Büro- und Seminarbau der FH Potsdam

Im Rahmen eines Pilotprojek­tes des Landes Brandenburg zur Bauherreneigenschaft von Hochschulen sollte ein Institutsge­bäu­de mit Vorbildfunktion erstellt werden, welches natürliche Res­sour­cen schont, Umwelt­be­las­tun­gen reduziert und trotz des mini­mierten Technikeinsatzes die thermische Behaglichkeit für die Nutzer gewährleistet. Außerdem sollte für das Land ein Optimum von Investitions- und Be­wirtschaftungskosten sicher­stellt werden.

Der Primärenergiebedarf des Gebäudes sollte nicht nur die Anforderungen der bei Projekt­beginn gültigen EnEV 2007 erfüllen sondern mit maximal 100 kWh/m²a um ca. 35 % unter dem zulässigen Grenzwert lie­gen. Durch die Summe der hier beschriebenen Maßnahmen konnten die EnEV-2007-Anforderungen sogar um ca. 50 % unterschritten werden.

Nach einer etwa 5-jährigen Planungs- und Bauzeit ist das Gebäude nun seit Anfang 2013 in Betrieb. Erste Verbrauchsmessungen zeigen, dass sich der Aufwand gelohnt hat. Der Heizwärmeverbrauch liegt im Vergleich zu ähnlich genutzten Bestandsgebäuden der FH bei nur ca. 25 % und erfüllt die Anforderungen EnEV 2014 be­reits vor deren Einführung.

Gebäude

Das Büro- und Seminargebäude „Annex 1“ der Fachhochschule Potsdam ist der vierte Bauabschnitt auf dem Campus und der erste Anbau an das vorhandene Labor- und Werkstattgebäude.

Der gesamte Campus wurde auf der Basis eines gewonnenen Wettbewerbs aus dem Jahr 1998 des Büros Becher + Hatzijorda­nou entwickelt und stufenweise realisiert.

Durch das Gebäude wird der zentrale Campusplatz der Fach­hoch­schule abschließend räumlich gefasst. Zusammen mit dem 2009 fertiggestellten Hauptgebäude ist der Annex 1 das neue öffent­liche Gesicht der Fachhochschule Potsdam.

Das Gebäude beinhaltet auf vier Vollgeschossen und einem Untergeschoss 2400 m² Nutzfläche für die Fachbereiche Design und Architektur.

Zentraler Bestandteil ist ein Hörsaal für 140 Personen. Als erster Hörsaal der Fachhochschule ist er als Diskussionsforum ausgebildet, um die Interaktion und Kommunikation in den Vorlesungen zu verbessern. Die Sitzreihen fokussieren in einer rechtwinkligen Form den zentralen Rednerplatz, wobei 45 Plätze als Sitzstufen ohne Tisch gestaltet sind.

Büros, Seminarräume, Werkstätten und Zeichenstudios werden über ein 2-geschossiges Foyer verbunden, welches auch für Ausstellungen genutzt werden kann.

Maßnahmen zur Senkung des Energiebedarfs

Bei der Entwicklung des Energiekonzeptes wurde in erster Linie auf einen geringen Energiebedarf geachtet, welcher mittels effizienter Techniken gedeckt wird.

Das Gebäude wird weitgehend natürlich belüftet. Nur für den Hörsaal sowie für innenliegende WC- und Nebenräume ist ein Energieaufwand für maschinelle Belüftung erforderlich.

Um Transmissionswärmeverluste so weit wie möglich zu reduzieren wurde auf einen hochwertigen Dämmstandard der thermischen Hüllflächen geachtet. Der seinerzeit von der EnEV 2007 geforderte maximale Transmissionswärmeverlust wurde mit 0,31 W/m²K um 75 % unterschritten. Es wurden Dämmstärken von bis zu 30 cm eingesetzt.

Der Anteil transparenter Fassadenfläche wurde auf 37 % optimiert, wobei einerseits eine ausreichende Tageslichtversorgung und die Nutzung winterlicher Solarenergiegewinne gewährleistet wurden; andererseits wurde darauf geachtet, dass die sommerlichen solaren Wärmelasten nicht zu hoch werden.

Eine tageslichtabhängig gedimmte Beleuchtungssteuerung mit automatischen Präsenzmeldern sorgt für einen geringen Strom­verbrauch der Beleuchtung.

Die Präsenzmelder der Büros und Seminarräume sorgen außer­dem dafür, dass die Komfort-Sollwerte für Beleuchtung, Tem­peratur und Luftqualität nur bei Belegung aktiv sind.

Nachtauskühlung

Um den sommerlichen Kältebedarf der Büros und Seminarräume zu reduzieren, wird dort eine natürliche Nachtlüftung durchgeführt. Die motorisch angetriebenen Kastenfenster in den Büros sowie die Lüftungsklappen der Solarkamine und Fassadenelemente in den Seminarräumen können in der Nacht automatisch geöffnet werden. Durch die Konstruktion der Kastenfenster und der Fassa­den­lüftungselemente ist die Einbruchsicherheit gewährleistet.

