Passivhaus Objektdokumentation

Transkript

1 Passivhaus Objektdokumentation Endgültiger Dienstsitz des Bundesumweltministeriums, Stresemannstraße, Berlin Verantwortlicher Passivhausplaner Dipl.-Ing. (FH) Michael Pfister Müller-BBM GmbH Schöneberger Str Berlin Das Gebäude wurde im Auftrag des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung, Berlin errichtet. Es handelt sich um einen unterkellerten Massivbau, der an das ebenfalls vom Bundesumweltministerium genutzte Bestandsgebäude angrenzt. Die Fassaden des Gebäudes sind überwiegend nach Norden orientiert. Besonderheiten: Realisierung des Passivhausstandards trotz Nordorientierung und starker baulicher Verschattung, Ausführung von Vakuumisolationspaneelen im Bereich der Fensterbrüstungen, Nutzung einer Abwasserwärmepumpe U-Wert Außenwand 0,11-0,135 W/(m²K) PHPP Jahres- U-Wert Kellerdecke 0,14 W/(m²K) Heizwärmebedarf 12,4 kwh/(m²a) U-Wert Dach 0,11 W/(m²K) PHPP Primärenergie U-Wert Fenster 0,75 W/(m²K) 88 kwh/(m²a) Wärmerückgewinnung 83 % Drucktest n 50 0,1 h -1 1

2 1 Kurzbeschreibung der Bauaufgabe Endgültiger Dienstsitz des BMU, Stresemannstraße, Berlin Das Gesamtprojekt besteht aus einem hochwertig sanierten Bestandsgebäude und einem unmittelbar daran angrenzenden Neubau. Der Neubau wurde als Passivhaus geplant und ausgeführt. Die Abgrenzung zwischen Passivhaus und Bestandsgebäude ist in Abschnitt 2, Bild 7 erkennbar. Die vorliegende Dokumentation bezieht sich ausschließlich auf den Neubau. Der Neubau wurde massiv in Stahlbeton errichtet und beinhaltet zwei Untergeschosse und fünf oberirdische Geschosse. In den oberirdischen Geschossen befinden sich Büroräume, Besprechungsräume und ein Atrium (der sogenannte Nordhof ). Durch die Umwandlung des ursprünglich als offenen Hof geplanten Raumes in ein Atrium wurde die wärmeübertragende Hüllfläche des Gebäudes erheblich vermindert und so eine Realisierung des Gebäudes als Passivhaus erst ermöglicht. Die Büro- und Besprechungsräume grenzen an das Atrium an. Bei dem Projekt gelang trotz der innerstädtischen und damit baulich stark verschatteten Lage und der überwiegenden Nordorientierung des Gebäudes die Realisierung des Gebäudes als Passivhaus. 2 Ansichtsfotos Neubau Bundesumweltministerium Das Deckblatt enthält ein Übersichtsbild des Gebäudes. Bild 1: Südwestseite Passivhaus. Im 5. Obergeschoss ist eine Loggia als Aussichtspunkt ausgebildet (obere linke Gebäudeecke), welche thermisch durch eingefügte Porenbetonsteine vom darunter liegenden Baukörper getrennt ist (Quelle: Müller-BBM). 2

3 Bild 2: Nordostfassade (Fassade zur Erna-Berger-Straße); hier ist die Fuge zum Kopfbau noch mit einem Gerüst versehen. Im obersten Geschoss ist wieder die Loggia als Aussichtsbalkon erkennbar. (Quelle: Müller-BBM) Bild 3: Nordostfassade, Ausschnitt: Fenster mit Spiegelung der unmittelbar gegenüber liegenden Nachbarbebauung, Festerbrüstungen, wärmegedämmte, hinterlüftete Fassade mit vorgehängten Betonfertigteilplatten. (Quelle: Müller-BBM) 3

4 Bild 4 Exemplarische Innenaufnahme des Atriums ( Nordhof ), Blick nach oben mit angrenzender Innenfassade des Bestandsgebäudes. (Quelle: Müller-BBM) Bild 5: Innenaufnahme des Atriums, 5. Obergeschoss (Quelle: Müller-BBM) 4

