Pumpentechnik für die BSU Hamburg

Folgerichtig wurde der, nach einem Entwurf der Berliner Architekten Sauerbruch und Hutton in Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro Innius RR gestaltete, Neubau auf der „Internationalen Bauausstellung Hamburg“ als Exzellenzprojekt ausgezeichnet und erhielt darüber hinaus das Zertifikat der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB) in Gold.

„Dem hohen Gebäudestandard liegt ein umfassendes Energiekonzept zugrunde, das aus einem wirksamen Zusammenspiel von erneuerbaren Energien sowie der konsequenten Umsetzung von Passivhauskriterien besteht“, erläutert Axel Hupfeld, Projektleiter bei der für die Ausführungsplanung und Realisierung der nachhaltigen Gebäudekonzeption verantwortlichen Obermeyer Planen + Beraten GmbH. „So verfügt der Komplex über einen Jahresprimärenergiebedarf von lediglich 58,13 kWh/m²a. Damit werden die Vorgaben des Bauherrn, die ursprünglich bei 70 kWh/m²a lagen, deutlich unterschritten. Auch beim Heizwärmebedarf liegt das Verwaltungsgebäude unterhalb der geforderten Maximalgrenze von 15 kWh/m²a und entspricht so dem Passivhausstandard.“

Geothermie als Basis des Energiekonzepts

Der BSU-Verwaltungsbau wurde dafür neben der hochwertigen Gebäudedämmung und einem effektiven, außenliegenden Sonnenschutz auch mit einem durchdachten Lüftungssystem inklusive Wärmerückgewinnung ausgestattet. Die Nutzung der Geothermie als regenerative Energiequelle stellt die Basis des nachhaltigen Gesamtkonzepts dar. Die Temperierung der Büro- und Besprechungsräume wird dann von Thermoaktivdecken übernommen. Für den klimaschonenden Betrieb der Heiz- und Kältesysteme sowie die zuverlässige Wasserversorgung der Sanitärbereiche sorgt die effiziente Pumpentechnik der Wilo SE.

Das Gebäude ruht auf insgesamt 1.640 Bohrpfählen mit einer Länge von 19 m. 834 davon werden zum Abschöpfen der Wärme genutzt, wobei das Erdreich im Jahresmittel eine Quellentemperatur von 13 °C zur Verfügung stellt. Über den Solekreislauf wird der Komplex mit einem maximalen Förderstrom von etwa 120 m³/h versorgt, wobei zwei Sole-/Wasser-Wärmepumpen dem Heizsystem Wasser mit einer Vorlauftemperatur von 50 °C zur Verfügung stellen.

Im Winter liegt die theoretisch maximal erforderliche Heizlast für das Gebäude bei etwa 1.760 kW. Die Grundlast übernehmen hier die Wärmepumpen mit einer thermischen Leistung von jeweils 464 kW. Diese werden mit Ökostrom der Hamburg Energie betrieben, die zudem 750 kW Nahwärme zur Spitzenlastabdeckung zur Verfügung stellt. Damit deckt die Gesamtleistung von Wärmepumpen und Nahwärme die Heizlast des Gebäudes selbst bei Außentemperaturen von –12 °C ab, was zumindest rechnerisch-statistisch in Hamburg allerdings nur acht Stunden im Jahr der Fall ist.

Das bivalente Konzept der Heizungsanlage bietet also eher eine gewisse Redundanz, die etwa eine Nachspeisung mithilfe der Nahwärme erlaubt, falls ein Geothermiefeld ausfallen oder erschöpft sein sollte.

Zweistufige Kühlung im Sommer

„Einer möglichen Entladung des Geothermiefeldes beugen wir aber vor, indem wir den Wärmeentzug im Winter durch die Abgabe der aus dem Gebäude abgeführten Wärme an das Erdreich während der Sommerzeit ausgleichen“, erklärt Jörn Delicat, der für das Projekt verantwortliche Planer bei Obermeyer. „Bei der Kühlung haben wir uns für einen zweistufigen Aufbau entschieden. So kommen zunächst zwei auf den Dächern der Häuser F und G platzierte Rückkühlwerke mit einer Gesamtleistung von 460 kW zum Einsatz. Lässt die Temperatur der Außenluft die Verwendung der Rückkühler nicht mehr zu, nutzen wir das Geothermiefeld.“ Durch diese Maßnahmen steht für den Gebäudekomplex eine Kälteleistung von insgesamt 610 kW zur Verfügung.

