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