Die Deckensegel dieser Räume sind nur in Teilflächen verlegt und haben zudem einen Abstand von ca. 15 cm zur Decke. Somit kann Raumluft zwischen Deckenunterseite und Decken­segel zirkulieren und während einer Nachtauskühlung der Decke Wärme entziehen. Die Speichermassen der Beton­decken, der Außenwände und der flurseitigen Kalksandstein-In­nen­wände stehen für die Nacht­auskühlung zur Verfügung.

Die Regelung stellt sicher, dass die Nachtauskühlung nur dann stattfindet, wenn die Au­ßen­tem­peratur unter der Raum­luft­temperatur liegt. Außerdem wird sichergestellt, dass die Raum­luft­temperatur durch diese Maß­nahme nicht zu weit abgesenkt wird.

Energieversorgung mit ener­giesparender Haustechnik

Die Wärmeversorgung des Gebäudes erfolgt in der Grundlast über eine Sole-Wasser-Wärme­pum­pe. Diese ist mit einem Geo­thermiefeld verbunden und liefert Niedertemperaturwärme mit 35 °C bei einer Leistungszahl von 5,3. Wegen des auf 18 Sonden zu je 100 m begrenzten Geothermiefeldes reicht die Leistung der Wärmepumpe nicht vollständig für die Deckung der Gebäude-Heizlast aus. Zur Abdeckung der Spitzenlast ist zusätzlich ein Fernwärmeanschluss vorhanden, der außerdem zur Versorgung einiger Verbraucher mit höheren Vorlauftemperaturen verwendet wird, wie z. B. die Fassadenheizung im Foyer oder statische Heizflächen in Nebenräumen. Der Jahres-Heizenergiebedarf wird zu ca. 90 % über die Wärme­pumpe und zu ca. 10 % über die Fernwärme gedeckt.

Die Wärmeabfuhr aus dem Gebäude erfolgt ausschließlich über Maßnahmen der passiven Kühlung. Die Seminar- und Büroräume werden durch die 18 Geothermie-Sonden direkt und ohne den zusätzlichen Einsatz einer Kältemaschine gekühlt. Eine weitere Geothermie-Sonde wird ganzjährig für die Kühlung von Serverräumen verwendet.

Mit Hilfe eines Erdreichwär­metauschers unter der Bodenplatte des Gebäudes kann die Außenluft für die Hörsaal-RLT-Anlage im Sommer gekühlt werden. Im Winter dient der Erdreichwärmetauscher zur Vorwärmung der Außenluft.

Um ein langjährig ausgeglichenes Temperaturniveau im Geothermiefeld zu gewährleisten, wurden geothermische Simulationsrechnungen durchgeführt. Diese ergaben, dass das Verhältnis der geothermisch erbrachten Heiz- zu Kühlenergiemengen bei etwa 1,8:1 liegen muss, damit sich die mittleren Temperaturen im Erdreich langfristig um nicht mehr als 2 K ändern.

Seminarräume mit Solarkamin

Die Seminarräume sind für max. 28 Personen ausgelegt und verfügen über eine dezentra­le natürliche Lüftung über die Fassade. Je Seminarraum strömen 560 m³/h Zuluft über ein Fassadenlüftungselement ein. Auf der gegenüberliegenden Raumseite wird die Abluft durch einen Solarkamin über Dach abgeführt.

Das Fassadenlüftungselement verfügt mit 3 Pa über einen besonders geringen Druckverlust und wurde speziell für dieses Bauvorhaben gemeinsam mit der Industrie entwickelt. Durch eine regensichere Fassadenklappe im Oberlichtbereich gelangt Zuluft in das Fassadenlüftungselement, durchströmt dieses von oben nach unten über eine Schalldämmkulisse, wird über ein Heizregister im Winter auf 18 °C vorgewärmt und gelangt zugfrei als Quellluft auf Fußbodenhöhe in den Seminarraum.

Das Fassadenlüftungselement verfügt über keinen eigenen Antrieb. Die erforderliche Druckdifferenz zur Überwindung des Druckverlustes wird mit Hilfe eines Solarkamins erzeugt. Dieser befindet sich in jedem Seminarraum auf der flurseitigen Innenwand. Dort wird die Abluft im Decken- oder oberen Wandbereich entnommen und durch einen Schacht bis über Dach nach außen geführt. Die Solarkamine ragen ca. 3,0 m über die Dachoberkante hinaus und sind rundum verglast. So wird die Luft im Kamin erwärmt und kann durch natürlichen Auftrieb zuverlässig nach oben strömen und durch Klappen in den oberen Kaminwänden entweichen.

Die Regelung der Belüftung erfolgt abhängig von der Raumluftqualität mit Hilfe der CO₂-Konzentration als Indikator. Bei einer Überschreitung des Grenzwertes werden die Abluft- und Drosselklappen im Solarkamin, sowie die Zuluftklappen im Fassadenlüftungselement in Form einer Stoßlüftung geöffnet und bei Unterschreitung wieder geschlossen.

