Report * Astrid Schneider Von der Vision zur Realität DAS SOLARE REGIERUNGSVIERTEL Beinahe unbemerkt von der Öffentlichkeit hat Berlin ein «Solares Regierungsviertel» bekommen. Wenn Bundeskanzler Gerhard Schröder und seine Minister aus dem Kabinettsraum hinüber zum Reichstag blicken, sehen sie auf die Dächer der Verwaltungstrakte des Kanzleramtes – und die sind flächendeckend mit Solarmodulen gefüllt. Beinahe eineinhalbtausend Quadratmeter sind hier in die Flachdächer integriert. Im Zentrum des Reichstages steht die neue Kuppel, von Sir Norman Foster entworfen. Ihre markante und mittlerweile weltbekannte Gestalt erhält sie durch die Lüftungs- und Belichtungsfunktion für den darunterliegenden Plenarsaal. Und auch im historischen Reichstagsgebäude fand sich auf einer Süddachfläche noch Platz für eine Solarstromanlage. Vom Stararchitekten so unauffällig integriert, dass noch ein Schild her muss, um die Besucher auf die innovative Technologie aufmerksam zu machen. Schaut man vom Kanzleramt in Richtung des neuen Hauptbahnhofes, so fällt auch hier sogleich das blaue Schimmern von Solarzellen auf, die das geschwungene Dach elegant begleiten. Das gegenüber des Kanzleramtes liegende Gebäude für die Abgeordneten, das Paul-Löbe-Haus, welches das «Band des Bundes» vom Bundeskanzleramt aus fortsetzt, wird von einem langgestreckten Atrium durchzogen. Verschattet wird es von der weltweit grössten Solaranlage aus amorphen Solarzellen, integriert in ein Lamellensystem über dem Glasdach. So wird der Spreebogen in Berlin nicht nur von einem «Band des Bundes», sondern auch von einem «Band der Solaranlagen» durchzogen. Unter den Regierungsgebäuden, tief in der Erde, befindet sich ein Energieverbundsystem, welches die Bauten untereinander verbindet: mit Wärme-, Kälte- und Stromleitungen sowie unterirdischen Aquiferspeichern. Seine Energie bezieht es aus Biodiesel- befeuerten Blockheizkraftwerken, welche dezentral untergebracht sind. Summa summarum ergibt sich so ein Anteil von mehr als 80% Deckung des Energieverbrauchs der Regierungsbauten im Spreebogen aus regenerativen Energiequellen. Der Weg durch die Politik zum «Solaren Regierungsviertel» Der Ausgangspunkt für die Entstehung des solaren Regierungsviertels war ein Kongress, den die europäische Sonnenenergievereinigung EUROSOLAR e.V. organisierte und in dem die Vision, massgeblich erneuerbare Energien einzusetzen, gemeinsam mit den verantwortlichen Politikern erörtert wurde. Am 28. September 1992 fand das Symposium «Das Solare Regierungsviertel» im Reichstagsgebäude Berlin statt. Die Regionalgruppe Berlin von EUROSOLAR wollte so Einfluss auf die Politik nehmen. Die Vision für ein «Solares Regierungsviertel» zeigte Wirkung. Auf parlamentarische Initiativen von Herrmann Scheer folgten Beschlüsse des Bundestages, die Grundsätze für das energiebewusste und solare Bauen festschrieben: Mindestens 15% Deckung des Energiebedarfs der neuen Regierungsbauten in Berlin sollten aus regenerativen Energiequellen stammen. Niedrigenergiehaus-Bauweise als Baustandard mit 25% geringerem Verbrauch als in 1 * Astrid Schneider Dipl. Ing. Architektur Leiterin RG Berlin von EUROSOLAR Solar Architecture: Design, Research and Communication D-10625 Berlin 94 FASSADE FAÇADE 3/2003 • Report 2 der (damals noch zukünftigen) WSVO 1995 wurde vorgeschrieben. Bereitstellung eines gesonderten Etats von 18 Millionen DM für Solarstromanlagen und zwei Millionen DM für solar-thermische Anlagen auf den Regierungsgebäuden. Der