Nachhaltiges Bauen am Frankfurter Westhafen

Anfang 2010 wurde mit dem Neubau des in der Frankfurter Gutleutstraße errichteten Verwaltungskomplexes begonnen. Auf einer Grundstücksgröße von ca. 1600 m² entstand ein Gebäude mit kubischer Form. Im Kellergeschoss befinden sich Räume zur Unterbringung der Technik, ein Dusch- und Umkleideraum sowie Lagerräume. Im Erdgeschoss ist eine Nutzungseinheit, in den fünf Obergeschossen sind jeweils zwei Nutzungseinheiten vorhanden, die der Verwaltung dienen. Im 6. Obergeschoss befinden sich ein Technikraum und eine Dachterrasse. Im Frühjahr 2011 werden die 120 Mitarbeiter des Straßenverkehrsamtes in das neue, repräsentative Gebäude einziehen.

Nachhaltige Haustechnik auf vielen Ebenen

Eine nicht unwesentliche Rolle für die Nachhaltigkeit der Immobilie spielt die Gebäudetechnik. Mit der Ausführung der Gewerke Heizung, Kälte, Lüftung, Sanitär und MSR wurde der in Darmstadt ansässige Energie- und Infrastrukturdienstleister HSE Technik GmbH & Co. KG beauftragt. Ziel war es, eine ganze Reihe von Energieeinsparungs- beziehungsweise Energieeffizienzmaßnahmen durchzuführen, um Ressourcen zu schonen und Energiekosten zu senken. Diese werden im Folgenden näher beschrieben.

Die Umsetzung der Heizungs- und Kältetechnik

Zur Beheizung und Kühlung des Gebäudes wird eine reversible Wärmepumpe eingesetzt. Im Heizfall wird die Primärenergie durch eine Erdsondenanlage zur Verfügung gestellt. Das Wasser-Glykolgemisch im Solekreislauf durchströmt die Erdsonden, nimmt Wärme aus dem Erdreich auf und gibt sie direkt an das Heizungssystem ab. Reicht diese Wärme zur Beheizung des Gebäudes nicht aus, wird sie über die reversible Wärmepumpe auf ein höheres nutzbares Temperaturniveau angehoben. Im Kühlfall wird die aus dem Gebäude abzuführende Wärme an das Erdsondenfeld abgegeben. Dies erfolgt über interne Verschaltungen innerhalb der Wärmepumpe (siehe Bilder 2a und 2b).

Bei geeigneten Außentemperaturen erfolgt die Kühlung über einen Rückkühler, der auf dem Dach des Gebäudes positioniert ist.

Bei dem Erdsondenfeld ist darauf zu achten, dass es über das Jahr verteilt eine ausgeglichene Wärmebilanz aufweist. Die abgeführte Wärmemenge muss, gemäß behördlichen Auflagen, dem Erdreich auch wieder zugeführt werden.

Für die Erfassung der Wärmebilanz werden Wärme- und Kältezähler eingesetzt. Diese befinden sich in den Abgängen zu den einzelnen Verbrauchern (Wärmepumpe, Rückkühler, Wärmeübertrager) und vor dem Erdsondenfeld.

Simulationsberechnungen bezüglich des Gebäudes haben ergeben, dass das Gebäude über das Jahr verteilt öfters gekühlt als geheizt werden muss. Das bedeutet, dass dem Erdsondenfeld über die Wärmepumpe mehr Wärme zu-, als abgeführt wird. Insofern ist derzeit davon auszugehen, dass das Erdsondenfeld gekühlt werden muss, um dessen Wärmebilanz auszugleichen. Dies geschieht dann unter gewissen Rahmenbedingungen (geeignete Außentemperatur, Wärmepumpe nicht in Betrieb) über den Rückkühler.

Die Beheizung und Kühlung des Gebäudes erfolgt überwiegend durch thermisch aktive Bauteilsysteme (Betonkernaktivierung) in den Geschossdecken. Sie sind im Heizbetrieb auf eine Leistung von 15 W/m² und im Kühlbetrieb auf eine Leistung von 25 W/m² ausgelegt.

Die Systemtemperaturen in der Heizperiode (bei mittleren Außentemperaturen zwischen -18 °C und +18 °C) liegen bei etwa 23 °C.