Zur Überprüfung der Lüftungsmethode wurden eine thermische Gebäudesimulation und eine Raumluftströmungssimulation durchgeführt. Hierdurch konnte nachgewiesen werden, dass die Lüftung über die Solarkamine ausreichend ist und dass nur an wenigen Stunden im Jahr mit einer CO₂-Konzentration von mehr als 1100 ppm, bei max. ca. 1600 ppm zu rechnen ist. Im Winter kann die auf 18 °C erwärmte Zuluft zugfrei in den Raum eingebracht werden.

Heizung und Kühlung der Seminarräume erfolgen über ein Niedertemperatur-Deckensegel im 2-Leiter-System mit integrierter Beleuchtung und raumakustischen Eigenschaften. Hier steht im Winter Niedertemperaturwärme von der Wärmepumpe und im Sommer Kaltwasser aus dem Geothermiefeld zur Verfügung.

Hörsaal mit Erdreich­wärmetauscher

Der Hörsaal für 140 Personen wird über eine maschinelle Lüftung mit 4200 m³/h Frischluft versorgt. Das hierfür zuständige RLT-Gerät versorgt außerdem innenliegende WCs, Lager und Technikräume und fördert insgesamt 6000 m³/h.

Bevor die Außenluft in das RLT-Gerät eintritt kann sie bei Bedarf über einen Erdreichwärmetauscher geführt werden. Dieser besteht aus zwölf parallel angeordneten PE-Rohren mit je 50 m Länge und 250 mm Durchmesser und befindet sich unter der Bodenplatte des Kellergeschosses im Erdreich. Die Rohre sind über einen Umlenk-Sammelschacht so verschaltet, dass die Zuluft in sechs parallelen Luftwegen insgesamt 100 m durch das Erdreich geführt wird, bevor sie in das RLT-Gerät gelangt.

Im Winter kann die Außenluft über den Erdreichwärmetauscher um bis zu 11 K vorerhitzt werden. Eine nachgeschaltete Wärmerückgewinnung mit 70 % Rückwärmzahl und ein Nacherhitzer sorgen für definierte Zulufttemperaturen.

Im Sommer kann die Außenluft um bis zu ca. 11 K gekühlt werden. Eine weitere Kühlung ist nicht vorhanden. An heißen Tagen mit 32 °C Außentemperatur kann die Zuluft mit maximal ca. 23 °C eingeblasen werden. Die Raumlufttemperatur lässt sich damit noch auf ein vertretbares Maß begrenzen.

Büroräume mit automa­tisierter Fensterlüftung

Ein Großteil der Büroräume steht den Professoren der Hochschule zur Verfügung. Dem Nutzerverhalten und auch dem Nutzerwunsch entsprechend wurde eine natürliche Fensterlüftung ohne zentrale maschinelle Büro­lüftung vorgesehen.

Die Fenster sind als Kastenfens­ter ausgebildet mit einem inneren Flügel als Drehflügel in dreifacher Wärmeschutzverglasung und einem äußeren Flügel als Parallel-Ausstellfenster. Dieser dient zur Verbesserung des Schallschutzes, als Einbruchschutz bei der Nacht­auskühlung sowie zur Vorwärmung der Zuluft im Winter.

Um die Raumluftqualität si­cher­zustellen, sind die Büros mit CO₂-Sensoren ausgestattet, welche die motorisch angetriebe­nen Fensterflügel automatisch öffnen und schließen können. Ein Regensensor schließt automatisch bei Regen. Bei Schwachregen ist eine Spaltlüftung trotzdem noch möglich. Im Sommer sorgt eine Temperaturüberwachung im Kastenfenster dafür, dass es dort nicht zu einer Überhitzung kommt und öffnet ggf. den äußeren Flügel automatisch. Der Büronutzer hat jedoch die Möglichkeit diese Automatik mittels einer Vorrangschaltung seinen individuellen Bedürfnissen anzupassen.

Wie auch in den Seminarräumen sorgt ein Deckensegel im 2-Leiter-System mit Heiz- und Kühl­funktion ganzjährig für an­ge­nehme Raumtemperaturen.

Wirtschaftlichkeits­betrachtung und Fazit

In einer auf 33 Jahre angeleg­ten Lebenszyklus-Kostenberechnung wurde das hier beschriebene Pilotprojekt einem vergleichbaren konventionellen Projekt gegenübergestellt.

Zwar sind die Investitionskosten des Pilotprojektes im Bereich Hochbau und technische Anlagen höher als bei einem ver­gleichbaren konventionellen Projekt. Die deutlich geringeren Betriebs- und Wartungskosten ergeben jedoch ca. 13 % gerin­ge­re Lebenszykluskosten für das Pilotprojekt und bestätigen da­mit dessen Wirtschaftlichkeit.

Die Hochschulräume werden in vorlesungs- und vorlesungsfreien Zeiten zum Teil sogar stunden­weise sehr unterschiedlich genutzt. Daher wurden schon in der Planungsphase die Chancen eines mehrjährigen Gebäudemonitorings aufgezeigt, das auch unter Einbeziehung hochschuleigener Ressourcen weitere Optimierungen und Anpassungen an das Nutzerverhalten erlauben würde. Die Umsetzung steht noch bevor.