Passivhaus Objektdokumentation

Passivhaus
Objektdokumentation
Endgültiger Dienstsitz des Bundesumweltministeriums,
Stresemannstraße, Berlin
Verantwortlicher
Passivhausplaner
Dipl.-Ing. (FH) Michael Pfister
Müller-BBM GmbH
Schöneberger Str. 15
www.muellerbbm.de/bau.html
10963 Berlin
Das Gebäude wurde im Auftrag des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung, Berlin errichtet. Es
handelt sich um einen unterkellerten Massivbau, der an das ebenfalls vom Bundesumweltministerium
genutzte Bestandsgebäude angrenzt. Die Fassaden des Gebäudes sind überwiegend nach Norden
orientiert.
Besonderheiten:
Realisierung des Passivhausstandards trotz Nordorientierung und
starker baulicher Verschattung, Ausführung von Vakuumisolations-
paneelen im Bereich der Fensterbrüstungen, Nutzung einer Abwasserwärmepumpe
U-Wert Außenwand
0,11 - 0,135 W/(m²K)
PHPP Jahres-
U-Wert Kellerdecke
0,14 W/(m²K)
Heizwärmebedarf
U-Wert Dach
0,11 W/(m²K)
PHPP Primärenergie
U-Wert Fenster
0,75 W/(m²K)
Wärmerückgewinnung
83 %
12,4
kWh/(m²a)
88 kWh/(m²a)
Drucktest n50
1
0,1 h-1
1
Kurzbeschreibung der Bauaufgabe Endgültiger
Dienstsitz des BMU, Stresemannstraße, Berlin
Das Gesamtprojekt besteht aus einem hochwertig sanierten Bestandsgebäude und
einem unmittelbar daran angrenzenden Neubau. Der Neubau wurde als Passivhaus
geplant und ausgeführt. Die Abgrenzung zwischen Passivhaus und
Bestandsgebäude ist in Abschnitt 2, Bild 7 erkennbar.
Die vorliegende Dokumentation bezieht sich ausschließlich auf den Neubau. Der
Neubau wurde massiv in Stahlbeton errichtet und beinhaltet zwei Untergeschosse
und fünf oberirdische Geschosse. In den oberirdischen Geschossen befinden sich
Büroräume, Besprechungsräume und ein Atrium (der sogenannte „Nordhof“). Durch
die Umwandlung des ursprünglich als offenen Hof geplanten Raumes in ein Atrium
wurde die wärmeübertragende Hüllfläche des Gebäudes erheblich vermindert und so
eine Realisierung des Gebäudes als Passivhaus erst ermöglicht. Die Büro- und
Besprechungsräume grenzen an das Atrium an.
Bei dem Projekt gelang trotz der innerstädtischen und damit baulich stark verschatteten Lage und der überwiegenden Nordorientierung des Gebäudes die Realisierung
des Gebäudes als Passivhaus.
2
Ansichtsfotos Neubau Bundesumweltministerium
Das Deckblatt enthält ein Übersichtsbild des Gebäudes.
Bild 1:
Südwestseite Passivhaus. Im 5. Obergeschoss ist eine Loggia als Aussichtspunkt ausgebildet (obere linke Gebäudeecke), welche thermisch durch eingefügte Porenbetonsteine vom darunter liegenden Baukörper getrennt ist (Quelle: Müller-BBM).
