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Forscher drin, Forschung dran.
Zentrum für Umweltbewusstes Bauen - Kassel
Konzept - Planung - Bau
Gerd Hauser
Gerhard Hausladen
Michael de Saldanha
Christina Sager
BR 71
5
BR9
Kanal 11/6,5
Abluft
Zuluft
Projektteilbericht ”SolarOpt”
Gefördert durch das
Bundesministerium für Wirtschaft
und Technologie BMWi
Projektträger
Biologie, Energie, Umwelt BEO
Impressum
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. Gerd Hauser
Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hausladen
Dipl.-Ing. Michael de Saldanha
Dipl.-Ing. Christina Sager
Universität Kassel 2002
Bezug
Zentrum für Umweltbewusstes Bauen
Gottschalkstraße 28a
D-34127 Kassel
Tel: (+49) 561 - 804 31 89
Fax.: (+49) 561 - 804 31 87
Projektteilbericht ”SolarOpt”
Gefördert durch das
Bundesministerium für Wirtschaft und
Technologie BMWi
Projektträger
Biologie, Energie, Umwelt BEO
Zentrum für
Umweltbewusstes
Bauen e.V.
Gottschalkstraße 28a
D-34127 Kassel
Tel:
(+49) 561 - 804 31 89
Fax.:
(+49) 561 - 804 31 87
email [email protected]
Internet www.zub-kassel.de
Forscher drin, Forschung dran.
Zentrum für Umweltbewusstes Bauen - Kassel
Konzept - Planung - Bau
Danksagung
Die vorliegende Dokumentation beruht wesentlich auf den vielen
einschlägigen Vorarbeiten, die zu diesem Thema bereits durchgeführt worden sind und ohne die dieser Bericht kaum möglich gewesen wäre.
Eine große Unterstützung war die Diplomarbeit von Frau Katrin
Schlegel am Fachgebiet für Technische Gebäudeausrüstung, die
eine Reihe von Daten, Plänen und Grafiken sowie die Baukosten im
Rahmen ihrer Arbeit zusammen trug.
Unserem Mitarbeiter Premyslaw Szymcak möchten wir für die
prompte Erledigung unserer Eilaufträge danken. Ihm haben wir das
umfangreiche Archiv von ZUB Grafiken und Baustellenfotos zu verdanken, das im wesentlichen in diesem Bericht verarbeitet wurde.
Für seinen Beitrag zum Kapitel SolarBau Messprojekt, speziell zum
Thema Datenerfassung und Datenauswertung bedanken wir uns
bei unserem Kollegen Jan Kaiser.
Unser Dank gilt besonders dem Bundesministerium für Wirtschaft
und Technologie BMWi sowie dessen Projektträger Biologie,
Energie und Umwelt BEO für den finanziellen Rahmen, der die
Begleitforschung und die Entstehung dieses Berichtes ermöglichte.
Inhaltsverzeichnis
1
Vorwort
7
2
Hintergrund
8
3
3.1
3.2
Anforderungen
Anforderungen an den Neubau
Bauen im Bestand
10
14
4
Planungsworkshop
16
5
5.1
5.2
5.3
5.4
Planung
Planungsteam
Gebäudekonzept
Architektur
Tragwerk
20
20
22
28
6
Bau
32
7
7.1
7.2
7.3
7.4
Energie
Energiekonzept
Baulicher Wärmeschutz
Anschlussdetails
Luftdichtheit
34
38
42
50
8
8.1
8.2
8.3
Anlagentechnik
Lüftungskonzept
Bauteilaktivierung
Tageslicht und Beleuchtung
52
60
66
9
9.1
9.2
9.3
Baukosten
Finanzierung
Forschungsvorhaben SolarBau
Kostenentwicklung
68
71
72
10
10.1
10.2
10.3
10.4
10.5
SolarBau Messprojekt
SolarBau Förderkonzept
Fragestellungen und Ziele
Messkonzept
Datenerfassung
Datenauswertung
88
90
94
96
97
Anhang
Literatur
Bildnachweis
Sponsoren
6
98
99
100
Vorwort
Das Zentrum für Umweltbewusstes Bauen ist fertiggestellt und
inzwischen bezogen. Die Entstehungsgeschichte des ZUB wurde in
weiten Teilen während der vergangenen dreieinhalb Jahre von uns
begleitet und mitgestaltet. Von den ersten Konzepten über studentische Diplom- und Projektarbeiten, die Vereinsgründung und die
Planung des Neubaus waren wir dabei. Aus einer anfänglichen
Skepsis dem Projekt gegenüber hat sich inzwischen ein Institut entwickelt das am Anfang seiner Arbeit steht. Die vielen konzeptionellen Ideen und die hohen Erwartungen, die von vielen Seiten an das
ZUB herangetragen werden, gilt es von nun an mit Inhalten zu füllen.
Das Messprojekt SolarBau bildet eine Brücke zwischen der
Bautätigkeit und der inhaltlichen Arbeit. Die Funktionstüchtigkeit
des Gebäude- und Anlagenkonzeptes lässt sich in diesem Rahmen
untersuchen. Nach der Baufertigstellung begann die Erfassung der
ersten Messwerte, die hoffentlich in den nächsten Jahren zu aufschlussreichen Ergebnissen führen werden.
Mit diesem Bericht schließen wir unsere Arbeit rund um das Zentrum für Umweltbewusstes Bauen ab. Die weitere Umsetzung innovativer Projekte überlassen wir gerne den Mitarbeitern des ZUB und
des SolarBau Projektes. Ein innovatives Forschungs- und Demonstrationsgebäude zu entwickeln und die Entstehung live zu verfolgen, hat uns viel Spaß gemacht und unsere inhaltliche Arbeit um
viele Aspekte bereichert.
“Von dem was du erkennen und messen
willst, musst du Abschied nehmen,
wenigstens auf eine Zeit. Erst wenn du
die Stadt verlassen hast, siehst du, wie
hoch sich ihre Türme über die Häuser
erheben.”
Friedrich Nietzsche (1844-1900)
Dem Zentrum wünschen wir für seine weitere Arbeit viel Erfolg.
Michael de Saldanha
und
Christina Sager
7
2. Hintergrund
8
An der Universität Kassel bilden die Fachgebiete von Prof. Gerd
Hauser, Prof. Gerhard Hausladen und Prof. Gernot Minke einen
Forschungsschwerpunkt für umweltbewusstes und energiesparendes Bauen. Im Jahr 1998 wurde aus dieser Konstellation das
Zentrum für Umweltbewusstes Bauen (ZUB) gegründet, mit dem
Ziel, die angewandte Forschung in diesem Themenbereich zu vertiefen. Die zentrale Aufgabe des Zentrums liegt in der Schaffung
eines Bindegliedes zwischen der angewandten Forschung der
Universität und der Industrie, dem Handwerk, Architekten und
Ingenieuren. Diese Schnittstellenfunktion stützt sich auf die
Arbeitsfelder Entwicklung und Dienstleistung sowie Öffentlichkeitsarbeit und Aus- und Weiterbildung.
Träger des Projektes ist ein Förderverein, dessen Vorstand derzeit
aus den Professoren der drei Fachgebiete besteht. Die Mitglieder
des Vereins kommen aus den verschiedenen Bereichen des
Planungs- und Bauwesens, aus der Industrie, dem Handwerk sowie
verschiedenen Verbänden und Institutionen. Aus der Mitgliederschaft des ZUB steht dem Vorstand ein Beirat aus derzeit elf
Personen beratend zur Seite. Der Geschäftsführer des ZUB übernimmt das operative Geschäft und wird vom Vorstand eingesetzt.
Der Bereich Entwicklung knüpft an die Tätigkeiten der beteiligten
Fachgebiete an, wobei der Bezug zur Praxis und die interdisziplinäre Verknüpfung vertieft werden sollen. Mit Dienstleistungen wird
das ZUB Firmen und Planungsbüros bei der Abwicklung innovativer
Aufträge unterstützen. Der Bereich Öffentlichkeitsarbeit soll den
Dialog zwischen Forschung, Industrie, Handwerk, Planern und
Bauherren fördern. Aus der räumlichen Nähe zu den Fachgebieten
ergeben sich produktive Synergieeffekte für alle Arbeitsbereiche
des ZUB.
Das ZUB soll als eigenständiges Institut in enger Zusammenarbeit
mit den Fachgebieten an den verschiedenen Aufgabenstellungen
arbeiten. Auf Grund der knappen räumlichen Situation an der
Universität sollte ein Neubau zusätzlichen Raum für die
Tätigkeitsfelder des ZUB schaffen. Das Gebäude soll den aktuellen
Erkenntnissen umweltbewusster Bau- und Anlagentechnik entsprechen und damit zum Vorzeigeobjekt werden.
9
3. Anforderungen
3.1 Anforderungen an den Neubau
Raumkonzept und Nutzungsbereiche
Bild 3.1: Erstes konzeptionelles
Raumprogramm für den Neubau des ZUB
Die drei Nutzungsbereiche des Gebäudes sind ein Ausstellungsund Veranstaltungsbereich, ein Verwaltungs- und Bürobereich
sowie ein Labor- und Experimentalbereich. Der Ausstellungs- und
Veranstaltungsbereich dient der Kommunikation und dem
Gedankenaustausch. Hier soll Raum für vielfältige Interaktionen
zwischen angewandter Forschung, Handwerk, Industrie und
Planern entstehen. Dies ist in Form von Präsentationen, Vorträgen
oder Seminaren möglich. Auch die Möglichkeit von Produktpräsentationen und Firmenausstellungen sowie themenbezogene
Fachaustellungen sollen im Rahmen des Konzeptes untergebracht
werden.
Von Seiten der Forschung
Die Forschungs- und Entwicklungsarbeit im Bereich des energieeffizienten und umweltgerechten Bauens verlangt nach integrativen
Lösungsansätzen, bei denen der Nutzer mit seinen Ansprüchen im
Zentrum des Interesses steht. Es sollen nicht Einzelaspekte und
Systemkomponenten erforscht und entwickelt werden, sondern
Gesamtkonzepte, die verschiedene Anforderungen zu einem stimmigen Ganzen verbinden. Das sensible Wechselspiel zwischen
Architektur, Technik und Nutzer ist der Inhalt von
Forschungsfragestellungen die nicht auf technische Selbstläufer in
der Gebäudeautomation abzielen, sondern sich darüber im Klaren
sind, dass Energieeffizienz und Nachhaltigkeit nicht zuletzt aus
dem Sich-Beschränken auf Notwendiges und Robustheit von
Systemen hervorgeht. Das ZUB bringt Forscher, Forschungsprojekte
10
und Forschungsobjekte unter einem Dach zusammen.
Das Gebäude soll die Möglichkeit bieten, Testinstallationen und
Prüfstände vor Ort einbauen und untersuchen zu können. In letzter
Konsequenz kann das ZUB als Prüfstand angesehen werden, der
auch als Büro, für Veranstaltungen und Ausstellungen genutzt werden kann. Um diesem Anspruch gerecht zu werden, sollten die folgenden Ansätze in die Gebäudeplanung integriert werden:
Modularer Aufbau der Gebäudestruktur
Einsatz unterschiedlicher Konstruktionen
Flexible Raumnutzung
Flexible Anlagentechnik
Austauschbare Fassadenelemente
Integration passiver Klimatisierungskonzepte
Bild 3.2: Der Mensch steht mit seinen
Bedürfnissen im Mittelpunkt der
Planungsarbeit
11
Energetische Anforderungen
Die grundlegenden energetischen Ziele sind ein Heizwärmebedarf
von weniger als 25 kWh/m²a, eine weitgehende natürliche
Belüftung und Belichtung der Räume, ein gutes sommerliches
Gebäudeverhalten und die passive Nutzung von Solarenergie.
Gesamtziel ist eine deutliche Reduktion des Energiebedarfs für
Wärme, Kälte, Beleuchtung und EDV ohne Einschränkungen für die
Behaglichkeit und den Komfort der Nutzer.
Die Anlagentechnik soll dem neusten Stand der Technik entsprechen und dem Gebäudekonzept angepasst sein. Da das ganze
Gebäude als Versuchsobjekt konzipiert ist, gilt der Grundsatz der
Flexibilität auch für die Anlagentechnik. Grundsätzlich sollte die
Anlagentechnik in allen Gebäudebereichen zugänglich sein, um sie
bei Bedarf ohne größere Eingriffe in die Gebäudesubstanz zu
erneuern. Es ist denkbar, das Gebäude in verschiedene Zonen zu
gliedern, die unabhängig von einander mit unterschiedlichen
Konzepten versorgt werden können. So sind beispielsweise in den
Laborbereichen häufigere und umfassendere Eingriffe zu erwarten
als in den Bürozonen und den öffentlichen Bereichen, wo eine
störungsfreie Versorgung anzustreben ist. Um Zusammenhänge in
der Gebäudetechnik Besuchern zu verdeutlichen, sollen möglichst
viele Teilbereiche der Anlagen einsehbar untergebracht werden, so
dass der enge Bezug zwischen Gebäude und Technik nachvollziehbar wird.
12
Standort
Das vorgesehene Grundstück schließt sich an den Bestand der ehemaligen Firma Kolben-Seeger in der Gottschalkstraße 28 in der
Kasseler Nordstadt an. Die bestehenden Gebäude aus dem 19.
Jahrhundert werden bereits durch verschiedene Fachgebiete des
Fachbereichs Architektur, Stadt- und Landschaftsplanung genutzt.
Das angrenzende Grundstück ist Eigentum der Universität
Gesamthochschule Kassel. Die GhK überlässt dem ZUB das Grundstück für eine symbolische Erbpacht. Die räumliche Nähe zu den
beteiligten Fachgebieten vertieft den inhaltlichen Bezug und
ermöglicht eine gute Zusammenarbeit. Auf Grund der innenstadtnahen Lage und der guten Anbindung kann mit einem hohen
Publikumsverkehr gerechnet werden. Ferner erhofft man sich durch
das Zentrum positive Impulse für den Stadtteil. Eine Anbindung an
den im Bau befindlichen Nordstadtpark ist denkbar. Das Grundstück ermöglicht eine weitgehend nach Süden orientierte Hauptfassade. Das ZUB schließt direkt an die bestehende Brandwand
der ehemaligen Maschinenfabrik Kolben-Seeger an und schließt
damit eine langjährige innerstädtische Baulücke.
Bild 3.3: An der erhaltenen Brandwand
lassen sich noch die Umrisse der ehemaligen Bebauung ablesen.
Bild 3.4: Lageplan des Grundstücks für
das Zentrum für Umweltbewusstes
Bauen.
13
3.2 Bauen im Bestand
Bild 3.5: Die Backsteinornamentik des
Kolben-Seeger-Gebäudes dominiert den
Standort
Bild 3.6: Modell der Firma HaFeKa nach
dem Wiederaufbau aus dem Jahr 1954
Stadtteil
Die Kasseler Nordstadt bildete seit dem Beginn des 19.
Jahrhunderts das Zentrum der industriellen Entwicklung der Stadt.
1810 gründete Georg Christian Henschel vor dem Holländischen
Tor eine Maschinenfabrik, mit der er bald auch Lokomotiven und
Waffen erfolgreich produzierte. 1974 gab die Firma Henschel den
Standort am Holländischen Platz auf und lagerte den Betrieb aus.
Das Gelände wurde an das Land Hessen verkauft. 1979 begann der
Abriss der Henschel-Hallen. Heute befindet sich hier der
Hauptstandort der Universität.
Firma HaFeKa
Auf dem Gelände des heutigen ZUB und des benachbarten
Bestandes befanden sich bis zur einsetzenden Industrialisierung
Obst- und Gemüsegärtnereien und einzelne Wohnhäuser. 1902
wurde die ”Genossenschaft für Häute- und Fettverwertung zu
Cassel” aus einem Zusammenschluss führender Mitglieder der
”Freien Fleischer-Innung Cassel” gegründet. Ziel des Zusammenschlusses war die höhere wirtschaftliche Effizienz, die durch das
Zusammenlegen mehrerer Fleischereiproduktionszweige zu erreichen war. Die Genossenschaft erwarb das wirtschaftsgeografisch
ideal gelegene Grundstück in der damaligen Schlachthofstraße. Die
dort bestehenden Gebäude, wahrscheinlich die einer Gärtnerei,
mussten, bis auf ein viergeschossiges Fachwerkhaus, Neubauten
weichen.
Firma Kolben-Seeger
Das heute noch bestehende Fachwerkhaus ”Gärtnerhaus” auf dem
Nachbargrundstück stammt vermutlich aus der Zeit zwischen 1780
und 1800/1810. Es diente seit 1835 der Gärtnerei Damm als
Wohn- und Lagerhaus. 1906 wurde das Grundstück von der ”Ersten
Casseler Fleischkonservenfabrik” übernommen. Ein weiteres, auf
dem Gelände bestehendes, Fachwerkhaus musste dem
Fabrikneubau weichen. Die Fabrik gab jedoch bereits 1910 ihren
Betrieb wieder auf. In das leere Gebäude zogen nach und nach viele
verschiedene Firmen, von denen die Maschinenfabrik KolbenSeeger am nachhaltigsten in Erinnerung geblieben ist.
Bild 3.7: “Gärtnerhaus”
14
”Es ist schon oft ausgesprochen worden, dass das Schönheit suchende
Auge in den Straßen der Nordstadt sich vergeblich bemüht, besondere
Reize zu entdecken. Der Stadtteil trägt den Stempel einer verfehlten
Bauweise früherer Jahrzehnte. Man hat Fabrikanlagen und Wohnviertel
planlos durcheinander angelegt. Man hat diese Fehler nie widerspruchslos
in Kauf genommen und immer die Hoffnung gehegt, dass auf den baureifen
Ländereien östlich und westlich der Holländischen Straße dereinst etwas
Schöneres entstehen würde.”
Kasseler Post 1.9.1935 ”Jubiläumswünsche der Nordstadt”
Bild 3.8: Foto der Lager- und Verkaufsräume der Firma HaFeKa von 1925
Chronik der “HaFeKa” und des “Kolben-Seeger”
1902
Gründung der ”Genossenschaft für Häute und Fettverwertung zu
Cassel”, Beginn der Baumaßnahmen.
1903
Eröffnung der Genossenschaft
1906
Neubau eines repräsentativen Gebäudes mit zusätzlichen Büros
und Wohnungen im hinteren Grundstücksabschnitt (HaFeKa
Hinterhaus). Die ”Erste Casseler Fleischkonservenfabrik” erwirbt
das benachbarte Grundstück und errichtet ein fünfgeschossiges
Fabrikgebäude.
1908
Die Räume des Fachwerkhauses werden für die ”Viehmarktbank
Cassel” hergerichtet
1910
Aus nicht näher bekannten Gründen gibt die Konservenfabrik auf.
Sie verkauft ihr Anwesen an die Immobilienfirma Schmoll+Stöhr.
1912
Vermietung von Teilen des Hauses an die ”Casseler Neueste
Nachrichten”. Weitere Vermietungen zu Wohnzwecken.
1924
Erweiterungsbauten für die Häuteverarbeitung, Neubauten für
Lager, Werkstätten, Garagen, Räucherei und Häutelager im hinteren Grundstücksteil.
1929
Die ”Casseler Neueste Nachrichten” verlässt den Standort.
1935
In den Obergeschossen etablieren sich die Hartpapierwarengesellchaft ”Herkules” und die ”Boscagesellschaft”.
1937
weichen beide dem Präzisionswerkzeugbetrieb ”Seeger & Co.”
1938
wird zusätzlich eine Kleiderkammer des Reichsarbeitsdienstes eingerichtet.
1939
hat sich ”Seeger & Co.” zu ”Kolben-Seeger” umbenannt, als
Nachfolger der Besitzer Schmoll+Stöhr tritt die Erbengemeinschaft
Stöhr auf.
1943
Teile des Dachgeschosses werden durch Bomben beschädigt. Das
Fachwerkhaus verbrennt durch die Bomben. Teile der anderen
Gebäude werden stark beschädigt.
