energieeffizienz von bürogebäuden
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energieeffizienz von bürogebäuden energiekonzepte energieeffizienz von bürogebäuden energiekonzepte beim entwurf von bürogebäuden heizung lüftung klimatisierung beispiele energieeffizienz von bürogebäuden Was bedeutet eigentlich Energiekonzept? In einem Energiekonzept gibt es sog. passive und aktive Systeme. Die passiven Systeme dienen der Reduzierung des Wärmebedarfs und der Solarenergienutzung. Die aktiven Systeme dienen der Rationellen Energieversorgung, energiesparender Heizsysteme und den Einsatz regenerativer Energien. Brennstoffwahl und Heizsystem: Reduzierung des Energiebedarfs: -Beachtung von Klima- und Standortbedingungen (Süd-Ausrichtung) -Windschutzmaßnahmen (Bepflanzungen) -Besonnung und Verschattung (Bepflanzung, Jalousien, etc.) -Baukörperform (mögl. Kompakte Bauweise) -Grundrisszonierung -Dichtheit der Gebäudehülle -Rationelle Ausnutzung des Brennstoffes durch neue Technologien (Niedertemperatur-/ Brennwertkessel mit hohem Nutzungsgrad) -Auswahl eines energiesparenden Energieerzeugers (Brennwertkessel) -Günstige Anordnung der Heizleitungen und –flächen (Betonkernaktivierung ohne abgh. Decken, Wandheizung, etc) -Kontrollierte, bedarfsgerechte Lüftung mit mögl. Wärmerückgewinnung, Wärmepumpen, Erdwärme -Sparsame Systeme der Warmwasserbereitung (Solarenergie) -Wärmedämmung der Umschließungsflächen -Umweltfreundliche Baustoffe Einsatz regenerativer Energien: -Nutzung der Sonnenenergie zur Raumheizung Nutzung der Sonnenenergie: -Orientierung und Größe der Fensterflächen -Wärmespeicherung (Pufferzonen, Innenhöfe o.ä.) -passive Systeme zur Sonnenenergienutzung -Lichtlenksysteme zur Einsparung von Beleuchtung -Sonnenschutzmaßnahmen -Solare Warmwasserbereitung -Einsatz von Wärmepumpen zur Beheizung und Warmwasserbereitung -Möglichkeiten der Kraft-Wärmekopplung -Einsatz von Biomasse und Biogas zur Raumheizung, Warmwasser und Stromerzeugung -Photovoltaikanlagen zur Stomerzeugung allgemeines energiekonzept? wirtschaftlichkeit erstellen bewerten beispiele energieeffizienz von bürogebäuden Was bedeutet eigentlich Energiekonzept? In einem Energiekonzept gibt es sog. passive und aktive Systeme. Die passiven Systeme dienen der Reduzierung des Wärmebedarfs und der Solarenergienutzung. Die aktiven Systeme dienen der Rationellen Energieversorgung, energiesparender Heizsysteme und den Einsatz regenerativer Energien. allgemeines energiekonzept? wirtschaftlichkeit erstellen bewerten beispiele energieeffizienz von bürogebäuden Was bedeutet eigentlich Energiekonzept? Zu einem Energiekonzept gehören darüber hinaus auch die verschiedenen Maßnahmen zur Einsparung von Trinkwasser und elektrischem Strom etc. Wasser: Ein Energiekonzept hat jedoch nur Sinn, wenn es durch aktives Verhalten der Nutzer unterstützt wird. Dies reicht von der Aufklärung über die Funktion der einzelnen Komponenten bis hin zur Kontrolle des Energieverbrauchs. Das Nutzerverhalten: -Regenwassernutzung -Abstimmung des Heizsystems auf das passive Energiekonzept -Regenwasserversickerungssysteme -Dachbegrünung zur Retention von Regenwasser -Abstimmung des Heizsystems auf die Erfordernisse der jeweiligen Nutzer -Aufklärung der Nutzer über den richtigen Umgang mit den verschiedenen Systemen -Regenwasserteiche -Verwendung von Spararmaturen und Sanitärgegenständen -Nutzerfreundliche Bedienung, Gebäudeleittechnik -Kontrolle des Energieverbrauchs durch den Nutzer zum Zweck eines energiebewussten Verhaltens Belichtung: -Tageslichtnutzung -Tageslichtlenksysteme Baustoffe/Baukonstruktion: -Umwelt- und Gesundheitsverträgliche Baustoffe -Wärmebrückenfreie, luftdichte Konstruktion allgemeines energiekonzept? wirtschaftlichkeit erstellen bewerten beispiele energieeffizienz von bürogebäuden Zu einer energiebewussten Architektur gehören die Überlegungen zur Einbeziehung aller passiven und aktiven Maßnahmen in ein ganzheitliches Energiekonzept. Damit ist die Abstimmung zwischen aktiven und passiven Energiesparmaßnahmen in einem wirtschaftlich vertretbaren Rahmen gemeint. Die Wirtschaftlichkeit sollte zwar immer untersucht und berücksichtigt werden, jedoch kann man davon ausgehen, dass sich die meisten Maßnahmen zumindest