2
Bild 2:
Nordostfassade (Fassade zur Erna-Berger-Straße); hier ist die Fuge zum Kopfbau
noch mit einem Gerüst versehen. Im obersten Geschoss ist wieder die Loggia als Aussichtsbalkon erkennbar. (Quelle: Müller-BBM)
Bild 3:
Nordostfassade, Ausschnitt: Fenster mit Spiegelung der unmittelbar gegenüber liegenden Nachbarbebauung, Festerbrüstungen, wärmegedämmte, hinterlüftete Fassade mit
vorgehängten Betonfertigteilplatten. (Quelle: Müller-BBM)
3
Bild 4
Exemplarische Innenaufnahme des Atriums („Nordhof“), Blick nach oben mit angrenzender Innenfassade des Bestandsgebäudes. (Quelle: Müller-BBM)
Bild 5:
Innenaufnahme des Atriums, 5. Obergeschoss (Quelle: Müller-BBM)
4
3
Bild 6:
Schnittzeichnung Bundesumweltministerium
Querschnitt durch den Neubau des Bundesumweltministeriums
Erkennbar ist der Neubauriegel (links), der überdachte Nordhof und das angrenzende Bestandsgebäude (rechts). Die Überdachung des Nordhofes und Umwandlung in ein Atrium erfolgte vor dem Hintergrund, die wärmeübertragende Hüllfläche
des Gebäudes weitest möglich zu reduzieren. Die Konzeption des Atriums ermöglicht
eine intensive natürliche sommerliche Belüftung. Die an den Nordhof angrenzenden
Büroräume erhalten eine mechanische Zuluftversorgung. Die Abluft dieser Räume
strömt dann frei über in den Innenwänden integrierte schallgedämpfte Überströmöffnungen in den Nordhof und wird dort von der Lüftungsanlage abgesaugt. Die
Lüftungsanlage mit hocheffiziente Wärmerückgewinnung steht im Kellergeschoss.
Zur Ausarbeitung des Lüftungskonzeptes und zur Ermittlung der sommerlichen und
winterlichen Temperaturverhältnisse im Atrium wurden umfangreiche thermische Gebäudesimulationen durchgeführt.
5
4
Grundrisse Neubau des Bundesumweltministeriums
Passivhaus (Neubau)
Bestandsgebäude
Bild 7:
Grundriss Regelgeschoss; die rote gestrichelte Linie zeigt die Trennung zwischen
dem als Passivhaus errichteten Neubau und dem Bestandsgebäude
Erkennbar ist links der dreieckförmige Kopfbau. Angrenzend ein Foyer, durch das ein
über alle Geschosse hindurchgehender und mit dem Nordhof in Verbindung stehender Raumverbund entsteht. Bei der langen Fassadenseite handelt es sich um die
Nordfassade. Entlang der Nordfassade sind die Büroräume positioniert, welche über
den sich zwischen Nordhof und den Büroräumen befindlichen Flur erschlossen
werden. Zwischen dem Flur und dem Nordhof befinden sich luftdurchlässige Holzlamellen.
6
5
Konstruktionsdetails der Passivhaushülle und
Haustechnik
5.1
Konstruktion der Kellerdecke
Aufgrund der Errichtung des Gebäudes in Stahlbeton und der sechsgeschossigen
Bauweise konnte das Erdgeschoss konstruktiv nicht vom unbeheizten Keller getrennt
werden, so dass Wärmebrücken hier nicht zu vermeiden waren. Zur Minderung
dieser Wärmebrücken wurde eine umfangreiche flankierende Wärmedämmung auch
an den Kellerinnenwänden ausgeführt.
Bild 8:
Minimierung von Wärmebrücken und Kellerdeckenaufbau am Fußpunkt des
aufsteigenden Mauerwerks.
Zu einer weiteren Minderung der Wärmeverluste führte die aus konstruktiven
Gründen erfolgte außenseitige Dämmung der Untergeschosse, die einen etwas
höheren Ansatz der Temperatur des Kellers ermöglichte. Die oben stehende Grafik
zeigt exemplarisch die bei der Berechnung der Wärmebrückenverlustkoeffizienten
berücksichtigte Geometrie. Trotz der flankierenden Wärmedämmung der Außenwand
musste hier ein Wärmebrückenverlustkoeffizient von ca. Ψ = 0,8 W/(mK) berücksichtigt werden, d. h. der Anspruch einer wärmebrückenfreien Bauweise war hier
konstruktionsbedingt nicht umsetzbar.