Für einen zuverlässigen und sparsamen Betrieb der Heiz- und Kältekreisläufe sorgen dabei elektronisch geregelte Inline-Pumpen. So kommen etwa auf der Kälteseite des Systems drei Doppelpumpen des Typs „CronoTwin-DL-E“ mit Förderströmen von 65 bis 92 m³/h sowie Förderhöhen von 8,5 bzw. 10 m zum Einsatz. Darüber hinaus verfügt die Anlage über insgesamt acht „VeroLine-IP-E“-Inline-Pumpen, die beispielsweise auf der Sole- und der Heizseite der Wärmepumpen sowie im Glykol-Kreislauf der Rückkühler ihre Arbeit verrichten. Eine integrierte elektronische Leistungsanpassung der Trockenläuferpumpen sorgt für die gewünscht hohe Energieeffizienz.

Thermoaktivdecken zum Heizen und Kühlen

Für die Speicherung von war­mem bzw. kaltem Wasser zur Raumtemperierung verfügt der Gebäudekomplex außerdem über zwei Pufferspeicher mit einem Fassungsvermögen von jeweils 5.000 l. Von dort aus erfolgt die Unterverteilung auf die Gebäude. Dort gibt es vier separate Heiz-/Kühlkreise (zwei im Hochhaus E sowie zwei in den Häusern A – D und F – H) für die Thermoaktivdecken mit einer Gesamtfläche von 22.000 m². Die Versorgung der fünfgeschossigen Gebäudeteile erfolgt mit Systemtemperaturen von 49 /28 °C (Heizen) sowie 14/22°C (Kühlen); für den notwendigen Umlauf sorgen zwei „VeroLine-IP-E“-Inline-Pumpen, mit einem Förderstrom von ca. 12 m³/h im Heiz- sowie etwa 32 m³/h im Kühlfall.

Die Thermoaktivdecken des Hochhauses arbeiten mit Vor- und Rücklauftemperaturen von 32/28 °C (Heizfall) sowie 18/22 °C (Kühlfall). Das ergibt im Ergebnis ein konstantes ∆T von 4 K, wodurch sowohl im Heiz- als auch im Kühlfall mit demselben Massenstrom gearbeitet werden kann. Damit entfällt die ansonsten notwendige Betriebspunktumschaltung der Pumpentechnik. Hier sorgen zwei Wilo-„Stratos“-Hocheffi­zienz­pumpen für einen maximalen Förderstrom von etwa 30 m³/h.

In den wenigen Bereichen ohne Thermoaktivdecke werden Konvektoren, Fußbodenheizungen und statische Heizflächen eingesetzt. Darüber hinaus müssen im Winter auch die Heizregister der Zentrallüftungsgeräte zur Nacherwärmung der Außenluft versorgt werden. In den zugehörigen Heizkreisen arbeiten weitere sieben

Wilo-„Stratos“-Hocheffi­zienz­pumpen. Diese Nassläufer-Umwälzpumpen verfügen über EC-Motoren, die ihre Drehzahl bedarfsabhängig regeln und so für eine energieeffiziente Wärme- und Kälteverteilung sorgen. Insbesondere im Teillastbereich, der bis zu 94 % der Betriebszeit einer Heizungspumpe ausmacht, wird hier eine deutliche Stromverbrauchssenkung im Vergleich zu einer ungeregelten Pumpe erzielt. Für die weitere Unterverteilung in den Gebäudeabschnitten kommen weitere Pumpen des Dortmunder Herstellers zum Einsatz.

Jahreszeitabhängige Lüftung

Den erforderlichen Luftwechsel in den Büroräumen des Gebäudekomplexes gewährleistet während der Sommerzeit tagsüber eine manuelle Lüftung. Im Regelfall sollen hierbei allerdings nicht die Fenster, sondern die daneben platzierten, schallgedämmten Lüftungsklappen vom Nutzer geöffnet werden. Über diese erfolgt nachts auch die Kühlung der Räumlichkeiten durch die Außenluft. Dazu werden im Dachbereich der Atrien positionierte Entrauchungsklappen geöffnet, durch die die warme Luft nach außen strömt. Es entsteht ein Unterdruck, der die kühle Nachtluft durch die Büros in die Atrien fördert.