Energieverbund im Spreebogen mit Aquifer-Wärme- und Kältespeicher Das regenerative Energiesystem für die Regierungsgebäude im Spreebogen ist ein innovatives Vorzeigeprojekt geworden. Die Bundesbaugesellschaft Berlin realisierte hier ein Energieverbundsystem, für welches im Bundeskanzleramt, im Reichstag und im PaulLöbe-Haus, welches die Abgeordnetenbüros beherbergt, mit Rapsmethylesther (RME) betriebene Blockheizkraftwerke installiert wurden, die Strom und Wärme herstellen. Für eine optimale Betriebsführung und -sicherheit sowie einen wirtschaftlicheren Betrieb wurden die Gebäude untereinander mit Wärme-, Kälte- und Stromleitungen vernetzt. Da bei einer am Strombedarf orientierten Betriebsführung der Blockheizkraftwerke im Sommer viel überschüssige Wärme anfällt, die man ggf. gerne im Winter zu Heizzwecken nutzen würde, wurde der Energieverbund an einen saisonalen Wärme- und Kältespeicher angeschlossen. Hierfür wurden zwei unabhängige Aquiferspeicher geschaffen: 1 Den Wärmespeicher bildet eine nutzbare Schicht aus porösem Sandstein in ca. 280 bis 300 Metern Tiefe, die salzhaltiges Wasser, die sogenannte Sole, enthält. Sie wird in einer Bohrung nach oben geleitet und nimmt die sommerliche Abwärme der BHKW’s auf. Die erwärmte Sole wird dann in einer zweiten Bohrung wieder in die Erde geleitet und es bildet sich ein Aquiferbereich mit ca. 65°C warmem Wasser aus. Im Winter dreht sich der Kreislauf um und die Wärme wird wieder entnommen. 2 Für die Kältespeicherung wird ein Aquifer im Bereich des normalen Grundwassers in einer Tiefe von ca. 60 Metern genutzt. Während winterlicher Kälteperioden wird Grundwasser an der kalten Aussenluft mittels speziellem Trockenkühler von fünf Megawatt Leistung auf ca. 5°C abgekühlt und im Aquifer eingespeichert. Im Sommer wird dieses Wasser entnommen und zum Betrieb von Kühldecken genutzt. Zusätzlich sind in das Energiesystem Absorptionskältemaschinen und Wärmepumpen eingebunden, die ebenfalls mit der Abwärme der BHKW’s angetrieben werden. Der Wärmespeicher ist die erste in Deutschland realisierte Anlage zur thermischen UntergrundspeiFASSADE FAÇADE 3/2003 • 3 4 1 Luftfoto Spreebogen (Quelle: Luftbild und Pressefoto, Berlin). 2 Lageplan Regierungsgebäude Spreebogen. 3 Energiesystem Spreebogen (Quelle 2 und 3: Bundesbaugesellschaft Berlin mbH). 4 Solaranlagenarten auf den Regierungsbauten in Berlin (Quelle: IEMB e.V). 95 Report 5 5 Blick vom Bundeskanzler-Kabinett über die PV-Anlage zum Reichstag. cherung auf hohem Temperaturniveau. Die Wärme darf mit einer Temperatur von bis zu 70°C eingespeichert werden. Unerwünschten Einflüsse auf Vegetation und Umwelt fanden nicht statt. Damit kann die saisonale Wärme und Kältespeicherung als voller Erfolg gewertet werden. Ergebnisse Energieverbrauch der Regierungsgebäude Die weitestgehend auf Rapsmethylester basierende Energieversorgung der Regierungsbauten führt zu einer CO2-Minderung von ca. 70% gegenüber einer konventionellen Energieversorgung. Die Blockheizkraftwerke stellen dabei 35% der Stromspitzenleistung und liefern in 5000 Volllaststunden ca. 80% der elektrischen Jahresarbeit. Dabei kann aus der Abwärme der BHKW 90% des Jahreswärmebedarfs für Heizung, Warmwasser und Kühlung geliefert werden. Die Abwärme der BHKW trägt zu 40%iger Deckung des Kühlbedarfs mittels Absorption und DEC bei. Weitere 55% der benötigten Kälteenergie werden aus dem Kältespeicher entnommen und bedienen wassergebundene Kühldecken und Betonkernaktivierungen. Nur 5% des Kühlbedarfs