Aufbau der Kellerdecke:
Kellerdecke
200 mm Stahlbeton; darunter 300 mm Mineraldämmplatte, verklebt und verdübelt,
Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit λ = 0,045 W/(mK)
7
U-Wert
0,14
W/(m²K)
5.2
Konstruktion der Außenwände
Fassaden mit vorgehängten, hinterlüfteten Betonwerksteinplatten
Die Außenwand der Obergeschosse besteht aus einer 250 mm dicken Stahlbetonwand mit einer außenseitigen, im Minimum 200 mm dicken Wärmedämmung aus
kaschiertem Faserdämmstoff, Luftschicht und vorgehängten Betonwerksteinplatten.
Bild 9:
Außenfassade mit vorgehängten Betonwerksteinplatten, Ansicht von Außen.
Um die durch die Verankerung der Betonwerksteinfassade entstehenden Wärmebrücken zu quantifizieren, erfolgten Finite-Elemente-Wärmebrückenberechnungen.
Das nächste Bild zeigt exemplarisch ein hierbei generiertes numerisches Modell der
Verankerungskonstruktion.
8
Bild 10:
Im Zuge der Berechnung des Wärmebrückenverlustkoeffizienten generiertes
numerisches Modell der Fassadenplattenanker
Im Rahmen von Wärmebrückenberechnungen generiertes numerisches Modell der
Fassadenplattenanker der Betonwerksteinfassade; dargestellt sind hier die
Zuganker. Aufgrund des geringen Querschnitts der Anker betrug der Wärmebrückenverlustkoeffizient ca. χ = 0,015 W/K.
Außen- Vorgehängte hinterlüftete Betonwerksteine, Luftschicht, 250 mm Wärmedämmung
(im Mittel) aus Mineralfaserdämmstoff, Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit
wand
λ = 0,035 W/(mK), Stahlbetonwand, Spachtelung
U-Wert
0,14
W/(m²K)
Fassaden mit WDVS
Im Bereich von architektonisch weniger exponierten Flächen wurde ein 30 cm dickes
Wärmedämmverbundsystem ausgeführt.
Außen- 15 mm mineralischer Putz, 300 mm Wärmedämmung aus Mineralfaserdämmstoff,
wand
Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit λ = 0,035 W/(mK), Stahlbetonwand,
Spachtelung
9
U-Wert
0,11
W/(m²K)
5.3
Konstruktion inkl. Dämmung des Daches
Bei dem Dach handelt es sich um ein Warmdach mit Gefälledämmung und einem
Gefälle von 2 %. Als Dämmstoff kam Polystyrol-Hartschaum zum Einsatz. Die mittlere Dämmstoffdicke betrug 350 mm. Zur Veranschaulichung ist mit nebenstehender
Grafik ein Auszug aus dem vom Verfasser im Zuge der Planung erstellten
Bauteilkatalog mit integrierter schematischer Darstellung des Dachaufbaus eingefügt
wurde.
Endgültiger Dienstsitz BMU - Bauteilkatalog
Pos.:
D-DA 4
D - Passivhaus
Bauteil:
Flachdach, begrünt als Warmdach mit Gefälledämmung
Anforderung:
Verkehrslast, allgemein: p = 2,0 KN/m²
(von oben nach unten)
1
... mm
Begrünung
2
... mm
Abdichtung nach Vorgaben Architekt
3
≥ 350 mm
i.Mittel
4
5 mm
Gefälledämmung, Gefälle g ≥ 2 %, Wärmedämmung aus expandiertem PolystyrolHartschaum(EPS) gemäß DIN EN 13163, Anwendungstyp gemäß DIN 4108-10 DAAdh, Außendämmung von Dach, Dämmung unter Abdichtung, hohe Druckbelastbarkeit,
Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit gemäß DIN 4108-4 λ ≤ 0,035 W/(m K)
Dampfsperre in Form einer Bitumen-Schweißbahn gemäß DIN 52131,
Produkt: Bitumen-Schweißbahn AL+V60 S5 mit Aluminiumbandeinlage und
Glasvlieseinlage 60 g/m2 o. glw.
