Fabrik als Passivhaus

Fabrik als Passivhaus
Technikumsanlage, Produktion und Hochregallager als energetische Einheit
Vorwort
Die Einsparung von Heizenergie und Schonung von Ressourcen durch den Bau von Passivhäusern
ist im Industriebau weitgehend unerprobt. Der Neubau der Firmenzentrale von SurTec ist das erste
Gebäude seiner Art in Europa. Es stellt eine ideale Chance dar, gerade in einem sehr komplexen
Betrieb mit vielseitigen Nutzungen energieeffizient zu bauen.
Das Gebäude ist in 3 Hauptbereiche gegliedert, jeweils durch einen Zwischenbereich mit
Erschließungsfunktion getrennt: Lager, Verbindungsgang, Labor/ Produktion, Atrium, Büros. Durch
Zusammenfassung dieser Bereiche innerhalb einer hochwärmedämmenden Hülle soll die
außenluftberührte Oberfläche im Verhältnis zum Volumen minimiert werden.
Eine neu zu entwickelnde Pfosten-Riegel-Fassade soll durch einen k-Wert um 0,8 eine positive
Energiebilanz erreichen und für solare Gewinne eingesetzt werden können.
Die Lüftung soll, über einen Luft- und Erdreichwärmetauscher geregelt, sowohl im Winter der
Auskühlung des Gebäudes wie im Sommer der Überhitzung entgegenwirken.
Durch ein spezielles Dichtigkeitskonzept sollen unkontrollierte Luftbewegungen und Verluste
minimiert werden. Die Eigenarten eines produzierenden Betriebes stellen hierbei eine besondere
Herausforderung dar.
Die Bauherrin
Die SurTec GmbH entwickelt, produziert und vertreibt Produkte und Verfahren für die
Oberflächentechnik,
d.h.
industrielle
Reinigung
sowie
Vorbehandlung,
Veredelung
und
Nachbehandlung von metallischen Oberflächen in der Galvanotechnik.
SurTec
Produkte
werden
in
der
Automobilfertigung,
der
Bauindustrie,
in
der
Elektro-,
Elektronikindustrie, in der Luftfahrt und im Maschinenbau eingesetzt. Prinzipien, die SurTec für Ihre
eigenen Produkte verfolgt, wandte sie auch bei der Entscheidung für ein
Passivhaus als
Neubau an: Wissenschaftliche Herangehensweise, ö
kologische Verantwortung und
Mut zu Neuem.
Die Bauaufgabe: „Fabrik als Passivhaus“
Die Fabrik als Passivhaus, ein Gebäude für 50 Mitarbeiter in Entwicklung, Verwaltung und
Produktion entsteht derzeit in Zwingenberg an der Hessischen Bergstraße. Zwingenberg liegt
zwischen den derzeitigen Standorten und bietet neben der Nähe zum Verkehrsknotenpunkt
Frankfurt eine ausgesprochen hohe Qualitä
t durch sein historisches Zentrum. Nicht
unerwä
hnt bleiben darf, daßes sich bei dem Baugrundstü
ck nicht um ein gewö
hnliches
Gewerbegebiet handelt, sondern um ein sehr schwieriges Reststü
ck zwischen einem
angrenzenden Mischgebiet, der Hauptbahnlinie Frankfurt-Mannheim und der B 3.
Aus der Grundstü
cksgeometrie heraus ließsich die fü
r Passivhä
user bisher ü
bliche
Sü
dausrichtung nicht verwirklichen. Dennoch sollte dies der Ausfü
hrung als
Passivhaus nicht entgegenstehen.
Das rä
umliche Konzept
Das
Gebäude
gliedert
sich
in
3
Teile,
jeweils
durch
einen
Zwischenbereich
mit
Erschließungsfunktion getrennt: Lager - Verbindungsgang - Labor/ Produktion - Atrium - Büros.