5 3 Schnittzeichnung Bundesumweltministerium Bild 6: Querschnitt durch den Neubau des Bundesumweltministeriums Erkennbar ist der Neubauriegel (links), der überdachte Nordhof und das angrenzende Bestandsgebäude (rechts). Die Überdachung des Nordhofes und Umwandlung in ein Atrium erfolgte vor dem Hintergrund, die wärmeübertragende Hüllfläche des Gebäudes weitest möglich zu reduzieren. Die Konzeption des Atriums ermöglicht eine intensive natürliche sommerliche Belüftung. Die an den Nordhof angrenzenden Büroräume erhalten eine mechanische Zuluftversorgung. Die Abluft dieser Räume strömt dann frei über in den Innenwänden integrierte schallgedämpfte Überströmöffnungen in den Nordhof und wird dort von der Lüftungsanlage abgesaugt. Die Lüftungsanlage mit hocheffiziente Wärmerückgewinnung steht im Kellergeschoss. Zur Ausarbeitung des Lüftungskonzeptes und zur Ermittlung der sommerlichen und winterlichen Temperaturverhältnisse im Atrium wurden umfangreiche thermische Gebäudesimulationen durchgeführt. 5

6 4 Grundrisse Neubau des Bundesumweltministeriums Passivhaus (Neubau) Bestandsgebäude Bild 7: Grundriss Regelgeschoss; die rote gestrichelte Linie zeigt die Trennung zwischen dem als Passivhaus errichteten Neubau und dem Bestandsgebäude Erkennbar ist links der dreieckförmige Kopfbau. Angrenzend ein Foyer, durch das ein über alle Geschosse hindurchgehender und mit dem Nordhof in Verbindung stehender Raumverbund entsteht. Bei der langen Fassadenseite handelt es sich um die Nordfassade. Entlang der Nordfassade sind die Büroräume positioniert, welche über den sich zwischen Nordhof und den Büroräumen befindlichen Flur erschlossen werden. Zwischen dem Flur und dem Nordhof befinden sich luftdurchlässige Holzlamellen. 6

7 5 Konstruktionsdetails der Passivhaushülle und Haustechnik 5.1 Konstruktion der Kellerdecke Aufgrund der Errichtung des Gebäudes in Stahlbeton und der sechsgeschossigen Bauweise konnte das Erdgeschoss konstruktiv nicht vom unbeheizten Keller getrennt werden, so dass Wärmebrücken hier nicht zu vermeiden waren. Zur Minderung dieser Wärmebrücken wurde eine umfangreiche flankierende Wärmedämmung auch an den Kellerinnenwänden ausgeführt. Bild 8: Minimierung von Wärmebrücken und Kellerdeckenaufbau am Fußpunkt des aufsteigenden Mauerwerks. Zu einer weiteren Minderung der Wärmeverluste führte die aus konstruktiven Gründen erfolgte außenseitige Dämmung der Untergeschosse, die einen etwas höheren Ansatz der Temperatur des Kellers ermöglichte. Die oben stehende Grafik zeigt exemplarisch die bei der Berechnung der Wärmebrückenverlustkoeffizienten berücksichtigte Geometrie. Trotz der flankierenden Wärmedämmung der Außenwand musste hier ein Wärmebrückenverlustkoeffizient von ca. Ψ = 0,8 W/(mK) berücksichtigt werden, d. h. der Anspruch einer wärmebrückenfreien Bauweise war hier konstruktionsbedingt nicht umsetzbar. Aufbau der Kellerdecke: Kellerdecke 200 mm Stahlbeton; darunter 300 mm Mineraldämmplatte, verklebt und verdübelt, Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit λ = 0,045 W/(mK) U-Wert 0,14 W/(m²K) 7

8 5.2 Konstruktion der Außenwände Fassaden mit vorgehängten, hinterlüfteten Betonwerksteinplatten Die Außenwand der Obergeschosse besteht aus einer 250 mm dicken Stahlbetonwand mit einer außenseitigen, im Minimum 200 mm dicken Wärmedämmung aus kaschiertem Faserdämmstoff, Luftschicht und vorgehängten Betonwerksteinplatten. Bild 9: Außenfassade mit vorgehängten Betonwerksteinplatten, Ansicht von Außen. Um die durch die Verankerung der Betonwerksteinfassade entstehenden Wärmebrücken zu quantifizieren, erfolgten Finite-Elemente-Wärmebrückenberechnungen. Das nächste Bild zeigt exemplarisch ein hierbei generiertes numerisches Modell der Verankerungskonstruktion. 8

