten Architekten) 2

3 Gebäudeinformation Erste Erfahrungen Das Gebäude wurde in Massivbauweise mit einem hohen Grad an Vorfertigung errichtet. Die Struktur des Stahlbeton-Skelettbaus mit tragenden Betonfertigteilfassaden und Innenstützen ermöglichte eine besonders kurze Bauzeit von neun Monaten. Die Verkleidung der Außenwand ist als wartungsfreie hinterlüftete Ziegelplatten-Fassade ausgeführt. Auf der Betonwand ist eine Mineralwolledämmschicht von 20 cm angebracht. Die Fenster der Lochfassaden sind dreifachverglast und haben thermisch getrennte Aluminiumrahmen. Durch den vergleichsweise niedrigen g-wert der Verglasung von ca. 50% und die Kühlung über Betonkerntemperierung wurde auf eine außenliegende Verschattung verzichtet. Es gibt einen innenliegenden Blendschutz. Nutzung Nutzungszeiten Mo-Fr 7-19 Uhr, Anzahl der NutzerInnen 90 Fertigstellung 2002 Flächen und Volumen, DIN 277 Volumen Flächen Baukörper BruttoRaumInhalt m 3 NettoGrundFläche m 2 HauptNutzFläche m 2 Geschosse 4 mittlere Raumhöhe (NRI/NGF) 2,70 m A/V-Verhältnis 0,37 m -1 Kosten Die Materialien der Büroräume sind mit Sichtbetonoberflächen, unverkleideten Decken und teilweise Parkett schallhart. Nadelflies entschärft die Schallsituation allerdings in den meisten Büroräumen. Die Flachdächer sind teilweise extensiv begrünt und im Bereich der Dachterrassen begehbar. Die Gefälledämmschicht ist 12 bis 28 cm dick. Die Luftdichtigkeitsmessung der Gebäudehülle ergab einen n 50 -Wert von 0,3 1/h. Dabei ist eine geschlossene Druckentlastungsluke im Fahrstuhlschacht voraus gesetzt. An einer technisch praktikableren Lösung, die die Luke selbstregelnd öffnet bzw. schließt (z.b. Druckklappe) wird derzeit gearbeitet. Wärmeschutznachweis Bauteil U-Wert W/(m 2 K) Außenwände 0,17 Dach 0,18 Fenster 0,80 Treppenhausverglasung 1,40 Boden gegen Erdreich 0,27 Mittlerer U-Wert 0,48 Jahresheizwärmebedarf (Q h ) nach WSVO 95 maximal zulässiger Q h /V 20,4 kwh/m 3 a Q h /V vorhanden 12,6 kwh/m 3 a Q h /A n vorhanden 39,4 kwh/m 2 a Unterschreitung von max. zul. Q h um 38 % Fensterflächen West 37% 41% Nord 47% 34% Ost Süd Anteil der Fensterflächen an den Fassadenflächen. In Summe 0,15 m 2 Fensterfläche je m 2 NGF. Die Nutzerakzeptanz für das Heiz- und Kühlsystem mittels Betonkerntemperierung ist sehr hoch. Während die Heizfunktion eher als normal betrachtet wird, führt der Effekt der behaglichen Strahlungskühlung zu positiven Rückmeldungen der Nutzer. Die geringe Auslegung der Frischluftmenge von 20 m 3 /hp (unter Berücksichtigung der Gleichzeitigkeit der Büronutzung) hat sich als praktikabel erwiesen. Der Grundluftwechsel, der auch am Morgen oder nach dem Wochenende für frische Luft sorgt und die Tatsache, dass die Nutzer die Fenster zusätzlich öffnen können, wird als angenehm empfunden. Auch bei sehr geringen oder sehr hohen Außentemperaturen hat sich eine längere Fensterlüftung als relativ unkritisch für die thermische Behaglichkeit erwiesen. Die tageslichtlenkenden Jalousien werden positiv aufgenommen, insbesondere die Tatsache, dass es keine alleinige automatische Steuerung gibt und die Nutzer somit den Grad der Blendschutzwirkung und den der Tageslichtlenkung selbst einstellen können. Trotz ausschließlich innenliegender Verschattung war auch in dem extrem heißen Sommer des Jahres 2003 das Raumklima nach Aussagen der Nutzer zufrieden stellend. Diese Aussagen der Bauherren und Nutzer werden im Jahr 2004 durch die ersten Messresultate ergänzt werden. Die tageslichtabhängige Kunstlichtsteuerung in der Kombizone wird durch die Nutzer kaum bemerkt. Durch die Gebäudeleittechnik und das internetbasierte Energiemanagement kann eine weitere Optimierung im Betrieb des Gebäudes vorgenommen werden. Das Gebäude verlangt nach Nutzeraussagen keine hohen Bedienkenntnisse. Bauwerkskosten Brutto, Stand Kostenberechnung Bezug Baukonstruktion Technische Anlagen Bauwerkskosten DIN 276: KG 300 DIN 276: KG 400 KG 300+KG 400 BruttoRaumInhalt 215 /m 3 99 /m /m 3 DIN 277 NettoGrundFläche 770 /m /m /m 2 DIN 277 Das Bauwerk wurde mit einer Anerkennung der Auszeichnung guter Bauten 2003 prämiert (siehe 3