1945
löst sich der Reichsarbeitsdienst als Nutzer auf.
1949
Kolben-Seeger & Co. setzt seine Arbeit als alleiniger Mieter fort.
1950
Die in der Tischbeinstrasse ausgebombte Druckerei Gebr.
Müller/Heinz Meister KG mietet intermistisch Räume bis zur
Fertigstellung des eigenen Neubaus.
1955
die Genossenschaft hat sich soweit von den Kriegsfolgen erholt,
dass sie an Stelle des Fachwerkhauses ein neues Verwaltungsgebäude bauen kann. Ins Erdgeschoss zieht die Raiffeisenbank
ein.
1968
Die letzten verbliebenen Mieter verlassen das Gebäude. Mit einer
Mietzeit von 41 Jahren war das Unternehmen Kolben-Seeger & Co.
der dauerhafteste Mieter. Er gibt dem Gebäude den Namen.
ab 1974
1980
seit 1983
steht das Gebäude leer.
verkauft die Erbengemeinschaft Stöhr das Grundstück HaFeKa mit
Seitenhäusern an die Gesamthochschule Kassel. Die GhK kauft die
Grundstücke der Genossenschaft auf.
nutzen verschiedene Fachgebiete des Fachbereichs Architektur
und Stadt- und Landschaftsplanung die Gebäude.
15
4. Planungsworkshop
”Alt und Neu werden so zusammengefügt, dass eine Lichtfuge, die gleichzeitig
Erschließungshalle wird, die beiden
Gebäudeteile verbindet. Das räumliche
Konzept ist schichtenförmig aufgebaut
und fügt sich mit dem Volumen maßstäblich in die vorhandene historische Umgebung des Bestandes ein.”
Um die vorhandenen Kompetenzen im Bereich des umweltbewussten Bauens im Fachbereich Architektur zusammenzuführen,
wurde im November/Dezember 1998 ein hochschulinterner
Workshop durchgeführt, um der zukünftigen Gestalt des ZUB näher
zu kommen.
Erläuterungen zum Konzept
Prof. J. Jourdan FFM 19.01.99
Am Workshop beteiligten sich Prof. Jourdan und Prof. Schulze
sowie Frau Ina Seddig, zu dem Zeitpunkt wissenschaftliche
Mitarbeiterin von Herrn Prof. Jourdan. Darüberhinaus wurden bei
dem Workshop verschiedene studentische Arbeiten vorgestellt, die
bereits zum Thema ZUB bearbeitet worden waren. Am 9. Dezember
1998 wurden die Entwürfe im Fachbereich Architektur präsentiert
und zur Diskussion gestellt.
Bild 4.1-4.4: Entwurfsskizzen und
Aquarellzeichnungen als
Workshopbeitrag von Prof. J. Jourdan
16
Bild 4.5-4.6: Beitrag von Herrn Prof. Wolfgang
Schulze. Der Neubau gliedert sich in einen Anbau an
das Kolben-Seeger-Gebäude und ein freistehendes
Einzelgebäude. Auf dem Grundstück entsteht auf
diese Weise eine gefasste Hofsituation, ähnlich der
des Nachbargrundstücks.
Bild 4.7-4.9: Auch der Entwurf von Frau Ina Seddig
sieht eine schichtenförmige Nutzungsgliederung des
Gebäudes vor. Eine Lichtfuge ist ebenfalls trennendes
Element zum Altbau. Die Lichtfuge verläuft jedoch
nicht über die gesamte Gebäudelänge. Auf der
Westseite schließt der Neubau direkt an den Bestand
an. Die Grundrissstruktur ist einhüftig mit einem
großzügigen begrünten Erschließungsatrium.
17
Auszug aus studentischen Arbeiten zum Thema ZUB
Bild 4.10-4.12: BPS-Arbeit zum ZUB von Svenja Bakran und Kirstin Homburg.
Bild 4.13-4.18: Systemvarianten für das
Zentrum als Forschungsgebäude. aus
Diplomarbeit von Christina Sager.
18
Bild 4.19-4.21: Gebäudeentwurf für das
Zentrum. Aus einer Projektarbeit von
Michael Walkling.
Zum Thema ZUB wurden während der Planungsphase eine Reihe
von studentischen Projekt- und Studienarbeiten sowie mehrere
Diplomarbeiten bearbeitet. Eine enge Vernetzung zwischen der
Arbeit des Zentrums und dem Lehrbetrieb an der Universität
wurde auf diese Weise in Gang gesetzt.
Bild 4.22: Raumzuordnungskonzept für
die verschiedenen Nutzungsbereiche des
ZUB aus einer Projektarbeit von Barbara
Bröcker.
19
5. Planung
Juni 1998 Konzeptfindungsphase
6. Oktober 1998 Gründung des
Zentrums für Umweltbewusstes
Bauen e.V.
Oktober bis Dezember
Vorbereitung des Workshops
20.11. Kolloquium
Aus den Ergebnissen des Workshops konnten folgende Tendenzen
abgeleitet werden, die künftig die Grundlage der weiteren Planung
bilden.
09.12. Präsentation der Entwürfe
5.1 Planungsteam
Februar bis Oktober
Planungsphase
Planertreffen
Planertreffen
Planertreffen
Planertreffen
Planertreffen
Planertreffen
Planertreffen
18.06. Übergabe des Förderbescheids in Kassel
Planertreffen
Planertreffen
Planertreffen
Die weitere Gebäudeplanung übernehmen Herr Prof. Jochem
Jourdan und Frau Ina Seddig in Arbeitsgemeinschaft. Die Planung
soll interdisziplinär in enger Zusammenarbeit mit den beteiligten
Fachgebieten erfolgen. Der Bereich der Tragwerksplanung wird von
Herrn Prof. Grohmann übernommen. Die bauphysikalische Planung
sowie die Erstellung von Simulationsmodellen übernimmt Herr
Prof. Hauser. Herr Prof. Hausladen übernimmt in Arbeitsgemeinschaft mit dem Ingenieurbüro Peter Springl die Planung der
Anlagentechnik. Für die Freiräume auf dem Gelände erstellt Herr
Prof. von Reuß einen Entwurf. Die Umsetzung der Freiraumplanung
obliegt jedoch der Hochschule. Während der Planungsphase finden
regelmäßig verbindliche Planertreffen für alle Beteiligten statt. Auf
diese Weise soll ein hohes Maß an interdisziplinärem Austausch
erreicht werden, was für das Gelingen der Anforderungskriterien
erforderlich ist.
5.2 Gebäudekonzept
Planertreffen
Planertreffen
Planertreffen
Planertreffen
Planertreffen
November 1999 Baubeginn
31. März 2000 Grundsteinlegung
Der Workshopbeitrag von Herrn Jourdan wird aufgegriffen und weiterbearbeitet. Aspekte aus dem Entwurf von Frau Seddig sollen in
die weitere Planung einfließen. Das ZUB wird als direkter Anbau an
die Brandwand des Kolben-Seeger Gebäudes die bestehende
Baulücke auf dem Grundstück schließen. Ein Atrium wird als verbindendes Element zum Altbau die horizontalen und vertikalen
Erschließungsflächen aufnehmen. Im Erdgeschoss befinden sich
die für den Publikumsverkehr zugänglichen Zonen mit dem
Ausstellungs- und Veranstaltungsbereich. In zwei weiteren
Geschossen werden die erforderlichen Büroräume sowie Laborund Experimentalflächen untergebracht. Die Unterbringung der
haustechnischen Anlagen, insbesondere der Lüftungsanlage, war
zunächst als architektonisches Element im Foyer des Gebäudes
12. Juli 2000 Richtfest
27.04.2001 Einweihung
20
Bild 5.1: Chronologie des
Planungsablaufs bis zur Einweihung
Bild 5.2: Grundriss 1.OG Vorentwurfsskizze
geplant, da auf den Bau eines Kellers verzichtet werden sollte. Die
Untersuchung des Baugrundes ergab jedoch zu Beginn der
Planungsarbeit, dass die vorgesehenen Streifenfundamente bei
der bestehenden Situation nicht realisierbar waren. An Stelle aufwändiger Pfahlgründung wurde ein Kellergeschoss vorgesehen,
das neben der Gründung zusätzliche Flächen für Haustechnik und
Lagerräume bereitstellte. Das durchgehende Atrium erhält die
Transparenz und Einsehbarkeit der Technik für Besucher.
Planungsteam:
Projektkonzeption
Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hausladen
Michael de Saldanha
Fachgebiet
Technische Gebäudeausrüstung
mit
Prof. Dr.-Ing. Gerd Hauser
Dr. Anton Maas
Fachgebiet Bauphysik
Universität Gh Kassel
Architektur
Arbeitsgemeinschaft ZUB
Jourdan & Müller°PAS
Frankfurt am Main
mit
Seddig Architekten
Kassel
Tragwerk
Bollinger + Grohmann
Frankfurt am Main
Bauphysik
IB Hauser
Baunatal
Technische Gebäudeausrüstung
Arbeitsgemeinschaft ZUB
IB Hausladen
Kirchheim b. München
mit
IB Springl
Ingolstadt
Landschaftsarchitektur
Projektbüro Stadtlandschaft
Kassel
Bild 5.3: Ansichtsskizze des Westgiebels
21
5.3 Architektur
Das ZUB wird als dreigeschossiger Anbau mit Keller direkt an das
bestehende Gebäude Kolben-Seeger angebaut. Von außen stellt
das ZUB der Ornamentik des Bestandes eine zurückhaltende
Putzfassade gegenüber, die sich im Farbton am Bestand orientiert.
Im Gegensatz zur fast vollverglasten Südfassade wirkt die
Westseite eher verschlossen und öffnet sich nur mit dem großen
Eckfenster des Besprechungsraumes zur Straße hin.
Bild 5.4: Blick in das Erschließungsatrium
Trennendes und gleichzeitig verbindendes Element zwischen Altund Neubau ist eine Lichtfuge entlang der Brandwand, die im
Rahmen der Baumaßnahmen saniert wird und unverputzt erhalten
bleibt. Innerhalb der Fuge werden die horizontalen und vertikalen
Erschließungswege untergebracht. Die Fuge reicht bis in den Keller,
der auf diese Weise stark in das Gesamtkonzept des Gebäudes eingebunden wird. An den Flurbereich schließen sich einzügig die verschiedenen Nutzungsbereiche des ZUB an.
Der Keller nimmt neben den haustechnischen Anlagen verschiedene Lager- bzw. Werkstatträume auf. Die Technik wird im ZUB als
integraler Bestandteil des Gesamtkonzeptes verstanden. Das
Lüftungsgerät wird darum zum einsehbaren Vorzeigeobjekt. Der
Experimentalbereich im Keller ist zweigeschossig ausgeführt, um
auch großformatige Versuchseinrichtungen zu ermöglichen. Vom
Erdgeschoss aus verschafft ein auskragender Balkonsteg Einblick
in die laufenden Experimente.
Im Erdgeschoss finden die überwiegend öffentlichen
Veranstaltungen des ZUB statt. Um sich den jeweiligen Erfordernissen flexibel anpassen zu können lässt sich die Trennwand zwischen Foyer und Veranstaltungssaal bei Bedarf vollständig öffnen.
Bild 5.5: Zweigeschossiger Experimentalraum
22
Im ersten und zweiten Obergeschoss befinden sich Büroräume und
Besprechungsräume. Die Dachterrasse ist im ersten Obergeschoss
von den Büros aus begehbar.
Eine nichttragende, zweischalige Wand aus ungebrannten
Lehmsteinen trennt in allen Geschossen den Bürobereich von den
Erschließungs- und Ausstellungsflächen. Im Luftraum zwischen
den beiden jeweils 13,5 cm starken Schalen konnten verschiedene
anlagentechnische Versorgungsleitungen und Verteiler untergebracht werden.
Bild 5.6: Ansicht Westseite
Bild 5.7: “Lichtfuge” im 1.OG
BR 71
5
BR9
Kanal 11/6,5
Abluft
Zuluft
Bild 5.8: Grundriss Erdgeschoss
23
Bild 5.9: Verteilung der Nutzfläche
Projektdaten
Das ZUB hat eine Nettogrundfläche von 1.732 m². Dabei wurden
teilumschlossene Flächen wie die Dachterrasse und die
Feuertreppe bei den Nebennutzflächen, bzw. Verkehrsflächen
(nach DIN 277) mit berücksichtigt.
Bild 5.10: Flächendefinition nach DIN
277
Flächen ZUB
HNF
NNF
NF
FF
VF
NGF
KF
BGF
BRI
in m²
840
420
1.260
85
384
1.732
564
2.293
6.882
Anteil von NGF
49%
24%
73%
5%
22%
100%
Bild 5.11: Aufteilung der Flächen im ZUB
Bild 5.12: Nachtaufnahme von Südost
24
Um Größen wie z.B. den Heizwärmebedarf flächenbezogen darzustellen, muss eine geeignete Energiebezugsfläche definiert werden. Um Kennzahlen verschiedener Projekte im Rahmen der
SolarBau Begleitforschung mit einander vergleichen zu können, ist
es wichtig eine möglichst aussagekräftige Größe zu definieren. Die
beheizte Nettogrundfläche, also die Summe aller Raumflächen
innerhalb der thermischen Hülle, stellt für Standardfälle und
Gebäude ähnlicher Nutzung eine geeignete Größe dar. Sinngemäß
entspricht dies der Fläche An=0,32 * 1/m, wie sie mit der WSchVO
abgeschätzt wird. Für das ZUB ergeben sich jedoch große quantitative Abweichungen auf Grund der großen Raumhöhen. Aus dem
Bruttovolumen (BRI) von 6.882 m³ ergibt sich nach dieser
Abschätzung ein An=2.172 m². Tatsächlich beträgt die beheizte
Nutzfläche jedoch nur 1.332 m².
Bild 5.13: Grundriss 1. Obergeschoss
Die Büros verfügen über Zugänge zur
Dachterrasse. Auf der Westseite befindet
sich der Besprechungsraum.
Die Wärmeschutzverordnung und die demnächst in Kraft tretende
Energieeinsparverordnung wählen als Bezugsgröße darum das
Gebäudevolumen, sobald die Raumhöhen höher als 2,60 m sind.
Die Raumhöhen im ZUB betragen in den Büro- und Laborräumen
3,40 m, im Experimentalbereich 6,70 m. Der umbaute Raum des
Zentrums umfasst 6.882 m³, davon entfallen 12% auf das Atrium.
Bild 5.14: Südfassade von der Dachterrasse aus
Bild 5.15: Querschnitt
25
Lehmwand
Bild 5.16: Lehmwand im Vortragssaal
Über alle Geschosse hinweg trennt eine Wand aus ungebrannten
Lehmsteinen den Flurbereich von den Büroräumen ab. Die offenporige Struktur der Lehmsteine fördert eine ausgeglichene
Raumluftfeuchte im gesamten Gebäude. Die hohe Speichermasse
der Wand erhöht den Anteil der nutzbaren solaren Gewinne. Die
zweischalige Wand bildet einen Zwischenraum, der als Installationszone die Versorgungsleitungen aufnimmt. Die natürliche
Struktur und Oberfläche der Lehmsteine erhöht die emotionale und
akustische Behaglichkeit und steht in einem reizvollen Wechselspiel mit den glatten Beton- und Putzflächen.
Brandschutz
Um die Anforderungen an den Brandschutz zu erfüllen, ergab sich
die Notwendigkeit eines zweiten Fluchtweges im 2. Obergeschoss.
Alle Büros sind durch Zwischentüren mit einander verbunden. Auf
diese Weise entsteht ein Fluchtweg unabhängig von dem
Erschließungsbereich im Atrium. Die äußere Fluchttreppe befindet
sich auf der Ostseite des Gebäudes im Anschluss an den
Experimentalbereich. Auf eine Sprinkleranlage konnte verzichtet
werden. Nachteilig wird von den Nutzern die deutlich verringerte
Regalfläche durch die Durchgangstüren bewertet.
Bild 5.17: Ansicht Süd
26
Bild 5.18: Grundriss 2. Obergeschoss
Bild 5.19: Büroraum im 2.OG
Bild 5.20: Zweiter Fluchtweg im 2.OG
27
5.4 Tragwerk
Gründung
Zu Beginn der Planungsarbeit war für den Neubau kein Kellergeschoss vorgesehen. Die Gründung sollte über normale Streifenfundamente erfolgen. Zweifel an der Tragfähigkeit des Baugrundes
entstanden jedoch verhältnismäßig früh, da der ehemalige
Bestand auf dem Grundstück HaFeKa voll unterkellert war. Beim
Abbruch der Industriegebäude wurden die Keller und Tiefgaragen
nur zum Teil abgebrochen und zum Teil mit Abbruchmaterial aufgefüllt.
Bild5.21: Stützkonsole unter dem
Vortragssaal
Bild 5.22: Stahlbetonkonstruktion des
ZUB
28
Das vorgenommene Bodengutachten ergab, dass der Baugrund im
Bereich der Brandwand bis in eine Tiefe von fünf bis sechs Metern
nicht gründungsfähig ist. Laut Bodengutachten steht in 4,2 bis 7,7
m Tiefe fließendes Grundwasser an. Der Baugrund darüber führt
Schicht- und Sickerwasser. Als Gründungsalternativen standen in
dieser Situation eine Pfahlgründung oder der Bau eines Kellergeschosses mit einem Plattenfundament auf Höhe der ehemaligen
Fundamente zur Wahl.
Für den Bau des Kellergeschoss sprach der relativ geringe finanzielle Mehraufwand mit dem ein Flächengewinn von knapp 350 m²
zu erzielen war. Die Entscheidung fiel dementsprechend zu
Gunsten des Kellers aus.
In den Bereichen der lasteintragenden Wände und Stützen wurde
unter der Bodenplatte zunächst ein Magerbetonfundament mit
einer Stärke von etwa 30 cm eingebaut, um die Tragfähigkeit des
Bodens zu verbessern. Um die Baugrube zu sichern, wurde zum Hof
hin eine Art “Berliner Verbau” errichtet, unterstützt durch zwei
betonierte Bohrpfähle.
Um das Kolben-Seeger-Gebäude nicht zu gefährden, wurde in
Betonierabschnitten von etwa 1,25 m ein Grundbruchsicherungsfundament betoniert. Die Bodenplatte ist mit wasserundurchlässigem Beton ausgeführt. Die Kellerwände sind außenseitig
abgedichtet. Die Auskragung des Veranstaltungssaals wird von drei
Stützkonsolen getragen. Um eine Kühlrippenwirkung zu verhindern, sind die Konsolen rundum gedämmt. Lediglich die Zug- und
Druckstreben binden kraftschlüssig in die Kellerwand ein. Der
Abstand des Haupttragkörpers zum Altbau beträgt etwa 1,8 m, so
dass spätere Setzungen des Neubaus keinen Einfluss auf den
Bestand nehmen. [5]
Bild 5.23: Betonieren der Magerbetonfundamente, ebenfalls zu erkennen sind
die Bohrpfähle der Baugrubensicherung
Bild 5.24: Über eine Zapfenverbindung
sind die Brückenpodeste im Atrium mit
dem Altbau verbunden. Das Auflager
wurde erst nach Fertigstellung des
Rohbaus betoniert, um Schäden durch
unterschiedliche Setzungen zu vermeiden.
29
Statik
Das Tragwerk des Gebäudes besteht aus einer Stahlbetonkonstruktion. Aussteifendes Element sind die unterzugfreien Flachdecken,
die ihre horizontalen Kräfte in die tragenden Außenwände ableiten.
Runde Stahlbetonstützen und tragende Wände übernehmen die
vertikalen Lasten.
Das statische System basiert auf einem Rastermaß von 5,40 m. Im
Experimentalbereich beträgt das Rastermaß 6,75. Beide Maße
beruhen auf einem Ausbaumodul von 1,35 m.
Der Vortragssaal sollte möglichst stützenfrei sein. Aus diesem
Grund wurde hier das statische System verändert. Ein Punkt im
Stützenraster bleibt unbesetzt, die Stütze wurde ausgespart. In diesem Bereich hängt die Decke an der darüberliegenden Stütze, die
durch einen Stahlkern zur Zugstütze wird. Das Stahlprofil leitet die
Kräfte in einen Überzug ab.