9 Bild 10: Im Zuge der Berechnung des Wärmebrückenverlustkoeffizienten generiertes numerisches Modell der Fassadenplattenanker Im Rahmen von Wärmebrückenberechnungen generiertes numerisches Modell der Fassadenplattenanker der Betonwerksteinfassade; dargestellt sind hier die Zuganker. Aufgrund des geringen Querschnitts der Anker betrug der Wärmebrückenverlustkoeffizient ca. χ = 0,015 W/K. Vorgehängte hinterlüftete Betonwerksteine, Luftschicht, 250 mm Wärmedämmung (im Mittel) aus Mineralfaserdämmstoff, Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit λ = 0,035 W/(mK), Stahlbetonwand, Spachtelung U-Wert 0,14 W/(m²K) Fassaden mit WDVS Im Bereich von architektonisch weniger exponierten Flächen wurde ein 30 cm dickes Wärmedämmverbundsystem ausgeführt. Außenwand Außenwand 15 mm mineralischer Putz, 300 mm Wärmedämmung aus Mineralfaserdämmstoff, Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit λ = 0,035 W/(mK), Stahlbetonwand, Spachtelung U-Wert 0,11 W/(m²K) 9

10 5.3 Konstruktion inkl. Dämmung des Daches Bei dem Dach handelt es sich um ein Warmdach mit Gefälledämmung und einem Gefälle von 2 %. Als Dämmstoff kam Polystyrol-Hartschaum zum Einsatz. Die mittlere Dämmstoffdicke betrug 350 mm. Zur Veranschaulichung ist mit nebenstehender Grafik ein Auszug aus dem vom Verfasser im Zuge der Planung erstellten Bauteilkatalog mit integrierter schematischer Darstellung des Dachaufbaus eingefügt wurde. Endgültiger Dienstsitz BMU - Bauteilkatalog D - Passivhaus Pos.: D-DA 4 Bauteil: Anforderung: Flachdach, begrünt als Warmdach mit Gefälledämmung Verkehrslast, allgemein: p = 2,0 KN/m² (von oben nach unten) 1... mm Begrünung 2... mm Abdichtung nach Vorgaben Architekt mm i.mittel Gefälledämmung, Gefälle g 2 %, Wärmedämmung aus expandiertem Polystyrol- Hartschaum(EPS) gemäß DIN EN 13163, Anwendungstyp gemäß DIN DAAdh, Außendämmung von Dach, Dämmung unter Abdichtung, hohe Druckbelastbarkeit, Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit gemäß DIN λ 0,035 W/(m K) 4 5 mm Dampfsperre in Form einer Bitumen-Schweißbahn gemäß DIN 52131, Produkt: Bitumen-Schweißbahn AL+V60 S5 mit Aluminiumbandeinlage und Glasvlieseinlage 60 g/m 2 o. glw ggf. bituminöser Voranstrich 6... mm Stahlbetondecke Bemerkungen: 6 Vor der Ausführung ist ein Nachweis zu erbringen, dass eine ausreichende Sicherung gegen das Abheben durch Windsogkräfte gegeben ist. 10

11 Eine bautechnische Besonderheit stellt die Konstruktion der Loggia im dreieckigen Kopfbau im 5. OG dar. Hier verläuft der Fußbodenaufbau des Balkons, d. h. die Dachebene ein Geschoss tiefer, zwischen dem 4. und 5. OG. Um Wärmebrücken zwischen dem luftdurchspülten Freibereich und dem darunter liegenden Büroraum zu vermeiden, wurde hier die Stahlbetonaußenwand des 5. OG auf einem umlaufenden Mauerwerksstreifen aus Porenbeton aufgestellt. Bild 11: Aufstellung der Außenwände der Loggia im Kopfbau, 5. OG auf Porenbetonstreifen. Erkennbar ist hier der hellere, umlaufende Mauerwerksstreifen aus Porenbeton. Der Mauerwerkstreifen befindet sich in der späteren Dachebene. Dach Abdichtung, 350 mm Gefälledämmung aus PS-Hartschaum, Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit λ = 0,040 W/(mK), Dampfsperre, Stahlbetondecke 0,11 W/(m²K) 11