werden über elektrische Kompressionsmaschinen gedeckt. Zusätzlich liefern im Spreebogen PV-Anlagen mit einer Leistung von 370 kWp bei 263 000 kWh jährlicher Solarstromerzeugung ca. 1,1% des Stromes aus Solarenergie. Hierbei muss allerdings berücksichtigt werden, dass z.B. die PV-Anlage auf dem Reichstag im Verhältnis zur Gebäudemasse sehr klein ist, da unter dem Gesichtspunkt des Erhaltes der historischen Erscheinung des denkmalgeschützten Gebäudes nur die Süddachfläche in Frage kam. Integration von Solartechnik und Architektonischer Gestaltungswille Insgesamt wurden bei den Regierungsgebäuden in Berlin, die nicht nur im Spreebogen ste96 hen, sondern über die Innenstadt verteilt sind, Photovoltaikanlagen mit einer Leistung von 776 kWp installiert, mit einer Modulfläche von ca. 10 000 m2, die jährlich 630 Megawattstunden Solarstrom erzeugen. Weitere 17 kWp Photovoltaik befinden sich noch in Planung. Die bereits realisierten Solarstromanlagen sind auf 14 Gebäude verteilt. Interessant ist dabei, dass sehr unterschiedliche Systeme zum Einsatz kamen. Das Spektrum reicht von der Flachdachaufständerung über die Schrägdachintegration bis hin zu der Sonne nachgeführten Verschattungslamellen. Zusätzlich wurden 1500 m2 thermische Sonnenkollektoren eingesetzt, die jährlich ca. 570 MWh solare Wärme produzieren. Sie dienen nicht nur der Wärmeerzeugung, sondern umfassen auch zwei Anlagen zur solaren Kälteerzeugung. Die Aufgabe der Verknüpfung von energetischen Zielen und architektonischen Gestaltansprüchen der Architekten stellte sich jedoch als schwierig heraus: an keinem der Regierungsgebäude gelang es, die Solartechnik an den Südfassaden unterzubringen. Die Architekten, welche die einzelnen Wettbewerbe gewannen, beharrten zum Teil darauf, dass man die Solarmodule nicht sehen dürfe, und bevorzugten schlichte weisse Fassaden oder Sichtbeton, obwohl Bundeskanzleramt und Paul-Löbe-Haus mit grossen geschlossenen, nach Süden gerichteten Fassaden ideale Voraussetzungen für PV-Fassadenintegration boten. Trotz intensiver Beratung durch den eigens eingesetzten Energiebeauftragten für die Regierungsgebäude und Solarfirmen wurden die Solarmodule auf den Dächern versteckt und teils so in die Konstruktionen eingefügt, dass Eigenverschattungen auftreten. Ursache hierfür ist auch eine noch nicht genügend konsequente Ausrichtung der Bauaufgaben und Planungsverfahren auf den Einsatz der Solartechnik. Bei den einzelnen Wettbewerben für die Gebäude stand zwar stets die Solarenergienutzung und die Ressourcenschonung in den Wettbewerbsunterlagen, doch bereits die Jury bezog ihre Wertung in den seltensten Fällen auf energetische Kriterien. So mussten die Energieberater nach Festlegung des Entwurfes versuchen, den Architekten die Solartechnik schmackhaft zu machen. Im Ergebnis entstanden viele Kompromisse, unter denen besonders häufig die Effizienz der Photovoltaikanlagen litt. Die grosse politische Vorgabe in eine grossartige Solararchitektur umzusetzen gelang so nur teilweise. Ein Beweis wurde vielmehr angetreten, dass man nahezu jede architektonische Form energetisch optimieren und in fast jedes Gebäude Solaranlagen integrieren kann. Zum Teil wurde auch der Anspruch des Bauherrn, Solartechnik zu integrieren, zu spät als konkreter Bauauftrag und mit einem Budget untermauert an die Architekten herangetragen. So war der Entwurf des als ersten Regierungsneubau in Berlin realisierten Bundespräsidialamtes bereits abgeschlossen, als die Integration der Photovoltaik