Informatikzentrum der TU Braunschweig

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1 Portrait Nr. 10 Informatikzentrum der TU Braunschweig Büro und Verwaltung Schulen und Hochschulen 10Hotels und Gastronomie Integraler Entwurf Simulation erhöhter Wärmeschutz Passive Kühlung Atrium Solarthermie Solarstrom Erdwärme/ Erdkälte Heil- und Pflegeeinrichtungen Produktionsstätten Verkaufsstätten Tageslichtnutzung Wärmerückgewinnung Kraft-/Wärme- Kopplung Wärme-/Kälte- Verbund Wärmepumpe Förderung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) Gebäudeautomation Biomassenutzung Regenwasserkonzept Baustoffökologie

2 Projektportrait Besonderheiten Das Informatikzentrum der Technischen Universität Braunschweig wurde Ende 2001 als Anbau an die Nordseite eines bestehenden, 13geschossigen Hochhauses aus den 70er Jahren fertiggestellt. Mit dem Neubau wird der Hochhaussolitär, dessen geplante Erweiterungstürme nie realisiert wurden, städtebaulich und funktional eingebunden. Der Standort liegt nördlich des Braunschweiger Zentrums auf dem alten Universitätsgelände an der Ecke Mühlenpfordtstraße/ Schleinitzstraße. Er schließt das Universitätsgelände mit einer Blockrandbebauung ab. Die vierspurige Mühlenpfordtstraße ist eine der großen Ein- und Ausfallstraßen des Braunschweiger Zentrums. Der Bau umschließt als im wesentlichen einhüftiger Verwaltungsbau ein innenliegendes, überdachtes Atrium, über das die Büros erschlossen werden. Alle sechs Geschosse des Neubaus sind durchgängig mit denen des Hochhauses verbunden. Da auch diese Hochhausgeschosse in die neue Nutzung als Informatikzentrum eingebunden sind, wurden sie gleichzeitig saniert. In dem Neubau können erstmals alle Institute des Fachbereichs Informatik unter einem Dach Synergieeffekte nutzen. Dazu stehen ca. 3 / 4 des Gebäudes für Büro-, Verwaltungs- und Ausbildungszwecke zur Verfügung, 1 / 4 belegen Labore, im wesentlichen in den unteren Geschossen. Insgesamt stehen 168 Büroarbeitsplätze zur Verfügung. Hinzu kommen ca. 20 Arbeitsplätze zur temporären Nutzung durch studentische Mitarbeiter sowie ca. 10 Arbeitsplätze in den Laboren und Werkstätten. Der Entwurf des Gebäudes als Anbau an das bestehende Hochhaus war Ergebnis eines Gutachterverfahrens. Im Rahmen des ganzheitlichen Energiekonzepts wurde der ursprünglich geplante offene Innenhof kostenneutral in ein glasgedecktes Atrium umgewandelt und dabei funktional vollständig in das Energie- und Lüftungskonzept integriert. Das Energiekonzept zielt auf einen niedrigen Energieverbrauch entsprechend den Anforderungen des Förderkonzepts Solar- Bau und verzichtet dazu weitgehend auf konventionelle raumlufttechnische Anlagen. Das Atrium übernimmt u.a. die Funktion als Zuluftverteiler. Eine projektspezifische Einzelraumregelungsstrategie soll einen hohen Komfortstandard bei weiter reduziertem Energieverbrauch sicherstellen. Weitere Besonderheit ist der Einsatz sogenannter»elektrochromer«verglasungen. Durch Anlegen einer elektrischen Ladung werden Energieund Lichttransmission der Scheiben verändert. Diese Verglasungen sollen die Blendund Sonnenschutzfunktion übernehmen und werden durch Anbindung an die Gebäudeautomation tageslichtabhängig betätigt. Abb. 3: Lageplan (Quelle: Pysall Stahrenberg + Partner) Abb. 1: Schnitt nord-süd (Quelle: Pysall Stahrenberg + Partner) Abb. 2: Grundriss, 1. OG (Quelle: Pysall Stahrenberg + Partner) Nord 2

