Menü

Quintessenz

  • Regenwasserzisterne als Wärmequelle und -senke für Adsorptionswärmepumpe sehr effektiv
  • Kühlung des Gebäudes inklusive Serverräume erfolgt direkt über das Regenwasser
  • Zielwerte für den Wärmebedarf erreicht; Stromverbrauch lag 2013 um 90 Prozent über den Planungswerten.
  • fehlerfreie Umsetzung des Regelungskonzeptes stellt hohe Ansprüche an die Baubeteiligten
  • Dämmung teilweise mit Vakuumisolationspaneelen (VIP)

Mit dem Neubau erweitert die Fachhochschule Erfurt ihren traditionsreichen „Grünen Campus“ um ein besonders energieeffizientes Lehr- und Laborgebäude. Unter Nutzung von Fernwärme als Antrieb einer Adsorptionswärmepumpe gelingt die kombinierte Nutzung einer Regenwasserzisterne als regeneratives Wärme- und Kältereservoir und die Abwärmenutzung der zentralen EDV-Technik. Das neue Gebäude ist der Auftakt für die Fachhochschule Erfurt zu einem CO2-neutralen Campus.

Projektkontext

Mit diesem Gebäude soll der 13 Hektar umfassende „Grüne Campus“ der FH Erfurt um einen modernen Neubau erweitert werden. Es handelt sich um ein neues Hörsaal- und Laborgebäude für die Fakultät Gartenbau, Landschaftsarchitektur und Forst. Damit wurde auch architektonisch die Fusion der Fachrichtungen Gartenbau und Landschaftsarchitektur mit den Fachrichtungen Forstwirtschaft und Ökosystemmanagement vollzogen. Auf Basis einer in der Folge vom Büro PAD Baum + Freitag + Leesch vorgelegten Entwicklungskonzeption wurde im Jahr 2000 das Büro Gerber Architekten aus Dortmund mit der Entwurfsplanung beauftragt. Dann geriet das ganze Projekt ins Stocken. 2008 schließlich wurde das Projekt wieder aufgegriffen und vom Bauherrn neue, ambitioniertere Zielvorgaben für das Gebäude- und Energiekonzept gesetzt. In enger Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der FH Erfurt konzipierten Architekten und Fachplaner ein richtungweisendes Gebäude mit energieoptimiertem Gebäudekonzept. Der Freistaat Thüringen führte das Bauprojekt nach den Maßgaben der öffentlichen Vergabepraxis aus.

Motiviert durch die hohe Qualität des Gebäudes entschloss sich der Bauherr, an der Pilotzertifizierung des BNB für Unterrichtsgebäude teilzunehmen. Das Prädikat „Silber“ wurde mit der Note 1,74 erreicht.

Blick von Süden auf das Hörsaalgebäude

© Thüringer Ministerium für Bau, Landesentwicklung und Verkehr, Jürgen Norwig

Der Hörsaaltrakt in Nordost-Ansicht

© IBIT, Institut für bauwerksintegrierte Technologien, FH Erfurt

Forschungsfokus

Wie bei allen EnOB-Modellprojekten wird das Gebäude mit der Inbetriebnahme einem intensiven wissenschaftlichen Monitoring unterzogen. Dazu werden alle wesentlichen Stoff- und Energieströme über einen Zeitraum von zwei Jahren erfasst und bilanziert.

Ein besonderes Augenmerk gilt der Interaktion zwischen den verschiedenen Komponenten des Energiesystems. Der Schlüssel zu einem optimalen Zusammenspiel wird in der passgenauen Gestaltung der Raum- und Anlagenautomation gesehen. Es soll untersucht werden, ob das in der Planung definierte Automatisierungskonzept einen energieeffizienten Betrieb gewährleisten kann. Insgesamt werden 3.000 Datenpunkte aus dem Gebäude mit einer minütlichen Auflösung ausgewertet.

Mit der Nutzung einer Regenwasserzisterne als Wärmequelle und Wärmesenke wird das Potenzial dieser innovativen Anwendung untersucht. Speziell für die mit Fernwärme angetriebene Adsorptionswärmepumpe soll auf Basis der gemessenen Energieströme genauer ermittelt werden, ob sich durch deren Einsatz ökonomische und primärenergetische Vorteile ergeben. Ebenso werden die Abwärmenutzung aus der zentralen EDV-Technik, das Raumklima sowie die Nutzerzufriedenheit eingehend untersucht.

Lageplan

© Gerber Architekten, Dortmund

Konzept

Gebäudekonzept

Die Verknüpfung von Gebäude und Landschaft und die Einbindung des Neubaus in die bestehenden Strukturen waren Grundlage für die architektonische Entwurfskonzeption. Der dreigeschossige Neubau befindet sich im rückwärtigen Teil zweier Altbauten, die künftig als Seminar- und Verwaltungsgebäude genutzt werden.