Bild 5.25: Einbau der Zugstütze (HEM
160) in die Decke des Erdgeschosses.
Bild 5.26: Tragende und aussteifende
Elemente des ZUB
30
Bild 5.27: ZUB im Rohbau, Stützen und
Wandscheiben bilden die tragenden
Elemente.
Bild 5.28: Querschnitt durch die tragenden Elemente und die Lehmwand im
Bereich des Vortragssaals.
Bild 5.29: Längsschnitt durch die tragenden Elemente des Gebäudes im Bereich
des Vortragssaals. Die Pfeile deuten den
Kraftfluss an.
31
6. Bau
32
33
7. Energie
7.1 Energiekonzept
Das Institutsgebäude des Zentrums für Umweltbewusstes Bauen
sollte sowohl in Bezug auf den erreichten Energiekennwert als auch
in Bezug auf die technische Integration von Anlagenkonzepten ein
Vorzeigeprojekt sein. Konzeptionelle Überlegungen zum Energiekonzept bildeten während der gesamten Gebäudeplanung einen
Schwerpunkt.
Bürogebäude benötigen in der Regel im Vergleich zu Wohngebäuden deutlich weniger Heizwärme. Dies resultiert zum Einen aus
der höheren Belegungsdichte, zum Anderen aus die höheren internen Wärmelasten durch Beleuchtung und EDV. Damit verbunden ist
ein entsprechend höherer Strombedarf.
Die gesetzlichen Rahmenbedingungen zur Begrenzung des
Energieverbrauchs beschränkten sich bislang auf die Festsetzung
von Bedarfswerten im Sektor Wärme. Grenzwerte für künstliche
Belichtung und technische Gebäudeausrüstung bestanden bislang
nicht. Die Dokumentation von Energieverbrauchswerten wird selten
über die Planungsphase hinaus dokumentiert und veröffentlicht.
Messtechnisch erfasste Betriebsergebnisse sind oftmals unklar in
Bezug auf Energieart, Energieverwendung und Flächenbezug.
Das Zentrum für Umweltbewusstes Bauen verfolgt den Anspruch,
die Transparenz in diesem Bereich zu fördern. Die grundlegenden
energetischen Ziele für das ZUB entsprechen den Zieldefinitionen
für die Demonstrationsprojekte des Förderprogramms SolarBau in
dessen Rahmen das ZUB detailliert vermessen und dokumentiert
wird (siehe Kap. 9 Messprojekt SolarBau). Die in der Tabelle angegebenen Energiekennzahlen unterschreiten die geltenden gesetzlichen Vorgaben deutlich. Die sehr gute wärmetechnische Ausbildung aller Gebäudehüllflächen hat damit oberste Priorität zur
Vermeidung ungewollter Wärmeverluste. Ebenfalls von hoher
Bedeutung ist die erreichte Effizienz bei der technischen
Gebäudeausrüstung für Lüftung, Klimatisierung und Beleuchtung
sowie der technischen Ausstattung des Gebäudes.
34
Entsprechend der Zieldefinition des Förderprogramms lassen sich
die angestrebten Werte nach folgender Strategie erreichen:
sinnvolles Ausschöpfen von Wärmeschutzmaßnahmen,
Verzicht auf flächendeckende Kühlung oder Klimatisierung
hohe Energieeffizienz durch fortschrittliche, angepasste
Anlagen der technischen Gebäudeausrüstung, und
angepasste Nutzung erneuerbarer Energie. [3]
Um den energetischen Standard von unterschiedlichen Gebäuden
vergleichen zu können, hat sich international die Normierung auf
die Fläche durchgesetzt. Abweichend davon verwendet die WSchVo
bzw. die EnEV bei Raumhöhen über 2,6 m den Volumenbezug.
Wegen des Einflusses der Raumhöhe lassen sich beim
Flächenbezug allerdings nur Gebäude ähnlicher Nutzung vergleichen.
Problematisch bleibt auch die Definition der Bezugsfläche. Mit der
DIN 277 ”Flächen im Hochbau” werden geeignete Flächendefinitionen eingeführt. Die Nettogrundfläche (NGF) ist als Energiebezugsfläche am aussagekräftigsten, da sie alle Raumgrundflächen
zusammenfasst, die innerhalb der thermischen Hülle liegen. Diese
Fläche entspricht sinngemäß der ”Gebäudenutzfläche An”, wie sie
mit der WSchVo oder der EnEV aus dem Bruttovolumen V des
Gebäudes in der Planungsphase abgeschätzt werden kann
(An=0,32m-1*V).
Summarische Energiekennzahlen für elektrische Energie und
Endenergiebedarf Wärme sind erst unter Berücksichtigung von
Primärenergieumwandlungsfaktoren sinnvoll. Diese Faktoren
berücksichtigen, dass bei der Stromerzeugung sowie bei der
Förderung und Verarbeitung von Erdöl und Erdgas in Kraftwerken
und Raffinerien Umwandlungsverluste auftreten.
Zielwerte der Energiekennzahlen für
Demonstrationsprojekte im Förderprogramm SolarBau. Energiebezugsfläche
ist die beheizte Nettogrundfläche. Die
Werte beziehen sich auf Endenergie.
Nutzenergie für Heizung und
Warmwasserbereitung
< 40 kWh/m²a
Summe aus Nutzenergie
Wärme und elektrischer
Energie für die technische
Gebäudeausrüstung
< 70 kWh/m²a
Summe Primärenergie
Summe CO2 Emissionen
< 100 kWh/m²a
< 23 kg/m²a
Primärenergiefaktoren und CO2Emissionen nach GEMIS, gerundet. Die
Kennzahlen für Strom legen das westeuropäische Verbundnetz zu Grunde.
Erdöl
Erdgas
Strom
MWhPri/MWhEnd
1,1
1,1
2,9
Erdöl
Erdgas
Strom
kgCO2/MWhEnd
290
210
640
35
Energiebedarf des ZUB
Mit Hilfe der Berechnungsvorschrift der Wärmeschutzverordnung
kann die voraussichtliche Wärmemenge, die zum Ausgleich der
Transmissions- und Lüftungswärmeverluste aufgewendet werden
muss, bestimmt werden.
Abweichungen zwischen dem rechnerisch ermittelten Bedarf und
dem tatsächlichen Verbrauch resultieren aus dem Nutzerverhalten,
der Bauausführung und den tatsächlichen Witterungsbedingungen.
Nach der Berechnungsvorschrift hat das ZUB einen Heizwärmebedarf von 32.792 kWh pro Jahr. Dies entspricht einem volumenbezogenen Bedarf von 5,27 kWh/m³a. In Anlehnung an die
WSchVO ´95 kann der flächenbezogene Bedarf mit 17 kWh/m²a angegeben werden. Im ZUB besteht kein Warmwasserwärmebedarf
[4].
Der Strombedarf beläuft sich theoretisch auf etwa 37,2 MWh/a,
bzw. 28,0 kWh/m²a (bezogen auf die beheizte Nettogrundfläche).
Der Strombedarf setzt sich zusammen aus dem Ventilatorenstrom,
Strom für Umwälzpumpen der Heizung, EDV, Beleuchtung und dem
Strombedarf der Messtechnik. [4]
Primärenergie
Endenergie
Nutzenergie
69% Umwandlungsverluste
ca. 120 MWh/a
ca. 37 MWh/a
Lüftungsstrom 20%
Heizungspumpenstrom 9%
Beleuchtung 27%
EDV 40%
Messtechnik 4%
Heizen 36 MWh/a
ca. 28 MWh/a
36
nicht quantifizierte Leitungsund Regelungsverluste
Bild 7.1: Vereinfachtes Energieflussschema der elektrischen Energie (oben)
und der Heizenergie (unten)
Das ZUB bezieht seine Energie in Form von sekundären Trägern
(Strom und Fernwärme). Für eine primärenergetische Betrachtung
müssen diese Energieträger darum mit einem Faktor versehen werden. Fernwärme entsteht als “Abfallprodukt” konventioneller
stromgeführter Kraftwerke. Primärenergetisch erhält sie den günstigen Faktor von 0,78 kWh/kWh [1].
Bild 7.2: Voraussichtliche Verteilung des
Strombedarfs im ZUB
Einträge
Verluste
Solar 30%
Dach 3,4%
Wand 5,6%
Fenster 31%
Intern 42%
Fernwärme 28%
Lüftung 57%
(Wärmerückgewinnung ist
berücksichtigt)
Boden 4%
Bild 7.3: Energieverluste und -einträge
nach Berechnungen der WSchVO ´95
37
7.2 Baulicher Wärmeschutz
Bild7.4: Der Formfaktor (A/V-Verhält-nis)
des ZUB beträgt 0,34 m-1, das Atrium
hat ein A/V-Verhältnis von 0,23 m-1
Eine wichtige Voraussetzung um die Wärmeverluste gering zu halten, ist die Kompaktheit des Baukörpers. Sie wird beschrieben
durch den Formfaktor, das Verhältnis der wärmetauschenden
Hüllfläche zum Bruttovolumen (A/V). Große Gebäude und
Anbauten an bestehende Gebäude sind mit einem kleinen A/VVerhältnis im Vorteil. Oft ergeben sich in diesem Bereich Konflikte
zwischen architektonischem Anspruch und bauphysikalischer
Konsequenz. Beim ZUB wurde der Windfang in das Gebäudeinnere
verschoben, und so die wärmetauschende Fläche verkleinert.
Grundsätzlich wirkt sich das Abrücken des Baukörpers von der
Brandwand jedoch nachteilig auf das A/V-Verhältnis aus.
Die Ausbildung der Gebäudehülle hat einen entscheidenden
Einfluss auf die Wärmeverluste eines Gebäudes. Bei der energetischen Optinierung des Konzeptes hatte darum die Vermeidung von
Transmissionswärmeverlusten bei der Ausbildung der Gebäudehüllflächen Priorität. Die Wärmedämmeigenschaften von Bauteilen
lassen sich durch den Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert)
beschreiben. Je kleiner der U-Wert eines Bauteils ist, desto weniger
Wärme geht verloren. Bei der Bestimmung der Transmissionswärmeverluste werden Bauteile sowohl in der Wärmeschutzverordnung als auch in der Energieeinsparverordnung mit einem
Korrekturfaktor versehen, um der realen Einbausituation (gegenüber der Laborprüfung) gerecht zu werden.
Bild 7.5: Dämmung ZUB
38
Trotz Einsatz der hochwertigen 3-Scheiben-Wärmeschutzverglasung dominieren die verglasten Flächen mit einem Anteil von 73%
die Wärmeverluste durch Transmission. Berücksichtigt man die einfallenden solaren Gewinne, die durch die niedrigeren äquivalenten
U-Werte der Verglasungen den Transmissionswärmebedarf senken,
haben diese nur noch einen Anteil von 11%. [4]
Bild 7.6: U-Werte der wärmetauschenden
Hüllflächen des ZUB
Flächenmäßig liegt der Anteil der Verglasungen bei 29% der
Gebäudehülle, bzw. 61% der Fassadenfläche. Berücksichtigt sind
bei dieser Fläche sowohl die nahezu komplett verglaste Südfassade, als auch die Glaskonstruktion der Lichtfuge und der übrigen Fenster. [4]
Die Orientierung der verglasten Flächen spielt insbesondere bei der
Berechnung der solaren Wärmegewinne eine Rolle. Der Anteil der
nach Norden und Westen orientierten Fenster beträgt jeweils 5%.
Nach Osten sind 7% der Verglasungen orientiert, die restlichen
83% entfallen auf die Südrichtung.[4]
Bild 7.7: Aufteilung der Gebäudehüllfläche, Aufteilung der Transmissionsverluste ohne solare Gewinne, Aufteilung
der Verluste mit Berücksichtigung der
durch die Fenster einfallenden Gewinne
39
Einsatz der Dreischeibenverglasung
Als Verglasung wurde eine 3-Scheiben-Wärmeschutzverglasung
eingebaut. Der zu erwartende Jahresheizwärmebedarf wurde vorab
mit Hilfe von Simulationen sowohl für eine 2-fach Verglasung als
auch für eine 3-fach Verglasung ermittelt. Der Heizwärmebedarf
beim Einsatz der 2-fach Verglasung ist fast doppelt so groß wie der
bei 3-fach Verglasung. Der Gesamtenergiedurchlassgrad g beträgt
bei der 3-fach Verglasung 0,42, bei der 2-fach Verglasung 0,58. Da
der Lichttransmissionsgrad JL bei der 3-fach Verglasung ebenfalls
deutlich geringer ist, 0,64 gegenüber von 0,75 bei 2-fach
Verglasung steigt der Kunstlichtbedarf bei der Dreischeibenverglasung.
Unter der Annahme, dass Kunstlicht mit der Leistungsdichte von 12
W/m² zugeschaltet wird, sobald die Beleuchtungsstärke des
Tageslichts während der Nutzungszeit unter 300 lx fällt, wurde der
Heizwärmebedarf erneut berechnet und dem erhöhten Kunstlichtaufwand gegenübergestellt. Die internen Wärmegewinne durch das
Licht kommen dem Heizwärmebedarf zu Gute.
In der Summe ergeben sich für die Dreischeibenverglasung lediglich geringe Vorteile. Der Energieaufwand unter Einsatz der 3-fach
Verglasung beträgt nun rund 80% gegenüber der 2-fach Verglasung
[6].
Bild 7.8: Jährlicher Heizwärmebedarf
eines Büroraumes in Abhängigkeit von
der Verglasung [6].
40
Unter primärenergetischen Betrachtungen (der Strom für das Licht
benötigt mehr Primärenergie als das Heizen mit der Fernwärme)
holt die 2-fach Verglasung weiter auf. Allein aufgrund dieser
Betrachtungsweise wäre der Einsatz einer 2-fach Verglasung ausreichend und wirtschaftlicher (die Kosten sind dreimal so hoch, wie
für Standard Wärmeschutzglas). Dennoch sind weitergehende
Betrachtungen unter Berücksichtigung der gesamten Anlagentechnik nötig. So kann z.B. der erhöhte Kaltluftabfall, der durch die
geringere Oberflächentemperatur der Verglasung entsteht, mit dem
eingesetzten Niedertemperatur-Flächenheizsystem nicht abgefangen werden. Bei großzügigen Verglasungen führt dies zu
Zugerscheinungen und damit zur Beeinträchtigung der Behaglichkeit [5]. Die Materialkosten wurden zum Teil von Sponsoren
getragen.
Bild 7.9: Innenansicht der Fassade mit
geschlossenem Sonnenschutz
Bild 7.10: Vergleich der 3-fach und
2-fach Wärmeschutzverglasungen, bzgl.
des Heizwärme- und Kunstlichtbedarfs
[6].
41
7.3 Anschlussdetails
Um ungewollte Wärmeverluste durch Wärmebrücken zu vermeiden,
müssen Bauteilanschlüsse besonders sorgfältig ausgeführt werden. Mit steigendem Wärmeschutz gewinnen die Energieverluste
über Wärmebrücken zunehmend an Bedeutung. Als Wärmebrücken
gelten einzelne Bereiche der wärmetauschenden Hüllfläche, deren
Wärmeleitfähigkeit wesentlich höher ist als die der angrenzenden
Bauteile. Dieser Fall tritt beispielsweise an Gebäudeecken auf, wo
die Außenfläche deutlich größer ist als die Innenfläche. Ebenso treten sie zwischen Bauteilen auf, deren Aufbau unterschiedlich ist.
Dort erhöht sich der Wärmestrom, was zur Absenkung der inneren
Oberflächentemperatur führt.
1
2
3
4
5
6
2 cm Magnesitestrich
6 cm Heizestrich
4 cm Trittschall- und
Wärmedämmung zwischen
Dichtbahnen, WLG 035
18 cm Stahlbetondecke
5 cm Zementestrich
PE-Folie
7
12 cm Wärmedämmung
WLG 035
8
44 mm Alu-Glasvlies verstärkte Dichtbahn
40 cm Stahlbeton, WU
9
10
11
12
13
14
15
4
KG
ca. 30 cm Kiesfilter- und
Sauberkeitsschicht
25 cm Stahlbetonwand,
B 35
44 mm Bitumendichtbahn
glasfaserverstärkt, gegen
nicht drückendes Wasser
12 cm Perimeterdämmung,
wasser- und druckfest,
WLG 035
4 cm Dränplatte
voutenförmiges
Magerbetonfundament unter
den tragenden Elementen
Bild 7.11: Anschluss Kelleraußenwand
an Bodenplatte und Kellerdecke
42
1
2
3
Erdreich
11
5
6
7
8
9
12 13 14
Einen kritischen Anschluss stellt immer der Eckbereich zwischen Bodenplatte
und aufgehender Kellerwand dar. Um die Wärmebrückenwirkung abzuschwächen, wurde die Außendämmung bis zu den Fundamenten heruntergeführt. Die Technik- und Lagerräume bleiben unbeheizt. Auf Grund des geringen Temperaturniveaus im Kellergeschoss werden die Wärmeverluste vermindert. Um die Wärmebrücke im Bereich der Kalksandsteinkellerwände zu minimieren, wurde ein 12 cm hoher Dämmstein als unterste Schicht auf der
Bodenplatte eingebaut.
Bild 7.12: Verlegung der Dämmplatten
auf dem Flachdach
Im Weiteren ist der Aufbau des Flachdachs und dessen Übergang zur
Stahlbetonbrüstung dargestellt. Der Aufbau der Dachterrasse ist ähnlich.
Anstelle der Kiesschüttung, bzw. des Pflanzsubstrates auf dem Dach, liegen
auf der Terrasse 5 cm starke Betonplatten. Wie bei den übrigen Stahlbetonwänden ist die Außenseite der Brüstung mit einem 30 cm starken
Wärmedämmverbundsystem (WDVS) aus Polysterol Hartschaumplatten mit
einem farbigen mineralischem Putz versehen.
8
9
7
6
10
1
2
10-20 cm Kiesschüttung
Dichtbahn und Vlies
3
12-18 cm Gefälledämmung,
WLG 035
Bitumendichtbahn
25 cm Stahlbetondecke
Holzleiste zur Befestigung
der hochgezogenen Dichtbahnen
4
5
6
1
2
3
7
12 cm Wärmedämmverbundsystem, verputzt
WLG 035
8
Holzklotz zur Befestigung
der Bügel der Blechabdeckung (einer pro Meter)
Blechabdeckung mit Gefälle
4
5
11
9
10
11
30 cm WDVS, verputzt und
gestrichen
Jalousienkasten
(siehe Südfassade)
Bild 7.13: Anschluss Flachdach an
Stahlbetonbrüstung
43
Anschlussdetails zur Vermeidung von Wärmebrücken
Im ZUB ist die Stahlbetonbrüstung der Dachterrasse durch ein thermisches Trennsystem, ein bewehrter Dämmstreifen (siehe
Abbildung), weitestgehend thermisch von der Gebäudehülle
getrennt. Eine solche Konstruktion wäre auch bei der Bodenplatte
denkbar gewesen; aufgrund der höheren Belastung hätten die
Trennkonstruktionen jedoch wesentlich dichter eingebaut werden
müssen. Der finanzielle Aufwand wäre im Vergleich zum Nutzen
sehr hoch gewesen.
Bild 7.14: Einbetonierter Isokorb auf der
Dachterrasse
Bild 7.15: Detaildarstellung des
Fußpunktes der Betonbügelstütze
44
Wärmebrücken entstehen ebenfalls bei Durchdringungen von
Bauteilen durch die Gebäudehülle. Neben den zu verzeichnenden
Wärmeverlusten sind diese Bereiche aufgrund der geringeren
Oberflächentemperaturen stark schimmelpilzgefährdet. In der
Vergangenheit traten Feuchteschäden aufgrund einer Wärmebrücke
häufig an Stirnseiten der Geschossdecken auf. Durch ununterbrochene, außenliegende Wärmedämmung werden solche
Schwachstellen heute vermieden. Teilweise unumgänglich sind
Durchdringungen aufgrund angeschlossener Bauteile. Die Feuertreppe des ZUB ist daher lediglich am Fußpunkt eingespannt, steht
über die drei Geschosse frei neben der Gebäudehülle und ist erst
im Bereich der Attika kraftschlüssig mit der Stahlbetonkonstruktion
verbunden. Dieser weitgehend wärmebrückenfreie Anschluss hatte
einen erheblichen Mehraufwand an Material zur Folge.
