Hauptfeuerwache Karlsruhe

Energiekonzept mit Betonkerntemperierung

Neben dem zuvor erstellten Gebäudeteil 1, in dem seit dem Mai 2017 die Integrierte Leitstelle (ILS) für den Stadt- und Landkreis Karlsruhe untergebracht ist, wurde ein zweiter Baukörper als eigentliche Feuerwache errichtet. Darin ist seit dem 28. April 2021 die neue Hauptfeuerwache von Karlsruhe untergebracht. Besonderer Wert wurde auf das Energiekonzept gelegt.

Der Neubau der Hauptfeuerwache in Karlsruhe wurde in Verlängerung der integrierten Leitstelle der Stadt in einem eigenständigen, bis zu sechsgeschossigen Baukörper untergebracht und bildet mit der integrierten Leitstelle ein Ensemble – das Areal „Hauptfeuerwache“. Über die großzügige Platzfläche mit dem geometrisch angelegten Löschteich, die sowohl die neue Hauptfeuerwache als auch die integrierte Leitstelle erschließt, erreicht man den Eingangsbereich des Gebäudes und den Zufahrtsbereich zur Fahrzeughalle.

Im Erdgeschoss beherbergen zwei hintereinander geschaltete Hallen alle wichtigen Funktionen. Die Feuerwehrfahrzeuge stehen zur raschen Ausfahrt rückwärts geparkt in der zweiten, zur zentralen Ausfahrt orientierten Halle. Zudem ist die Möglichkeit einer direkten Durchfahrt im Hallenbereich gewährleistet. In der großen Halle sind alle Funktionen untergebracht, um die Fahrzeuge einsatzbereit zu machen.

Den räumlichen Rücken der beiden Hallen bildet der Riegel, in dem im Erdgeschoss die Werkstätten untergebracht sind und die somit auf kurzem Weg zu den Einsatzfahrzeugen führen. Im südlich gelegenen 1. OG und 2. OG liegt die Wache mit Küchen- und Aufenthaltsräumen. Im darüberliegenden 3. OG sind die Sportbereiche angeordnet.

In den nördlich gelegenen Etagen 1. OG bis 3. OG befinden sich der Sitz der Amtsleitung Branddirektion und diverse Fachabteilungen und Sachgebiete. Neben dem Vorbeugenden Brand- und Gefahrenschutz, der Einsatzplanung mit Katastrophenschutz, Krisenmanagement und Integrierter Leitstelle, Ausbildung Berufsfeuerwehr, Öffentlichkeitsarbeit und Sport haben auch die allgemeine Verwaltung mit den zentralen Diensten und dem Controlling ihre Büros im Neubau.

Bei der Konzeption der erforderlichen Büros, Besprechungsräume und Begegnungsflächen wurde auf eine vollständige räumliche Abgrenzung von den Angehörigen der Wachschicht verzichtet und vielmehr mit der Schaffung gemeinsamer Aufenthaltsräume, Sportflächen und Bereitschaftsbereiche in der Dachlandschaft ein permanentes Miteinander der Beschäftigten im Innen- und Einsatzdienst gefördert. Über strategisch günstig angeordnete Treppenhäuser und Sprungschachtanlagen in markanter Farbgebung werden aus allen Bereichen die Einsatzfahrzeuge im Alarmfall innerhalb der Rettungsfristen erreicht. Sämtliche Werkstätten und Aufenthaltsbereiche gruppieren sich um einen dreigeschossigen Lichthof, dieser transportiert Tageslicht in die Flure und Räume und schafft Orientierung im Gebäude. Diesem Lichthof zugewandt liegen die Ruheräume, abgewandt von der stark befahrenen Wolfartsweierer Straße.

Der Schlauchturm mit einer Höhe von 30 m ist im nordöstlichen Kopfbereich des Hallengebäudes angeordnet und kann vom Untergeschoss aus beschickt werden. An der nordwestlichen Hallenecke gelegen befindet sich der Abroll-Container-Port. Der Riegel entlang der Wolfartsweierer Straße ist eingeschossig unterkellert. Dort sind Lager- und Technikräume sowie die Schlauchwerkstatt und die Schlauchwäsche untergebracht. Das Gebäude wurde in Passivhausbauweise errichtet.