3 Gebäudeinformation Erste Erfahrungen Das Gebäude wurde in Stahlbetonskelettbauweise erstellt, das Staffelgeschoss als leichte Stahlkonstruktion mit Gasbetondeckenplatten. Das Dach ist ein foliengedecktes Flachdach. Die Fassaden sind vorgehängte Aluminium Pfosten-Riegel Konstruktionen mit Brüstungs- und Sturzpaneelen. Die Verglasungen sind den unterschiedlichen Orientierungen ange- Nutzung Nutzungszeiten Mo-Fr 8-17 Uhr Büroarbeitsplätze 168 sonstige Arbeitsplätze 30 Fertigstellung 2001 Baukörper Geschosse 6 mittlere lichte Raumhöhe (NRI/NGF) 3,30 m A/V-Verhältnis 0,17 m -1 Flächen und Volumina, DIN 277 Volumen Flächen BruttoRaumInhalt m 3 NettoGrundFläche (Neubau) m 2 HauptNutzFläche m 2 passt: Auf der West- und Ostseite sowie im flach geneigten Atriumdach kommt ein neutrales Sonnenschutzglas zum Einsatz (g=34%, τ=66%, U=1,1 W/m 2 K), auf der Nordseite ein reines Wärmeschutzglas (g=57%, τ=75, U=1,1 W/m 2 K). Die innenliegenden Fassaden zum voll beheizten Atrium sind ungedämmt, die innenliegenden Büros sind einfachverglast. Wärmeschutznachweis Bauteil U-Wert (W/m 2 K) Außenwände 0,28 Dach 0,19 Fenster 1,60 Boden gegen Erdreich 0,58 mittlerer U-Wert 0,63 Jahresheizwärmebedarf (Q h) nach WSVO 95 maximal zulässiger Q h/v 16,9 kwh/m 3 a Q h/v vorhanden 12,6 kwh/m 3 a Q h/a n vorhanden 39,3 kwh/m 2 a Unterschreitung von max. zul. Q h um 25 % Fensterflächen Nord 43% Das Gebäude wurde im September 2001 dem Nutzer übergeben. Die Gebäudeleittechnik und die LON basierende Einzelraumregelung, die mit innovativen Regelstrategien Automation bei gleichzeitiger dezentraler Nutzereingriffsmöglichkeit zur Energieoptimierung gewährleistet, konnten im wesentlichen bis Anfang 2002 in Betrieb genommen werden. Unterschiedliche Ursachen führten zum Beispiel dazu, dass die präsenzabhängige Kunstlichtregelung Fehlfunktionen aufwies oder das Atrium sich zeitweise nicht beheizen ließ. Die in den innenliegenden Fluren aus energetischen Gründen installierte Zeitschaltautomatik wurde aufgrund mangelnder Nutzerakzeptanz durch eine Zeitschaltuhr ersetzt. Das Monitoring begann im Februar Erfasst werden über 200 Datenpunkte. Damit können Betriebsanpassungen und -optimierungen vorgenommen und die Verbrauchsmessungen begonnen werden. Das sommerliche Temperaturverhalten des Gebäudes, die manuelle und automatische Querlüftung sowie der Einsatz elektrochromer Verglasung werden Schwerpunkte der Untersuchung sein. Dazu werden sechs Referenzräume gleicher Ausrichtung und unterschiedlicher Ausstattung miteinander verglichen. West 44% 36% Ost Süd 33% Anteil der Fensterflächen an den Fassadenflächen. In Summe 0,20 m 2 Fensterfläche je m 2 NGF Kosten, DIN 276 Bauwerkskosten Brutto, Stand Kostenberechnung Bezug Baukonstruktion Technische Anlagen Bauwerkskosten DIN 276: KG 300 DIN 276: KG 400 KG 300+KG 400 BruttoRaumInhalt 310 /m 3 80 /m /m 3 DIN 277 NettoGrundFläche /m /m /m 2 DIN 277 Abb. 6: Mensch und Technik Lichtschalter mit Büroklammer 3