4 Energiekonzept Abb. 4: Einbringen der Erdsonde in das Bohrloch Das Gebäude ist in seinen Hauptbereichen in Anlehnung an die Passivhaus-Bauweise errichtet. Abweichend davon hat beispielsweise die Verglasung im beheizten Treppenhaus einen U-Wert von 1,8 W/(m 2 K), die Fassade einen U-Wert von 0,17 W/(m 2 K) und der Fußboden gegen das Erdreich einen U-Wert von 0,27 W/(m 2 K). Der Baukörper ist kompakt und erreicht ein A/V-Verhältnis von 0,37 m -1. Mit 39,7 kwh/m 2 a liegt der nach WSchVO 95 berechnete Jahres- Heizwärmebedarf um fast 40% unter dem damals zulässigen Wert. Zur Wärme- und Kälteerzeugung werden 28 Erdsonden eingesetzt, die bis in eine Tiefe von 45 m reichen. Dort wird dem Erdreich die benötigte Wärme entzogen und im winterlichen Betrieb durch eine Kompressionswärmepumpe auf Nutztemperaturniveau gebracht. Die Wärmepumpe beschickt einen Liter Pufferspeicher und bringt das Heizwasser auf die erforderliche Vorlauftemperatur von 26 C. Wärmepumpe und Pufferspeicher stehen in einem kleinen Technikanbau neben dem Gebäude innerhalb der thermischen Hülle. Als Wärmeabgabesystem dient eine Betonkerntemperierung (BKT). Die Rohre für die BKT und die Lüftung wurden als Paket mit den Bewehrungsmatten in die Betondecke einbetoniert. Die BKT und die Luft sind das alleinige Wärmeabgabesystem, auf zusätzliche Heizkörper wird verzichtet. Im Sommer wird das Gebäude ohne Einsatz der Wärmepumpe allein mit geothermisch erzeugter Kälte über die Erdsonden gekühlt. Auch die Kälteabgabe wird über die BKT realisiert. Die Zu- und Abluftanlage ist stockwerksweise mit einer Wärmerückgewinnung (Wärmerückgewinnungsgrad 75%) versehen. Über einen zusätzlichen Luft/Wasser-Wärmetauscher wird der Wasserkreislauf der Erdwärmesonden über den Wasserspeicher auch zum Kühlen und Heizen der Zuluft eingesetzt. Das Brauchwarmwasser wird etagenweise über lokale elektrische Durchlauferhitzer erwärmt. Das Regenwasser wird aufgefangen und für die Toilettenspülung und Bewässerung der Grünanlagen genutzt. Tab. 1: Kennwerte der Erdsonden und der Wärmepumpe Strom (kw)wärme (kw) Kälte (kw) Wärmepumpe 12,9 56 Erdsonden spez. Leistung in W/m 2 NGF 6, Abb. 5: Dichtigkeitsprüfung der Rohre für die BKT mit einem Druckmanometer Netzstrom Strom Kälte Wärmepumpe Wärmerückgewinnung Erdwärmesonden Wärme Abb. 7: Energieversorgung Abb. 6: Blick auf eine Geschossdecke mit den Rohrschlangen für die BKT in der Bewehrung. Die dickeren, weißen Rohre dienen als Lüftungsrohre. Die Rohre liegen 11 cm über der Deckenunterseite. 4

5 Gebäude- und Technikkonzept Abb. 8: Mittelbereich mit Deckensegel Lüftung und Heizung Kühlung Tageslicht und Beleuchtung Jede Etage wird über ein separates Lüftungsgerät versorgt. Die gemeinsame Fortluft und Außenluft wird über dem Dach ab- bzw. zugeführt. Aus der zentralen Erschließung der Mittelzone wird die Zuluft über einbetonierte Lüftungsrohre via Deckenauslässe in die Büros geführt. Die Kombizone wird als Abluftbereich genutzt. Die Abluft gelangt über den Wärmetauscher im Lüftungsgerät wieder nach draußen. Die Luftwechselrate ist dabei unter Berücksichtigung der Gleichzeitigkeit der Belegung auf den hygienisch notwendigen Bedarf reduziert (20 m 3 /hp). An besonders kalten Tagen kann über einen Luft/Wasser-Wärmetauscher eine zusätzliche Beheizung der Zuluft zur Unterstützung der Betonkerntemperierung (BKT) ermöglicht werden. Beheizt wird das Bürogebäude über BKT. Diese besteht pro Etage aus 2 Regelkreisen (Nord und Süd) und ermöglicht so auch den Wärmetransport zwischen den Kreisen in jeder Etage. Die BKT wird in der Regel zwischen 22 bis maximal 26 C betrieben. Die Vorlauftemperatur der BKT richtet sich nach der mittleren Temperatur der jeweiligen Etage. Die Pumpen werden dabei entsprechend getaktet. Gekühlt werden die Büros ebenfalls über die BKT (VL 18 C Taupunkt geregelt). Die Wärme wird via BKT abgeführt und über die Erdsonden an das Erdreich abgegeben. Zusätzlich kann die Zuluft über einen Luft- Wasser-Wärmetauscher gekühlt werden. Abb. 9: Kanalführung im Mittelbereich der Büroetagen Die Büroräume sind in der Regel 4,0 m tief. Als innerer Blendschutz werden Jalousien verwendet. Die Jalousien bieten im unteren Bereich einen Blendschutz, im oberen Bereich lenken sie das Tageslicht über die teilweise weiß verputzte Decke weit in den Raum hinein. Das Profilsystem der Leuchten wurde extra für das Gebäude gestaltet. Sie enthalten Uplights, die für die indirekte Beleuchtung sorgen und Downlights, die als Spiegelrasterleuchten den direkten Anteil liefern. Die Leuchten sind jeweils mit einem dimmbaren EVG ausgestattet. Die Dimmung wird über eine tageslichtabhängige Steuerung mit zentraler Sensorik auf dem Dach des Gebäudes und ein Bussystem vorgenommen. Die Nutzer können lokal eingreifen, einen Präsenzmelder gibt es in den Büros nicht. Lediglich für Räume ganz ohne Tageslicht, wie z. B. WC und Technikraum, gibt es Präsenzmelder. Abb. 10: Glaswände zwischen den Büros Regelung über Beleuchtungsmesser unter der Decke, Nutzereingriff möglich Fassadenparalleles Leuchtband, tageslichtabhängige Steuerung mit Nutzereingriff manuelle Bedienung des Sonnenschutzes mechanische Abluft Kombizone Büro Luftwechsel: 20 m 3 /hp Zuluft 3,00 m indirekte Beleuchtung 50 Lux 3,2 W/m 2 Lichtreflexion Glastrennwände indirekte Beleuchtung direkte Beleuchtung Lux 8,3 W/m 2 Kombizone Büro Wärmerückgewinnung Fortluft Zuluft 6,4 m Abb. 12: Beleuchtung der Büros 4,0 m Erdwärmesonden mit Wärmepumpe Abb. 11: 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 Demonstrationsprojekte des Förderprogramms SolarBau des BMWA. Die Verantwortung für den Inhalt dieses Faltblattes liegt bei der Bergischen 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 Bergischen Universität Wuppertal 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 Team Bauherr Bauherrengemeinschaft Schurzelterstrasse Ansprechpartner: Frau Schiffers/Herr Helten Architektur, Bauleitung Hahn Helten Architekten Ansprechpartner: Herr Helten, Herr Fensterer Projektentwicklung, Projektsteuerung Hahn Helten Generalplaner Ansprechpartner: Herr Helten Tragwerksplanung, Brandschutz Ing.-Büro für Bauwesen B. Walter Ansprechpartner: Herr Walter Technische Gebäudeausrüstung, Energiekonzept/Thermische Bauphysik VIKA Ingenieure GmbH Ansprechpartner: Herr Dulle Simulation VIKA Integral Ansprechpartner: Herr Krämer Lichtplanung Schneevoigt van Dyk Ansprechpartner: Herr Schneevoigt van Dyk Ürdingerstraße Moers Monitoring Fachhochschule Köln Fakultät für Architektur Institut für Technik und Ökologie Ansprechpartner: Herr Prof. Ranft, Herr Repke Betzendorfer Str Köln Telefon Telefax ingo.repke@dvz.fh-koeln.de fred.ranft@dvz.fh-koeln.de Internet: Förderung Monitoring Laufzeit bis Projektadresse bob Balanced Office Building info@bob-x.de Internet: Projektförderung Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit BMWA über Projektträger PTJ Herr Dr. Bertram Forschungszentrum Jülich GmbH Jülich Abbildungsnachweis Titel: Jörg Hempel Abb. 1-3, 9: Hahn Helten Architekten Abb. 4-6: VIKA Ingenieure Abb. 8, 10: Jörg Hempel Bauherr, Nutzer Bauphysik TGA Energiekonzept Simulation Architektur Bauleitung Tragwerksplanung Brandschutz Lichtplanung 1. Auflage, 2004 Besuchen Sie uns im Internet