kurzfristig nicht rentieren. Energiesparen heißt also nicht auch gleichzeitig Geld sparen. Neben den volkswirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten können diese Energieeinsparmaßnahmen jedoch auch eine Verbesserung der Wohn- und oder Lebensqualität wie z.B. einer größeren Behaglichkeit mit sich bringen. Darüber hinaus ist jede Maßnahme zur Einsparung von Primärenergie, sowie ein sorgsamer Umgang mit unserer Umwelt und deren Ressourcen ein Vorteil für uns und die uns folgenden Generationen. allgemeines energiekonzept? wirtschaftlichkeit erstellen bewerten beispiele energieeffizienz von bürogebäuden Ein energiebewusst geplantes Gebäude erfordert – ähnlich wie ein Entwurfs-, Funktions- und Gestaltungskonzept – frühzeitige Überlegungen über ein Energiekonzept, das sowohl die passiven, als auch die aktiven und nutzerspezifischen Entwurfsüberlegungen und Systeme in Bezug auf den Energieverbrauch in einer Übersicht darstellt und verdeutlicht. Mit anderen Worten sollte möglichst früh angefangen werden ein Konzept zu erstellen, da es sehr schwierig ist in einem schon fortgeschrittenen Planungsstand einzugreifen! 11. 12. 13. Es sind die gewünschten Eigenschaften und Nutzungsanforderungen für unser Gebäude festzulegen. (Zielkatalog/Pflichtenheft) -> Primärenergiebedarf, Innenklima, Beleuchtung etc. Suche nach Lösungsmöglichkeiten mit Rücksicht auf alle relevanten Zusammenhänge. Konzept erstellen. Nach jedem größeren Planungsschritt sollten die Ergebnisse mit den Zielvorgaben verglichen werden und dann ggf. Varianten erstellt werden. allgemeines energiekonzept? wirtschaftlichkeit erstellen bewerten beispiele energieeffizienz von bürogebäuden Eine Bewertung unseres Gebäudes wäre dann zum Schluss der systematische Vergleich unseres Planungsergebnisses mit den Zielvorgaben. Als zentrales Kriterium für diese Bewertung der energetischen Qualität Eignet sich der gesamte Jahres- Primärenergiebedarf für den Gebäudebetrieb. Nach heutigem Stand der Technik kann man für Bürogebäude die Grenz- und Zielwerte des PEB- Kennwerts für Heizung, Lüftung, Klimatisierung, Beleuchtung und übriger Haustechnik etwa folgende Werte ansetzen: WERKZEUG ERGEBNIS DIN EN 832, SIA 380/1, LEG und Software Heizenergiebedarf, jährlich oder monatlich, ggf. Endenergiebedarf Leitfaden Elektr. Energie Elektrischer Energiebedarf Thermische Geb. Simulationssoftware Zeitl. Verläufe von Temperaturen, Heizund Kühlbedarf, DIN 5034 Beleuchtungsstärke oder Tageslichquot. Tageslicht Simulationssoftware Lichtverteilungen, synthetische Fotos Grenzwert = Zielwert = 100 kWhprim/(m²a) 75 kWhprim/(m²a) Unser Gebäude sollte hinsichtlich des PEB also etwa zwischen einem Niedrigenergiegebäude und einem klimatisierten Passivgebäude liegen. allgemeines energiekonzept? wirtschaftlichkeit erstellen bewerten beispiele energieeffizienz von bürogebäuden Untersuchung der Beispiele bezgl. Heizung Lüftung Klimatisierung und Konstruktion HEIZUNG Zu beachten: -aktive / passive Solarenergie: Ausrichtung, Speicherung, TWD, Solaranlagen zur Warmwasserbereitung, Fußbodenheizung, etc. - je besser die Konstuktion des Gebäudes (Dämmung, Verglasung, Dichtigkeit, etc.) desto weniger Primärenergie wird zur Beheizung benötigt. -Geothermie: Erdsondierung meist in Verbindung mit Bauteilaktivierung, Erdkanäle in Verbindung mit Lüftungsanlagen -Wärmerückgewinnung, Wärmepumpen: Kreislaufsystem in Lüftungsanlagen, Fußbodenheizung und Bauteilaktivierung -Nah-/Fernwärme, Kraft- Wämekopplung, BHKWs -Restwärmeerzeugung durch: -ölheizung (ölbrennwertkessel) -gasheizung (gasbrennwetkessel) -festbrennstoffe (holz- pellet öfen) -elektroheizung -passive wärmegewinnung durch personen, geräte, etc. allgemeines beispiele energieeffizienz von bürogebäuden Untersuchung der Beispiele bezgl. Heizung Lüftung Klimatisierung und Konstruktion LÜFTUNG Zu beachten: Für Bürogebäude kommen 3 verschiedene Lüftungsarten in Betracht: - Kanalnetz muß strömungsgünstig (große Querschnitte etc.) und früh geplant werden 4. Fensterlüftung: -Gebäudehülle sollte dicht sein Vorteile sind die Einfachheit und und die Tatsache, dass der Nutzer die Luftqualität in seiner Umgebung direkt beeinflussen kann. Hier ist es jedoch schwierig den richtigen Luftwechsel per Hand einzustellen. -Wärmerückgewinnung hochwirksam und effizient -regelmäßige Wartung wg. Hygiene 7. -Brandschutz! Abluftanlagen: Das Gebäude wird in Zu- und Abluftzonen eingeteilt. Die Zuluftzonen bestehen aus Aufenthalts- und Büroräumen. Durch Überstromöffnungen gelangt die Luft in die Abluftzonen wie z.B. WCs, Kopier- Räumen, Raucher Zonen etc. Hier wird die verbrauchte Luft dann abgesaugt. 