auf die Tagesordnung kam. Da die Architekten Huber und Kleine-Kraneburg das Dach als dritte Fassade des Gebäudes verstanden, wollten sie keine Störungen der von ihnen entwickelten Ordnung zulassen und bestanden auf die gliedernden horizontalen Streben zur Strukturierung der Solarmodulflächen, die nun leider die Photovoltaik permanent verschatten und zu starken Mindererträgen führen. Ähnlich uneinsichtig in fundamentale Funktionen der Photovoltaik verhielt sich der Architekt Braunfels: die Verschattungslamellen über dem Atrium des Paul-Löbe-Hauses sollten bei senkrechtem Stand nicht über das Konstruktionsraster, welches sie hält, hinausragen. Als Resultat ergibt sich eine Dauerverschattung der rundum eingefassten Solarlamellen, welche sich auch noch durch die dichte Stellung untereinander verschatten. Zu sehen ist «der kleine Unterschied» der Dächer aber bei beiden Gebäuden nur vom Hubschrauber aus. Allerdings darf bezweifelt werden, ob die Staatsgäste oder der einschwebende Bundeskanzler Wert auf den Anblick von Streben zwischen Solarmodulen legen. Dass der Bundestag als Bauherr eine so disfunktionale Formgebung, welche auch das Erscheinungsbild des Gebäudes nicht bereichert, zuliess, ist erstaunlich. Eleganter gelöst haben die Frage der Integration die Architekten Axel Schultes und Charlotte Frank, welche das Bundeskanzleramt entwarfen. Zwar waren sie nicht zu überzeugen, die Solarmodule an den geschlossenen Südfassaden unterzubringen, und verbannten diese auf das Dach, jedoch bewiesen sie mehr Verständnis für Funktion im Detail und Fernsicht einer Anlage: Die mit 5° sehr flach gestellten und verschattungsfrei FASSADE FAÇADE 3/2003 • Report installierten Solarmodule auf den Bürotrakten erhalten beim Bundeskanzleramt die gleiche Höhe wie die dazwischenliegenden Atriumsverglasungen. In der Fernsicht vom Reichstag bleibt dieser Unterschied unbemerkt und man erkennt eine einheitliche Fläche. Beim Reichstag selbst wurden in die Süddachfläche sehr unauffällig grossflächige spezialgefertigte Solarmodule integriert und insgesamt ein Optimum an Solartechnik-Einsatz erzielt: weitere Ost- und West-Dachflächen dienen der Tagesbelichtung von Sitzungssälen und die Kuppel der Tagesbelichtung und Lüftung des Plenarsaales. Gleichwohl hatte Sir Normen Foster ursprünglich einen grösseren Wurf vorgehabt: in der Wettbewerbsphase hatte er noch ein grosses Energiedach über das historische Gebäude gespannt, im Wandlungsprozess seines Entwurfes dann die Integration der Photovoltaik in der Kuppel vorgesehen. Diesen markanten Ort verhinderten wohl sowohl Kostengründe, als auch der Wunsch des Bauherrn, die Kuppel hell erscheinen zu lassen. Die architektonisch interessantesten Anlagen sind PV-Verschattungslamellen, welche auf dem Bundesministerium für Justiz, dem Bundesrats-Gebäude und dem Jakob-Kaiser-Haus zum Einsatz kamen. Alle Systeme werden dem Sonnenstand nachgeführt und dienen zur Verschattung von Glasdächern über Atrien und Sitzungsräumen. Hier entstanden sowohl ästhetisch als funktional bemerkenswerte Solaranlagen. Ebenfalls multifunktional und gestalterisch bewusst genutzt setzten die Berliner Architekten Baumann und Schnittiger die Photovoltaik ein: integriert in eine Isolierverglasung über einem atriumsartigen Erschliessungsgang des Bundeswirtschaftsministeriums. Kosten und Energieerträge der Photovoltaikanlagen Gemäss einer Kostenanalyse des IEMB liegen die Kosten für die Photovoltaikanlagen bei den dachaufgeständerten PV-Anlagen