5
--
6
... mm
ggf. bituminöser Voranstrich
Stahlbetondecke
1
2
3
4
5
6
Bemerkungen:
Vor der Ausführung ist ein Nachweis zu erbringen, dass eine ausreichende Sicherung gegen das Abheben durch
Windsogkräfte gegeben ist.
10
Eine bautechnische Besonderheit stellt die Konstruktion der Loggia im dreieckigen
Kopfbau im 5. OG dar. Hier verläuft der Fußbodenaufbau des Balkons, d. h. die
Dachebene ein Geschoss tiefer, zwischen dem 4. und 5. OG. Um Wärmebrücken
zwischen dem luftdurchspülten Freibereich und dem darunter liegenden Büroraum zu
vermeiden, wurde hier die Stahlbetonaußenwand des 5. OG auf einem umlaufenden
Mauerwerksstreifen aus Porenbeton aufgestellt.
Bild 11:
Aufstellung der Außenwände der Loggia im Kopfbau, 5. OG auf
Porenbetonstreifen.
Erkennbar ist hier der hellere, umlaufende Mauerwerksstreifen aus Porenbeton. Der
Mauerwerkstreifen befindet sich in der späteren Dachebene.
Dach
Abdichtung, 350 mm Gefälledämmung aus PS-Hartschaum, Bemessungswert der
Wärmeleitfähigkeit λ = 0,040 W/(mK), Dampfsperre, Stahlbetondecke
11
0,11
W/(m²K)
5.4
Fensterschnitte inkl. Einbauzeichnung
Stahlfenster, Erdgeschoss
Bild 12:
Holzfenster, Obergeschosse
Bild 13:
Schema der Stahlfenster mit
außenseitig überdämmten
Rahmenkonstruktionen
(Horizonalschnitt)
Prinzipdarstellung der Holzfenster der
Obergeschosse, hier exemplarisch:
Vertikalschnitt im Übergangsbereich an
die mit Vakuumsiolationspaneelen
gedämmte Fensterbrüstung
Die Wärmedurchgangskoeffizienten der Verglasungen und Rahmenprofile variieren
bei den sich in Bezug auf Funktion, Größe und Konstruktion unterscheidenden
Fenstern und Fassadenelementen. Es kamen i.d.R. Verglasungen mit einem
Wärmedurchgangskoeffizienten von Ug = 0,6 W/(m²K) zur Ausführung. Die
Wärmedurchgangskoeffizienten der Rahmen lagen u.a. bei Uf = 0,95 W(m²K)
(Stahlfenster) bzw. Uf = 1,3 W(m²K) (Holzfenster).
Bei dem Gebäude wurden sowohl im Bereich der Holzfenster der Obergeschosse
(Timm Fensterbau, Berlin) als auch im Bereich der Fassadenkonstruktionen und
Stahlfenster der Erdgeschosse (Fa. Dörnhöfer, Kulmbach) technisch anspruchsvolle
Konstruktionen ausgeführt. Im Bereich der Fenster wurde der geforderte Wärmeschutz u. a. durch die Verwendung von Vakuumisolationspaneelen im Bereich der
12
Fensterbrüstungen realisiert. Im Bereich der Stahlfenster des Erdgeschosses wurden
die Rahmenkonstruktionen außenseitig zusätzlich überdämmt, um die gewünschten
niedrigen Wärmedurchgangskoeffizienten realisieren zu können.