Energiekonzept

Das Energiekonzept des Gebäudes basiert auf der Nutzung von Energiepfählen im Zusammenhang mit Pendelspeichern für Wärme und Kälte. Das Gebäude ist zudem eines von vier Gebäuden, die im Forschungsprojekt „Einfluss der technischen Planung für Nichtwohngebäude auf die Nutzung von volatilem Strom aus regenerativer Erzeugung unter Verwendung elektrochemischer Speichersysteme“, gefördert durch das BMWi, als Basis zu Untersuchungen zum Thema „Power to Heat“ mit interessanten Ergebnissen verwendet wurden (siehe Infokasten).

Im Mittelpunkt der Untersuchung für die Feuerwache steht die im großen Umfang eingebaute Betonkernaktivierung, die als Power-to-Heat-Wärmespeicher in Zukunft genutzt werden kann.

Heizung und Kälte

Es wurden gemäß DIN EN 12831 und unter Beachtung der ASR, der Feuerwehr-Richtlinien sowie des technischen Standards der Stadt Karlsruhe folgende Raumtemperaturen herangezogen:

Treppenräume und Flure 15 °C
Büroräume 21 °C
Sozialräume/Ruheräume 21 °C
Waschen/Duschen sowie Umkleide/Spinde 24 °C
Fahrzeughalle 13 °C
Geräte-/Lagerräume 15 °C
Waschhalle 10 °C
Teeküchen/Küche 20 °C
Werkstätten/Hallen 19 °C
Schlauchpflege 19 °C
Schlauchturm: 10 °C
Übungsräume 20 °C
Schulungsräume 20 °C
WC 15 °C
Behinderten-WC 24 °C

Auf dieser Basis wurde ein Wärmebedarf von 750 kW errechnet. Dieser setzt sich folgendermaßen zusammen:

stat. Heizung/Heiz-/Kühldecken ca. 93 kW
Deckenstrahlplatten ca. 262 kW
Bauteilaktivierung ca. 36 kW
Fußbodenheizung ca. 25 kW
Raumlufttechnik ca. 334 kW (WRG wurde berücksichtigt)

Der Wärmebedarf wird über den Fernwärmeanschluss mit 690 kW und die Wärmepumpenanlage mit 60 kW gedeckt. Die Übergabestation der Fernwärme befindet sich im Untergeschoss. Für die Fernwärmeübergabe wurden zwei Wärmetauscher mit je 435 kW aufgestellt. Diese können zweimal 60 % des Anschlusswertes liefern. Somit ist eine Teilredundanz erreicht.

Über die Wärmepumpe vom Typ „Geozent“ von Zent-Frenger wird neben Wärme auch Kälte zur Verfügung gestellt. Als Quelle dient das Erdreich. In dieses wurden viermal 63 Energiepfähle, insgesamt also 252 Energiepfähle eingebracht. Dazu wurden die Gründungspfähle des Gebäudes mit Sonden aus PE-X-Rohr aktiviert. Die Wärmepumpe stellt Warmwasser über einen 1.000 l Pufferspeicher und Kaltwasser über einen 1.500 l Pufferspeicher zur Verfügung, die als Pendelspeicher genutzt werden.

Systemtemperaturen Kühlung und Kälteleistung:

Geothermiekreis 12/16 °C
Bauteilaktivierung 18/21 °C 42,1 kW
Heiz-/Kühldecken 18/21 °C 19,4 kW
Umluftkühlgerate 15/18 °C 19,0 kW
Wärmepumpe 15/20 °C 60,0 kW

Die Kühlung erfolgt als „Natural Cooling“, d.h. die Medientemperatur wird nicht durch zusätzliche technische Maßnahmen herabgesetzt, sondern auf dem Temperaturniveau des Erdreichs mit rund 12 °C direkt den Verbrauchern zugeführt. Die Geothermiekreise werden durch einen nachgeschalteten Wärmetauscher von den Kältekreisläufen im Gebäude getrennt. Durch die Entnahme von Energie aus dem Erdreich im Heizfall, sprich Wärmepumpenbetrieb, und der Zuführung von Energie im Kühlfall ist im Jahresverlauf eine nahezu ausgeglichene Energiebilanz des Untergrundes gegeben.