bei 6,952 EURO pro Kilowatt Spitzenleistung. Für das Bundesratsgebäude und das Bundesministerium der Justiz wurden die Differenzkosten zu einer reinen Verschattungsanlage berech- Tab. 1: Brutto-Modulflächen und installierte Nennleistungen der Photovoltaikanlagen. Liegenschaft Abrutto m2 PSTC kWp Anlagenbeschreibung Reichstagsgebäude 296 39 PV-Anlage in Süddach integriert Jakob-Kaiser-Haus 301 29 PV-Anlage als Sonnenschutz- und Lichtlenksystem in Sheddach integriert Jakob-Kaiser-Haus 120 17 PV-Anlage integriert in Pergolagerüst Paul-Löbe-Haus 3239 123 PV-Anlage als Sonnenschutz- und Tageslichtlenksystem mit amorphen Siliziumzellen über Atriumhalle Bundeskanzleramt 1271 149 PV-Anlage in Aufdachmontage Bundesministerium Wirtschaft und Arbeit 1076 102 Dachintegrierte PV-Anlage in Süd-West-Dach von Gebäude G Bundesministerium für Justiz 345 25 PV-Anlage als Sonnenschutz- und Tageslichtlenksystem über Innenhöfen Auswärtiges Amt 181 23 PV-Anlage in Aufdachmontage über Technikaufbauten des Erweiterungsbaus Bundesministerium für Gesundheit und Soziale Sicherung 177 18 PV-Anlage in Aufdachmontage im Süd- und Nordflügel sowie auf dem Kleisthaus Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen 328 35 PV-Anlage in Aufdachmontage (Kunststoffwannen) im ersten Erweiterungsbau Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen 170 17 PV-Anlage in Aufdachmontage im zweiten Erweiterungsbau Bundesministerium für Verbraucherschutz, Ernährung und Landwirtschaft 63 8 PV-Anlage in der nach Süden geneigten Dachebene Bundesministerium für Bildung und Forschung 163 17 PV-Anlage in der Dachebene des nach Süden geneigten Scharoundaches Deutscher Bundesrat 324 21 PV-Anlage als Sonnenschutz- und Lichtlenksystem über dem Plenarsaal Bundespräsidialamt 380 40 PV-Anlage integriert in Rahmenkonstruktion der Dachfassade Moabiter Werder 991 130 PV-Anlage in Aufdachmontage (Kunststoffwannen) auf der Serpentine FASSADE FAÇADE 3/2003 • net. Die anrechenbaren spezifischen Mehrkosten, also ohne Unterkonstruktion, lagen bei diesen beiden Projekten bei 7,716 E/ kWp. Erwartungsgemäss lieferten die schlicht dachaufgeständerten PV-Anlagen die höchsten Solarstromerträge. So erzielte die Anlage auf dem Auswärtigen Amt 862 kWh/kWp, während Solaranlagen mit Eigenverschattung, wie auf dem Bundespräsidialamt, nur ca. 506 kWh/kWp lieferten. Im Mittelfeld liegen die nachgeführten Lamellenanlagen: Die Solaranlage auf der Glaspyramide des Bundesratsgebäudes bringt 726 kWh/kWp, die auf dem Jakob-Kaiser-Haus leidet aber bereits wieder unter einer Verschattung durch die dichte Stellung der Glassheds untereinander und erzielt nur 649 kWh/kWp. Bei sehr gut funktionierenden Lamellenanlagen wie auf dem Bundesministerium der Justiz muss allerdings berücksichtigt werden, dass die Lamellen bei einer Einstrahlung von 100 Watt pro m2 oder darunter in eine Durchsichtstellung gebracht werden, um eine optimale Tagesbelichtung der am Atrium gelegenen Arbeitsräume zu gewährleisten. Auf der folgenden Doppelseite sind die wichtigsten Anlagen zusammengestellt. Alle Energieerträge wurden im Jahr 2002 durch das Institut für Erhaltung und Modernisierung von Bauwerken e.V. an der TU-Berlin (IEMB) erfasst. Zum Teil liegen sie noch weit unter den erzielbaren Werten, da einzelne Ausfälle der Anlagen und Optimierungs- und Wartungsarbeiten zu Mindererträgen führten. Die interessantesten Solaranlagen werden wir in den nächsten Heften im Detail vorstel len. Quellen: 1. «Das Solare