Zwischen den Bestandsgebäuden und dem Neubau entstehen Hofsituationen, die entlang des eigentlich unter Terrainhöhe liegenden Geschosses des Neubaus abgesenkt sind. Die Räume können sich so mit großzügigen Öffnungen nach außen orientieren und natürlich belichtet werden. Der Hörsaal, die öffentlichen Bereiche im Untergeschoss des Neubaus und die bestehende Cafeteria im Altbau erhalten dadurch eine neue Aufenthaltsqualität, dies wird unterstützt durch den begrünten Hof mit terrassierten Sitzstufen.

Der Neubau tritt insgesamt nur zweigeschossig in Erscheinung und wahrt damit die Proportionen zu den vorhandenen Gebäuden. Ein eingeschossiger Verbindungsgang, der sich aus dem Neubau entwickelt, führt zwischen den beiden Altbauten hindurch zu einem gemeinsamen Haupteingang.

In dem Gebäude sind 18 Büros untergebracht sowie 54 PC-Arbeitsstationen. In den beiden Hörsälen und den drei Seminarräumen finden insgesamt 208 Studierende Platz.

Auf einer Nutzfläche von fast 1.000 Quadratmetern nutzen 665 Studenten und Mitarbeiter der Fakultät das Gebäude.  Ein hochwertiges Raumangebot mit Seminar- und Arbeitsräumen zwei Hörsälen, zwei Laborräumen und einem Computer-Pool lädt an einen Ort ein, der mehr ist als ein Ort der Wissensvermittlung: Das Hochschulgebäude eignet sich bereits heute als Forschungsobjekt für Studierende im Sinne einer projektorientierten, den Prinzipien der Nachhaltigkeit verpflichtenden Lehre.

Blick auf die Dachterrasse, die für Veranstaltungen genutzt wird.

© IBIT, Institut für bauwerksintegrierte Technologien, FH Erfurt

Der Hörsaal bietet Platz für 100 Studierende. Die großen Fensterflächen erlauben eine gute Versorgung mit Tageslicht.

© IBIT, Institut für bauwerksintegrierte Technologien, FH Erfurt

Weitere Abbildungen

Der Verbindungsgang zwischen Neu- und Bestandsbau in Nordansicht

© IBIT, Institut für bauwerksintegrierte Technologien, FH Erfurt

Blick ins Foyer des Gebäudes. Es verbindet die drei Geschosse und stellt den Mittelpunkt des Neubaus dar.

© IBIT, Institut für bauwerksintegrierte Technologien, FH Erfurt

Ein typischer Büroraum. Beheizung und Kühlung erfolgt über thermisch aktivierte Deckenelemente, die Lüftung individuell über öffenbare Fensterflügel.

© Thüringer Ministerium für Bau, Landesentwicklung und Verkehr, Jürgen Norwig

Ein Raum für Seminarunterricht, studentische Projektarbeit und Planungslabor

© IBIT, Institut für bauwerksintegrierte Technologien, FH Erfurt

Energiekonzept

Der Primärenergiebedarf sollte 50 kWh/m² nicht übersteigen und damit den Grenzwert der EnEV um mehr als 50% unterbieten. Dies wird durch einen konsequenten Wärmeschutz sowie durch einen abstimmten Mix verschiedener Energietechnologien tatsächlich erreicht.

Die komplette Gebäudehülle  wurde sehr gut gedämmt. Neben der Fassade mit einem U-Wert von 0,166 und dem Dach mit 0,133 sind auch alle Bauteile gegen Erdreich sehr gut gedämmt (0,132 bis 0,166). Die hohen Anforderungen an die Fenster und Pfosten-Riegel-Konstruktion lassen sich mit einer dreifach verglasten Holz-Aluminium-Konstruktion erfüllen. Für die transparenten Flächen ist ein U-Wert von 1,0, ein g-Wert von 0,58 und ein flexibler, außen liegender Sonnenschutz mit einem resultierenden Gesamt-g-Wert von 0,145 vorgesehen.