Der Sinn und die Ästhetik des Betonbügels über dem Anbau wurde
vielfach diskutiert. Der Bügel wird von drei Betonscheiben gestützt,
deren Fußpunkte die Wärmedämmung des Terrassendaches durchdringen und kraftschlüssig mit der Rohbaudecke verbunden werden.
Bild 7.16: Thermografieaufnahme des
Bügelfußes
Um diesen bauphysikalischen Schwachpunkt zu vermindern,
wurde eine Stahlkonstruktion, 12 cm hohe HEA 100, welche die
wärmeübertragende Fläche verringert, eingesetzt. Zu beachten ist
jedoch die um ein Vielfaches höhere Wärmeleitfähigkeit von Stahl
gegenüber der von Beton.
Bild 7.17: Stahlbetonbügel mit Stützen
auf der Terrasse
45
Bild 7.18: Südfassade eines Büroraums
Südfassade
Bei einem hochwärmegedämmten Gebäude ist der Anspruch an die
großzügig verglasten Flächen hoch. Die Forderung nach einer filigranen Ansicht und einem homogenen Erscheinungsbild führte zur
Neuentwicklung einer Aluminium-Holz Konstruktion. Innenseitig
sichtbares Holz ist auf der Wetterseite mit Aluminium verblendet.
Im Vortragssaal und im Besprechungsraum des 1. OG ist die
Pfosten-Riegel Konstruktion festverglast. In den Büros ist die
Fassade dreigeteilt: Die bedruckte Brüstungszone, die zweiflügeligen Fenster und das Oberlicht, das ebenfalls öffenbar ist. In der
Außenansicht ist, durch die in den Blendrahmen integrierten
Flügel, kein Unterschied zwischen Festverglasung und Fensterelementen sichtbar.
Bild 7.19: Horizontalschnitt durch die
festverglaste Pfosten-Riegel-Konstruktion
des Vortragssaals mit Lamellen Jalousie
Die 3-Scheiben Verglasung mit Kryptonfüllung hat laut Hersteller
(Interpane, iPlus 3C-0,5) einen U-Wert von 0,5 W/m²K. Der
Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung liegt bei g=0,42.
Um die Ansichtsbreite der Rahmen (der Rahmenanteil eines
Standard-Feldes, 2,96 m/3,205 m, beträgt 25,5 %) gering zu halten, wurde ein Kompromiss zwischen äußerem Erscheinungsbild
und den dämmtechnischen Eigenschaften eingegangen. Der U-Wert
des Rahmens ist mit 1,4 W/m²K relativ hoch. [4]
Bild 7.20: Alle zweiflügeligen Elemente
sind als Stulp ausgeführt, um die
Ansichtsbreite zu minimieren. Die Flügel
sind in den Alu-Blendrahmen integriert.
Bild 7.21: U-Werte der Fassadenauteile
46
Mit 0,73 W/m²K wird der U-Wert der festverglasten Pfosten-RiegelFassade mit gedämmten Alu Druckprofilen auf der Außenseite
angegeben. Die eingesetzte Aluminiumtür muss getrennt betrachtet werden. [4]
Glas
Rahmen
Festverglaste Pfosten-Riegel Konstruktion
Fenster der übrigen Fassaden
Vakuum Dämmpaneel
0,60* W/m²K
1,40 W/m²K
0,73 W/m²K
0,80 W/m²K
0,18 W/m²K
Grob ermittelter U-Wert der gesamten Fassade
0,80 W/m²K
*U-Wert der Drei-Scheiben-Wärmeschutzverglasung nach Bundesanzeiger
Bild 7.22: Südfassade auf der Dachterrasse
2
3
5
1
4
6
8
1 Geschossdecke, 25 cm
Stahlbeton
12
7
2 Fussbodenaufbau
2 cm Trittschalldämmung
6 cm Estrich
2 cm Magnesitestrich
3 Installationskanal
4 Fassadenpfosten, Holz
10
5 80 mm Sonnenschutzlamelle, Alu
6 Alu-Blendrahmen
7 Führungsschiene Jalousie
8 3-fach Verglasung, iPlus 3c
9 Vakuum-Dämmpaneel, 25 mm
11
9
10 Brüstungspaneel, VSG, Siebdruck
11 gedämmtes Alu-Druckprofil
12 Stahlbetonstütze
Bild 7.23: Vertikaler Fassadenschnitt
durch einen Raum im 1. OG
47
Vor den Stirnseiten der Betondecken befindet sich ein Vakuumpaneel. Bei einer Dicke von nur 25 mm wird durch eine Dämmplatte
(0,0045 mW/mK), welche in eine Metallfolie eingeschweißt und
evakuiert wird, ein U-Wert von 0,18 W/m²K erreicht [11].
Die 2,70 m breiten Fassadenelemente im Experimentalbereich sind
komplett demontierbar und durch eine neue Fassade zu ersetzen.
So können Fassadenkonstruktionen unter wechselnden raumseitigen Bedingungen untersucht werden.
Bild 7.25: Vakuumdämmpaneel vor der
Stirnseite der Geschossdecke
Bild 7.26: Thermografieaufnahme im
Eckbüro des EG
Datum: 1. März 2001
Außentemperatur: -2 bis 0 °C
Innentemperatur: 16,5 °C
Bild 7.27: Büroraum im 1.OG
48
Lichtfuge
Das Zentrum für Umweltbewusstes Bauen ist über eine AluminiumGlas Konstruktion mit dem Kolben-Seeger Gebäude verbunden.
Mit Ausnahme der fünf Rauchabzüge ist überall 3-ScheibenWärmeschutzverglasung eingesetzt. Während der Planungsphase
wurde gerade hier der Einsatz einer 2-fach Verglasung diskutiert.
Das geringere Gewicht hätte eine Vereinfachung der Konstruktion
und des Bauablaufs zur Folge gehabt. Dem gegenüber standen die
erhöhten Transmissionsverluste, die zu niedrigeren Innentemperaturen des unbeheizten Atriums geführt hätten [8]. Die innere
Scheibe der Dachverglasung ist 10 mm starkes Verbundsicherheitsglas (VSG), die vertikale Verglasung besteht aus 3 mal 6 mm
Floatglas und die Türen sind aus VSG6 /Float6 / VSG6. Der U-Wert
der Verglasung liegt bei 3 Scheiben bei 0,6 W/m²K und bei den
Rauchabzügen etwa bei 1,0 W/m²K. Die ungedämmten Aluprofile
gehören zur Materialgruppe 1 und haben einen U-Wert von 1,1
W/m²K. Der Anteil des Rahmens ist mit ungefähr 10% auf ein
Minimum begrenzt. Im Wärmeschutznachweis wurde der U-Wert
des gesamten Atriums, mit Ausnahme der Rauchabzüge, mit 0,7
W/m²K angesetzt. [4]
Bild 7.28: Rahmenkonstruktion des
Atriums, links steht das Gerüst auf der
Brüstung der Attika
Bild 7.29: Dämmung unter der Blechabdeckung des Atriumanschlusses
Um die Wärmebrücke am Anschluss an den Altbau zu minimieren,
wurde eine ca. 60 cm starke Dämmschicht eingebaut. Alle Hohlräume zwischen Konstruktion und Abdeckung sind mit Mineralwolle
ausgestopft. Tragende Elemente des Daches sind die Pfosten der
Schrägverglasung. Über Einschieblinge sind sie in eine Stahlplatte
eingehängt, die wiederum an die Brandwand gedübelt ist [13].
Zwischen den Pfosten sind die Riegel befestigt, die die
Glashalterungen tragen. Die Blechabdeckung ist auf der gesamten
Länge ca. 16 cm in einen gefrästen Schlitz in der Brandwand
geschoben. Sie wird durch die aussen aufgesetzte Abdeckleiste
eingespannt. Um die Luftdichtheit des Anschlusses herzustellen ist
eine Folie zwischen Blech und Wand eingebaut, die bis zur
Abdeckung des Glashalters geführt wird.
Bild 7.30: Vertikalschnitt durch den
Riegel, die Verglasung, die Dämmung,
die Bleche und die Luftdichtheitsschicht
49
7.4 Luftdichtheit
Bei Gebäuden mit gut gedämmter Außenhülle nehmen die
Lüftungswärmeverluste eine entscheidende Größenordnung an.
Die Voraussetzung um eine Wärmerückgewinnung effizient einsetzen zu können, und damit die Lüftungswärmeverluste zu reduzieren ist eine weitgehend dichte Ausführung der Gebäudehülle.
Zudem sind undichte Bauteile häufig die Ursache von Bauschäden.
Die Dichtheit eines Gebäudes kann mit Hilfe der Blower-DoorMessung bestimmt werden. Dazu wird ein Gebläse in eine
Außentür oder ein Fenster eingebaut, um einen Über- oder
Unterdruck von 50 Pa im Gebäude aufzubauen. Gemessen wird die
durch den Ventilator geförderte Luftmenge bei konstanten
Druckverhältnissen. Aufgrund der bekannten Gebäudegeometrie
kann ermittelt werden, wie oft das Luftvolumen des Gebäudes
innerhalb einer Stunde ausgetauscht wird. Dieser Luftwechsel wird
beschrieben durch den n50-Wert, der bei Gebäuden mit einer
Lüftungsanlage kleiner als 1,5 h-1 sein muss. Bei der Blower-Door
Messung im ZUB wurden als Netto Luftvolumen 4.960 m³ angesetzt. Das entspricht etwa 70 % des umbauten Raumes. [14]
Als Mittelwert ergab die Luftdichtheitsmessung am ZUB eine
Luftwechselrate von n50=1,0 h-1.
Bild 7.31: Ergebnisse der Blower-Door
Messung im ZUB
Dargestellt sind die Volumenströme in
Abhängigkeit der Druckdifferenz bei
Überdruck (x) und Unterdruck (o).
50
Nach DIN V 4108 Teil 6 wird dieser Wert als sehr dicht eingestuft. Im
Vergleich zu den anderen Projekten, welche im Rahmen des
SolarBau untersucht werden, liegt er jedoch im oberen Bereich.
Bild 7.32: Ergebnisse der durchgeführten
Drucktests bei anderen SolarBau
Projekten
Aus dem ermittelten n50-Wert kann man den Infiltrationsluftwechsel, der durch die Fugen der Gebäudehülle stattfindet, abschätzen. Näherungsweise liegt er bei 0,15-0,2 mal dem n50-Wert.
Leckagen wurden im Fassadenbereich (Flügelstöße der Fenster,
Blendrahmen, Schließmechanismen der Oberlichter Fensterflügelstöße, Türschwellen und Anschlüsse an die Fassade) sowie dem
Anschluss der Glasfuge an den Altbau und den Verbindungstüren
zum Kolben-Seeger Gebäude lokalisiert. Auf Grund dieser Ortungen
war es möglich, gezielt nachzuarbeiten.
Bild 7.33: Thermografieaufnahme unter
normalen Druckbedingungen, die dargestellten Temperaturunterschiede der
Oberflächen entstehen hauptsächlich
auf Grund von Wärmebrücken.
Bild 7.34: Thermografieaufnahme bei
einem Unterdruck von 50 Pa
Bild 7.35: Differenzfotos ermöglichen die
Darstellung der unterschiedlichen Oberflächentemperaturen auf Grund von Undichtigkeiten
Alle Fotos wurden Anfang März bei 16 °C
Raum- und ca. 0 °C Außentemperatur
aufgenommen.
51
8. Anlagentechnik
8.1 Lüftungskonzept
Bild 8.1: Ansaugstutzen der Zuluft und
Abluftauslass vor der Südfassade des
ZUB.
Der Neubau des ZUB sollte eine hohe Behaglichkeit aufweisen und
insbesondere die Möglichkeiten eines minimalen Energiebedarfs
aufzeigen. Der Einsatz einer mechanischen Lüftungsanlage mit
Wärmerückgewinnung stand aus diesem Grund bereits zu einem
frühen Planungsstadium fest. Das Lüftungskonzept bietet die
Möglichkeit im ZUB eine Reihe aktueller Lüftungsstrategien nachzubilden und ihre Eigenschaften und Auswirkungen zu untersuchen. Der Vortragssaal im Erdgeschoss verfügt über kanalgeführte
Zu- und Abluft. Alle Arbeitsräume des ZUB lassen sich über Fenster
natürlich lüften und verfügen zusätzlich über einen Lüftungskanal.
Das Atrium bildet den zweiten Luftweg (Zu- oder Abluft). Aspekte
der Zuluftvorwärmung in Atrien und natürliche Antriebsmechanismen auf Grund von Thermik oder Wind lassen sich so untersuchen.
Der Experimentalbereich des Gebäudes bietet die Möglichkeit, lüftungstechnische Fassadenkomponenten oder dezentrale Lüftungsgeräte in die Gebäudestruktur zu integrieren.
Dimensionierung
Kernstück der Lüftungsanlage ist ein Lüftungsgerät der Fa. Heber.
Die Anlage wurde auf einen maximalen Volumenstrom von 4000
m³/h ausgelegt der sich folgendermaßen ergibt:
Wird der Hörsaal gemäss DIN 1946/T2 belüftet, werden 30 m³ pro
Bild 8.2: Lüftungsschema ZUB
Darstellung aus dem Messprogramm der
Firma Sauter.
52
Stunde und Person Frischluft benötigt. Bei einer maximalen
Belegung von 110 Personen muss die Anlage 3300 m³/h bereitstellen, um den voll belegten Vortragsaal zu belüften. Bei einem
Volumen von 363 m³ stellt sich ein Luftwechsel von n=9 h-1 ein,
neun mal pro Stunde wird das Luftvolumen ausgetauscht. Die
anderen Räume werden entsprechend ihres Volumens belüftet. Im
Erdgeschoss wurde eine Außenluftrate von 3,5 m³/m²h vorgegeben. Es stellt sich ein Außenluftwechsel von rund 1,2 h-1 ein. Bei
einem Volumen von 1522 m³ muss also ein Volumenstrom von
1830 m³/h zur Verfügung stehen. Der angestrebte Luftwechsel der
übrigen Geschosse liegt etwas niedriger, durchschnittlich bei
1,1 h-1. Bei regulärer Benutzung, ohne Berücksichtigung des voll
belegten Vortragssaals, ergibt sich für den Bürobereich ein benötigter Gesamtvolumenstrom von 3800 m³/h [7].
Die Lüftungsanlage ist jedoch nicht auf 3800+3300=7100 m³/h
ausgelegt, dies hätte zu einer unverhältnismäßigen Überdimensionierung und Unwirtschaftlichkeit der Anlage geführt. Um alle
Bereiche gleichzeitig zu belüften, ist sie jedoch zu klein. Realisiert
wurden zwei getrennte Kanalführungen und damit zwei Lüftungsbereiche (Vortragssaal und Bürobereich), die momentan nur alternativ betrieben werden können. Grundsätzlich ist dies zu vertreten,
da der Vortragssaal nicht ständig voll belegt ist, und der
Bürobereich in diesen Zeiten über die Fenster belüftet werden kann
(bedarfsgerechte Umschaltung über VOC Sensoren).
Bild 8.3: Lüftungsgerät mit den
Wärmeaustauschern
Zwei Alu-Platten Wärmetauscher
Wärmebereitstellungsgrad 85%
mit Bypass
Zuluft
4000 m³/h
v=1,6 m/s
T=17,7 °C
Abluft
4000 m³/h
v=6,2 m/s
T=22 °C
Schalldämpfer
23 dB/250 Hz
Zuluftventilator
2,2 kW
Feinstaubfilter
Außenluft
4000 m³/h
v=6,2 m/s
T=-6 °C
Edelstahlwanne mit Kondensatablauf
Fortluft
4000 m³/h
v=1,6 m/s
53
Bild 8.4: Luftführung im Wärmeaustauscher
Wärmerückgewinnung
Zur Wärmerückgewinnung wurden zwei Kreuzstromwärmeaustauscher eingesetzt. Zu- und Abluftstrom sind getrennt, so dass
eine Beeinträchtigung der Zuluftqualität ausgeschlossen werden
kann. Die Plattenwärmeaustauscher haben zusammen einen
Wärmerückgewinnungsgrad von 85%. Abluft von 22°C ist so in der
Lage -6°C kalte Außenluft auf etwa 17°C zu erwärmen. Im Sommer
wird die Anlage entweder ganz abgeschaltet oder der Wärmeaustauscher über einen Bypass umgangen. Die Umschaltung erfolgt
außentemperaturabhängig. Eine kombinierte Luftführung über
Wärmeaustauscher und Bypass ist möglich. Das Lüftungsgerät verfügt über zwei Ventilatoren (Zu- und Abluft). Der Gesamtvolumenstrom wird über Luftqualitätssensoren in den Räumen sowie im
Abluftstrom geregelt. Die Regelstrategie kann über die Gebäudeleittechnik weitreichend verändert werden.
Luftverteilung
Bild 8.5: Zuluftführung über das Atrium
während der Heizperiode
Bild 8.6: Fensterlüftung in der Übergangszeit
54
Die Luftverteilung erfolgt im ZUB über ein Kanalnetz und das
Atrium. Die Richtung des Luftstroms ist zu Forschungszwecken
umkehrbar, so dass entweder im Zuluft- oder im Abluftbetrieb
gelüftet werden kann. In der Betriebsweise "Zuluftführung über das
Atrium" wird die Zuluft für den Bürobereich über einen Luftauslass
in der Kellerwand ins Atrium gefördert. Auf Grund des Unterdrucks
in den Büros gelangt die Zuluft vom Atrium durch Überströmöffnungen neben den Bürotüren in die Räume. Das Überströmelement
erfüllt Schall- und Brandschutzanforderungen. In jedem Geschoss
verläuft ein Lüftungsrohr horizontal durch alle Räume. Die vertikale
Verteilung befindet sich im Experimentalbereich. Die Wickelfalzrohre werden sichtbar geführt. Im Bereich der Bürotrennwände sind
Schalldämpfer als Rohr-in-Rohr Konstruktion eingesetzt, so dass
sich die Ansicht des Rohrquerschnittes nicht ändert. In der
Betriebsweise "Abluftführung über das Atrium" erfolgt die Luftströmung in umgekehrter Richtung. Die vertikalen Zu- und Abluftkanäle des Vortragssaals sind in die zweischalige Lehmwand integriert. Die Horizontalverteilung verläuft frei im Raum.
Antrieb und Regelung
Die Anlage wird nach dem aktuellen Bedarf und der Luftqualität
geregelt. Um diese zu bestimmen, sind in allen Räumen und
zusätzlich im Abluftkanal Mischgassensoren installiert. Diese messen u.a. den Kohlendioxidgehalt (CO2) der Raumluft und den Anteil
an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC), die von
Luftbelastungen durch Nutzer und Emissionen von Baustoffen und
Möbeln verursacht werden. Wird ein voreingestellter Schwellwert
überschritten, gibt der Sensor ein Signal [14]. Die eingebauten
Sensoren unterscheiden die Qualitätsstufen von gut bis schlecht
und bilden sie von 0-10 in der Einheit Volt ab. Entsprechend der
Qualitätsstufe steuert der Sensor den Frequenzumrichter der
Ventilatoren und so die geförderte Luftmenge.
Der Vortragssaal hat bei der Luftversorgung Priorität. Sobald die
Luftqualität im Vortragssaal absinkt, wird die Klappe zum Saal
geöffnet und die zum Bürobereich geschlossen. Eine stufenlose
Aufteilung der Luftströme ist nicht möglich. Die eingebauten
Volumenstromregler, die dies ermöglichen könnten, können zwar
Bild 8.7: Die horizontale Luftverteilung
erfolgt über ein frei angeordnetes
Lüftungsrohr in den Büroräumen.