10. Abluftanlagen mit Wärmerückgewinnung: Voraussetzung bei Gebäuden mit sehr niedrigem Energiebedarf wie Passivhäusern. Sie kann auch von Vorteil sein, wenn das Gebäude durch äußere Einflüsse wie Verkehrsbelastung belastet ist. allgemeines beispiele energieeffizienz von bürogebäuden Mehrzweckgebäude der Universität Siegen allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Mehrzweckgebäude der Universität Siegen In Siegen entstand im Auftrag der Gesellschaft für Innovation und Transfer (GIT) ein energetisch optimiertes Gebäude. Kennzeichnend für den rund 3300 m² Nettogrundfläche umfassenden Gebäudekomplex sind drei in Südrichtung verlaufende dreigeschossige Flügel (Bürobereich) und ein, die unterschiedlichen Gebäudeteile verbindendes, kompaktes Bauvolumen (Produktions- und Seminarräume) im Nordbereich. Durch den Einsatz einer internetbasierten Planungsumgebung (INTESOL) erfuhren die Beteiligten methodische Anleitung und konkrete Unterstützung im Sinne eines integralen Planungsvorgehens. Durch frühzeitige Einbindung der entsprechenden Fachplaner und Berater in den Planungsprozess wurde schon in frühen Phasen der Planung das Gebäudekonzept optimiert. Die Gebäudeform und -orientierung wurde in Hinblick auf eine gute Tageslicht- und passive Solarenergienutzung konzipiert. Durch die Flügelstruktur bieten die Büros Fensterarbeitsplätze mit reichlichem Sichtkontakt nach außen. Die einzelnen Fensterflächen sind in Abwägung zwischen Tageslichtnutzung und thermischen Verlusten der Fenster entworfen. Zur Unterstützung guter Tageslichtverhältnisse sind im Nordbereich anidolische Optiken (lichtlenkende Elemente) vorgesehen, die das diffuse Licht der Nordhemisphäre in den Produktionsbereich führen. Im südlichen Bereich werden zur Verschattung außenliegende Jalousien eingesetzt. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Mehrzweckgebäude der Universität Siegen Neben dem Bürobereich für rund 170 Arbeitsplätze stehen den zumeist hochschulnahen Nutzern auch Produktions- und Laborräume zur Verfügung. Hierbei liegt der Schwerpunkt der Flächennutzung mit einem Anteil von 65% im Bürobereich, in ihm sind etwa 150 Arbeitsplätze vorgesehen. Bei dem Entwurf wurde bewusst auf eine hohe Spezifikation der Räume verzichtet, um eine weitestgehende Flexibiltät in der späteren Nutzung zuzulassen. Im Projekt ist eine Regenwassernutzung vorgesehen. Für Toilettenspülung, Reinigungszwecke und Bewässerung der Außenanlagen wird das vom Dach aufgefangene Regenwasser genutzt und damit der Trinkwasserverbrauch pro Jahr um ca. 700 m³ reduziert. Angedacht, aber noch nicht entschieden, ist die Versickerung von nicht genutztem Regenwasser in einer als Feuchtbiotop ausgeführten Mulde. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Mehrzweckgebäude der Universität Siegen Bei dem Gebäude wird neben hohen Dämmstandards und der passiven Nutzung von Solarenergie auf eine Haustechnik gesetzt, die den Energieverbrauch minimieren soll. Eine schnell reagierende Einzelraumregelung, die künstliche Beleuchtung, Steuerung von Verschattungselementen, Lüftung und Beheizung der Räume und Anwesenheit der Nutzer einbindet, findet weitgehend Anwendung. Der Einsatz von energiesparenden Verbrauchern (Beleuchtung, EDV) und eine ausgeprägte Nutzung des Tageslichtes sind weitere angewendete Standarts. Die Luftzuführung im Bürobereich erfolgt passiv. An die mechanische Entlüftung des Gebäudes ist eine hocheffiziente Wärmerückgewinnung (Seminar- und Produktionsbereich) bzw. eine Wärmepumpe (Bürobereich) gekoppelt, die der Abluft die Wärme entzieht und für Heizungszwecke nutzt. Zusätzlich sorgt im Seminar- und Produktionsbereich ein Erdwärmetauscher im Sommer für kühlere und im Winter für vorgewärmte Zuluft. Zur Vermeidung von sommerlicher Überhitzung ist eine Nachtlüftung der Gebäudemassen und am Tag eine entsprechende Regelung von Verschattungselementen vorgesehen. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Mehrzweckgebäude der Universität Siegen Die Lufterneuerung in den Büros erfolgt durch eine Abluftanlage mit 45 m³ pro Person und Stunde. Die Luft wird oberhalb der Türen in einen Sammelkanal abgesaugt und den zentralen Wärmepumpen zugeführt. Die Luftmengen liegen dabei zwischen 3.500 und 7.000 m³/h. Frischluft strömt passiv über Schlitzventile im oberen Bereich der Fensterrahmen nach. Die Abluftanlage kann mit erhöhtem Luftwechsel (3-fach) auch zur Nachtlüftung für Kühlzwecke betrieben werden. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Mehrzweckgebäude der Universität Siegen Die Beheizung erfolgt über projektspezifisch entwickelte Deckensegel. Aufgrund der hochwertig gedämmten Hülle und der Verglasungsqualität sind Heizflächen an der Außenwand nicht erforderlich. Die Deckensegel geben den Hauptteil der Wärme an ihrer Oberseite ab. Dorthin wird auch die Außenluft geführt. Die Seminar- und Laborräume werden mechanisch be- und entlüftet. Wärmerückgewinnung erfolgt über Kreuzstrom-Plattenwärmeübertrager (Rückwärmzahl 55%). Im Seminarraum wird die Zuluft über Weitwurfdüsen verteilt. Die gesamte Zuluft wird in einem Erdkanal vorkonditioniert. Dieser besteht aus zwei parallelen Betonrohren, jeweils mit einer Länge von 63 m und 1m Rohrdurchmesser. Die Flure und Ausstellungsflächen erhalten im Bedarfsfall vorkonditionierte Zuluft über den Erdkanal und werden ansonsten über freie Lüftung be- und entlüftet. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Mehrzweckgebäude der Universität Siegen austellungsbereich mit oberlicht photos photovoltaikanlage modell seminarraum allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Forschungsinstitut für solare Energiesysteme allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Forschungsinstitut für solare Energiesysteme Der 13.000 m2 Nettogrundfläche umfassende Neubau ersetzt die bisher angemieteten Gebäude des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme in Freiburg. Die weitestgehend 3-geschossige Gebäudeanlage mit zusätzlichem Untergeschoss verbindet drei parallele Gebäuderiegel mit einer Erschließungsachse und daran angelehntem Technikum. Wärmeschutz, Sonnenschutz, Licht- und Lüftungstechnik sind auf minimalen Energiebedarf abgestimmt. Der Baubeginn startete im April 1999 und endete mit der Fertigstellung und dem Bezug des Gebäudes Mitte 2001. Die Gebäudeanlage stellt eine Kammstruktur dar. Ein zentrale Erschließungsachse verläuft in Nord/Südrichtung. Östlich daran schließen 3 dreigeschossige Gebäudeflügel mit Büro- (Südseite) und Labornutzung an (Nordseite). Ein Kopfbau an der Südseite der Magistrale konzentriert die Verwaltung und zentrale Dienste. An der westlichen Seite befinden sich parallel zu der Magistrale Technikum und Werkstätten. Kammstruktur und Gebäudeabstände wurden mit Rücksicht auf geringe Verschattung, gute Tageslichtverhältnisse, sommerlichen Temperaturkomfort, passive Solarenergienutzung und nicht zuletzt eine angenehme Raumatmosphäre entwickelt (ausgeprägte horizontale Transparenz). Im Kopfgebäude prägt ein Atrium mit Shed-Dach und integrierter Photovoltaikanlage den Eingangbereich. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Forschungsinstitut für solare Energiesysteme Als typisches Institutsgebäude werden rund 2/3 der Nutzfläche für Werkstätten und Labors ausgewiesen. Büro- und Verwaltungsaufgaben belegen das übrige Drittel. Rechnet man Wissenschaftler, Verwaltung und studentische Mitarbeiter zusammen, werden etwa 300 MitarbeiterInnen in dem Neubau arbeiten. Der ständige Wandel der Forschungsthemen erfordert eine hohe Flexibilität in der Nutzung der Labor- und Experimentierflächen. Dazu gehört durch die Nutzung als Testgelände auch ein großer Teil der Dachflächen. Sonnenschutzvorrichtungen sind außenliegende Jalousien mit Lichtlenkfunktion. Darüber hinaus kommen in Teilbereichen schaltbare Verglasungen (thermotrope und gasochrome Systeme) sowie transparente Wärmedämmung zum Einsatz. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Forschungsinstitut für solare Energiesysteme Die Gebäude werden überwiegend in Stahlbeton-Skelettbauweise erstellt. Mit Rücksicht auf gestalterische und funktionale Anforderungen kommen drei Fassadentypen zum Einsatz: 1. Vorgehängte Fassade als prägendes Element: Die Fassaden werden inkl. Brüstung vorgefertigt und vorgehängt. Die Last wird durch vertikale Stahlschwerter je 5 m auf die Geschossdecken übertragen. Dazwischen wird eine Rahmenkonstruktion aus Holz ausgebildet. Diese Konstruktion beinhaltet Fenster mit Wärmeschutzglas und Holz/Aluminium Rahmen sowie die Brüstungsdämmung mit hinterlüfteter Fassadenbekleidung aus weiß mattiertem Glas. 2. Lochfassade mit Wärmedämmverbundsystem an den Nordseiten der Flügelbauten sowie für Technikum und Werkstätten 3. Glasfassade in Holz/Aluminium für die Erschließungsachse. Erhöhter Dämmstandard (16 cm Wärmedämmung, optimiertes 2Scheiben-Wärmeschutzglas) und hocheffiziente Wärmerückgewinnung für die Labors sowie einen großen Teil der Büros mindern die winterliche Heizlast. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Forschungsinstitut für solare Energiesysteme Zum Verzicht auf raumklimatische Anlagen in den Büros wurde planerisch großer Wert auf die Reduktion der internen (energieeffiziente EDV und Beleuchtung) und externen Lasten (Sonne) gelegt. Damit verbleibt nur die Kältelast der Labor- und Spezialräume. Die dafür erforderliche Klimakälte wird via Absorptionskältemaschine aus der Abwärme eines gasbetriebenen Blockheizkraftwerks zur Verfügung gestellt (Kraft/Wärme/Kälte-Verbund). Die Eigenstromerzeugung via BHKW reduziert die teure Spitze im Leistungsbezug und sichert die Notstromversorgung bei Netzausfall. Die sorptive Entfeuchtung der Zuluft der Reinraumlabors verschiebt Kälte- zu Wärmelasten. Auf Seiten der Lüftung sorgt ein Erdwärmetauscher für Kühlung und Vorwärmung der Zuluft für das Kopfgebäude. Durch aktive Nachtlüftung werden die Gebäudemassen im Sommer entwärmt. Eine 200 m² große Solarstromanlage wurde im Brüstungsbereich der Südfassaden angebracht. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Forschungsinstitut für solare Energiesysteme In den Labors ist eine Klimatisierung wegen der hohen Anforderungen an ein konstantes Raumklima bei hohen Wärmelasten unumgänglich. Zur Reduktion der Lüftungsverluste sind alle Anlagen bedarfsabhängig volumenstromgeregelt und mit einer Wärmerückgewinnung (WRG) versehen. Wegen der hohen Personendichte werden für bessere Luftqualität auch die Büros mechanisch gelüftet. Im Winter versorgt eine Abluftanlage die Büros mit dem notwendigen Grundluftwechsel von 30 m³ pro Stunde und Person. Die Außenluft strömt ähnlich einer Wohnungslüftung über Spaltventile in den Fensterrahmen in die Büros und mittels Unterdruck durch Lüftungslamellen oberhalb der Türen in den Flur. Von dort wird die Abluft zentral entnommen und der WRG der Labors zugeführt. Im Sommer werden die Möglichkeiten der passiven Kühlung genutzt. Neben der Reduktion der internen und externen Wärmelasten, »kühlt« eine aktive Nachtlüftung die Speichermassen des Gebäudes. Für geringe Druckwiderstände werden die Oberlichter manuell geöffnet. Für die Räume im Kopfgebäude mit erhöhtem Wärmeanfall und Lüftungsbedarf (Kantine, Seminarraum) wird ein 100 m langes Luft/Erdregister eingesetzt. Das zentrale Atrium ist funktional als Zuluftraum für die Büros einbezogen. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Forschungsinstitut für solare Energiesysteme büro mit lüftungsflügel photovoltaikanlage belüftungsschächte solaranlage allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden ZUB – Zentrum für Umweltbewusstes Bauen allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden ZUB – Zentrum für Umweltbewusstes Bauen Die drei Fachgebiete Bauphysik, Experimentelles Bauen, und Technische Gebäudeausrüstung, bilden an der Universität Kassel einen Forschungsschwerpunkt für umweltbewusstes Bauen. Mit der Gründung eines der Universität zugeordneten Zentrums für Umweltbewusstes Bauen (ZUB) soll ein Bindeglied zwischen angewandter Forschung, Handwerk, Industrie, Architekten und Ingenieuren geschaffen werden. Dem Neubau mit einer Fläche von 1.731 m² kommt demnach eine zentrale Bedeutung zu. Das Gebäude des Zentrums beherbergt die Institution, ist Demonstrations- und Anschauungsobjekt und dient darüber hinaus