Wärmeverteilung

Die Wärmeverteilung erfolgt je nach Anwendungsbereich über statische Heizungsgruppen, Betonkerntemperierung und Deckenstrahlplatten. In den Fluren und Treppenräumen kamen vorwiegend Röhrenradiatoren zum Einsatz. In den Büros, Werkstätten, Gästezimmern und Ruheräumen erfolgt die Wärmeverteilung über eine zwischen oberer und unterer Bewehrung in die Betondecken per PE-X-Rohren integrierte Betonkernaktivierung. Zudem sind diese Räume mit Planheizkörpern ausgestattet, deren Dimensionierung vom jeweiligen Raumwärmebedarf abhängt.

Sitzungs- und Besprechungsräume erhielten Heiz-/Kühldecken, ausgeführt als reversible, metallische Rasterdecken mit integriertem Cu-Rohr als Heiz- bzw. Kühlmäander. Die Sporthalle im 3. OG wurde mit einer Fußbodenheizung in Form einer Sportbodenheizung ausgestattet. Die Fahrzeughallen werden über Deckenstrahlplatten temperiert.

Raumlufttechnik

Für die Errichtung der Hauptfeuerwache Karlsruhe war es notwendig, verschiedene Funktionsbereiche mechanisch zu be- und entlüften. Die Hauptanlagen, mit Ausnahme der Küche, erhielten eine adiabatische Kühlung. Für die Abführung der Abgase wurde in den Fahrzeughallen eine Garagenlüftung ohne Entrauchungsfunktion geplant. Die Abluftanlage wurde im EG platziert.

Für die Lüftungsanlagen wurde im 4. OG und 5. OG eine Technikzentrale erstellt. Die zugehörigen RLT-Anlagen wurden als Teilklimaanlagen mit Zuluft und Abluft ausgeführt.Reine Abluftventilatoren wurden überwiegend auf den Dachflächen angeordnet. Es ergeben sich nachstehende Gesamtluftmengen (ohne Fahrzeughallen) von 69.190 m3/h für die Außenluft und 80.730 m3/h für die Fortluft.

Die RLT-Anlagen sind mit zwei Filterstufen versehen. Die zwei  Filterstufen der Klasse F5 und F7 sind geräteseitig vorgesehen. Die Auslegung erfolgte nach den zum Zeitpunkt der Planung gültigen Vorgaben der EN 779.

In den Brandabschnittsgrenzen wurden Brandschutzklappen und Brandschutzelemente in die jeweiligen Luftleitungen eingesetzt. Grundsätzlich sind alle Brandschutzklappen mit zwei Endlagenschaltern und einem Motorantrieb ausgestattet.

Die Brandschutzklappen in den Umfassungswänden der Lüftungszentralen haben zusätzlich eine Rauchauslöseeinrichtung erhalten. Diese dienen zur Kompensation der dort verwendeten brennbaren diffusionsdichten Isolierung. Brandabschnittquerende Installationen erhielten je nach Erfordernis eiL30- bzw. L90-Isolierung.

Alle Geräte werden mit 100 % Außenluft betrieben und sind mit einer Wärmerückgewinnung mittels Plattentauscher ausgestattet. Ausnahme ist die Lüftungsanlage für die Küche, diese hat ein KV-System erhalten.

Die RLT-Anlagen

Die RLT-Anlage 1 mit jeweils 11.430 m3/h Zu- und Abluftmenge befindet sich in der Technikzentrale im 4. OG und versorgt die Werkstätten im EG.

Die ebenfalls in der Technikzentrale im 4. OG aufgestellte Anlage 2 versorgt mit 18.320 m3/h Zu- und 17.260 m3/h Abluft weitere Werkstätten und die Feuerwehrwehrtechnik.

Die RLT-Anlage 3 zur Versorgung der Büros vom 1. bis 4. OG wurde in der Technikzentrale im 4. OG aufgestellt. Sie liefert 10.520 m3/h Zuluft und führt 10.400m3/h ab. Davon werden 5.600 m3/h Abluft von der Anlage 3 aus den WC-, Lager-, und Nebenräumen abgeführt.