Bild 8.8-8.9: Durch die Überströmöffnungen im Türbereich strömt die Luft aus
dem Atrium nach.
55
manuell eingestellt werden, die Ströme erfassen und regeln können die vorhandenen Geräte jedoch erst ab einem Volumenstrom
von ca. 4000 m³/h. Eine Umrüstung ist möglich und derzeit in
Planung. Der Büroraum mit der schlechtesten Qualität bestimmt
z.Z. den Volumenstrom des ganzen Lüftungsabschnitts, das heißt,
sobald ein Raum eine zu hohe Luftbelastung aufweist, werden alle
anderen Räume entsprechend belüftet. Diese Einstellung gewährleistet eine sehr gute Luftqualität in allen Räumen.
Bild 8.10: Die vertikale Luftführung
erfolgt im Experimentalbereich.
56
Alternativ könnten die Ventilatoren vom Sensor im Abluftkanal
angesteuert werden. Mit Sicherheit wäre die benötigte Förderleistung geringer, die Luftqualität in einzelnen Räumen jedoch eventuell schlechter. Momentan arbeitet die Anlage von 6.00 Uhr morgens
bis 20.00 Uhr abends. Nachts und am Wochenende werden die Zuund Abluftklappen des Gerätes geschlossen. Morgens fährt die
Anlage 30 Minuten im Spülbetrieb. Bei voller Förderleistung wird
sowohl die Klappe zum Bürobereich, als auch die zum Hörsaal
geöffnet.
Wirtschaftlichkeit der Lüftungsanlage
Durch Einsatz der Lüftungsanlage mit WRG kann der vorhandene
Jahresheizwärmebedarf von 11,03 kWh/m³a auf 5,27 kWh/m³a
gesenkt werden (Berechnung nach Wärmeschutzverordnung).
Unter Berücksichtigung des Bewertungsfaktors für Fernwärme
(0,78 kWh/kWh) entspricht das einer Primärenergieeinsparung von
4,49 kWh/m³a. Dem gegenüber steht der zusätzliche elektrische
Energieaufwand zur Luftförderung. Die beiden Ventilatoren des
ZUB haben zusammen eine Anschlussleistung von 4,4 kW. Geht
man davon aus, dass die Anlage ausschließlich während der Heizperiode (ca. 5 Monate), mit Nacht- und Wochenendabschaltung
täglich 12 Stunden unter halber Volllast läuft, entspricht dies 660
Vollbetriebsstunden pro Jahr. Läuft die Anlage allerdings das ganze
Jahr täglich 12 Stunden unter halber Volllast, kann man von 2190
h/a ausgehen. [4]
In den Diagrammen ist jeweils der Bereich zwischen 660 h/a und
2190 h/a als realistische Betriebszeit hervorgehoben.
Die Lüftungsanlage benötigt bei ca. 2100 Vollbetriebsstunden pro
Jahr genauso viel Primärenergie, wie durch ihren Einsatz eingespart
werden kann. Voraussetzung für diese Betrachtungen ist die
Bild 8.11: Primärenergieverbrauch der
Lüftungsanlge in Abhängigkeit der
Vollbetriebsstunden
57
Gewährleistung der Heizenergieersparnis, durch eine dem Bedarf
angepasste Lüftungssteuerung.
Ein ähnliches Diagramm kann man für die Heizwärmekosten und
Betriebskosten der Lüftung in Abhängigkeit von der Laufzeit aufstellen. Zugrundegelegt wurden die derzeitigen Bruttoarbeitspreise
für Strom- bzw. Fernwärme laut Sondervertrag der GhK. Der Tagstromarbeitspreis liegt derzeit bei 12,8 Pf/kWh, die MWh Fernwärme wird mit 72,50 DM berechnet. Erst ab rund 5000 h/a kostet
der Betrieb der Lüftungsanlage mehr, als durch ihren Einsatz an
Energiekosten zur Deckung des Heizwärmebedarfs eingespart wird.
Der Betrieb der Lüftungsanlage rechnet sich also sowohl unter
primärenergetischen als auch unter wirtschaftlichen Betrachtungen.
Bild 8.12: Betriebskosten der Lüftungsanlage in Abhängigkeit der Laufzeit
58
Amortisation
Neben den eben betrachteten variablen Kosten sollten auch die
Investitionskosten in der Wirtschaftlichkeitsberechnung berücksichtigt werden.
Die Kosten für das Lüftungsgerät betragen 24.000,- DM. Hinzu kommen Kosten für Planung, Kanalnetz, Steuereinrichtungen und
Einbau. Momentan liegt noch keine abschließende Kostenaufstellung vor. Aufgrund Abschätzungen und Erfahrungswerten wird den
weiteren Betrachtungen ein Gesamtpreis von rund 100.000,- DM
zugrundegelegt.
Um zu verdeutlichen, wie stark die Einsparungen- bzw. die
Amortisation von der Betriebszeit abhängen, ist im folgenden
Diagramm die Amortisationszeit für eine jährliche Betriebszeit von
660 h/a und für 2190 h/a dargestellt.
Unter Vernachlässigung der anfallenden Wartungs- und
Reparaturkosten und der Annahme, dass das Verhältnis zwischen
Fernwärme- und Stromkosten gleich bleibt, amortisiert sich die
Anlage bei 660 h/a Vollbetrieb nach rund 40 Jahren, bei 2190 h/a
nach ca. 60 Jahren. [4]
Bild 8.13: Amortisationszeit der Lüftungsanlage
59
8.2 Bauteilaktivierung
Bild 8.14: Verlegung der Rohrleitungen
auf der Bewehrung der Geschossdecke.
Die Bauteilaktivierung ist als Hypokaustenheizung bereits seit dem
Altertum bekannt. Die Temperierung von Räumen über Flächen ist
in den letzten Jahren auf Grund der hohen Behaglichkeit und der
energetischen Vorteile besonders aktuell geworden. Ein behagliches Raumklima hat bei heutigen Gebäuden einen zunehmenden
Stellenwert. Insbesondere bei Verwaltungsgebäuden, in denen der
Nutzer die meiste Zeit an seinem Schreibtisch verbringt.
Bauteilheiz- bzw. Bauteilkühlsysteme schaffen durch ihre großen
Übertragungsflächen und die dadurch möglichen niedrigen
Temperaturdifferenzen ein behagliches Raumklima. Der vorwiegende Energieaustausch über Strahlung wird vom Nutzer angenehm
empfunden. Das niedrige Temperaturniveau ermöglicht den effizienten Einsatz von Wärmepumpen für die Heizung. Zur Kühlung können natürliche Kältequellen wie kühle Nachtluft, Grundwasser oder
Erdreich ein ausreichendes Kühlpotential bereit stellen. Der
Sommer- und der Winterfall können mit einem System abgedeckt
werden, wodurch sich Kosteneinsparpotentiale ergeben.
Funktionsprinzip
Bei der Bauteilheizung /-kühlung gibt es neben der Wandheizung
drei prinzipielle Möglichkeiten: Die Temperierung des Fußbodens
mit thermischer Abkopplung von der Tragkonstruktion über die
Trittschalldämmung (Fußbodenheizung /-kühlung), die Temperierung der Deckenunterseite (Kühldecke bzw. Deckenheizung)
sowie die Temperierung der Betondecke ohne Einschränkung der
Wärme- bzw. Kälteabgabe nach oben und unten (Thermoaktive
Decke (TAD)). Im Vergleich zu einer TAD sind Fußbodenheizung /kühlung und Kühldecke bzw. Deckenheizung besser regelbar, da
die aktivierte Masse geringer ist. Raumweise verlegte Heizkreise
und die horizontale thermische Grenze (Trittschalldämmung)
ermöglichen eine Einzelraumregelung. Aus Behaglichkeitsgründen
und aus Sicht der erzielbaren Leistung eignet sich der Boden besser zum Heizen und die Decke besser zum Kühlen. Eine
Thermoaktive Decke bietet die Möglichkeit, durch die hohe aktivierte Masse Wärme- oder Kälteenergie zwischenzuspeichern. Auf
diese Weise kann über ein Rückkühlwerk das Kühlpotential der
niedrigeren nächtlichen Außenlufttemperaturen am Tag genutzt
60
werden. Die hohe Speichermasse führt zu einer eingeschränkten
Regelbarkeit der TAD. Eine Einzelraumregelung ist auf Grund der
Wärme- bzw. Kälteabgabe nach oben und unten nicht möglich. Die
niedrige Systemtemperatur ermöglicht die Nutzung des
Selbstregeleffekts.
Im Zentrum für Umweltbewusstes Bauen (ZUB) in Kassel werden
Konzepte und Regelstrategien für optimierte Flächenheiz- bzw.
Flächenkühlsysteme entwickelt. Im Forschungs- und Demonstrationsbau des ZUB wurde ein Klimatisierungskonzept mit verschiedenen temperierbaren Deckenebenen und raumweise aufgeteilten
Heizkreisen realisiert. Dies bietet die Möglichkeit aktuelle
Systemkonfigurationen nachzubilden. Vielfältige Fragestellungen
zum Thema Bauteilaktivierung lassen sich am ZUB untersuchen.
Die Erkenntnisse können bei zukünftigen Planungsaufgaben eine
Entscheidungsbasis für eine optimierte Systemauslegung bieten.
Bild 8.15: Anschluss des Flächenheizsystems an den Unterverteiler.
Voraussetzungen
Bei der Planung des Forschungsgebäudes wurden die
Voraussetzungen für den Einsatz einer Bauteilaktivierung in allen
Teilaspekten optimiert. Die Betondecken ermöglichen die
Integration von Rohrleitungen in die massive Konstruktion und
damit die thermische Aktivierung großer Speichermassen. Hohe
Oberflächentemperaturen an der Innenseite der Fassade verhindern starken Kaltluftabfall und Unbehaglichkeiten durch
Strahlungsasymmetrie. Eine mechanische Lüftungsanlage mit
Wärmerückgewinnung vermindert den Lüftungswärmebedarf. Die
Bild 8.16: Im Haustechnikraum zeigen
Thermometer alle Vor- und Rücklauftemperaturen an.
Bild 8.17: Thermografieaufnahme des
Fußbodens im Experimentalbereich bei
ca. 16°C Raumtemperatur. Die warmen
Heizschlangen der Fußbodenheizung
zeichnen sich deutlich ab.
61
geringe erforderliche Heizleistung ermöglicht eine ungeregelte
Betriebsweise, bei der die Leistungsabgabe nur durch den Selbstregeleffekt der niedrigen Bauteiloberflächentemperaturen bestimmt wird.
Systemvarianten
2. Obergeschoss
1. Obergeschoss
Erdgeschoss
Um die Eigenschaften und Auswirkungen unterschiedlicher
Systemkonfigurationen untersuchen zu können, lassen sich im ZUB
verschiedene Deckenebenen unabhängig temperieren. In den
Betondecken und im Estrich der Räume des 2.OG, des 1.OG und
des EG befinden sich Rohrschlangen. Eine Deckenheizung bzw.
Kühldecke oder eine Fußbodenheizung /-kühlung temperiert die
Räume. Estrich- und Deckenebene können durch entsprechende
Regelung zu einem System kombiniert werden. Es lässt sich eine
Thermoaktive Decke nachbilden, deren Energieübergabe nach
oben und unten erfolgt. Die Trittschalldämmung wurde aus diesem
Grund mit zwei Zentimetern auf ein Mindestmaß beschränkt. Das
Kellergeschoss bleibt weitgehend unbeheizt. Nur die WC Räume
werden über Radiatoren erwärmt. In der Bodenplatte wurden ebenfalls Rohrschlangen verlegt. Sie geben im Sommer die überschüssige Wärme an das Erdreich ab (Sohlplattenkühlung). Die
Wärmedämmung ist auf der Oberseite der Bodenplatte angeordnet.
Verlegung
Kellergeschoss
Bild 8.18: Aufbau der Geschossdecken
62
Im ZUB wurden Rohre aus vernetztem Polyethylen der Firma Velta
eingesetzt. Die Rohre wurden in allen Geschossdecken direkt auf
der unteren Bewehrung verlegt. Der Verlegeabstand beträgt in der
Regel 15 cm. Jeder Büroraum verfügt in der Decken- und in der
Estrichebene über einen separat regelbaren Kreis. Jeweils zwei
Räume sind an einen Heizkreisverteiler angeschlossen. Über die
Regelung des Massenstroms lässt sich die Energieabgabe an die
einzelnen Räume definieren. Estrich- und Deckenebene werden
über getrennte Hauptstränge versorgt. Beide sind auf einen
Massenstrom von 5,5 kg/m²h ausgelegt. Die Heizwärme wird über
eine Fernwärmeübergabestation bereitgestellt, die bereits den
Altbau mit Wärme versorgt.
Heizkreisverteiler in der Lehmwand
Regelung
Die Standardbetriebsweise sieht die Heizung über den Estrich und
die Kühlung über die Decke vor. Im Heizfall wird die
Vorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur
eingestellt. Zwischen 0°C und 15°C Außenlufttemperatur beträgt
die Vorlauftemperatur konstant 20°C. Sinkt die Außenlufttemperatur unter den Gefrierpunkt, steigt die Vorlauftemperatur linear
bis maximal 28°C an. Zwei Größen beeinflussen den Massenstrom
in den einzelnen Heizkreisen: Liegt die Raumlufttemperatur
während der Nutzungszeit unterhalb von 21°C (19°C außerhalb der
Nutzungszeit) erhöht sich der Massenstrom und damit die
Wärmeabgabe an den Raum. Der Nutzer kann den Sollwert um ±2K
verstellen und somit die Raumtemperatur seinen Bedürfnissen
anpassen.
Zu Forschungszwecken kann das Gebäude mit einer nachgebildeten Thermoaktiven Decke betrieben werden. Dazu werden
Massenstrom und Vorlauftemperaturen im Estrich- und im
Deckenkreis so eingestellt, dass sich eine konstante Temperatur
von 23°C auf der Ober- und Unterseite des Deckenaufbaus ergibt.
Als Regelgröße wird die Rücklauftemperatur herangezogen. Der
Selbstregeleffekt bestimmt die Leistungsabgabe an die Räume.
Liegen die Raumtemperaturen über der Bauteiloberflächentemperatur so wird keine Wärme mehr abgegeben.
Bild 8.19: Verlegeplan für die Rohrregister in der Stahlbetondecke, Durchmesser der Rohre DN 22, Verlegeabstand
15 cm, Rohrlänge pro Raum ca. 170 m.
Beton Vor- und Rücklauf
DN 32, ca. 600 kg/h
Estrich Vor- und Rücklauf
DN 32, ca. 600 kg/h
Thermoaktive Decke und
Fußbodenheizung
Unterverteiler Büroraum
Strangregulierventile
Bild 8.20: Vertikale Verteilung der Vorund Rückläufe
Bild 8.21: Mögliche Heizkurve im ZUB,
die Vorlauftemperatur wird in Abhängigkeit von der Außentemperatur eingestellt.
63
Bild 8.22: Montage eines Verteilers für
die Sohlplattenkühlung
Kühlung
Die wasserdurchströmten Bauteile werden im Sommer zur Kühlung
genutzt. Dazu werden die Massivdecken und / oder der Estrich mit
kühlem Wasser durchströmt. Die Rückkühlung erfolgt über die
Bodenplatte des Gebäudes. Diese Kältequelle stellt ein zwar
begrenztes, jedoch mit geringem Energieaufwand zu erschließendes Kältereservoir dar. Zu Forschungszwecken ist der Anschluss für
ein Rückkühlwerk für nächtliche Rückkühlung vorbereitet.
Zusätzlich zur Auskühlung über Wasser können die freiliegenden
Speichermassen über einen erhöhten Luftwechsel während der
kühlen Nachtstunden entladen werden.
Die Hauptschwierigkeit beim Einsatz von Thermoaktiven Decken
liegt in der Optimierung der Regelstrategien zur Abstimmung der
thermischen Trägheit mit den nutzungsspezifischen Anforderungen. Das ZUB bietet hierfür optimale Forschungsmöglichkeiten.
In den kommenden Jahren werden unterschiedliche Regelstrategien in verschiedenen Gebäudebereichen untersucht und
messtechnisch ausgewertet. Eine große Anzahl von Sensoren
innerhalb der Geschossdecken, der Bodenplatte und im Erdreich
erlauben eine detaillierte Untersuchung der Temperaturverläufe.
Bild 8.23: Temperaturverlauf im Erdreich
unterhalb der Bodenplatte im vergangenen Jahr
64
Zusammen mit den Messdaten der Raumzustände und der
Lüftungsanlage ergibt sich ein umfassendes Bild der thermischen
und energetischen Zusammenhänge innerhalb des Gebäudes. Für
zukünftige Planungsaufgaben lassen sich grundsätzliche Kriterien
ableiten, die bei der Auslegung von Bauteilheiz- und Bauteilkühlsystemen von entscheidender Bedeutung sind.
Bild 8.24: Heiz- und Kühlkreisschema
aus dem Messprogramm der Firma
Sauter.
65
8.3 Tageslicht und Beleuchtung
Alle Büros und Besprechungsräume liegen an der großzügig verglasten Südfassade. Durch geringe Raumtiefen und große Fensterelemente, deren Oberlichter an die Geschossdecke grenzen, ist
eine hohe Ausnutzung des Tageslichts möglich.
Im Sommer wird die blendfreie Tageslichtversorgung durch die
drehbaren Lamellen des Sonnenschutzes optimiert. In einigen
Räumen lassen sich die Lamellen im Oberlicht- und im Fensterbereich unabhängig einstellen, so dass über die reflektierende
Oberfläche der Lamellen eine Lichtlenkung in die Raumtiefe
erreicht werden kann.
Bild 8.25: Abgehängte Deckenleuchte in
einem Büroraum.
In den Büroräumen sind jeweils vier deckenabgehängte
Rasterleuchten installiert. Sie stellen die geforderte Nennbeleuchtungsstärke von 500 lx sicher. In Abhängigkeit vom Tageslichtangebot wird das Kunstlicht in den Büroräumen geregelt. Ein in die Lampen integriertes System zur Beleuchtungssteuerung dimmt bei
geringerem Bedarf das Kunstlicht ab.
In jedem Raum ist zusätzlich ein Luxmeter installiert, das allerdings
keine Steuerungsfunktion übernimmt, sondern Teil des Messprogramms ist.
Bild 8.26: Schnitt durch einen Büroraum
und das Atrium, Beleuchtungsschema
66
Im Experimentalbereich sind Leuchstoffröhren installiert, deren
Regelung jedoch manuell vorgenommen wird. Entlang den Ausstellungflächen sind ebenfalls Leuchtstoffröhren installiert. Durch
die Lichtfuge erhält dieser Bereich einen hohen Tageslichtanteil.
Bild 8.27: Tageslichtsituation im
Besprechungsraum im 1.OG
Im Vortragssaal und im Foyer sind zusätzlich zu den Röhren
Halogenspots vorhanden. Über getrennte Schaltkreise ist eine individuelle Beleuchtung möglich.
Die vom Nutzer wahrgenommene Leuchtdichte hängt im wesentlichen von der Farbe und der Oberflächenbeschaffenheit der Flächen
ab, auf die der Lichtstrom [lm] trifft. Dunkle Flächen absorbieren
weit mehr Licht als helle.
Der helle Estrich und die weißen Kalksandstein-Wände der Büros
stellen gut reflektierende Flächen zur Verfügung. Weniger gut
reflektiert die Sichtbetondecke. In einigen Räumen wurden diese
bereits nachträglich weiß gestrichen. Ausschlaggebend hierfür war
jedoch im wesentlichen die schlechte optische Qualität der Decke
an einigen Stellen.