selbst als Forschungsinhalt für die verschiedenen Aspekte des umweltbewusstes Bauens. Das Grundstück für das Gebäude des ZUB befindet sich auf dem Gelände der Universität Kassel in der Kasseler Nordstadt. Der Standort wird von industriellen Backsteinbauten aus dem 19. Jhd. geprägt. Das Grundstück erlaubt eine nahezu verschattungsfreie Südausrichtung. Alle Aufenthaltsräume orientieren sich im wesentlichen zur Südseite, ost- und westorientierte Fensterflächen werden zur Reduktion von übermäßigem sommerlichen Wärmeeintrag minimiert. Die Lichtfuge versorgt die Erschließungszonen mit Tageslicht. Der außenliegende Sonnenschutz auf der Südseite wird mit Elementen zur Lichtlenkung gekoppelt und erhöht so die Tageslichtausbeute, bei gleichzeitiger Reduzierung der sommerlichen Energieeinträge. Die flachstehende Wintersonne kann dagegen tief in das Gebäudeinnere gelenkt werden. Das modulare Fassadensystem erlaubt die spätere Einbindung von solarthermischen und photovolaischen Elementen. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden ZUB – Zentrum für Umweltbewusstes Bauen Das Zentrum wird als Forschungs- und Veranstaltungsgebäude sowie für die Lehre genutzt. Etwa 20 Mitarbeiter sind dort beschäftigt. Neben verschiedenen Büro- und Laborräumen beinhaltet das Raumprogramm einen großen Veranstaltungsraum und ein großes Foyer für Ausstellungen. Die variable Raumgröße des Veranstaltungssaales sowie die neutrale Raumstruktur der Büros bietet ein hohes Maß an Flexibilität. Die Südfassade ist als Pfosten-Riegel-Konstruktion mit einem 80%igen Fensterflächenanteil und außenliegendem Sonnenschutz ausgeführt. In Zusammenarbeit mit dem Fassadenhersteller ist für die Südseite ein Fassadenkonzept entwickelt worden, das die verschiedenen Anforderungen an Tageslichtversorgung, Belüftung und Sonnenenergienutzung erfüllt. Durch die geringen Abflußbeiwerte von begrünten Dächern wird die Menge des anfallenden Regenwassers reduziert, gleichermaßen wird eine übermäßige Aufheizung der Dachflächen vermieden. Auf versiegelten Flächen anfallendes Regenwasser wird zur Bewässerung der Außenanlagen genutzt. Zur Verbesserung der raumklimatischen Behaglichkeit und als räumlicher Abschluß der Halle kommt eine zweischalige nichttragende Lehmwand aus ungebrannten Lehmsteinen zum Einsatz, die außerdem die Funktion eines Installationsschachtes übernimmt. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden ZUB – Zentrum für Umweltbewusstes Bauen Das Stützenraster beruht auf einem wirtschaftlichen Tragsystem von 5,40 m und einem Ausbaumodul von 1,35 m. Die Primärkonstruktion besteht aus Stahlbetonstützen mit Flachdecken. Für die Aussteifung werden die Außenwände hinzugezogen, außerdem wirkt die Innenwand des Experimentalbereiches als aussteifendes Element. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden ZUB – Zentrum für Umweltbewusstes Bauen Neben der kompakten Bauform (A/V= 0,34m-1) bewirken eine gute Dämmung, hochwertige Verglasungen und minimierte Wärmebrücken eine Reduzierung der Transmissionsverluste. Die Büroräume werden mit einem wassergeführten Bauteilheiz- bzw. -kühlsystem klimatisiert. Die Wärmeversorgung erfolgt über den bestehenden Fernwärmeanschluß. Das sommerliche Wärmeverhalten wird mit einer Nachtlüftung und der Rückkühlung über die Sohlplatte verbessert. Um die Lüftungswärmeverluste zu reduzieren, ist eine mechanische Zu-/Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung installiert. Auf einen in der Entwurfsphase vorgehsehenden Erdkanal wurde auf Grund zu geringer Energieeinsparpotentiale und zu hoher Kosten verzichtet. Die Zuluft wird über die Halle oder alternativ direkt in die Räume eingebracht. Die hohe Speichermasse der Lehmwand reduziert die thermische Dynamik des Gebäudes. Die natürliche Belichtung erfolgt über den hohen Fensterflächenanteil der Fassade. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden ZUB – Zentrum für Umweltbewusstes Bauen Das Gebäude hat ein speziell für den Versuchsbetrieb flexibel ausgelegtes Lüftungs- und Heizungssystem. Kernbestandteil ist eine Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung (WRG) mit zwei Kreuzstrom-Wärmetauschern.Das Atrium zwischen Alt- und Neubau ist variabel als Zu- oder Abluftverteiler eingebunden. Folgende Betriebsmodi sind zur Zeit vorgesehen: -Die Zuluft wird dem Atrium zugeführt und strömt durch schallgedämmte Wanddurchlässe in die Büros. In jedem Büro wird die Abluft über ein Kanalsystem entnommen und der WRG zugeführt. -Die Zuluft wird über das Kanalsystem den Büros zugeführt und strömt über die Wanddurchlässe in das Atrium. Dort wird die Luft abgesaugt und der Wärmerückgewinnung zugeführt. -Bei hohen Außenlufttemperaturen wird in den Morgenstunden das Gebäude mit kühler Außenluft durchgespült. Hierbei wird der maximale Volumenstrom gefördert. Das Gebäude besitzt zu Heiz- und Kühlzwecken wasserdurchströmte Bauteile. Eine Beheizung oder Kühlung der Zuluft ist nicht vorgesehen. Die Verrohrung der Sohlplatte bildet eine Besonderheit. Die Sohlplatte ist auf ihrer Oberseite wärmegedämmt und steht unterseitig in gutem thermischen Kontakt zum Erdreich. Es ist vorgesehen, die mit Hilfe der Bauteilkühlung abgeführte Wärme über die Sohlplatte an das Erdreich abzugeben. Sämtliche Heiz- und Kühlkreise können raumweise betrieben werden. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden ZUB – Zentrum für Umweltbewusstes Bauen atrium links: lehmwand vor büros rechts: bestehende backsteinwand nachtansicht variabler seminarraum allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier atrium lehmwand vor büros lüftung energieeffizienz von bürogebäuden Verwaltungsgebäude Pollmeier allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Verwaltungsgebäude Pollmeier Die Fa. Pollmeier Massivholz GmbH ist ein mittelständisches Unternehmen der holzverarbeitenden Industrie mit insgesamt 400 Mitarbeitern. Für die Hauptverwaltung in Creuzburg (bei Eisenach) hat der Bauherr ein neues Verwaltungsgebäude für bis zu 100 Mitarbeiter errichtet. Der Baukörper entwickelt sich nach Süden in den Landschaftsraum des Werratales. Um ein 3- geschossiges Atrium gruppieren sich im Erdgeschoss mehrere Besprechungs- und Serviceräume sowie eine Cafeteria. In den Obergeschossen befinden sich großzügige Gruppenbüros, die durch teilweise umsetzbare Wandscheiben in Zonen aufgeteilt werden können und zum Atrium großflächig verglast sind. Das Bauvorhaben erfüllt die Anforderungen an einen hochwertigen Niedrigenergiehausstandard. Beim Projekt Pollmeier wurden Gebäudemassen, Sonnenschutzsysteme, Lüftungsanlagen sowie Art, Größe und Anordnung der Verglasung mit Hilfe von Simulationsrechungen optimal aufeinander abgestimmt, um beim bestehenden Entwurf die Belange von Raumklima und Tageslichtqualität zu optimieren. Das Energiekonzept hat die Gestaltung der Fassade sowie die Verteilung der inneren Massen maßgeblich beeinflusst. Während die Nord- und Südfassade einen Verglasungsanteil von rund 50% aufweisen, liegt er bei der Ostund Westfassade bei ca. 30%. Die Fassaden erhalten ein wirksames Sonnenschutzsystem in Form einer außenliegenden Senkrechtmarkise. Während die Sonnenschutzanlage der Fenster als Senkrechtmarkisen außen liegen, besitzt das Glasdach bislang keinen Sonnenschutz. Der Bauherr hat sich eine optionale Nachrüstung vorbehalten. Die eingesetzte Verglasung wurde eigens für diese Anwendung optimiert. Um die innere Masse zu erhöhen wurden auf der Innenseite der Fassade eigens Betonfertigelemnte vorgsehen. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Verwaltungsgebäude Pollmeier grundriss schnitt Das Gebäude besitzt einen quadratischen Grundriss, wobei die Grundfläche des EG kleiner als die der darüber liegenden Geschosse ist. Dadurch ergibt sich ein Überstand, der für das EG auch eine Sonnenschutzfunktion übernimmt. Insgesamt ergibt sich ein Brutto-Rauminhalt von 16.847 m³ bei 3.489 m² beheizter Nutzfläche. Die Fassaden des Gebäudes orientieren sich nach den vier Himmelsrichtungen (mit einer Abweichung von 22°nach West). Um das verglaste Atrium gruppieren sich drei Geschosse, die über jeweils eine Treppe auf der Ost- und Westseite und einen Aufzug erschlossen werden. Durch die umsetzbaren Wandscheiben in den Büros soll das Gebäude den sich wechselnden räumlichen Anforderungen verschiedener Arbeitsgruppen gerecht werden. Im Erdgeschoss befindet sich in der Eingangszone ein Showroom, in dem Produkte direkt aus der Produktion den Kunden vorgeführt werden. Um das zentrale Atrium gruppieren sich auf Eingangsebene verschiedene Besprechungs- und Schulungsräume, sowie auf der Westseite Serviceräume, ein Haustechnikraum und eine Garküche. Das Regenwasser wird unmittelbar in die angrenzende Ifta abgeleitet. Das Dach wurde mit extensiver Begrünung bepflanzt. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Verwaltungsgebäude Pollmeier Das Gebäude wurde als Stahlskelettkonstruktion mit massiven Decken ohne Unterzüge mit Stützen geplant. Die Fassaden bestehen aus vorgefertigten Holzelementen. Zur Erhöhung der inneren Masse, die die Temperaturschwankungen dämpft, wurden auf der Innenseite vorgefertigte Betonplatten vorgesehen. Im Rahmen des innenarchitektonischen Konzepts und zur Verbesserung der Raumakkustik wurden diese z.T. mit Stoff bespannt. Die Fassadendämmung ist nicht in den Holzelementen integriert. Sie wurde nachträglich von außen aufgebracht und mit einer vorgehängten Fassade abgeschlossen. Besondere Beachtung musste bei dieser Konstruktion der Luftdichtheit der Fassade geschenkt werden, da viele Gewerke ineinandergreifen. Das Dach des Atriums besteht aus einer rostartigen Holz-StahlKonstruktion, die mit einer Shedverglasung über dem umlaufenden Baukörper schwebt. Das Hauptdach des Gebäudes wurde als Flachdach ausgeführt. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Verwaltungsgebäude Pollmeier Der Energiebedarf des Gebäudes und der haustechnischen Anlagen wurde im Rahmen des Konzeptes für jede Einsparmaßnahme minimiert. Eine einfache Abluftanlage mit speziellen Zuluftöffnungen sorgt für den hygienisch notwendigen Luftwechsel, wobei eine Abluftwärmepumpe einen Teil der Lüftungswärmeverluste zurückgewinnt und die Warmwasserbereitung unterstützt. Die Abluftanlage wird in den Bürobereichen auch zur nächtlichen Entwärmung des Gebäudes im Sommer eingesetzt. Im Zusammenspiel mit dem Sonnenschutz und der Gebäudemasse wird so auf eine maschinelle Klimatisierung verzichtet. Die Wärmeversorgung erfolgt über die bereits vorhandene werkseigene Holzfeuerungsanlage. Diese wird mit den ohnehin anfallenden Spänen betrieben. Eine PV-Anlage auf dem Dachkranz des Atriums sorgt für einen Teil der benötigten elektrischen Energie. Insgesamt wurde bei der Haustechnik und Beleuchtung auf hohe Effizienz geachtet. Darüber hinaus erhält das Beleuchtungssystem eine tageslichtabhängige Steuerung. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Verwaltungsgebäude Pollmeier Das Gebäude wird über Rippenrohrheizkörper entlang der Außenfassaden und der Verglasung zum Atrium beheizt. Das vollbeheizte Atrium besitzt eine Fußbodenheizung. Die Trennfläche zwischen Atrium und Büroflächen des 1. und 2. OG bildet eine Einfachverglasung. Eine Abluftanlage sorgt für den hygienisch notwendigen Luftwechsel. Die Zuluft strömt ohne Nacherwärmung oder Kühlung über verstellbare Lüftungsgitter oberhalb der Fenster im Bereich der Befestigungen der Außenmarkisen ein. Die Abluft der Büros wird im Deckenbereich der zentralen Serviceblöcke abgesaugt. Die Abluftanlage dient auch zur nächtlichen Entwärmung des Gebäudes im Sommer. Für einen 1,5-fachen Luftwechsel in der Nacht wird ein Unterdruck im Gebäude von etwa 50 Pa realisiert. Pro m3/h Luftvolumenstrom ist dann elektrische Antriebsenergie in Höhe von ca. 0,15 W erforderlich. Im Tagbetrieb sind es bei einem Nennluftwechsel von 0,65 h-1 nur ca. 0,09 W/(m3/h). Der Luftwechsel am Tage wird über Luftqualitätssensoren dem Bedarf angepasst. allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Verwaltungsgebäude Pollmeier glasdach des atriums gruppenbüros photovoltaikanlage allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Verwaltungsgebäude Pollmeier gruppenbüros Hier zeigen sich bereits die ersten Fehler: Das Tageslichtangebot am Arbeitsplatz wird durch die dunkle Oberflächengestaltung von Möbeln, Wänden und Boden stark gemindert. atrium allgemeines beispiele uni siegen I fraunhofer ise I zub I pollmeier energieeffizienz von bürogebäuden Quellen, Hinweise, Links solarbau.de energieundbau.de Bine architektur-und-umwelt.de energie-projekte.de energieagentur nrw pistohl: handbuch der gebäudetechnik zeitschriften: intelligente architektur ait detail ve2004 I marc schraa I 11033864