Die RLT-Anlage 4 ist im 5. OG aufgestellt und versorgt Küche und Spülküche mit 6.500 m3/h. Die Abluftmenge ist ebenso groß. Zudem werden aus der Spülküche 500 m3/h abgeführt. Ergänzend wurde bei dieser Anlage ein Fettfangfilter für die Abluft vorgesehen.

Mit der RLT-Anlage 5 wird die Abluft aus der Sporthalle abgeführt. Der Abluftventilator ist für 3.240 m3/h ausgelegt. Die Fortluft wird über einen Dachradialventilator ins Freie abgeführt. Die Zuluft erfolgt über Nachströmung über die Fenster.

Die RLT-Anlage 6 ist den Umkleiden, weiteren innenliegenden Räumen und WC-Bereichen zugeordnet. Das in der Technikzentrale im 5. OG aufgestellte Gerät liefert 20.580 m3/h Zuluft und führt 16.550 m3/h ab. Über eine weitere Anlage werden weitere 3.690 m3/h Luft abgeführt.

Die beiden RLT-Anlagen 10 für die Fahrzeughalle und 11 für die Fahrspur sind Abluftanlagen. Über mehrere Geräte werden mit Anlage 10 bis zu 35.350 m3/h und mit Anlage 11 bis zu 8.740 m3/h über das Dach abgeführt. Die Auslegung erfolgte in Anlehnung an die Garagenverordnung mit 12 m3/h/m2.

Für das Container-Terminal wurde mit Anlage 12 eine separate Anlage mit jeweils 2.000 m3/h Zu- und Abluft eingeplant. Das Gerät wurde auf dem Dach des Container-Terminals platziert. Weitere, kleiner dimensionierte Anlagen dienen für die Be- und Entlüftung von Müllraum, Kompressorraum und die Waschhalle. Alle RLT-Anlagen sind auf die GLT aufgeschaltet.

Wasser

Für die Trinkwasserversorgung wurde ein Anschlusswert von 5,62 l/s geplant. Mit Trinkwasser werden die TW-Nutzergruppen, die Trinkwassererwärmung und die Nachspeisung für das Nichttrinkwasser (NTW) versorgt. Sowohl für das Trinkwassernetz wie das NTW-System wurde der Werkstoff Edelstahl (Nr. 1.4401) verwendet. Für dieses wird generell Regenwasser genutzt. Dazu wurde im Untergeschoss eine Zisterne aus Beton als Bestandteil der Rohbauleistung errichtet. Das Niederschlagswasser wird von den Dachflächen, die als Flachdächer ausgeführt wurden, abgeleitet und in die Zisterne geleitet. Überschüssige Mengen werden über einen Überlauf direkt dem Regenwasserkanal zugeleitet.

Das gespeicherte NTW wird von der Zisterne aus über Tauchpumpen chloriert an einen offenen Vorlagebehälter mit 1.000 l weitergeleitet. Von dort aus wird es über eine Druckerhöhungsanlage den Verbrauchern im gesamten Gebäude zur Verfügung gestellt. Das NTW-Netz versorgt neben den WC- und Urinalanlagen, die Schlauchwaschanlage, die Stiefelwaschanlage, die automatische Pflanzenbewässerung und die Befeuchter der RLT-Anlagen für die adiabate Kühlung. Steht in der Regenwasserzisterne nicht ausreichend Wasser zur Verfügung, erfolgt eine Nachspeisung aus dem Trinkwassernetz in den Vorlagebehälter.

Das Trinkwasser wird über eine Enthärtungsanlage zum Schutz der Armaturen zentral auf 5 bis 6 °dH aufbereitet. Eine Erfassung der verbrauchten Wassermengen erfolgt zentral über Fernkontaktgeber und eine Aufschaltung auf die übergeordnete DDC. Ein Rückflussverhinderer verhindert das Rückfliesen von Trinkwasser bei einem Druckabfall im öffentlichen Trinkwassernetz.

Die Warmwasserbereitung für die Sanitärräume, Teeküchen und Putzmittelräume erfolgt zentral über den Fernwärmeanschluss und den Heizungshauptverteiler über einen Wärmetauscher 70/50 °C mit 120 kW. Darüber wird der Warmwasserbereiter mit 1.000 l versorgt. Von hier aus erfolgt die Warmwasserverteilung zentral.