Regierungsviertel», Symposiumsbericht Berlin, Juli 1993, Redaktion Birgit Heller-Irmscher Herausgegeben von der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umweltschutz in der Reihe «Neue Energiepolitik für Berlin», Heft 10 2. «Beispielgebende Energiekonzepte für die Neubauten des Bundes im Spreebogen» «Ökologische Energieversorgungskonzepte der Parlamentsbauten im Spreebogen» Informationsbroschüren der Bundesbaugesellschaft Berlin mbH 3. Symposiumsband der Veranstaltung «Best-practise? Ergebnisse und Erfahrungen während der Nutzung der Berliner Parlaments- und Regierungsgebäude», 17. Juni 2003, Berliner Energietage, veranstaltet vom Institut für Erhaltung und Modernisierung von Bauwerken e.V. an der TU Berlin (IEMB), Vorträge von – Dipl. Ing. Bernhard Lützke, Bundesbaugesellschaft Berlin mbH – Dr.-Ing. Uwe Römmling und Dipl. Ing. Jens Dittrich (IEMB) – Dr. Jörn Bartels, Geothermie Neubrandenburg GmbH – Andreas Heinz, IER-Uni Stuttgart; Prof. Günther Baumbach, ALS Uni Stuttgart; Gerd Hitzler, FKFS Stuttgart 97 Report Reichstagsgebäude Standort: Spreebogen – Platz der Republik 1 Architekt: Sir Norman Foster and Partners Solarfirma: Flabeg Solar International GmbH Solaranlage: Indachmontage mit spezialgefertigten Glas-Modulen Energieerträge: 529 kWh/kWp Fotos: Astrid Schneider, Berlin Bundeskanzleramt Standort: Spreebogen – Willy-Brandt-Strasse 1 Architekt: Axel Schultes und Charlotte Frank Architekten Solarfirma: Flabeg Solar International GmbH Solaranlage: Flachdachaufständerung mit 5° Neigung, Stahlunterkonstruktion Energieerträge: 605 kWh/kWp Fotos: Astrid Schneider, Berlin Paul-Löbe-Haus Standort: Spreebogen – Platz der Republik 1/ Konrad-Adenauer-Strasse Architekt: Stephan Braunfels Architekten Solarfirma: Solon AG Solaranlage: dem Sonnenstand nachgeführte Verschattungslamellen über einer Atriumsverglasung Energieerträge: 430 kWh/kWp Fotos: links: Astrid Schneider; rechts: Solon AG, Berlin Jakob-Kaiser-Haus Standort: Spreebogen – Dorotheenstrasse Architekt: Busmann und Haberer (für den Gebäudeteil mit PV) Solarfirma: Ado Solar GmbH Solaranlage: Sheddachkonstruktion mit dem Sonnenstand nachgeführten Verschattungslamellen Energieerträge: 649 kWh/kWp Fotos: links: Astrid Schneider; rechts: Solon AG, Berlin 98 FASSADE FAÇADE 3/2003 • Report Deutscher Bundesrat Standort: Leipziger Strasse 3–4 Architekt: Schweger und Partner Solarfirma: Bomin Solar GmbH Solaranlage: Dem Sonnenstand nachgeführte PV-Verschattungslamellen über Glaspyramiden-Dach des Plenarsaales Energieerträge: 726 kWh/kWp Fotos: links: Deutscher Bundesrat; rechts: Astrid Schneider Bundespräsidialamt Standort: Spreeweg 1 Architekt: Huber und Kleine-Kraneburg Architekten Solarfirma: Solon AG Solaranlage: Flachdachaufständerung mit Stahlunterkonstruktion Energieerträge: 506 kWh/kWp Fotos: Solon AG, Berlin Bundesministerium der Justiz Standort: Mohrenstrasse 37 Architekt: Eller und Eller Architekten Solarfirma: Colt International GmbH Solaranlage: Dem Sonnenstand nachgeführte PV-Verschattungslamellen über einer Atriumsverglasung Energieerträge: 724 kWh/kWp Fotos: links: Astrid Schneider; rechts: Colt International GmbH Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit Standort: Scharnhorststrasse 34–37 Architekt: Baumann und Schnittiger Architekten Solarfirma: Flabeg Solar International GmbH Solaranlage: Glas-Module in schrägstehender Isolierverglasung über einem Erschliessungsfoyer Energieerträge: 583 kWh/kWp Fotos: Astrid Schneider, Berlin FASSADE FAÇADE 3/2003 • 99