Lager:
Kleines Hochregallager mit ca 2000 Palettenplätzen, in 3 Gassen auf 7 Lagerebenen aufgeteilt. Im
nördlichen Bereich in unmittelbarer Nachbarschaft zur LKW-Andienung ist das Lagergebäude in der
Vertikalen in 4 Ebenen geteilt. Ebene -1 = Blocklager Leergebinde, Ebene 0 = Warenausgang,
Warenumschlag, Ebene 1 = Wareneingang, Ebene 2 = Produktionsvorbereitung.
Nach Osten hin schließt ein Verbindungsgang an, der zur Belichtung der Produktion dient. Im
Norden und im Süden befinden sich am Ende jeweils ein Treppenhaus. Im Norden liegt zusätzlich
der Schacht für einen Vertikalförderer, der die Hauptverbindung für den automatischen
Warenumschlag zwischen den Geschossen darstellt (kein Personenaufzug). Im mittleren Bereich
befindet sich eine produktionsinterne Verbindung zwischen den Geschossen KG (Ebene -1) und
1.OG (Ebene +2). Der Verbindungsgang wird begrünt.
Produktion:
Das Produktionsgebäude schließt an den Verbindungsgang an. Die Produktionsaufgabe erfolgt im
1.OG (Ebene +2), das Abfüllen wird im EG (Ebene 0) vorgenommen. Dazwischen hängen die
Mischer, die weitestgehend fest in ein Verrohrungssystem zur Vermeidung von internen
Luftverunreinigungen eingebunden sind.
Unter der Produktion befinden sich im KG Tanklager, Faßlager (Leergebinde) und technische
Anlagen. Hierzu zählen Abwasserbehandlung, Luftwäscher und Absauganlage, Wärmetauscher,
Vakuumverdampfer
zur
Prozesswasserregeneration,
Haustechnik
wie
Wasserabschluß,
Abwasseranschluß
, Elektroanschluß
, Sprinklerzentrale. Im Sü
den schließ
t ein 220 m3
fassender Behälter für die Wasserbevorratung der Sprinkleranlage an.
Im EG befinden sich südlich der Produktion die Sanitärräume der Produktion und Büros für die
Produktionssteuerung. Darüber im 1.OG liegt der Bereich Technikumsanlage, der dem Labor
zugeordnet ist. Hier werden Praxistests gefahren und Muster bearbeitet. Eine interne Treppe
verbindet hier die Produktionsebene mit der Laborebene.
Labor:
Über der Produktion befindet sich im 2. OG der Laborbereich. Im Norden ist ein Großraumlabor
angelegt, in der Mitte liegen einzelne Räume wie Werkstatt, Bereich für Naßtests und WCs. Im
Süden befindet sich das Analytiklabor mit einem Raum für das Rasterelektronenmikroskop, der
dunkel sein muß und nur zum zeitweiligen Aufenthalt dient. Das Labor- und Produktionsgebäude ist
wie das Lagergebäude im Kellergeschoß als eine nach WHG abgedichtete „weiße“ Wanne
ausgebildet und bildet eine konstruktive Einheit.
Atrium:
Östlich an das Labor- und Produktionsgebäude schließt das überdeckte Atrium an. Es dient der
Haupterschließung zwischen Labor, Büros, Konferenz- und dem Eingangsbereich. Das Atrium ist
als Glashaus aufgebaut, dient der Belichtung der Produktion, als großzügiger transparenter
Aufenthaltsbereich auch für Pausenzeiten und Veranstaltungen und im wesentlichen auch der
solaren Energiegewinnung im Winter.