Die Wärmedämmung der Leitungen TW (kalt) und NTW (kalt) erfolgte gemäß DIN 1988 Teil 2, für TW (warm) und Zirkulationsleitungen gemäß EnEV. Im nicht sichtbaren Bereich erfolgte die Dämmung mit alukaschierten Mineralfaserschalen, im sichtbaren Bereich zusätzlich mit Blechmantel. Über den Rohfußboden und in Wandschlitzen verlaufende Leitungen wurden mit Schlauchmaterial mit Gewebe gedämmt.

Schmutz- und innenliegende Regenwasserleitungen haben eine diffusionsdichte Schwitzwasser-/Schalldammisolierung aus alukaschierter Mineralwolle erhalten. Die Ummantelung erfolgte wie vor beschrieben. Für Wasserleitungen in frostgefährdeten Bereichen wurde eine elektrische Begleitheizung vorgesehen.

Löschwassereinrichtungen

Entsprechend dem Brandschutzgutachten und/oder zu Übungszwecken entsprechend der Nutzervorgabe wurde im Übungsturm wird eine „Steigleitung Trocken“ DN 80 aus Edelstahlrohr (Werkstoff-Nr. 1.4401) nach DIN EN 10088 vorgesehen. Im Erdgeschoss wurde dafür eine 2 x B-Schlauchkupplung einschließlich Entleerung im Unterputzgehäuse geplant. Weitere Entnahmestellen DN 50 gibt es in Form von C-Rohr-Anschlüssen mit Schlauchkupplung auf den Zwischenebenen des Übungsturmes.

Zudem erhielt das Containerlager eine „Steigleitung Trocken“ DN 80 mit nachgeschaltetem Rohrnetz ebenfalls aus Edelstahlrohr. Dieses Rohrnetz wurde mit offenen Düsen bestückt, so dass die Feuerwehr im Brandfall Löschwasser einspeisen kann.

Abwasser und Entwässerung

Fetthaltige Abwässer aus der Küche werden über einen Fettabscheider mit Hebeanlage im Untergeschoss abgeleitet. Für die Entwässerung der Werkstätten und der Waschhalle wurde ein Koaleszenzabscheider für benzinhaltiges Schmutzwasser aufgestellt.

Die Entwässerung auf dem Grundstück wurde als Trennsystem ausgeführt. Der Anschluss an die öffentlichen Abwasserkanäle erfolgt per Mischwasser. Die Auslegung erfolgte mit einer Regenwassermenge von Qr = 87,52 l/s und einer Schmutzwassermenge einschließlich der aus den Abscheidern stammenden Mengen von Qs = 8,94 l/s. Daraus errechnet sich eine Mischwassermenge von Qm = 96,46 l/s.

Gebäudeautomation

Für den Betrieb der TGA wurde ein Gebäudeautomationssystem implementiert, das in der Lage ist, umfangreiche Mess-, Regel-, Optimierungs-, Steuer- und Überwachungsfunktionen aller betriebstechnischen Anlagen zu übernehmen. Zur individuellen Anpassung ist das System frei programmierbar. Es ist ein Gebäudeautomationssystem mit der Systemarchitektur nach ISO EN 16484-3 mit drei Ebenen vorgesehen.

Das Gebäudeautomationssystem basiert auf einer System-architektur nach ISO EN 16484-3 mit drei Ebenen und verfügt über BACnet als durchgängigen Kommunikationsstandard. Zudem ist das System frei programmierbar gestaltet und auf eine Erweiterungsfähigkeit ausgelegt. Die Abfrage von Anlagenzuständen und die Bedienung erfolgt über ein Display an den Schaltschränken sowie über einen Leitrechner der innerhalb der Hauptfeuerwache aufgestellt wurde. Zudem verfügt die GA über fünf autarke Unterstationen. Deren Informationsschwerpunkte (Schaltschränke) sind folgendermaßen zugeordnet:

ISP1 für Heizung, Kälte und Störmeldungen,
ISP2 für Lüftung und Störmeldungen
ISP3, für Lüftung,
ISP4, für Lüftung,
ISP5, für Lüftung.

Alle ISP sind mittels Busleitung untereinander zu vernetzen.