Daten zu den Fenstern
Fenster Dreifach-Wärmeschutzglas mit Edelgasfüllung. In den Obergeschossen massive
Holzfensterrahmen, Ausführung der Fensterbrüstungen mit Vakuumisolationspaneelen. Im Erdgeschoss Stahlfenster mit außenseitig überdämmten Rahmen
5.5
UW = 0,75
W/(m²K)
Beschreibung der luftdichten Hülle; Dokumentation des
Drucktestergebnisses
Aufgrund der Größe des Gebäudes und des Anschlusses des Gebäudes an das Bestandsgebäude wurde bereits im Zuge der Passivhausplanung ein Konzept zur
Überprüfung der Luftdichtheit erstellt. Dieses Luftdichtheitskonzept sah die konsequente Prüfung der Luftdichtheit der an die Hüllfläche angrenzenden Volumina des
Gebäudes und eine entsprechende Ausbildung von temporären Schottkonstruktionen
vor. Die zeitliche Integration der Luftdichtheitsprüfungen in den Bauablauf wurde mit
dem Architekten, der Bauleitung und der Projektsteuerung abgestimmt. Im Rahmen
der Planung wurde eine Ausschreibung für die Luftdichtheitsmessungen ausgearbeitet. Die Luftdichtheitsmessungen wurden vom Ingenieurbüro Dr. Flohrer, Berlin
durchgeführt. Als Ergebnis der Messungen wurde ein Luftdichtheitskennwert von
n50 = 0,1 1/h nachgewiesen.
5.6
Lüftungsplanung, Kanalnetz (exemplarisch) und natürliche
Belüftung
Die Belüftung der Büroräume erfolgt über im Hohlraumboden verlegte Zuluftkanäle,
von dort strömt die Zuluft in die Büroräume ein. Von den Büroräumen aus strömt die
Luft weiter über schallgedämpfte Türlabyrinthe in den vorgelagerten Flur. Dieser
steht wiederum luftoffen mit dem Atrium in Verbindung, aus dem die gesammelte
Fortluft abgesaugt und dem Wärmetauscher zugeführt wird.
13
Bild 14:
Innerhalb des Bodenaufbaus verlegte Lüftungsleitungen
Bei den im Bild erkennbaren Leitungen handelt es sich um Lüftungsleitungen (flache
Leitungen) und sonstige Installationsleitungen. Erkennbar ist ein aus schallschutztechnischen Gründen ausgeführtes Massivschott unter einer Trennwandachse.
Der Hohlraumboden ist noch nicht verlegt.
Im Sommerfall ist eine natürliche Belüftung des Gebäudes möglich. Um
einen guten sommerlichen Wärmeschutzes und eine hohe sommerliche
Behaglichkeit zu erzielen, wurden
entsprechende Möglichkeiten für eine
intensive Durchlüftung des Gebäudes
realisiert. Hierzu stehen großflächige
Be- und Entlüftungsöffnungen zur
Verfügung. Zur Dimensionierung dieser Be- und Entlüftungsöffnungen und
zur Entwicklung des Lüftungskonzeptes wurden unabhängig von den
PHPP-Berechnungen umfangreiche
thermische Gebäudesimulationen
durchgeführt. Das nebenstehende Bild
veranschaulicht exemplarisch die
Belüftung des Atriums während der
frühen Morgenstunden.
Bild 15: Konzept der Belüftung des Atriums
Die Einströmung der Zuluft erfolgt durch öffenbare, witterungsgeschützte Klappen im
Bereich der Zufahrt. Abströmöffnungen wurden im Bereich der vertikalen Aufkan14
tungen des Glasdaches realisiert. Die Büroräume können über geöffnete Fenster als
auch zu dem während der Nachtzeit ausgekühlten Innenhof entwärmt werden.
5.7
Lüftungsplanung Zentraleinheit / Typ / Kennwerte
Bei dem verwendeten Wärmetauscher handelt es sich um den Typ Accubloc,
Fa. Polybloc AG. Im Rahmen der PHPP-Berechnung wurde ein Wärmerückgewinnungsgrad von 83 % (Herstellerangabe abzüglich 12 Prozentpunkte) berücksichtigt.