„Im Winter setzen wir allerdings auf die zentrale Lüftung der Büros, um die Energieverluste möglichst gering zu halten“, ergänzt Axel Hupfeld. „Zu diesem Zweck befindet sich auf dem Dach jeden Gebäudes ein großes Lüftungsgerät, das die Luft in die einzelnen Flure sowie in die Büroräume einbringt. Die Abluft strömt dabei über die Flure sowie Atrien nach oben und wird dort abgesaugt. Die eingebrachte Außenluft wird indes über einen Rotationswärmetauscher mit einem Wärmerückgewinnungsgrad von 75 % vorerwärmt.“ Für deren Nacherwärmung steht im Hochhaus sowie in den fünfgeschossigen Gebäudeteilen jeweils ein eigener Heizkreis zur Verfügung, so dass die Zuluft mit einem konstanten Temperaturniveau von 21 °C in den Raum eingebracht werden kann.

Regenwassernutzung senkt Trinkwasserverbrauch

Auch bei der Trinkwasserversorgung trägt das Gebäude den Gedanken von Ökologie und Wirtschaftlichkeit Rechnung. Gemäß den Richtlinien für öffentliches Bauen in Hamburg wurde ein reines Kaltwassernetz installiert, das lediglich in Sonderfällen durch eine dezentrale Warmwasserbereitung ergänzt wird. Dabei stellt im Hochhaus eine Druckerhöhungsanlage des Modells Wilo-„Comfort-Vario“ mit einer maximalen Förderhöhe von 150 m die zuverlässige Lieferung von Trinkwasser sicher.

„Um den Trinkwasserverbrauch zu reduzieren, nutzen wir zudem das auf den Dachflächen anfallende Regenwasser“, ergänzt Jörn Delicat. „Dieses wird in einer Drehtrommel-Filteranlage gereinigt, in einer Zisterne gesammelt und anschließend mithilfe einer weiteren Druckerhöhungsanlage einem separaten Grauwassernetz zugeleitet. Das Regenwasser versorgt die Toiletten in allen Gebäudeabschnitten. Auf den Einsatz einer zusätzlichen Druckerhöhungsanlage für die oberen Stockwerke des Hochhauses wurde aus Kostengründen verzichtet.“

Darüber hinaus wurde das Ab- und Schmutzwasser-Management des Komplexes über Pumpen verschiedenster Bauart des Dortmunder Herstellers abgesichert, unter anderem 14 Abwasser-Tauchmotorpumpen der Typen „Drain STS 40“, „TM 32“ und „TP 65“ sowie fünf Abwasserhebeanlagen „DrainLift M“ bzw. „TMP 40“. So können sämtliche Abwässer, die sich unterhalb der Rückstauebene befinden, in die Hamburger Vorflutanlagen abgeleitet werden.

Behagliches Raumklima bei hoher Energieeffizienz

„Das optimale Zusammenspiel der vielfältigen Maßnahmen macht den BSU-Hauptsitz zu einem der energieeffizientesten Verwaltungsgebäude Deutschlands. Nach etwa 1,5 Jahren Nutzung zeigt die Praxis, dass die geforderten Behaglichkeitskriterien und Temperaturwerte über das ganze Jahr eingehalten werden“, resümiert Jörn Delicat. „Mithilfe einer übergeordneten Regelung wird hier etwa während der kalten Jahreszeit eine konstante Raumtemperatur von 21 °C sichergestellt. Im Sommer hingegen bleiben die Temperaturen stets in einem behaglichen Bereich von etwa 25 °C.“

Zur Optimierung des Energieeinsparpotentials des Gebäudes setzen die Projektverantwortlichen auf die Mitwirkung der Nutzer. So erhalten diese etwa über die GLT Empfehlungen für die richtige Verwendung der manuell zu öffnenden Lüftungsklappen. Zur weiteren Förderung der Sensibilität der Nutzer wird zudem ein umfangreiches Energiemonitoring inklusive Erstellung von gebäudebezogenen Verbrauchsberichten erstellt.

„Diese Maßnahme führen wir in Zusammenarbeit mit der TU Hamburg-Harburg durch“, so Axel Hupfeld. „Erste Ergebnisse zeigen, dass der Energiebedarf hier sogar noch deutlich unter den ursprünglich erstellten Prognosen liegt. Dies bestätigt unsere Erfahrungen, die wir bisher im Rahmen der Gewährleistungs­überwachung gesammelt haben.“