Die Systemtemperaturen in der Kühlperiode (bei mittleren Außentemperaturen zwischen 18 °C und 33 °C) liegen bei etwa 21 °C.

Die Geschosse werden gemäß Himmelsrichtungen in vier Zonen eingeteilt; jede Zone verfügt über einen Heizkreisverteiler. Ziel ist es, die einzelnen Büroräume mit identischen äußeren Wettereinflüssen gemeinsam zu regeln.

Je nach äußerer Sonneneinstrahlung werden Büroräume unterschiedlich stark erwärmt. Es kann demnach sein, dass Büroraume komplett durch Sonneneinstrahlung erwärmt werden und keine zusätzliche Wärme durch die Heizungsanlage benötigen, während andere ohne direkte Sonneneinstrahlung weiter geheizt werden müssen.

Die einzelnen Heizkreisverteiler werden durch motorisch betriebene Kugelhähne abgesperrt, wenn die Vorlauftemperatur am Verteiler identisch mit der Rücklauftemperatur ist. Den Räumen wird dann keine Wärme mehr zu- oder abgeführt. Nach ca. einer Stunde wird der Kugelhahn am Verteiler wieder geöffnet. Anhand der sich einstellenden Temperaturspreizung wird ermittelt, ob wieder geheizt oder gekühlt werden muss.

Die Lüftungskomponenten

In den EDV-Räumen im Untergeschoss befinden sich Umluftkühlgeräte zur Abführung der erhöhten Wärmelasten. Im Sommer werden sie von der Wärmepumpe mit Kaltwasser versorgt; im Winter mit dem abgekühlten Rücklaufwasser der Heizung.

In der Dachzentrale im 6. Obergeschoss ist die zentrale Lüftungsanlage angeordnet. Hierbei handelt es sich um ein „Rekuperativ-Klimagerät“, das mit zweistufiger Wärmerückgewinnung, Temperaturwirkungsgrad über 75 % und einer adiabatischen Kühlung mittels Regenwasser aus einer Regenwasserzisterne betrieben wird. Das Heizregister wird von der Wärmepumpe mit 37 bis 21 °C warmem Wasser versorgt.

Die Zulufttemperatur liegt im Sommer bei ca. 21 °C und im Winter bei ca. 23 °C.

Die Büro- und Nebenräume werden über Volumenstromregler mit konstantem Volumenstrom versorgt. Die Steuerung der Zuluft für Besprechungsräume erfolgt über variable Volumenstromregler. Luftqualitätsfühler erfassen die Raumluftqualität und regeln die benötigte Zuluftmenge über die variablen Volumenstrombegrenzer.

Die WC-Räume erhalten die Luftversorgung aus den umliegenden Büroräumen. Mittels Rohrventilatoren wird Abluft aus den Büroräumen in die WC-Räume eingeblasen.

Fazit

Das dargestellte innovative Energiekonzept basiert maßgeblich auf Geothermie als Primärenergieträger, auf einer reversiblen Wärmepumpe für die Wärme- und Kälteversorgung sowie auf die nahezu vollständige Wärmeverteilung im Gebäude über thermisch aktive Bauteilsysteme. Der Passivhausstandard wird unter anderem mithilfe einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung erreicht. Die Nutzung des Regenwassers zur Kühlung des Lüftungsgeräts ergänzt die nachhaltigen Maßnahmen. Der aktuelle Energieausweis weist einen Primärenergiebedarf von 84,4 kWh/(m² a) aus.

Dem Gebäude werden durch den DGNB hervorragende Werte in allen Teilbereichen bescheinigt: Ökologische, ökonomische, soziokulturelle und funktionale Qualität entsprechen neuesten Energieverordnungsnormen und sind richtungsweisend im Gewerbeimmobilienbau.

Den zunächst höheren Kostenaufwand für die nachhaltigen Technikkomponenten amortisieren sich relativ schnell. Von dieser nachhaltigen Bauweise profitieren also – gerade im Hinblick auf den gesamten Lebenszyklus der Immobilie – letztendlich alle: Umwelt, Nutzer, Betreiber und Eigentümer.