Das Gesamtgebäude ist sehr kompakt aufgebaut (geringe Außenwandfläche/Volumen), sodaß
Wärmeverluste minimiert und gleichzeitig hohe thermische Energiegewinne durch Solarstrahlung auf
das gläserne Atrium nutzbar gemacht werden können (Passivhauskonzept). Das Atrium ist
größtenteils intensiv begrünt und stellt damit eine klimatische Ausgleichszone mit hohem
Die Verwaltung schließt über sehr offen gestaltete Bereiche (kpl. Sprinklerschutz) an das Atrium an
und ist über drei Geschosse geführt. Die Grundrisse sind so gestaltet, daß einzelne Bereiche je
nach Bedarf unterteilt werden können. Im Erdgeschoß liegen i
Konferenzrä
ume, die eine hö
here Raumhö
he als die Bü
ros im Sü
den aufweisen
(Proportionen) und sich zu einem groß
en Konferenzbereich verbinden lassen. Nö
rdlich
schließ
t eine Toilettenanlage an, sü
dlich ein ü
ber alle Geschosse offener und verglaster
Bereich für Cafeteria mit Küche. Hier besteht die Möglichkeit, nach Osten auf eine Terrasse am
Teich zu gelangen, um in der warmen Jahreszeit die Außenbereiche nutzen zu können.
Während sich das Lager als Schallschutz und Großform neben der Bahnlinie behauptet, ist das
Gebäude nach Osten hin verkleinert und untergliedert. Dadurch entsteht eine angemessene
Proportion zu den anliegenden Wohngebieten. Da der Konferenzbereich angeschü
wird, ist in der Geschossigkeit eine zurü
ckhaltende Wirkung gegeben. Positiver
„Neben“-effekt ist hier der geringere Wä
rmeverlust in erdberü
hrten Bereichen. Die
Dachflä
chen sind alle extensiv begrü
nt, der Auß
enbereich mit Ausnahme der Vorfahrt im
Süden und der LKW- Andienung im Norden ist ebenfalls standortgerecht begrünt.
2
Lager incl. Verbindungsgang
Produktion/Labor/Technikum
Atrium/Cafeteria
Bü
ros
Nebengebäude
Summe
) umbauter Raum (m3)
1507
13208
1618
718
580
8178
3817
2737
110
440
4423
28380
Planungs- und Realisierungsstand
Der Baubeginn wurde auf Anfang Dezember 1998 gelegt, da neben der bauordnungsmäßigen
Höheneinschränkung das Grundwasser von unten her begrenzende Wirkung auf das Gebäude hatte.
Ziel war, im Moment des Tiefststandes eine aufwendige und im sandigen Boden sehr
kostenintensive Wasserhaltung zu vermeiden, was auf den Zentimeter genau
gelang. An die Ausfü
hrung der WU-Wanne schlossen die Arbeiten am
Erdreichwä
rmetauscher und am ü
brigen Rohbau in Massivbauweise an. Ddie
Rohbauarbeiten wurden im Spä
tsommer 1999 abgeschlossen. Parallel zum Aufbau
des Hochregallagers innerhalb des als fast vollstä
ndig geschlossenen
Lagerbereiches wurde die Gebä
udehü
lle im Sinne der thermischen und dichtenden
Hü
lle errichtet. Die Lochfenster, die Dä
mmung der Auß
enwä
nde, die Dachdä
mmung- und
Eindichtung erfolgte nach Gebä
udeabschnitten. Die neuentwickelte Pfosten-RiegelKonstruktion der Fassade verzö
gerte sich in der Montage, sodaßerst im Februar
2000 die wesentlichen Teile der Gebä
udehü
lle geschlossen werden konnten.
Dennoch gelang es schon im Januar 2000 das Produktions- und Lagergebä
ude in
den
wesentlichen
Ausbaugewerken
fertigzustellen.
Insbesondere
die
chemikalienbestä
ndige Bodenbeschichtung der Produktion, die zum Einbringen eine
Mindest-Oberflä
chentemperatur des Betonbodens von 8°C benö
tigte, konnte dank der
in diesem Gebä
udeteil schon vorhandenen Auß
endä
mmung unter Zuhilfenahme von
Einzelheizkö
rpern aufgebracht werden, obwohl die Scheiben zwischen
Produktionsgebä
ude und Atrium nur in Einfachverglasung ausgefü
hrt wurden, da das
Atrium ja spä
ter innerhalb der thermischen Hü
lle sich befindet. Derzeit ist der
Innenausbau in vollem Gange, die Verputzarbeiten sind im wesentlichen
abgeschlossen und der „Feinschliff“ beginnt. Die Fö
rdertechnik fü
r Lager und
Produktion steht vor der Inbetriebnahme und die Außenarbeiten können durchgeführt werden.