4 Energiekonzept Abb. 4: Untersicht des Atriumdachs Anbauten weisen prinzipbedingt Vorteile für den winterlichen Wärmebedarf auf. Das Informatikzentrum grenzt mit seiner Südseite größtenteils an das bestehende Hochhaus an. Ausgehend von einer gleichmäßigen Beheizung beider Gebäude entfallen damit die Wärmeverluste. Durch die kompakte Bauform wird ein extrem niedriges Oberflächen-/Volumenverhältnis erreicht (A/V=0,17 m -1 ). Komplizierte Bauteilanschlüsse mit den damit verbundenen geometrischen und konstruktiven Wärmebrücken werden vermieden. In der Summe liegt der prognostizierte Wärmebedarf gemäß Wärmeschutznachweis etwa 25% unter dem Anforderungsniveau nach Wärmeschutzverordnung. Das Gebäude wird über Fernwärme beheizt, Energieversorger ist ein nahegelegenes Heizkraftwerk. Mit Ausnahme der Kälteanlagen für die EDV-Räume sind keine weiteren Kühlaggregate vorhanden. Die Kühlung erfolgt über in die Einzelraumregelung integrierte, wandhängende Kaltwassertruhen. Die elektrische Anschlussleistung der beiden Kompressionskältemaschinen beträgt zusammen 55 kw bei einer Gesamtkälteleistung von 170 kw mit Vorrang für eine freie Kühlung. Die Abwärme der zweiten Kältemaschinen wird zur winterlichen Beheizung des Atriums mitgenutzt. Die LON-basierende Einzelraumregelung optimiert den Heizwärme- und Stromverbrauch der Beleuchtung und stellt über automatisch bediente Tür- und Fensteroberlichter die freie Nachtkühlung sicher. Aktive Solarsysteme als Teil der lokalen Energieversorgung wurden nicht einbezogen. Tabelle 1: Kennwerte der Energieversorgung Strom Wärme Kälte kw kw kw Nahwärme Kompressionskälte spez. Leistung in W/m 2 NGF Abb. 7: Im Vordergrund das Informatikzentrum, im Hintergrund das Hochhaus Abb. 5: Energieversorgungsschema Netzstrom Strom Fernwärme elektrische Kältemaschine Kälte EDV Wärme 4

5 Gebäude- und Technikkonzept Abb. 10: Lüftungsflügel über einer Bürotür Lüftung und Heizung Zentraler Baustein des Lüftungskonzepts ist das Atrium. Die Konzeption der Lüftung wurde durch Luftströmungssimulationen unterstützt. Das Atrium wird im Winter tagsüber über eine Luftheizung mit Bodenauslässen im KG sowie Planradiatoren im 1. OG auf C beheizt. Büros zum Atrium besitzen keine eigenen Heizflächen, Büros an den Außenfassaden werden über statische Heizflächen individuell einstellbar von C beheizt. Winterfall Die am Boden im KG mit geringer Geschwindigkeit und Übertemperatur über den Zuluftkanal eingebrachte Warmluft steigt im Atrium auf. Während die innenliegenden Büros ausschließlich über das Atrium belüftet werden, ist bei außenliegenden Büros zusätzliche Fensterlüftung an die Außenluft vorgesehen. Im Fall mangelnder Luftqualität (Mischgassensor) im Atrium werden die ansonsten geschlossenen Dachklappen automatisch geöffnet. Dieser Fall trat im ersten Winter jedoch nicht ein. tungsabhängig leeseitig göffnet. Die Büros werden über Fenster zum Atrium bzw. an die Umgebung be- und entlüftet. Die nächtliche Querlüftung des Gebäudes über das Atrium, eingebunden in die Einzelraumregelung und das GLT-Konzept, stellt den zur Nachtkühlung erforderlichen