Büro
Flur
Experimentalbereich Saal
Raumgröße [m²]
24
60
94
Lampenart
Leuchtstoff Leuchtstoff Leuchtstoff
Anzahl pro Raum
4
6
24
Leuchtstoff /
Spot
36 / 22
Leistung [W]
mit Vorschaltgerät
39
55
55
55 / 20
Lichtausbeute
[lm/W]
85
91
91
91 / 25
Beleuchtungsstärke 553
[lm/m²]
500
1.278
1.036 / 63
Lichtleistung
[W/m²]
5,5
14
11,4 / 2,5
6,5
174
Bild 8.28: Installierte Lichtleistung
67
9. Baukosten
9.1 Finanzierung
Der Bau des Zentrums für Umweltbewusstes Bauen wurde erst
durch die öffentliche Förderungen in Höhe von 3,7 Mio. DM möglich. Auf Grundlage der Antragsstellung vom 5. Mai 1999, wurden
die Förderungen am 18. Juni 1999 bewilligt. Das Hessische
Ministerium für Umwelt, Landwirtschaft und Forsten bewilligte
einen Betrag von 1.850.000,- DM aus den Mitteln zur Förderung
rationeller und umweltfreundlicher Energienutzung in Hessen. Eine
weitere Förderung in Höhe von 1.850.000,- DM stellte das
Hessische Ministerium für Wirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung aus Mitteln des Europäischen Strukturfonds für regionale Entwicklung bereit.
Bild 9.1: Umweltminister Wilhelm Dietzel
und Wirtschaftsminister Dieter Posch bei
der Unterzeichnung des
Förderbescheids.
Die Mittel wurden bereitgestellt für die “Mitfinanzierung einer
modellhaften Maßnahme auf dem Gebiet des energiesparenden
Bauens in Verbindung mit der Gründung des Zentrums für umweltgerechtes Bauen (ZUB) in Kassel.
Die Zuwendung ist zweckgebunden und bestimmt zur Förderung
der im Antrag aufgeführten Errichtung des Zentrums für umweltgerechtes Bauen in Kassel und dessen Erstausstattung.” [15]
Unter anderem sind folgende Bedingungen und Auflagen Bestandteil des Bescheids:
Das Vorhaben ist entsprechend den vorgelegten
Antragsunterlagen und dem Gebäudeentwurf durchzuführen.
An dem Baugrundstück wird zur Sicherstellung der zweckentsprechenden Verwendung des Zuschusses eine Buchgrundschuld zu Gunsten des Landes bestellt.
Das mit der Zuwendung erstellte Objekt ist nach Fertigstellung
auf mindestens 15 Jahre ausschließlich für die Zwecke des ZUB
bestimmt. Alles andere bedarf der Zustimmung der Bewilligungsbehörde.
Der Jahresheizwärmebedarf soll weniger als 25 kWh/m²a betragen.
Der Zuwendungsempfänger verpflichtet sich unter anderem,
jährlich einen Bericht über die Tätigkeiten des Zentrums und
Ergebnisse messtechnischer Untersuchungen zu veröffentlichen.
68
Mittelabruf
Bild 9.2: Glückliche Gesichter nach der
Übergabe des Förderbescheids
70% der zur Verfügung gestellten Mittel waren aus dem
Haushaltsjahr 1999 und mussten bis November 1999 abgerufen
werden. Die restlichen 30% standen ab Beginn des Haushaltsjahres 2000 zur Verfügung und mussten bis November 2000 abgerufen werden. Einzelne Raten des Gesamtförderbetrages durften erst
abgerufen werden, wenn sie innerhalb von zwei Monaten nach der
Auszahlung für fällige Zahlungen benötigt wurden. Zudem sollten
die Mittel anteilig mit den übrigen Zuwendungen bzw. den vorgesehenen Eigenmitteln verwendet werden. Übertragungen nicht
abgerufener Mittel in das neue Haushaltsjahr waren schriftlich
anzumelden, ein rechtlicher Anspruch auf Übertragung bestand
jedoch nicht [15].
Ausgaben
Gegliedert nach Kostengruppen entsprechend DIN
276
KG 100
Gesamtausgaben Förderfähige
[DM]
Ausgaben
[DM]
entfällt
-
Ausgabenplan, der dem Förderbescheid
im Juni 1999 zugrundegelegt wurde [15];
Grundlage: Kostenschätzung der
Architekten
Grundstück
KG 200
43.000,-
43.000,-
116.250,2.800.000,-
2.600.000,-
717.000,-
717.000,-
547.000,-
547.000,-
657.120,4.880.370,-
3.907.000,-
Herrichten und Erschließen
Ausgleichsabgaben für Stellplätze an die Stadt
KG 300, 400,500
Bauwerk-Baukonstruktionen, Haustechnik,
Außenanlagen
KG 600
Ausstattung (inkl. Arbeitsplätze und Labore)
KG 700
Baunebenkosten
Umsatzsteuer 16%
Finanzierung
[DM]
Hess. Ministerium für Umwelt
1.850.000,-
Hess. Ministerium für Wirtschaft- bzw. EU-Mittel
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
zur Weiterleitung an das ZUB
Eigenmittel
1.850.000,100.000,23.250,-
Fremddarlehen
200.000,-
Sonstige Leistungen Dritter, Sachmittel Sponsoring
200.000,-
Vorsteuer
Finanzierungsplan, der dem Förderbescheid zugrunde gelegt wurde [15]
657.120,4.880.370,-
69
In den vorangegangenen Tabellen sind sowohl der Ausgaben- als
auch der Finanzierungsplan, die der Bemessung der Förderungen
zu Grunde gelegt wurden, dargestellt. Die Ausgaben sind entsprechend der Kostengruppen 200-700 gegliedert und die Verwendung
der Gelder ist an diese Kostengruppen gebunden.
Nicht förderungsfähig waren:
die Stellplatzabgaben
die Ausgaben, die durch das Ministerium für Bildung zur
Verfügung gestellt wurden
der KG 300-500 zugeordnete Sachspenden in Höhe von
200.000,- DM
die Umsatzsteuer.
Der Verein ist eine juristische Person und tätigt Investitionen, die zu
steuerpflichtigen Umsätzen führen und ist somit vorsteuerabzugsberechtigt.
Bei den weiteren Betrachtungen wird auf die gesonderte
Ausweisung der förderungsfähigen Kosten verzichtet. Die förderfähigen Gesamtkosten übersteigen die Förderungssumme, so dass
diese ohnehin voll ausgeschöpft werden kann.
70
9.2 Förderung des Forschungsvorhabens “SolarBau”
Im Oktober 1999 wurde die Förderung des Bundesministeriums für
Wirtschaft und Technologie BMWi im Rahmen des Forschungsvorhabens “Solaroptimiertes Bauen, Teilkonzept 3: Energetische
Optimierung, Vermessung und Dokumentation für das Demonstrationsgebäude des ZUB” in Höhe von 1.240.460,- DM bewilligt.
Diese Zuwendung ist ebenfalls zweckgebunden und nur entsprechend dem Antrag vom 20.5.1999 zu verwenden. Der Bewilligungszeitraum läuft bis einschließlich August 2003, die Mittel werden ab
dem Haushaltsjahr 1999 jährlich in Raten zur Verfügung gestellt.
Gefördert werden der Einbau der Messtechnik sowie die Auswertungen und Veröffentlichungen im Rahmen des SolarBau Monitoring. Ausführende Stelle für die Messungen ist nicht das ZUB,
sondern sind die Fachgebiete Technische Gebäudeausrüstung und
Bauphysik der GhK.
Bei den nachfolgenden Betrachtungen werden alle Kosten, welche
der erweiterten Messtechnik (Planung, Material und Einbau) zugeordnet werden können, gesondert aufgeführt.
Dem Finanzierungsplan wurden ebenfalls Eigenmittel aus
Vereinsspenden in Höhe von 23.250,- DM zugrunde gelegt. Ein
Fremddarlehen in Höhe von 200.000,- DM wurde ebenso einkalkuliert wie das Materialsponsoring einiger Unternehmen. Der Wert der
Sachspenden und der Leistungen Dritter wurde im Mai 1999 mit
200.000,- DM angegeben. Nach Fertigstellung wird der Wert des
Materialsponsorings auf ca. 500.000,- DM geschätzt.
71
9.3 Kostenentwicklung
Auf Grund der schlechten Baugrundsituation kam es bereits in
einem frühen Planungsstadium zu erforderlichen Korrekturen, die
sich selbstverständlich auch bei der Kalkulation der Baukosten
bemerkbar machten. In der Kostenschätzung wurde für die
Gründung des Gebäudes ein Streifenfundament mit Kosten von
215.000,- DM berücksichtigt. Nach den Ergebnissen des Bodengutachtens kamen jedoch nur zwei verschiedene Gründungsarten in
Betracht. Für eine Pfahlgründung bis in eine Tiefe von ca. 9 m wurden ungefähr 180.000,- DM zusätzlich zu den eingeplanten Kosten
veranschlagt.
Die realisierte Alternative sah die Errichtung eines Kellergeschosses auf einem Plattenfundament in Höhe der alten Fundamente vor. Die Mehrkosten für diese Gründung wurden ebenfalls
auf ca. 180.000,- DM geschätzt, hinzu kamen 120.000,- DM für den
Bau des Kellergeschosses (Wände, Decken etc. ohne Ausbau). In
Anbetracht der relativ geringen Mehrkosten für eine zusätzliche
Fläche von 330 m², entschied man sich für diese Gründungsvariante.
Durch die festgesetzte Fördersumme war eine Erhöhung der Baukosten nicht möglich. Um das Projekt dennoch zu realisieren, wurden 300.000,- DM von der Kostengruppe 600 (Ausstattung) in die
Kostengruppe 300 (Bauwerk) umgeschichtet [8]. Der entsprechende Antrag wurde von den Ministerien genehmigt.
Das nachfolgende Diagramm zeigt die Kostenentwicklung der
Netto-Baukosten ohne Leistungen Dritter, von der Kostenschätzung
des Förderantrags bis zur aktuellsten Kostenfeststellung vom
8. Mai 2001.
Von einigen Firmen und Planern liegen noch keine
Schlussrechnungen vor bzw. werden diese noch geprüft. Daher
sind die Kosten geringfügig variabel. Die Schwankungen auf Grund
diverser Planungsentscheidungen, Sparmaßnahmen und sonstiger
Umstände werden auf den folgenden Seiten näher erläutert.
72
700
600
500
400
300
200
100
Bild 9.3: Kostenentwicklungen während
der Planungs- und Bauphase, unterteilt
in die einzelnen Kostengruppen. Erstellt
anhand ensprechender Kostenfeststellungen der Architekten.
6,00
4.802.660
5,00
4.289.347 4.419.558
4.023.250
3.967.293
4.158.823
4.011.278
4.030.129
4.114.167
4.104.583
4,00
3,00
2,00
1,00
08.05.2001
18.01.2001
13.10.2000
08.08.2000
02.08.2000
13.06.2000
09.05.2000
25.01.2000
19.11.1999
0,00
Förderantrag
Netto Baukosten, ohne Drittmittel [DM]
Millionen
KG
KG
KG
KG
KG
KG
KG
Kalkulation/Kostenfeststellung vom
73
Förderantrag
vom 05.05.1999
Nettokosten [DM]
ohne Drittmittel
KG 100
KG 200
KG 300
KG 400
KG 500
KG 600
KG 700
Summe
Bild 9.4 Ausgabenplan des
Förderantrags.
159.250
2.600.000
717.000
547.000
4.023.205
Nachfolgend sind die Gesamtkosten (netto), nach den Kostengruppen aufgeschlüsselt, entsprechend der Daten aus dem Diagramm
dargestellt. Soweit nachvollziehbar, sind zwischen den einzelnen
Aufstellungen die wesentlichen Planungsentscheidungen bzw. die
Veränderungen, die zu den Kostenerhöhungen oder -senkungen
geführt haben, dokumentiert.
Im Ausgabenplan des Förderantrags sind die Kosten der Gruppen
300-500 in der KG 300 zusammengefasst. Die Kosten der
Brandwandsanierung (Planung und Ausführung, F90 Fenster), die
in KG 300 enthalten sind sowie Teile der Freiflächenplanung und
Altlastenentsorgung wurden von der Universität Gh Kassel übernommen. Zu jenem Zeitpunkt war die Übernahme jedoch noch
nicht völlig gesichert. Um die Ausgaben miteinander vergleichen zu
können, werden sie mit aufgeführt.
Mehrkosten:
die zu erwartenden Kosten
der KG 300-500 und KG 700
wurden entsprechend der
vorliegenden Angebote angepasst
Minderkosten:
Stellplatzkosten der KG 200
konnten gesenkt werden.
Umschichtung der 300.000,DM zur Kellerfinanzierung
aus KG 600 in KG 300
19. November 1999
19.11.1999 Kosten laut Übernahme
Aufstellung
KG 100
KG 200
KG 300
KG 400
KG 500
KG 600
KG 700
Summe
74
103.553
2.832.300
894.919
68.963
417.000
656.884
4.973.619
durch die
Gh Kassel
115.409
11.600
127.009
Übernahme Nettokosten [DM]
Förderung ohne Drittmittel
BMBF
5.950
38.000
43.950
103.553
2.710.941
894.919
68.963
417.000
607.284
4.802.660
Die oben aufgeführten Ausgaben, nach Eingang erster Angebote,
überstiegen mit etwa 780.000,- DM die Netto-Ausgaben von
4.023.205,- DM, welche dem Förderantrag zu Grunde gelegt wurden. Die angesetzten Rohbaukosten bewegten sich nahezu im
angesetzten Kostenrahmen.
Einzelne Bauteile im Bereich der Fassade und der Außenanlagen
führten ebenso zu Kostenerhöhungen, wie einige Umplanungen,
die im Förderantrag noch nicht berücksichtigt werden konnten. [8]
Es wurde beschlossen, trotz der höheren Kosten keine weiteren
Mittelforderungen an die Ministerien zu stellen.
Stattdessen sollten durch Umplanungen Einsparungen erzielt werden. Durch die öffentliche Förderung war der an den Fertigstellungstermin Ende 2000 verbindlich. Durch diesen Zeitdruck wurde
der gesamte Planungs- und Bauablauf negativ beeinflusst. Erhebliche rohbaurelevante Umplanungen hätten zu Zeitverzögerungen
geführt und damit den Fertigstellungstermin gefährdet.
Die anfallenden zusätzlichen Planungskosten hätten die
Einsparungen zusätzlich gemindert. Nachfolgend werden die
wesentlichen Entscheidungen mit den entsprechenden Mehr- und
Minderkosten (netto) aufgeführt. Da weniger relevante Entscheidungen nicht aufgeführt sind, entspricht die Differenz nicht immer
exakt der Differenz zwei Kostenaufstellungen.
75
Beschlossene Umplanungen führten zu:
Mehrkosten:
Wärmedämmverbundsystem
98.300,- DM
Stahlbetontreppen
17.200,- DM
∑
76
115.500,- DM
Minderkosten:
Wegfall des Erkers im
Besprechungsraum ca.
60.800,- DM
Austausch der KlinkerVormauerschale inkl.
Dämmung gegen das
Wärmedämmverbundsystem
232.350,- DM
Ersatz der Stahl-Holz-Treppe
durch Stahlbetontreppen
40.950,- DM
Wegfall des Wandputzes und
der Deckenbekleidung des
Experimentalbereichs
32.600,- DM
Wegfall des geplanten
Versuchsgerüsts vor der
Fassade
44.000,- DM
Wegfall des Lichtlenksystems
als Fassadenbestandteil
190.000,- DM
Austausch des geplanten
Erdkanals durch einen "normalen" Zuluftkanal
35.000,- DM
∑
635.700,- DM
Zur Diskussion standen weiterhin folgene Umplanungen:
Mehrkosten:
Minderkosten:
Wegfall der Umkehrrichtung
der Lüftungsanlage
5.000,- DM
Wegfall der Fußbodenheizung
40.000,- DM
Einsparungen in der KG 400
ca. 200.000,- DM
(incl. Sponsoring)
∑
0 DM
∑
245.000,- DM
Die oben angeführten Einsparmöglichkeiten standen jedoch dem
innovativen Anspruch entgegen, der im wesentlichen im Haustechnikbereich liegen sollte.
Des weiteren wurde beschlossen, in Zukunft die Möglichkeit zu nutzen, weitere Mittel aus der KG 600 umzuschichten. Ein Zusatzförderantrag für die Ausstattung wurde gestellt. Zudem bestanden in
diesem Bereich mehr Möglichkeiten Sponsoren zu gewinnen [8].
Als absolut notwendige Ausstattungsmittel wurden 10.000,- DM
pro Arbeitsplatz (ca. 20 Arbeitsplätze) und 15.000,- DM für die
Bestuhlung des Saals angesehen, d.h. ca. 200.000,- waren noch
umschichtbar. Die Umschichtungen sollten jedoch nicht sofort
stattfinden, sondern als Reserve verbleiben [8].
Eine außergewöhnliche Situation ergab sich aufgrund des
Insolvenzverfahrens der Firma Holzmann. Eine Ausfallbürgschaft
von 10% wurde verlangt und auch akzeptiert. Diskutiert wurde
auch über eine Objektversicherung in Höhe der Fördersumme, für
den Fall, dass Holzmann die Termine nicht einhalten könne. Dies
hätte zum Wegfall der Förderung geführt. Endgültig sichergestellt
wurde die Kostenübernahme der Brandwandsanierung und der
Altlastenentsorgung durch die Universität Gh Kassel. In den vorhandenen Aufstellungen sind alle Erd- und Rohbauarbeiten nur für
77
KG 300-500 ausgewiesen. Um vergleichen zu können, werden pauschal 30.000,- DM für die KG 500 angesetzt. Die Kosten der
Brandwandsanierung tauchen in der nächsten Aufstellung nicht
auf. 80.000,- DM werden zu diesem Zeitpunkt als Reserve eingeplant, um die Verhältnisse nicht zu verzerren, bleiben sie dieser
Aufstellung fern.
25. Januar 2000
25.01.2000 Kosten laut Übernahme
Aufstellung
KG 100
KG 200
KG 300
KG 400
KG 500
KG 600
KG 700
Summe
durch die
Gh Kassel
41.850
2.157.607
845.162
30.000
417.000
652.398
4.144.017
Übernahme Nettokosten [DM]
Förderung ohne Drittmittel
BMBF
-
176.724
176.724
41.850
2.157.607
668.438
30.000
417.000
652.398
3.967.293
Veränderungen, welche zum nächsten Kostenanschlag führten:
Mehrkosten:
Erweiterung der
Sicherheitsbeleuchtung,
Auflage durch das Bauamt
ca. 56.000,- DM
Planungsmehrkosten TGA
ca. 32.500,- DM
Nachträge Holzmann
32.000,- DM
Kosten für die Fassade steigen nach neuer Ausschreibung um
ca. 120.000,- DM
∑
78
ca. 240.500,- DM
Minderkosten:
∑
0 DM
Es werden weiterhin pauschal 30.000,- DM für die KG 500 angesetzt.
09.05.2000 Kosten laut Übernahme
Aufstellung
KG 100
KG 200
KG 300
KG 400
KG 500
KG 600
KG 700
Summe
41.850
2.486.486
920.214
30.000
417.000
684.943
4.580.493
durch die
Gh Kassel
87.917
7.147
95.064
Übernahme Nettokosten [DM]
Förderung ohne Drittmittel
BMBF
196.082
196.082
9. Mai 2000
41.850
2.398.569
716.985
30.000
417.000
684.943
4.289.347
Beschlossene Umplanungen führten zu:
Mehrkosten:
Fassadenkosten stiegen
durch Variante eurotec (hochwärmegedämmte Holz-AluKonstruktion der Südfassade)
um ca.