Das Passivhauskonzept als innovative Optimierungsmaß
n ahme
Angestrebt wird die Verwirklichung eines echten Passivhauskonzeptes, und zwar nicht nur für den
Büroteil – wofür es bereits erste Beispiele gibt – sondern für den gesamten Bereich von den Büros
angefangen über die chemischen Labors und der Produktion bis hin
zum Lager. Hier sind nicht
nur eine hochwertige Dä
mmung und Anschü
ttungen mit Erdreich geplant, sondern
auch ein besonders anspruchsvolles geregeltes Zuluft-/Abluftsystem mit
Wä
rmetauschern (Labors und Produktion mü
ssen stä
ndig abgesaugt werden, dadurch
entstehen völlig andere Anforderungen als im normalen Wohn- oder Bürohaus).
Auf eine konventionelle Heizungsanlage soll verzichtet, Abwärme aus technischen Prozessen
möglichst vollständig genutzt werden. Besonders geeignete Materialien, spezielle technische
Verfahren, Rechenmodelle und nicht zuletzt Aufwand-Nutzenrechnungen sind die zu erwartenden
Ergebnisse dieses Projektes.
Im Unterschied zu bisherigen Passivhauskonzepten handelt es sich hier um Industriebau, nicht um
Wohnbau, es ist das erste Industriebauprojekt überhaupt. Nicht nur das winterliche Energiesparen,
sondern auch energiesparender sommerlicher Wärmeschutz trägt a
-Minimierung bei. Die hohe Integration von Anlagen
verschiedenartiger thermischer Beanspruchung (Nutzung Bü
ro, Labor, Produktion,
Lager, Versand in einer Klimahü
lle) stellt besondere Anforderungen, ermö
glicht jedoch
auch die Einbeziehung des eigentlichen Produktionsprozesses in das energie- und
2
ressourcensparende Konzept.
Passivhausbau und Ästhetik schließen sich nicht aus: Ein Passivhaus kann anspruchsvoll
ästhetisch gestaltet sein; unter der Beachtung der technischen Regeln für ein Passivhaus bestehen
vielfältige Möglichkeiten für gute Architektur. Als Industrieunternehmen ist die SurTec GmbH zudem
von Natur aus bestrebt, die energetischen Ziele mit möglichst geringem ökonomischen Aufwand zu
erreichen.
Konzeptionelle Maß
nahmen und Komponenten
Die wesentlichen Komponenten lassen sich benennen mit den Stichworten Kompaktheit (großes
Volumen bei kleiner Oberfläche), Lösung der Belichtungsproblematik bei dicht aneinanderliegenden
Gebäudeteilen durch überglaste Bereiche, maximale Tageslichtnutzung und Reduzierung der
Außenluftberührung durch Erdeinbindung von Bauteilen.
Hochwertige, 20cm starke umweltverträgliche Wärmedämmung auf größtenteils mineralischer
Basis,
hochwärmegedämmtes
passivhaustauglichen
Pfosten/
Dach,
Super-Wärmeschutzverglasung,
Riegelkonstruktion,
hochwärmegedämmte
Entwicklung
einer
Verladeeinrichtung,
sommerlicher Wärmeschutz durch natürliche und künstliche Verschattung, Außenliegender
Sonnenschutz, Extensive Dachbegrünung, Fassadenbegrünung zur natürlichen Verschattung.