Luftwechsel sicher. Durch die zumeist freie Lüftung wird ein niedriger Stromverbrauch der Lüftung erwartet. Die Nennleistung des Atriumlüfters beträgt 7,5 kw (maximal m 3/ h für Entrauchung im Brandfall), die der Abluftanlage der Maschinen- und Serverräume sowie für Sonderbereiche beträgt 2,2 kw (5.000 m 3 /h). Hinzu kommen 0,9 kw für Einzelraumlüfter. Dies entspricht insgesamt einer installierten Lüftungsleistung von 1,3 W/m 2 NGF. Abb. 11: Beleuchtung der Büros Tageslicht und Beleuchtung Die meisten Büros liegen an Außenfassaden. Deren Fensteranordnung bildet eine Bandfassade mit opaker Brüstung und opakem Sturz. Sonnen- und Blendschutz übernehmen außenliegende, weiße Markisen. Darüber hinaus werden auf der Westseite in sechs Räumen elektrochrome Gläser als Alternative zum Sonnenschutzglas eingesetzt. Sämtliche Funktionen der Beleuchtung und des Sonnenschutzes werden über einen LON-Bus und die DDC mit der Möglichkeit zum dezentralen Nutzereingriff koordiniert. Sommerfall Das Atrium wird durch freie Lüftung über den Zuluftkanal, die Thermik des Atriums Auftriebshöhe 26 m und den Windsog geöffneter Lee-Dachklappen be- und entlüftet. Die Dachklappen werden windrich- Abb. 8: Lüftung im Sommer Abb. 9: Lüftung im Winter 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 BMWi. Die Verantwortung für den Inhalt dieses Faltblattes liegt beim Fraunhofer ISE. Kontaktadresse: Gesamtverantwortung und Koordination Dokumentation und Analyse Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Gruppe Solares Bauen Herr Dr. Voss Heidenhofstr Freiburg Telefon (0761) Telefax (0761) karsten.voss@ise.fhg.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 Technologie (BMWi) über Projektträger PTJ Herr Dr. Bertram Forschungszentrum Jülich GmbH Jülich Team Bauherrschaft Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur Ansprechpartner: Herr Flebbe Leipnitzufer Hannover vertreten durch Staatliches Baumanagement I Ansprechpartner: Herr Schlüter An der Martinikirch Braunschweig Architektur PSP Pysall Stahrenberg + Partner Ansprechpartner: Herr Wilms Rankestr Braunschweig Tragwerksplanung IGH Ansprechpartner: Herr Scherr Moränenweg Salzgitter Technische Gebäudeausrüstung und Gebäudeautomation Ing.-Büro Meyer Ansprechpartner: Herr Sternagel Gablonzstr Braunschweig Technische Gebäudeausrüstung Elektro Ingenieurbüro Lindhorst Ansprechpartner: Herr Schell Gablonzstr Braunschweig Energiekonzept, Licht, Simulation, Bauphysik EGS Plan, Energie-, Gebäude- und Solartechnik Ansprechpartner: Herr Himmler Heßbrühlstr Stuttgart TU Braunschweig Institut für Gebäude- und Solartechnik Ansprechpartner: Herr Rozynski Mühlenpfordtstr Braunschweig Monitoring TU Braunschweig Institut für Gebäude- und Solartechnik Ansprechpartner: Herr Rozynski Mühlenpfordtstr Braunschweig Tel.: / Fax: / m.rozynski@tu-bs.de Internet: Förderung Erweiterte Planung und Monitoring , Euro Laufzeit: bis Projektadresse TU Braunschweig Informatikzentrum Mühlenpfordtstr Braunschweig Bauherr Abbildungsnachweis Projektsteuerer Titel: K. Ortmeyer, Braunschweig Abb. 1-3: PSP, Braunschweig Abb. 4-11: TU Braunschweig Architekt Energiekonzept Tragwerksplaner TGA