12 5.4 Fensterschnitte inkl. Einbauzeichnung Stahlfenster, Erdgeschoss Holzfenster, Obergeschosse Bild 12: Schema der Stahlfenster mit außenseitig überdämmten Rahmenkonstruktionen (Horizonalschnitt) Bild 13: Prinzipdarstellung der Holzfenster der Obergeschosse, hier exemplarisch: Vertikalschnitt im Übergangsbereich an die mit Vakuumsiolationspaneelen gedämmte Fensterbrüstung Die Wärmedurchgangskoeffizienten der Verglasungen und Rahmenprofile variieren bei den sich in Bezug auf Funktion, Größe und Konstruktion unterscheidenden Fenstern und Fassadenelementen. Es kamen i.d.r. Verglasungen mit einem Wärmedurchgangskoeffizienten von U g = 0,6 W/(m²K) zur Ausführung. Die Wärmedurchgangskoeffizienten der Rahmen lagen u.a. bei U f = 0,95 W(m²K) (Stahlfenster) bzw. U f = 1,3 W(m²K) (Holzfenster). Bei dem Gebäude wurden sowohl im Bereich der Holzfenster der Obergeschosse (Timm Fensterbau, Berlin) als auch im Bereich der Fassadenkonstruktionen und Stahlfenster der Erdgeschosse (Fa. Dörnhöfer, Kulmbach) technisch anspruchsvolle Konstruktionen ausgeführt. Im Bereich der Fenster wurde der geforderte Wärmeschutz u. a. durch die Verwendung von Vakuumisolationspaneelen im Bereich der 12

13 Fensterbrüstungen realisiert. Im Bereich der Stahlfenster des Erdgeschosses wurden die Rahmenkonstruktionen außenseitig zusätzlich überdämmt, um die gewünschten niedrigen Wärmedurchgangskoeffizienten realisieren zu können. Daten zu den Fenstern Fenster Dreifach-Wärmeschutzglas mit Edelgasfüllung. In den Obergeschossen massive Holzfensterrahmen, Ausführung der Fensterbrüstungen mit Vakuumisolationspaneelen. Im Erdgeschoss Stahlfenster mit außenseitig überdämmten Rahmen U W = 0,75 W/(m²K) 5.5 Beschreibung der luftdichten Hülle; Dokumentation des Drucktestergebnisses Aufgrund der Größe des Gebäudes und des Anschlusses des Gebäudes an das Bestandsgebäude wurde bereits im Zuge der Passivhausplanung ein Konzept zur Überprüfung der Luftdichtheit erstellt. Dieses Luftdichtheitskonzept sah die konsequente Prüfung der Luftdichtheit der an die Hüllfläche angrenzenden Volumina des Gebäudes und eine entsprechende Ausbildung von temporären Schottkonstruktionen vor. Die zeitliche Integration der Luftdichtheitsprüfungen in den Bauablauf wurde mit dem Architekten, der Bauleitung und der Projektsteuerung abgestimmt. Im Rahmen der Planung wurde eine Ausschreibung für die Luftdichtheitsmessungen ausgearbeitet. Die Luftdichtheitsmessungen wurden vom Ingenieurbüro Dr. Flohrer, Berlin durchgeführt. Als Ergebnis der Messungen wurde ein Luftdichtheitskennwert von n 50 = 0,1 1/h nachgewiesen. 5.6 Lüftungsplanung, Kanalnetz (exemplarisch) und natürliche Belüftung Die Belüftung der Büroräume erfolgt über im Hohlraumboden verlegte Zuluftkanäle, von dort strömt die Zuluft in die Büroräume ein. Von den Büroräumen aus strömt die Luft weiter über schallgedämpfte Türlabyrinthe in den vorgelagerten Flur. Dieser steht wiederum luftoffen mit dem Atrium in Verbindung, aus dem die gesammelte Fortluft abgesaugt und dem Wärmetauscher zugeführt wird. 13

14 Bild 14: Innerhalb des Bodenaufbaus verlegte Lüftungsleitungen Bei den im Bild erkennbaren Leitungen handelt es sich um Lüftungsleitungen (flache Leitungen) und sonstige Installationsleitungen. Erkennbar ist ein aus schallschutztechnischen Gründen ausgeführtes Massivschott unter einer Trennwandachse. Der Hohlraumboden ist noch nicht verlegt. Im Sommerfall ist eine natürliche Belüftung des Gebäudes möglich. Um einen guten sommerlichen Wärmeschutzes und eine hohe sommerliche Behaglichkeit zu erzielen, wurden entsprechende Möglichkeiten für eine intensive Durchlüftung des Gebäudes realisiert. Hierzu stehen großflächige Be- und Entlüftungsöffnungen zur Verfügung. Zur Dimensionierung dieser Be- und Entlüftungsöffnungen und zur Entwicklung des Lüftungskonzeptes wurden unabhängig von den PHPP-Berechnungen umfangreiche thermische Gebäudesimulationen durchgeführt. Das nebenstehende Bild veranschaulicht exemplarisch die Belüftung des Atriums während der frühen Morgenstunden. Bild 15: Konzept der Belüftung des Atriums Die Einströmung der Zuluft erfolgt durch öffenbare, witterungsgeschützte Klappen im Bereich der Zufahrt. Abströmöffnungen wurden im Bereich der vertikalen Aufkan- 14