160.000,- DM
Minderkosten:
Wegfall des Rückkühlwerkes
ca. 53.770,- DM
∑
∑
ca. 160.500,- DM
13.06.2000 Kosten laut Übernahme
Aufstellung
KG 100
KG 200
KG 300
KG 400
KG 500
KG 600
KG 700
Summe
41.850
2.673.124
863.787
30.000
417.000
684.943
4.710.704
durch die
Uni GhK
87.917
7.147
95.064
ca. 53.770,- DM
Übernahme Nettokosten [DM]
Förderung ohne Drittmittel
BMBF
196.082
196.082
13. Juni 2000
41.850
2.585.207
660.558
30.000
417.000
684.943
4.419.558
79
2. August 2000
Mehrkosten:
Ausfall des günstigsten
Bieters für den Bau des
Atriums führt zur Beauftragung des Zweitbieters
30.000,- DM
Minderkosten:
Prognose: Vergünstigung der
Rohbauarbeiten
ca. 230.000,- DM
Umschichtung aus der KG
600 in die KG 300 für die
Fassadenvariante eurotec
184.241,- DM
∑
∑
30.000,- DM
02.08.2000 Kosten laut Übernahme
Aufstellung
KG 100
KG 200
KG 300
KG 400
KG 500
KG 600
KG 700
Summe
80
41.850
2.473.725
863.787
30.000
232.759
684.943
4.327.064
durch die
Gh Kassel
112.557
7.147
119.704
ca. 414.241,- DM
Übernahme Nettokosten [DM]
Förderung ohne Drittmittel
BMBF
196.082
196.082
41.850
2.361.168
660.558
30.000
232.759
684.943
4.011.278
Die Kostengruppen 100, 200, 700 wurden überarbeitet:
Mehrkosten:
KG 100: Notariatsgebühren
und Grunderwerbssteuer
11.041,- DM
KG 200 Altlastenbeseitigung
zu Lasten des ZUB
7.143,- DM
KG 700 Erhöhung der
Baunebenkosten um
140.000,- DM
Mobile Trennwand im
Vortragssaal
43.860,- DM
Minderkosten:
Weitere Reduzierung der Ausstattungsmittel um
ca. 140.000,- DM
(aus KG 600)
∑
202.044,- DM
08.08.2000 Kosten laut Übernahme
Aufstellung
KG 100
KG 200
KG 300
KG 400
KG 500
KG 600
KG 700
Summe
11.041
48.993
2.517.582
863.787
30.000
49.138
825.375
4.345.916
durch die
Gh Kassel
112.557
7.147
119.704
∑
ca. 140.000,- DM
Übernahme Nettokosten [DM]
Förderung ohne Drittmittel
BMBF
196.082
196.082
8. August 2000
11.041
48.993
2.405.025
660.557
30.000
49.138
825.375
4.030.129
81
Die Berechnung der Verteilung der Rohbauarbeiten wurden nun
explizit auf KG 400 und 500 ausgewiesen. -> KG 400 steigt und KG
500 sinkt um 172.300,- DM.
13. Oktober 2000
Mehrkosten:
Brandschutz-Auflagen zur
Sicherung des Experimentalbereichs
33.200,- DM
Nachtrag Brandwandanschluss
ca. 12.800,- DM
neu: Sonnenschutzsteuerung
13.800,- DM
Minderkosten:
∑
∑
59.800,- DM
13.10.2000 Kosten laut Übernahme
Aufstellung
KG 100
KG 200
KG 300
KG 400
KG 500
KG 600
KG 700
Summe
82
11.041
48.993
2.478.843
1.083.979
31.623
834.515
4.488.994
durch die
Gh Kassel
138.052
138.052
0 DM
Übernahme Nettokosten [DM]
Förderung ohne Drittmittel
BMBF
9.170
182.949
192.119
11.041
48.993
2.331.621
901.030
31.623
834.515
4.158.823
Mehrkosten:
Nachträge Schlosserarbeiten
u.a. an der Fluchttreppe
ca. 31.600,- DM
Minderkosten:
Ein Pauschalvertrag mit dem
Haustechnikplaner führt zu
Kostenreduzierungen der KG
700
ca. 20.000,- DM
∑
∑
ca. 31.600,- DM
20.000,- DM
Die baulichen Maßnahmen für die KG 200 wurden gesondert ausgewiesen (ca. 35.000,- DM). Die Universität Gh Kassel übernimmt
die Kosten für die Freiflächenplanung bis einschließlich Leistungsphase 3. Die Honoraranteile für die Brandwandsanierung, sowie
das Messprogramm wurden gesondert ausgewiesen und von den
jeweiligen Dritten übernommen.
18.01.2001 Kosten laut Übernahme
Aufstellung
KG 100
KG 200
KG 300
KG 400
KG 500
KG 600
KG 700
Summe
11.041
83.852
2.512.786
1.080.473
31.623
825.163
4.544.938
durch die
Gh Kassel
132.920
23.918
156.838
Übernahme Nettokosten [DM]
Förderung ohne Drittmittel
BMBF
9.170
217.697
47.066
273.933
18. Januar 2001
11.041
83.852
2.370.696
862.776
31.623
754.179
4.114.167
Zwischen den beiden Aufstellungen traten keine wesentlichen
Veränderungen auf.
Die Kosten der Verwertung des belasteten Bodens tauchen neu
in der KG 200 auf.
Die Baulasteintragung kommt in der KG 100 dazu.
Das Staatsbauamt erlässt einen großen Teil der Kosten für die
Freiflächenplanung. (hier unter Gh Kassel aufgeführt)
08.05.2001 Kosten laut Übernahme
Aufstellung
KG 100
KG 200
KG 300
KG 400
KG 500
KG 600
KG 700
Summe
18.231
248.808
2.580.248
963.464
31.623
858.918
4.701.292
durch die
Gh Kassel
160.818
134.431
43.467
338.716
Übernahme Nettokosten [DM]
Förderung ohne Drittmittel
BMBF
9.170
201.757
47.066
257.993
8. Mai 2001
18.231
87.990
2.436.647
761.707
31.623
0
768.385
4.104.583
83
Die Umschichtungen aus der KG 600 (Ausstattung) führten dazu,
dass statt der veranschlagten 917.000,- DM Ausstattungsmittel
(Förderantag nach Umschichtung + 500.000,- DM) noch lediglich
500.000,- DM aus der Zusatzförderung vorhanden waren.
Die Ministerien stoppten daraufhin Ende 2000 den Mittelabruf, mit
der Begründung, die Mittel seien “bestimmt zur Förderung der im
Antrag aufgeführten Errichtung des Zentrums für umweltgerechtes
Bauen in Kassel und dessen Erstausstattung”. Das ZUB sei aufgrund der mangelden Laboreinrichtungen nicht betriebsfähig und
erreiche das Förderziel somit nicht.
Unter Zuhilfenahme der vorhanden Messtechnik einiger
Fachgebiete der GhK, mit denen das ZUB einen Kooperationsvertrag schloss, konnte die Betriebsfähigkeit des Zentrums für
Umweltbewusstes Bauen schließlich soweit dargelegt werden,
dass die restlichen Mittel freigegeben wurden.
Bild 9.5: Notwendiger Eigenfinanzierungsanteil des ZUB während der
Planungs- und Bauphase. Die Beträge
ergeben sich aus oben ermittelten
Nettokosten, ohne Leistungen Dritter,
abzgl. der Förderung von 3,7 Mio.DM.
Eigenfinanzierung ZUB [Mio.DM]
1,20
1,102660
1,00
0,80
0,719558
0,589347
0,60
0,458823
0,40
0,330129
0,323250
0,414167
0,404583
0,311278
0,267293
0,20
Kalkulation/Kostenfeststellung vom
84
08.05.2001
18.01.2001
13.10.2000
08.08.2000
02.08.2000
13.06.2000
09.05.2000
25.01.2000
19.11.1999
Förderantrag
0,00
Stand der Kosten
Die Kostenanalyse stellt den Stand des Bearbeitungszeitraum dieser Arbeit dar. Einige Kostenstellen sind sowohl nach oben, als
auch nach unten variabel. Der oben ausgewiesene Nettobetrag von
4.104.583,- DM entspricht den Kosten, welche das ZUB zu tragen
hat. Nach Abzug der Förderungssumme von 3,7 Mio. DM verbleiben
also 404.583,- DM.
Gegenüber dem Finanzierungsplan des Förderantrages, in welchem
100.000,- DM Zusatzförderung (bisher jedoch nicht gesichert),
sowie 200.000,- DM Fremddarlehn und 23.250,- DM Spenden (bisher auch nicht gesichert) aufgeführt sind, entspricht dies
Mehrkosten von 81.333,- DM. Dieser Betrag entspricht jedoch nicht
der Erhöhung der veranschlagten Bausumme. Die, nach der
Umschichtung aufgrund der Kellerfinanzierung, für die Ausstattung
zur Verfügung stehenden 417.000,- DM sind komplett durch die
Kostenerhöhung der anderen Kostengruppen verbraucht worden.
Nach oben aufgestellter Rechnung betragen also die
Bauwerksmehrkosten rund 500.000,- DM.
Bild 9.6: Aufteilung der gesamten
Brutto-Kosten
6,00
5,453499
5,00
3,00
2,00
0,752207
1,00
0,338716
0,257993
Gesamtbruttokosten
16% Steuer
erweiterte
Messtechnik
Übernahme durch
die Uni
0,00
Finanzierung ZUB
[Mio.DM]
4,104583
4,00
85
Ende 1999 wurde eine Zusatzförderung für Ausstattung in Höhe
von 250.000,- DM genehmigt. Diese muss jedoch gegenfinanziert
werden, d.h. das ZUB muss ebenfalls 250.000,- DM in die
Ausstattung investieren. Voraussichtlich muss ein Teil (80.000,DM) des Glassponsorings nun ebenfalls vom ZUB getragen werden.
Darüber hinaus werden noch nicht quantifizierbare Kosten u.a. für
Gutachter und Rechtsanwalt, sowie anteilige Kosten für den
nachträglichen Einbau eines Estrichs im Experimentalbereich auf
Grund der schlechten Beschaffenheit der Oberfläche der Rohdecke.
Die Gesamtherstellungskosten belaufen sich nach der
Kostenfeststellung vom 8.Mai 2001 auf rund 5.453.500,- DM brutto.
Das Gebäude, ohne die erweiterte Messtechnik, ist für ca.
5.195.500,- DM errichtet worden. Bei 6882 m³ umbautem Raum
enspricht dies 765 DM/m³ BRI. Der Bauwerkswert, inkl. geschätzten 500.000,- DM Materialsponsoring und der erweiterten
Messtechnik, beträgt ca. 5.953.500,- DM, bzw. rund 877,- DM/m³
BRI.
Statt der im Finanzierungsplan des Förderantrages eingeplanten
200.000,- DM Fremddarlehn muss das ZUB nun voraussichtlich
mindestens 734.580,- DM durch Fremdmittel finanzieren. Diese
Mehrbelastung beeinträchtigt die Startphase erheblich.
Bild 9.7: Aufteilung der Herstellungskosten nach Kostengruppen, ohne Berücksichtigung des Materialsponsorings
86
Alle im Rahmen dieser Arbeit dargestellten Beträge können lediglich einen Eindruck der Größenordnungen übermitteln und stellen
keine detaillierte Kostenermittlung dar.
87
10. Messprojekt “Solar optimiertes Bauen”
10.1 SolarBau Förderkonzept
Das Förderkonzept “SolarBau” ist Bestandteil des 4. Programms
“Energieforschung und Energietechnologien” der Bundesregierung. Während das bereits 1993 begonnene Förderkonzept
“Solarthermie 2000” die thermische Solarenergienutzung mit
Kollektoren in den Mittelpunkt stellt, konzentriert sich das
SolarBau Konzept im Zeitraum von 1995 bis 2005 umfassend auf
integrale Ansätze im Bereich der Gebäudeplanung und Umsetzung.
Die Zielsetzungen des Förderkonzepts sind:
heute in Entwicklung befindliche Technologien für höhere
Energieeffizienz und Nutzung der erneuerbaren Energien in
Gebäuden in die Nähe der Marktreife weiterzuentwickeln
praxistaugliche Planungswerkzeuge zu erarbeiten, die es erlauben, das derzeitige Expertenwissen einem größeren Kreis von
Architekten und Fachingenieuren zugänglich zu machen
forschungsintensive Demonstrationsgebäude zu schaffen, die
gleichermaßen sowohl der technischen Erprobung und Verbesserung dienen, als auch eine besondere Vorbildfunktion und
Signalwirkung ausüben.
Diese Zielsetzungen werden in drei Teilkonzepten (TK) verfolgt:
TK 1: Passive Solarsysteme und Komponenten
TK 2: Solar unterstützte Heizungs- und Lüftungssysteme
TK 3: Solar optimierte Gebäude mit minimalem Energiebedarf
Zu allen drei Teilkonzepten können im Rahmen der Programmlaufzeit Anträge an das Bundesministerium für Wirtschaft und
Technologie BMWi gestellt werden. Die obligatorische Abwicklung
geschieht über den beauftragten Projektträger Biologie, Energie,
Umwelt BEO im Forschungszentrum Jülich.(...)
88
Als Demonstrationsprojekte im Teilkonzept 3 kommen ausschließlich große Nichtwohngebäude in Betracht, da in der Vergangenheit
bereits zahlreiche Forschungsergebnisse zu Wohngebäuden vorgelegt wurden. Gegenstand der Förderung sind Mehrkosten einer
erweiterten, integralen Planung (Phase 1) sowie das Monitoring im
Betrieb (Phase 2). Auch die alleinige Förderung des Monitorings ist
möglich, z.B. bei zum Zeitpunkt der Antragstellung bereits weit fortgeschrittenen Projekten. Antragsteller der ersten Phase ist in der
Regel ein Bauherr, während die zweite Phase durch eine
Hochschule bearbeitet wird. Architekten und Fachingenieure sind
jeweils durch Unteraufträge einzubinden. Grundsätzlich erfolgt
keine investive Förderung von baulichen Mehrkosten. Damit soll
der Anreiz erhalten bleiben, Mehrkosten weitestgehend zu vermeiden und, wenn erforderlich, durch Minderkosten im Sinne einer
Verlagerung von Planungsschwerpunkten auszugleichen. [3]
Bild 10.1: Screenshot aus dem ZUB
Messprogramm der Firma Sauter
Darstellung der Systemzustände des
Gesamtgebäudes
89
Bild 10.2: Die Vermessung des Gesamtgebäudes liefert Daten zu Systemzusammenhängen.
Bild 10.3: Einzelraumuntersuchungen
erfassen raumklimatische Aspekte im
Detail.
Bild 10.4: Detailuntersuchungen beantworten Fragen zu Einzelkomponenten.
Bild 10.5: Nutzerbefragungen dienen der
Erfassung subjektiver Größen.
90
10.2 Fragestellungen und Ziele
Bei Niedrigstenergiegebäuden steht das Energiekonzept mit der
Architektur, der Funktion und dem Raumklima in dynamischer
Interaktion. Die Forschung muss Zusammenhänge aufzeigen und
für Architekten und Ingenieure Planungsgrundlagen erarbeiten. Der
Forschungsneubau des ZUB bietet die ideale Basis, um diesen
Themenkomplex weiter zu entwickeln. Die Wissenschaftler im ZUB
sind gleichermaßen Planer, Nutzer und Prüfer. Damit können auch
schwer quantifizierbare Faktoren wie Wohlbefinden und Behaglichkeit in die Auswertung einbezogen werden. Das ZUB stellt damit
ein vielseitiges Forschungsobjekt dar, welches insbesondere
Erkenntnisse über Systemzusammenhänge und Wechselwirkungen
liefern kann.
Eine ganzheitliche Betrachtungsweise erfordert ein abgestuftes
Untersuchungskonzept das die Vermessung des Gesamtgebäudes,
Einzelraumuntersuchungen, Detailanalysen und Nutzerbefragungen einschließt: Die Gesamtgebäudevermessung erlaubt Rückschlüsse auf die Systemzusammenhänge und die Wechselwirkungen der Einzelkomponenten innerhalb des Gesamtsystems.
Daten zum Energieverbrauch bei unterschiedlichen Betriebsweisen
werden erfasst. Zusätzlich lassen sich Synergieeffekte und
Nutzereinflüsse quantifizieren. Einzelraumuntersuchungen geben
Aufschluss über Behaglichkeitsaspekte und die Wechselwirkungen
der Wärmeübergabe mit der Lüftung. Fragen zu Tages- und
Kunstlicht und die Auswirkungen auf das sommerliche Verhalten
werden beantwortet. Einzelaspekte, wie Luftströmungen im Raum
oder das thermische Verhalten von Bauteilheizungen werden in
Detailanalysen untersucht. Nutzerbefragungen ergänzen die
Ergebnisse um Aussagen zu subjektiven Größen wie Wohlbefinden,
individuellen Komfortanforderungen und Nutzerverhalten.
91
Quantifizierung der Antriebsenergie
2.2 Natürliche Lüftung
Quantifizierung der Heiz- und Kühlpotentiale
Einfluss des Heizsystems und der
Regelstrategie auf den Energieverbrauch
Einfluss auf die Behaglichkeit im
Kühlbetrieb
Einfluss des Nutzerverhaltens bei den
verschiedenen Regelstrategien (individuelle Behaglichkeit, Eingriffsmöglichkeiten)
Analyse von Leistungsverläufen und
Systemtemperaturen
Vergleichende Systemanalyse für
Bauteilheizung /-kühlung in Bezug
auf Leistungspotentiale und Behaglichkeit
1.3 Allgemein
Quantifizierung der Hilfsenergie
Einsparpotentiale
2.3 Wärmerückgewinnung
Nutzung von Wind und thermischem
Auftrieb
Möglichkeiten der gesteuerten
Stoßlüftung (Nutzerverhalten)
Behagliche Zulufteinbringung über
die Fassade (Anordnung / Ausbildung von Zuluftöffnungen)
Kombinationsmöglichkeiten mechanische / natürliche Lüftung
1.2 Fußbodenheizung /-kühlung
Regelstrategien für TAD
Potentiale zur Sicherung der Luftqualität durch sensorgesteuerte
Lüftung (CO2-Steuerung) im Büround Hörsaalbereich
Energetische und lufthygienische
Auswirkungen bei der Luftführung
über die Gebäudestruktur (Atrium)
Vergleich Sohlplattenkühlung /
nächtliche Rückkühlung
Leistungspotentiale der Sohlplattenkühlung
3.3 Sohlplattenkühlung
Optimierung der Regelstrategien
Quantifizierung der Hilfsenergien
bei mechanischer Nachtlüftung
Kühlpotentiale durch Nachtauskühlung (Fensterlüftung, natürlicher
Auftrieb, Wind)
3.2 Nachtlüftung
Potentiale thermo- und elektrochromer Gläser
Möglichkeiten der innenliegenden
Verschattung
Regelstrategien zur Gebäudeverschattung
Analyse der stand-by Verluste
Optimierung der Regelstrategien
Positionierung der Sensoren
Einsparungspotentiale durch tageslichtabhängige Beleuchtungssteuerung
4.2 Beleuchtung
Interaktion mit der künstlichen
Beleuchtung
Einfluss auf Komfortkriterien (Blendung, Kontraste, Reflexionen)
Einfluss auf die psychische Behaglichkeit
Einfluss auf das sommerliche
Verhalten
Potentiale zur Regelung des Gebäudes durch Nutzereinfluss (interaktive Gebäudetechnik)
Wechselwirkung Lüftung / Bauteilaktivierung
Wechselwirkung interne Lasten /
Bauteilaktivierung
Wechselwirkung Tageslichtnutzung
sommerliches Verhalten
5.2 Systeminteraktionen
Auswirkungen des Heiz-/ Kühlkonzepts auf den Energieverbrauch
Auswirkungen des Lüftungskonzeptes auf den Energieverbrauch
Einsparpotentiale durch Energiemanagementsysteme
Einfluss der Regelstrategien
Spitzenleistung
Lastverhalten
Entwicklung von intuitiven
Schnittstellen
Möglichkeiten des interaktiven
Nutzereingriffs auf die Regeltechnik
Auswirkungen einer kombinierten
Regelung manuell / automatisiert
Akzeptanz von automatisierten
Regelstrategien
Möglichkeiten zur individuellen
Anpassung der Raumverhältnisse
6.3 Schnittstelle Mensch-Technik
"Robustheit" der Gebäudetechnik
gegenüber Fehlbedienung
Auswirkungen von Regelungstoleranzen durch Gebäudeträgheit auf
die Behaglichkeit
6.2 Sensitivität
Wechselwirkungen mit dem individuellen Wohlbefinden
Bandbreite von subjektiven Behaglichkeitskriterien
Visuelle Behaglichkeit
Thermische Behaglichkeit
Energieströme im Gebäude
Einfluss verbesserter Tageslichtnutzung (Lichtlenkung) auf den
Energieverbrauch
Optimale Verschattung ohne Beeinträchtigung der Tageslichtversorgung
Lufthygienische Auswirkungen
Quantifizierung der Heiz- und Kühlpotentiale
Einfluss des Heizsystems und der Regelstrategie auf den Energieverbrauch
6.1 Behaglichkeit
5.1 Energieverbrauch
4.1 Tageslichtnutzung
3.1 Verschattung
6. Interaktion mit dem
Nutzer
2.1 Mechanische Lüftung
5. Gesamtsystem
Gebäude
1.1 Thermoaktive Decke
4. Licht
3. Sommerliches
Verhalten
2. Lüftung
1. Bauteilheizung /
Bauteilkühlung
Aktuelle Fragestellungen im Bereich des energieoptimierten Bauens
Forschungsfeld Bauteilaktivierung
Bild 10.6: Die Sensoren wurden direkt in
die Betondecken eingegossen.