Geregelte
Luftführung,
Wärmetauscher
Erdreich
+
Gegenstrom,
hocheffiziente
Wärmerückgewinnung, Energieeinsparung durch Prozeßsteuerung und Energieregeneration im
Produktionsbetrieb, Nutzung innerbetrieblicher freier Wärme, Nutzung der Erdkühle zum
Temperaturschutz
im Sommer, Qualitä
tssicherung der Luft durch Begrü
nung/
Befeuchtung sowohl im Verbindungsgang (Produktion) als auch im Atrium (Bü
ro und
Labor). Nutzung eines hohen Anteils an natü
rlichem Licht in Bü
ro, Labor und
Produktion, vollautomatisches Hochregallager komplett gekapselt.
Planungsmaß
nahmen
Ausarbeitung eines ökologischen Gesamtkonzeptes, Entwicklung von qualitativ hochwertigen
Lösungen im Detail (Vermeidung von Wärmebrücken, Dichtigkeitskonzept), Entwicklung einer
neuartigen und auf die Belange des Baherren abgestimmten Prozeßsteuerung, Entwicklung der
Regelung lufttechnischer Einrichtungen (Steuerung, Wärmetauscher, Erdreichwärmetauscher),
Regenwassernutzungskonzept, Konzept zur Prozesswassernutzung.
Forschungsmaß
nahmen
Begleitung der Planung bzw. Auswertung der Planung durch die Technische Universität Darmstadt,
Aufstellen von Kosten/ Nutzenberechnungen, Effizienzbetrachtung, Ermittlung der Material- und
Energieinhalte auf Konstruktionssysteme bezogen statt einzelbauteilorientiert,
Simulation der
Material- und Energieströ
me ü
ber verschiedene Nutzungsdauer, meß
technische
Untersuchung und Soll/Ist-Vergleich, Entwicklung eines Kriterienkataloges fü
r die
Nutzung der Passivbauweise im Industriebau, Messung der Wirksamkeit natü
rlicher
Verschattung
durch
Begrünung,
Entwicklung
einer
neuartigen
Bauwerksdokumentation
(Gebäudepaß), der neben technischen Angaben auch alle im Hinbilck auf eine Kreislaufführung
relevanten stofflichen Informationen enthält.
Zur Zeit befindet sich das Bauvorhaben in der Ausbauphase und die Bezugsfähigkeit ist für Sommer
2000 gegeben. In einigen Bereichen ist noch Entwicklungsarbeit zu leisten. Die Auswertung wird
dann zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen.
Die Kosten
Die
Kostengegenüberstellung
Finanzierungsrisiken
ausführbar
zeigt,
ist.
daß
ein
Derzeit
Passivhaus
beträgt
2
Baumaßnahme incl. Nebenkosten unter 2.000.- DM / m
der
dieser
Größenordnung
Investitionskostenanteil
für
ohne
die
Nutzflä
che. Auf den umbauten Raum
bezogen sind dies ca. 300.- DM / m . Diese Betrachtung beinhaltet die Kostengruppen 300
3
und 400 nach DIN 276, ausgenommen die Fördertechnik, das vollautomatische Hochregallager und
die speziellen Einrichtung der Produktion und der chemischen Labors.
Der Forschungs- und Entwicklungsanteil liegt hier vor allem in der Planungsleistung, obwohl die
Kosten für thermisch optimierte Komponenten im allgemeinen deutlich höher sind als
Intelligentes Bauen hat etwas mit einfachem Bauen zu tun. Dies bedeutet den Verzicht auf
aufwendige „Spielereien“ und die Besinnung auf das Notwendige. Materialien sollen ihren
verzichtet. So
wird beispielsweise im Produktionsbereich auf Verputz verzichtet, was allerdings
vom Planer und den ausfü
hrenden Rohbauern wesentlich mehr Sorgfalt erfordert.
Schlichte und klare Formen stellen eine groß
e Kostensparmaß
nahme dar. Der
Verzicht auf Rundungen sowie stä
ndig hin- und herspringende Ecken und Kanten
kann wirksam zu Einsparungen fü
hren, ohne daßauf hohen ä
sthetischen Anspruch
Möglichkeiten entsprechend eingesetzt werden, auf unnötige Kunststückchen wird
Fazit
Sicherlich stellt eine der größten Herausforderungen auch gleichzeitig das größte Problem dar.