5.8
Wärme- und Energieversorgung
Bei der Wärme- und Energieversorgung des Gebäudes
Demonstrationszwecken mehrere Quellen zur Anwendung:
kamen
u. a.
zu
• Nutzung einer Brennstoffzelle
• Nutzung der im öffentlichen, in der Stresemannstraße verlegten Mischwasserkanal
enthaltenen Wärme durch eine Wärmepumpe
• Nutzung von durch Kraft-Wärme-Kopplung erzeugte Fernwärme (Vattenfall)
•
PHPP-Berechnungen
Die PHPP-Berechnungen zum Neubau des BMU erfolgten auf Grundlage des
Passivhausprojektierungspaketes PHPP 2007.
15
6
PHPP-Berechnungen
Die
PHPP-Berechnungen
erfolgten
auf
Grundlage
des
Passivhausprojektierungspaketes PHPP 2007. Sämtliche PHPP-Berechnungen
wurden vom Unterzeichner durchgeführt.
16
7
Baukosten, Baujahr
Aus wirtschaftlicher Sicht stellt der Neubau eine Einheit mit dem angrenzenden,
sanierten Bestandsgebäude dar. Die für den Neubau und das Bestandsgebäude
anfallenden Baukosten belaufen sich gemäß [2] auf eine Höhe von 67,4 Mio. Euro.
Der Zeitraum der Planungs- und Bauzeit erstreckt sich von 2004 bis 2011. Das Gebäude wurde im Juni 2011 bezogen.
8
Projektbeteiligte
• Bauherr:
Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung, Fasanenstraße 87, 10623 Berlin
• Architekt Leistungsphase 1 bis 8:
Jürgen Pleuser Gmpa Architekten, Droysenstraße 7, 10629 Berlin
• Architekt Leistungsphase 8 bis 9:
Anderhalten Schwabe Generalplanung GmbH Köpenicker Str. 48-49 D-10179
Berlin
• Thermische Bauphysik, Energieberatung, Thermische Gebäudesimulationen:
Passivhausprojektierung und Bauakustik:
Müller-BBM GmbH, Niederlassung Berlin, Herr Dipl.-Ing. (FH) Michael Pfister
Schöneberger Straße 15, 10963 Berlin
• Tragwerksplaner: Wetzel & von Seht, Wielandstraße 26, 10707 Berlin
• Projektsteuerung: ARCADIS Deutschland GmbH, Oranienplatz 4, 10999 Berlin
• Planer Technische Gebäudeausrüstung:
Hyderconsulting GmbH Deutschland, Stralauer Allee 2a, 10245 Berlin
und
GT-Plan GmbH, Herzbergstraße 94, 10365 Berlin
• Blower-Door-Messungen/Thermografie:
MF Dr. Flohrer, Beratende Ingenieure GmbH, Langobardenallee 12, 14052 Berlin
• Holzfenster:
Hans Timm Fensterbau GmbH & Co Kg, Motzener Straße 10, 12277 Berlin
• Metallfassaden:
Fa. Dörnhöfer Stahlbau – Metallbau, Am Kreuzstein 15, 95326 Kulmbach
17
9
Erfahrungen, Qualitätssicherung, Monitoring
Zum derzeitigen Zeitpunkt liegen (neben der obligatorischen Luftdichtheitsprüfung)
Ergebnisse zur Qualitätssicherung in Form einer Betrachtung des Gebäudes durch
Infrarot-Thermografiemessungen Dr. Flohrer vor (siehe Projektbeteiligte). Dabei
konnte die prinzipielle Eignung und Funktionsfähigkeit der wärmeschutztechnischen
Maßnahmen nachgewiesen werden; unplanmäßige Schwachstellen in der Gebäudehülle wurden nicht festgestellt.
10
Literatur und weitergehende Informationen
[1] Weitere Informationen zum Neubau des Bundesumweltministeriums verfügbar
unter:
http://www.bmu.de/mediathek/fotogalerien/bauvorhaben_bmu_berlin/doc/35933.
php
[2] „Gebaute Nachhaltigkeit - Der Berliner Dienstsitz des Bundesumweltmisteriums“
Hrsg: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU),
Mager, Schulz, Weigand, Juni 2011
Dipl.-Ing. (FH) Michael Pfister
18