Die Kabelverlegung innerhalb der Geschosse erfolgt größtenteils auf den Trassen des Gewerks Elektro. Innerhalb der Zentralen wurden grundsätzlich eigenständige Kabelwege ausgebaut.

Zur Regelung der Anlagen sind die Feldgeräte für Temperaturmessung, Feuchtemessung, CO2-Messung, Rauch- und Drucküberwachung in notwendiger Anzahl vorgesehen.

Für die MSR-Dokumentation waren Programm-, Parameter- und Menülisten mit deutschem Klartext sowie nach Kundenvorgabe die Anlagenschemata zu erstellen. Zur Systembedienung wurde ein deutsches Bedienhandbuch mitgeliefert.

 

Details der Dachlandschaft

Auf dem Dach der Fahrzeughalle wurde eine ca. 4.000 m² große Dachlandschaft errichtet, die für die Einsatzkräfte und Angestellten eine Rückzugs- beziehungsweise Erholungsfläche im Grünen bietet, aber auch im Hinblick auf die Ziele der Grünen Stadt einen ökologischen und klimatischen Beitrag darstellt. Ein mäandernder Fußweg mit Sitzgelegenheiten bietet die Möglichkeit, sich inmitten der im Wechsel extensiv und intensiv begrünten Dachgarten aufzuhalten. Als ein wesentliches verbindendes Element zwischen der funktionalen Fahrzeughalle und der begrünten Dachlandschaft, dienen die 16 nordöstlich ausgerichteten Oberlichter. Diese versorgen die darunterliegende Fahrzeughalle mit Tageslicht.

Im April 2021 fand der Umzug in die neue Hauptfeuerwache Karlsruhe statt. Von dort aus werden alle Einsätze koordiniert.Dabei dient das Gebäude nicht nur seinem primären Einsatzzweck als Hauptfeuerwache der Stadt Karlsruhe, sondern bietet den Mitarbeitern vor Ort zugleich eine hohe Aufenthaltsqualität.

Info

Bautafel

Objekt: Neubau Hauptfeuerwache Karlsruhe
Baubeginn: 28. Oktober 2016
Inbetriebnahme: 28. April 2021
Bauherr: Stadt Karlsruhe, Amt für Hochbau und Gebäudewirtschaft
Architektur: H III S Harder Stumpf Schramm, 70619 Stuttgart
Stadtplanung: Prof. Dr.-Ing. Christina Simon-Philipp
Freiraumplanung: Eurich . Gula Landschaftsarchitektur
Energiekonzept und TGA-Fachplanung: Prof. Dr.-Ing. Dirk Bohne Ingenieure GmbH, 57072 Siegen
BGF: 17.546 m²
BRI: 95.030 m³

Info

Netzreaktive Gebäude – Projekt EltStore

Im Rahmen des Forschungsvorhabens EltStore wurden mit Hilfe unterschiedlicher Betriebsszenarien der Energiebedarf und damit das technische Anlagekonzept von vier Nichtwohngebäuden auf den Prüfstand gestellt. Die Feuer- und Rettungswache (FRW)Karlsruhe war eines der Gebäude. Ziel war die Erarbeitung standardisierter Lösungen für die Integration von PV-Batteriespeichersystemen (optimale Auslegung sowie Betriebsstrategien) und die Erschließung weiterer Flexibilisierungspotentiale von Nichtwohngebäuden im Sinne der Energiewende. (Einsatz von Power-to-Heat-Anwendungen, Netzdienlichkeit). Für die FRW Karlsruhe wurde gezeigt, dass die Verwendung der Gebäudemasse als Wärmespeicher bei Überschussstrom eine sinnvolle Möglichkeit der Power-to-Heat-Nutzung darstellt.

Die Forschungsberichte und Publikationen sind u.a. im Repositorium der Leibniz Universität Hannover verfügbar (https://www.repo.uni-hannover.de).

Projekt EnOB: EltStore: Einfluss der technischen Planung für Nichtwohngebäude auf die Nutzung von volatilem Strom aus regenerativer Erzeugung unter Verwendung elektrochemischer Speichersysteme, Förderkennzeichen: 03ET1500A, Zuwendungsgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi.IIC6), (Projektleitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dirk Bohne)

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