Derzeit existiert auf dem Markt fast nichts, was für ein Passivhaus im Gewerbebau von der Stange
weg einsetzbar wäre. Konfrontiert hiermit ist erst einmal der Planer,
der durch eine erhebliche
Mehrarbeit Lö
sungen entwickeln muß
. Diese sind dann in bauphysikalischer Hinsicht
zu prü
fen, bevor sie ä
sthetisch bearbeitet werden kö
nnen. Grundsä
tzlich liegen die
Lö
sungsansä
tze fü
r alle Details vor. Allerdings ist die Akzeptanz auf dem Markt noch recht
schwach. Hier können sich auch kleinere Firmen profilieren und haben die Chance, durch das
Nischenprodukt Passivhauskomponente zum großen Anbieter zu werden.
Der Planer ist in daher besonders gefragt. Er trägt oft einen Teil des Risikos für die Ausführung mit.
Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Handwerkerschaft im allgemeinen ausgesprochen konservativ
ist, ja zuweilen ausgesprochen fortschrittsfeindlich auftritt.
Nur durch das schreiben von
unzä
hligen genau abgrenzenden Freistellungen konnten wir einen „normalen“
Herstellungsablauf garantieren. Hier gilt es zu erwä
hnen, daß oft aufwendige
Lö
sungsansä
tze mehrfach parallel bis in die Detailierung verfolgt werden muß
ten, da
der Markt auf Innovation sehr langsam reagiert und der Bauherr den berechtigten
Anspruch hat, nicht durch die Entwicklung eines Passivhauses auf sein Objekt lä
nger
als ü
blich warten zu mü
ssen. Es gab immer wieder Firmen, die versuchten, durch
Ablehnung von Gewä
hrleistung aus Grü
nden der Neuartigkeit in eimem Detailpunkt
der geforderten Ausfü
hrung vollumfä
nglich aus der Verantwortung herauszukommen.
Dies konnte jedoch in allen Fä
llen vermieden werden. Der Bauherr behä
lt seinen,
uch sowohl gegen die ausführenden Firmen, als auch gegenüber seinem
Architekten.
Von den Kosten her betrachtet stellt das Passivhaus auch im Industriebau dem Normalbau
gegenüber eine ernsthafte Konkurrenz dar. Dies insbesondere, weil noch viele Möglichkeiten wie
z.B. die der Massenfertigung von passivhaustauglichen Komponenten noch nicht
ausgeschö
pft
sind. Der Mehrpreis in der Investition amortisiert sich ü
ber die deutlich reduzierten
Betriebskosten. Eine Betrachtung auf 20 Jahre lä
ß
t das Passivhaus schon derzeit als
Kostensenkungsmodell
verkaufen.
Betrachtet
man
10
Jahre
als
Abschreibungszeitraum, so ergeben sich ebenfalls Kostenvorteile. Sicherlich ist ein solches
Bauwerk heute noch nicht mit einer auf 3 bis 5 Jahre abzuschreibenden Blechhalle konkurrenzfähig.
Doch wird Architektur immer mehr zum Ausdruck eines firmenpolitischen Selbstbewußtseins,
welches neue Märkte und eine positiv besetzte Präsenz erschließen kann. Nimmt man die
Automobilindustrie als Vorreiter, so kann man hier schon beobachten, wie Umweltgifte
aus den
Spezifikationen gestrichen werden, um das Produkt Auto positiv darstellen zu
kö
nnen. Ein aufmerksamer Kunde erkennt, ob eine solche Philosophie in einer Firma
durchgehend ist und wird dies positiv verbuchen. Dies sind geldwerte Vorteile, die
in den Amortisationsrechnungen von Passivhäusern noch nicht ermittelt sind. Aber es ist
beruhigend zu wissen, daß man nicht nur etwas für die Umwelt tut, sondern auch einen
wirtschaftlichen Vorteil erzielen kann.