Um die thermischen Vorgänge der Bauteilerwärmung bzw. -auskühlung detailliert zu erfassen, wurden Sensoren in mehreren
Ebenen in die Betondecken eingegossen. Die thermische Phasenverschiebung durch massive Bauteile und die Leistungspotentiale
von Bauteilaktivierungssystemen lassen sich damit quantifizieren.
Das Leistungspotential der Sohlplattenkühlung und "Ermüdungseffekte" des Erdreichs werden über dreidimensionale Sensorenfelder unterhalb der Bodenplatte ermittelt. Innerhalb der Testräume können Globethermometer, Sensorenraster und Wärmeflussmesser die Wärmeübergabe der Decken sowie die Empfindungstemperaturen im Raum ermitteln. Die raumweise Aufteilung
der Heizkreise ermöglicht die Untersuchung unterschiedlicher
Regelstrategien.
Mögliche Betriebsweisen im ZUB:
Fußbodenheizung bzw. Fußbodenkühlung, Deckenebene außer
Betrieb
Deckenheizung bzw. Kühldecke, Estrichebene außer Betrieb
TAD mit symmetrischer Wärmeabgabe bzw. -aufnahme
Bild 10.7: Screenshot Messprogramm
Darstellung der Temperaturen in der
Geschossdecke
92
Forschungsfeld Lüftung
Um die energetischen Einsparpotentiale der Lüftungsanlage sowie
die Auswirkungen auf die Luftqualität und die thermische Behaglichkeit untersuchen zu können, sieht das Lüftungskonzept unterschiedliche Betriebsweisen vor. Daten über Volumenströme, Ventilatorenleistungen, Zu- und Ablufttemperaturen und die Luftqualität
werden erfasst. Die Lufttemperaturen werden sowohl an den
Austrittsöffnungen im Atrium sowie an Überströmöffnungen zu den
Büroräumen gemessen. Auch die Temperaturschichtung im Atrium
wird ermittelt. In den verschiedenen Betriebsweisen kann die
Wechselwirkung zwischen der Zulufteinbringung, der thermischen
Behaglichkeit im Aufenthaltsbereich und der Luftqualität ermittelt
werden. Fensterkontakte ermitteln wie lange der Nutzer seine
Fenster öffnet oder in Kippstellung bringt. Zur Ermittlung der
Wechselwirkungen zwischen dem Außenklima und der Gebäudedurchströmung werden die Luftbewegungen mittels mobiler
Strömungssensoren erfasst.
Mögliche Betriebsweisen im ZUB:
Abluftbetrieb aus den Büroräumen mit Zuluftnachströmung
über das Atrium, Wärmerückgewinnung
Zuluftbetrieb in die Büroräume, Abluft aus dem Atrium,
Wärmerückgewinnung
Freie Fensterlüftung, Lüftungsanlage außer Betrieb
Abluftbetrieb mit Nachströmung über Oberlichter zur
Nachtauskühlung
93
10.3 Messkonzept
Das Forschungsvorhaben gliedert sich in zwei Phasen. In der ersten
standen die Gebäudeplanung, sowie das Erarbeien von möglichen
Regelstrategien im Mittelpunkt. Dieser Teil des Projektes ist inzwischen abgeschlossen. Die gewonnenen Arbeitshypothesen müssen sich nun während der zweiten Projektphase bewähren. Die
Konzepte werden durch Messungen im Gebäude, und durch
Befragungen der Nutzer validiert.
Für die messtechnische Erfassung und Erprobung der verschiedener Heizungs- und Lüftungskonzepte stehen im Rahmen des Forschungsvorhabens zwei Jahre zur Verfügung. In diesem Zeitraum
werden die Auswirkungen der Regelstrategien im Sommer- und im
Winterfall untersucht
Die Überprüfung von zwei unterschiedlichen Heizungs- und
Lüftungskonzepten ist vorgesehen. Für die aktuelle Heizperiode
und die kommende Sommerperiode bestimmen folgende
Strategien die Betriebsweise der technischen Anlagen Heizung und
Lüftung:
Die Beheizung und Kühlung des Gebäudes über das thermisch
aktivierte Bauteilsystem wird geschossweise variiert. Im 2.OG wird
nur das Deckensystem betrieben, im 1.OG erfolgt die Beheizung /
Kühlung ausschließlich über das Fußbodensystem. Somit können
bei gleichen klimatischen Bedingungen die verschiedenen
Betriebsarten direkt miteinander verglichen werden. Die
Vorlauftemperatur wird anhand der Außentemperatur geregelt,
zusätzlich wird der Massenstrom raumweise an der Raumlufttemperatur geführt.
Die Bürobereiche beider Geschosse werden über das Kanalsystem
belüftet; die Absaugung verbrauchter Luft erfolgt zentral im Atrium.
Diese Betriebsweise im ersten Jahr ist notwendig, um ein Verschmutzen der Luftkanäle durch belastete Abluft zu vermeiden. Der
Volumenstrom wird bedarfsgerecht durch Messung der
Raumluftqualität geregelt. Hierbei bestimmt der maximale Wert der
raumweise angeordneten VOC-Sensoren den Luftwechsel für den
Büroteil des Gebäudes. Bei gleichzeitiger Belegung der Büros und
des Hörsaals werden zunächst beide Zonen belüftet. Unterschreitet
die Luftqualität im Hörsaal jedoch einen bestimmten Schwellwert,
so wird der Büroteil des Gebäudes von der Belüftung getrennt, um
94
dem Hörsaal den maximalen Luftwechsel bereitzustellen. Im
Sommerbetrieb wird die Lüftungsanlage abgeschaltet. Es soll hier
möglichst über die RWA-Klappen im Atrium und über Fenster gelüftet werden. Bei steigenden Außentemperaturen ist es jedoch möglich, in der Nacht das Gebäude mit kühler Außenluft, bei maximalem Luftwechsel, zu durchspülen.
Für das zweite Jahr sind nachstehende Strategien geplant:
Die Bauteilsysteme werden parallel betrieben. Die Vorlauftemperatur wird wiederum durch die außentemperaturabhängige Heizkurve bestimmt. Der gesamte Massenstrom des Systems wird
durch die Rücklauftemperatur geregelt.
Die Strömungsrichtung der Luft im Bürotrakt wird umgedreht. Im
Atrium wird die Luft zentral eingeblasen, um anschließend nach
Überströmung in die Büros über das Kanalsystem abgesaugt zu
werden. Die Regelung erfolgt wie im ersten Jahr.
Die Experimentalbereiche und das Erdgeschoss werden über die
gesamte Messperiode in gleicher Art beheizt und gekühlt.
Messgröße
Sensor
Anzahl
Einheit
Temperatur
Status Fenster
Status Tür
Beleuchtungsstärke
Luftqualität
Energie
Bewegungsmelder
Status Beleuchtung
Luftgeschwindigkeit
Luftfeuchte
Wärmemenge
Druck
Empfindungstemperatur
Wärmestrom
Luftqualität
Erdtemperatur
Erdfeuchte
PT1000
Fensterkontakt
Türkontakt
Fotodiode
VOC-Sensor
Stromzähler
Infrarotsensor
Schaltkontakt
Kalorimetr. Strömungssonde
Feuchtesensor
Wärmemengenzähler
Druckmeßdose
Globethermometer
Wärmestromsensor TNO
CO2-Sensor
PT100
TDR-Sonde
220
52
41
29
22
16
15
13
12
11
9
8
6
3
2
10
1
[°C]
[-]
[-]
[lx]
[%]
[kWh]
[-]
[-]
[m/s]
[% rel.]
[kWh]
[Pa]
[°C]
[W/m²]
[ppm]
[°C]
[Vol.-%]
Summe Sensoren:
Bild 10.8: Liste der im ZUB stationär
installierten Sensoren
470
95
10.4 Datenerfassung und Visualisierung
Sensorik
-Meldungen
-Meßdaten
-Regel-/ Bedieneinrichtungen
Sensorebene
Unterstationen/ DDC
1. Gebäudefunktion
2. Meßprogramm
3. Meßprogramm
Unterstationen
BUS
Leitstation
Programmierung
Visualisierung
Datenerfassung
Managementebene
Netzwerk
Datenbank
ORACLE 8i
Archivierung
Plausibili- Bereitstellung
sierung
von Meßdaten
Auswertung /
Visualisierung
Datenbankebene
Bild 10.9: Aufbau der Datenerfassung
Bild 10.10: Screenshot Messprogramm
Darstellung der Betriebszustände und
Messwerte innerhalb der Messräume
96
Die für die Grundfunktionen des Gebäudes zuständige Unterstation
wurde für die Erfassung der Messwerte durch zwei weitere
Unterstationen ergänzt. Über ein Bussystem kommunizieren die
Unterstationen mit der Managementebene in Form eines zentral
angeordneten Leitrechners. Über diese Leitstation können je nach
Bedarf unterschiedliche Regelstrategien implementiert werden.
Außerdem werden hier alle Messdaten in einem Intervall von einer
Minute aufgezeichnet und zunächst als ASCII-Datensatz tageweise
gespeichert. Die in dieser Form vorliegenden Tagesdatensätze werden zu bestimmten Zeiten über das Hausnetzwerk auf einen
Datenbankserver übertragen und dort weiterverarbeitet.
Visualisierung der Messdaten
Die außerordentlichen Datenmengen, sowie die umfangreichen
Eingriffsmöglichkeiten auf die Regelung des Gebäudes machen
eine Visualisierung der Gebäudefunktionen notwendig. Hierzu
wurde das gesamte Gebäude schematisch auf der Leitstation dargestellt, alle relevanten Messgrößen und Regelparameter sind in
diesen Schemata hinterlegt und spiegeln den aktuellen Zustand
des Gebäudes wider. In etwas abgewandelter Form wird diese
Darstellung der aktuellen Messwerte in naher Zukunft den
Besuchern des ZUB zugänglich gemacht.
10.5 Datenverarbeitung und -auswertung
Die Archivierung und Auswertung der auflaufenden Messdaten,
täglich werden ca. 846.000 Messwerte aufgezeichnet, ist mit konventionellen Softwareapplikationen nicht mehr zu bewältigen. Aus
diesem Grund werden die Daten automatisiert in ein relationales
Datenbanksystem eingeladen und darin weiter verarbeitet. Hierzu
kommt das relationale Datenbanksystem (RDBMS) ORACLE 8i
gleichnamiger Firma zum Einsatz.
Bevor die Messdaten zur Auswertung bereitgestellt werden können, müssen sie einer umfangreichen Datenplausibilisierung unterzogen werden. Bei einem Messprojekt dieser Größe ist eine fehlerfreie Funktion aller messtechnischen Komponenten nicht zu erwarten. Erfahrungen aus anderen Projekten [22][23] haben gezeigt,
dass nur eine genaue Fehlerkontrolle zu einer belastbaren, auswertbaren Datenbasis führt.
Auswertung
Die Auswertung der Messdaten erfolgt analog zu den wissenschaftlichen Fragestellungen. Ausgehend von den minütlich vorliegenden
Daten werden zunächst Tabellen für Summen- und Mittelwerte über
variable Zeitintervalle (Stunden, Tage, Monate und Jahre) erstellt.
Aus diesen Tabellen können nun kontextbezogen für die verschiedenen Forschungsfelder Daten selektiert werden. Die hierfür notwendigen programmierten Abfrageroutinen werden zentral gespeichert und sind somit für alle Beteiligte des Auswerteteams nutzbar.
Bild 10.11: Der Zugriff auf die zentrale
Messdatenbank kann von den jeweiligen
Arbeitsplatzrechnern oder von mobilen
Arbeitsstationen erfolgen.
97
Anhang
Literatur
98
1
Hauser, G.; Hausladen, G.; Dönch, M.; Heibel, B.; Höttges, K.; Maas, A.:
Energiebilanzierung von Gebäuden, Karl Krämer Verlag Stuttgart Zürich
1998.
2
Hausladen, G.: Innovative Gebäude-, Technik- und Energiekonzepte,
Oldenbourg Industrieverlag München 2001.
3
Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme, Gruppe Solares Bauen:
Energieeffizienz und Solarenergienutzung im Nichtwohnungsbau,
Journal 2000, 1. Auflage Januar 2001-05-14.
4
Schlegel, K.: Zentrum für Umweltbewusstes Bauen - Dokumentation und
Analyse, Diplomarbeit am Fachgebiet Technische Gebäudeausrüstung
Uni Gh Kassel, 2001.
5
ZUB Planungsunterlagen und Baubeschreibungen, Jourdan & Müller
PAS, Seddig Architekten, Kassel, 27.04.2001.
6
Thermische Simulationsrechnungen zu dem Neubau des Zentrums für
umweltgerechtes Bauen, Ingenieurbüro Prof. Dr. Gerd Hauser, Bearbeiter
Dipl.-Ing. C. Kempkes 2001.
7
Planungsunterlagen ZUB IB Springl, Haustechnik, 2000.
8
Protokolle der Planerbesprechungen ZUB 1999-2001.
9
Pistohl, W. Handbuch der Gebäudetechnik, Band 1, Werner Verlag
Düsseldorf, 3. Auflage, 1999.
10
Bobran, Handbuch der Bauphysik, Vieweg Verlag, 7. Auflage 1995.
11
Planungsunterlagen ZUB Fa. eurotec, Wittlich, Fassadenhersteller, 2001.
12
Planungsunterlagen ZUB IB Bollinger und Grohmann, Frankfurt, 2001.
13
Planungsunterlagen ZUB Fa. Figge, Metallbau, 2000-01.
14
Fachgebiet Bauphysik der Gh Kassel, Juni 2001.
15
Bewilligungsbescheid der Fördermaßnahmen, 18.6.1999.
22
Koch, H., Kaiser, J., Oppermann, J. und Mußenbrock, K.: "Das Synergie
Haus- Meßprogramm". HLH Bd. 49, 1998.
23
Maas, A., Oppermann, J. und Kaiser, J.: "Energetische Analyse und
Bewertung von SynergieHäusern", Abschlußbericht. Fraunhofer IRBVerlag Stuttgart, 1999.
Bildnachweis
Fachgebiet Technische Gebäudeausrüstung, Universität Gesamthochschule Kassel:
3.2-3.5, 3.7, 5.1, 5.16, 5.21, 5.23-5.25, 5.27, alle Kap.6, 7.7, 7.11, 7.14, 7.16,
7.20, 7.24, 7.30, 7.31, 8.1, 8.7, 8.8, 8.14-8.16, 8.22, 8.25, 9.1, 9.2, 10.1-10.6,
10.8, 10.9, 10.11
Fachgebiet Bauphysik, Universität Gesamthochschule Kassel:
7.18, 7.18, 7.19, 7.28, 7.33, 7.35-7.37, 8.17, 8.23
Katrin Schlegel, Diplomarbeit am Fachgebiet Technische Gebäudeausrüstung,
Kassel 2001:
5.9, 5.11, 5.22, 5.28, 5.29, 7.3-7.6, 7.8, 7.9, 7.13, 7.15, 7.23, 7.25, 7.29, 7.32,
8.3-8.6, 8.11-8.13, 8.18-8.21, 8.26, 8.28, 9.3-9.7
Arbeitsgemeinschaft ZUB Jourdan & Müller PAS und Seddig Architekten, Frankfurt
und Kassel:
4.1-4.4, 4.7-4.9, 5.2-5.3, 5.8, 5.13, 5.15, 5.17, 5.18, 7.17, 8.9
Ingenieurbüro Hauser, C. Kempkes: Thermische Simulationsrechnung zu dem
Neubau des ZUB, Kassel 2001: 7.10, 7.12
Firma eurotec, Wittlich: 7.21, 7.22, 7.26, 7.27
Firma Sauter Cumulus, Frankfurt: 8.2, 8.24, 10.1, 10.7, 10.10
Constantin Meyer - Architekturfotografie, Köln:
5.4-5.7, 5.12, 5.14, 5.19, 5.20, 5.26, 8.10, 8.27
Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE, SolarBau:MONITOR Journal
2000: 5.10, 7.1, 7.2, 7.34
Prof. Wolfgang Schulze, Universität Gesamthochschule Kassel: 4.5, 4.6
Svenja Bakran und Kirstin Homburg, BPS-Arbeit am Fachgebiet Technische
Gebäudeausrüstung, Kassel 1998: 4.10-4.12
Christina Sager, Diplomarbeit am Fachgebiet Technische Gebäudeausrüstung,
Kassel 1998: 3.1, 4.13-4.17
Michael Walkling, Projektarbeit am Fachgebiet Technische Gebäudeausrüstung,
Kassel 1998: 4.18-4.20
Barbara Bröcker, Projektarbeit am Fachgebiet Technische Gebäudeausrüstung,
Kassel 1998: 4.21
Andreas Sedler und Georg Wenzel, Diplomarbeit Gesamthochschule Kassel 1983:
3.6, 3.8
99
Sponsoren
gefördert durch:
Hessisches Ministerium für
Umwelt, Landwirtschaft und
Forsten
Hessisches Ministerium für
Wirtschaft, Verkehr und
Landesentwicklung
Kofinanziert durch die
Europäische Gemeinschaft
Europäischer Strukturfonds in
Hessen
100
Grünzweig + Hartmann AG
68521 Ladenburg
Technische Dämmung
Hüppe Form Raumtrennsysteme GmbH
26133 Oldenburg
Faltwand Veranstaltungssaal
Interpane Glasbeschichtungs GmbH
37698 Lauenförde
Wärmeschutzverglasung
KS-Kalksandsteinvertriebs GmbH
36226 Bad Hersfeld
Kalksandstein
Schwenk Dämmstofftechnik GmbH&Co.KG
86899 Landsberg
Gebäudedämmung
Trilux Vertrieb GmbH
59712 Arnsberg
Leuchten
Erco Leuchten GmbH
58505 Lüdenscheid
Leuchten
eurotec GmbH
54492 Zeltingen
Fassade
Armacell GmbH
48153 Münster
Dämmung für Heizleitungen
Grundfos GmbH Südwest
65789 Hattersheim
Umwälzpumpen
Heber GmbH Lüftungsgeräte-Klimageräte
94094 Rotthalmünster/Weihmörting
Lüftungsgerät
MNG Armaturen Honeywell AG
59710 Arnsberg
Armaturen und Zubehör
Kessel GmbH
85099 Lenting
Abwasserhebeanlage
Schako Ferdinand Schad KG
88605 Messkirch
Brandschutzklappen
Stiebel Eltron GmbH & Co.KG
37601 Holzminden
Warmwasserspeicher
D.F. Liedelt ”VELTA” GmbH
22851 Norderstedt
Heizleitungen
Zehnder Wärmekörper GmbH
77933 Lahr
Heizkörper
101