15 tungen des Glasdaches realisiert. Die Büroräume können über geöffnete Fenster als auch zu dem während der Nachtzeit ausgekühlten Innenhof entwärmt werden. 5.7 Lüftungsplanung Zentraleinheit / Typ / Kennwerte Bei dem verwendeten Wärmetauscher handelt es sich um den Typ Accubloc, Fa. Polybloc AG. Im Rahmen der PHPP-Berechnung wurde ein Wärmerückgewinnungsgrad von 83 % (Herstellerangabe abzüglich 12 Prozentpunkte) berücksichtigt. 5.8 Wärme- und Energieversorgung Bei der Wärme- und Energieversorgung des Gebäudes kamen u. a. zu Demonstrationszwecken mehrere Quellen zur Anwendung: Nutzung einer Brennstoffzelle Nutzung der im öffentlichen, in der Stresemannstraße verlegten Mischwasserkanal enthaltenen Wärme durch eine Wärmepumpe Nutzung von durch Kraft-Wärme-Kopplung erzeugte Fernwärme (Vattenfall) PHPP-Berechnungen Die PHPP-Berechnungen zum Neubau des BMU erfolgten auf Grundlage des Passivhausprojektierungspaketes PHPP

16 6 PHPP-Berechnungen Die PHPP-Berechnungen erfolgten auf Grundlage des Passivhausprojektierungspaketes PHPP Sämtliche PHPP-Berechnungen wurden vom Unterzeichner durchgeführt. 16

17 7 Baukosten, Baujahr Aus wirtschaftlicher Sicht stellt der Neubau eine Einheit mit dem angrenzenden, sanierten Bestandsgebäude dar. Die für den Neubau und das Bestandsgebäude anfallenden Baukosten belaufen sich gemäß [2] auf eine Höhe von 67,4 Mio. Euro. Der Zeitraum der Planungs- und Bauzeit erstreckt sich von 2004 bis Das Gebäude wurde im Juni 2011 bezogen. 8 Projektbeteiligte Bauherr: Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung, Fasanenstraße 87, Berlin Architekt Leistungsphase 1 bis 8: Jürgen Pleuser Gmpa Architekten, Droysenstraße 7, Berlin Architekt Leistungsphase 8 bis 9: Anderhalten Schwabe Generalplanung GmbH Köpenicker Str D Berlin Thermische Bauphysik, Energieberatung, Thermische Gebäudesimulationen: Passivhausprojektierung und Bauakustik: Müller-BBM GmbH, Niederlassung Berlin, Herr Dipl.-Ing. (FH) Michael Pfister Schöneberger Straße 15, Berlin Tragwerksplaner: Wetzel & von Seht, Wielandstraße 26, Berlin Projektsteuerung: ARCADIS Deutschland GmbH, Oranienplatz 4, Berlin Planer Technische Gebäudeausrüstung: Hyderconsulting GmbH Deutschland, Stralauer Allee 2a, Berlin und GT-Plan GmbH, Herzbergstraße 94, Berlin Blower-Door-Messungen/Thermografie: MF Dr. Flohrer, Beratende Ingenieure GmbH, Langobardenallee 12, Berlin Holzfenster: Hans Timm Fensterbau GmbH & Co Kg, Motzener Straße 10, Berlin Metallfassaden: Fa. Dörnhöfer Stahlbau Metallbau, Am Kreuzstein 15, Kulmbach 17

18 9 Erfahrungen, Qualitätssicherung, Monitoring Zum derzeitigen Zeitpunkt liegen (neben der obligatorischen Luftdichtheitsprüfung) Ergebnisse zur Qualitätssicherung in Form einer Betrachtung des Gebäudes durch Infrarot-Thermografiemessungen Dr. Flohrer vor (siehe Projektbeteiligte). Dabei konnte die prinzipielle Eignung und Funktionsfähigkeit der wärmeschutztechnischen Maßnahmen nachgewiesen werden; unplanmäßige Schwachstellen in der Gebäudehülle wurden nicht festgestellt. 10 Literatur und weitergehende Informationen [1] Weitere Informationen zum Neubau des Bundesumweltministeriums verfügbar unter: php [2] Gebaute Nachhaltigkeit - Der Berliner Dienstsitz des Bundesumweltmisteriums Hrsg: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), Mager, Schulz, Weigand, Juni 2011 Dipl.-Ing. (FH) Michael Pfister 18