Eine sehr effektive Maßnahme für die Primärenergieeinsparung ist dabei die Adsorptionswärmepumpe, welche über Fernwärme angetriebenen wird und eine Regenwasserzisterne als regenerative Wärmequelle nutzt. Ein Grundwasserbrunnen dient hierbei als ergänzendes Backup-System. Das System funktioniert so: Das Regenwasser wird aus der Zisterne in das Gebäude gefördert, dort wird - mit einem Platten-Wärmeübertrager - die nötigte Wärme entzogen und das Wasser anschließend wieder in die Zisterne geleitet. In Kombination mit einer per Fernwärme angetriebenen Adsorbtionswärmepumpe wird die Wärmeenergie aus der Zisterne auf ein nutzbares Temperaturniveau gehoben. Die Adsorptionswärmepumpe arbeitet mit Wasser als Kältemittel und einem mit Silikagel beschichtetem Adsorber. Sie entzieht der Regenwasserzisterne die Wärme bis zu etwa 8°C. Das Gebäude wird direkt mit Fernwärme beheizt, sobald die Leistung der Wärmepumpe aufgrund zu geringer Regenwassertemperaturen nicht mehr ausreicht. Die Kühlung des Gebäudes erfolgt direkt über das kühle Regenwasser. Auf den Einsatz einer konventionellen Kompressionskältemaschine kann also verzichtet werden. Auch die Abwärme der EDV-Technik wird im Winter zu Heizzwecken genutzt. Eine konventionelle Kühlung des Serverraums mittels Kompressionskältemaschine kann damit entfallen.

Die Wärmeübertragung im Raum wird mittels thermoaktiver Bauteilsysteme (TABS) in Form abgehängter Decken realisiert. Hiermit ist sowohl ein Heiz– als auch ein Kühlbetrieb möglich. Gesonderte Heizkörper unter den Fenstern werden nicht benötigt. Die großen Wärmeübertragungsflächen gestatten höhere Kühlmedien- und niedrigere Heizwassertemperaturen zur Gewährleistung eines behaglichen Raumklimas und hoher Energieeffizienz.

Im Bereich der Baukonstruktion kommen Vakuum-Isolier-Paneele (VIP ) zum Einsatz, um an neuralgischen Punkten Wärmebrücken zu vermeiden.
Die Hörsäle und Labore werden mittels mechanischer Lüftungsanlagen, mit einem Wärmerückgewinnungssystem und mit drehzahlgeregelten Ventilatoren, in Abhängigkeit von der Raumluftqualität betrieben. Die Belüftung der Einzelbüros erfolgt individuell über Fensterlüftung.

Die verschiedenen Teilsysteme werden in ein übergreifendes Regelungskonzept integriert. Der Gebäudebetrieb soll konsequent und laufend an den tatsächlichen Bedarf angepasst werden. Hierbei werden Präsenz- und Luftqualitätssensoren sowie schnell regierende Heiz- und Kühlelemente eingesetzt.

Zur Beleuchtung kommt im Bereich der Verkehrsflächen LED-Technik zum Einsatz.

Energieschema für Heizen- und Kühlen

© IBIT, Institut für bauwerksintegrierte Technologien, FH Erfurt

Weitere Abbildungen

Im Foyer wurden in der Bauphase Kapillarrohrmatten in die Böden verlegt, denn wegen der großzügigen Verglasung müssen hohe solare Einträge abgeführt werden.

© IBIT, Institut für bauwerksintegrierte Technologien, FH Erfurt

Die Deckenelemente wurden soeben thermisch aktiviert zur Raumbeheizung. Die Thermografie zeigt, wie sich die Elemente nach und nach erwärmen.

© IBIT, Institut für bauwerksintegrierte Technologien, FH Erfurt

Die hydraulischen Verteiler zur Ansteuerung der verschiedenen thermisch aktivierten Bauteilsysteme.

© IBIT, Institut für bauwerksintegrierte Technologien, FH Erfurt

Die Adsorptionswärmepumpe ist zentrale Komponente im Energiekonzept des Gebäudes.

© IBIT, Institut für bauwerksintegrierte Technologien, FH Erfurt

Neben Decken und manchen Fußböden sind hier auch die Wände thermisch aktiviert. Deutliche Markierungen weisen auf thermisch aktivierte Flächen hin.

© IBIT, Institut für bauwerksintegrierte Technologien, FH Erfurt

Rückseite eines thermisch aktivierbaren Deckenelementes mit Aussparungen für hydraulischen Anschlüsse

© IBIT, Institut für bauwerksintegrierte Technologien, FH Erfurt

Blick auf die Deckenunterkonstruktion kurz vor Installation der thermisch aktivierten Deckenelemente

© IBIT, Institut für bauwerksintegrierte Technologien, FH Erfurt

Performance und Optimierung

Die Erfahrungen im ersten Betriebsjahr 2013 zeigen, dass die installierten Heiz- und Kühlflächen trotz der niedrigen Temperaturdifferenzen für ein behagliches Raumklima sorgen. Die Nutzer sind mit dem Gebäude zufrieden. Allerdings sind die vom Normalfall abweichenden Gebäudefunktionen offensichtlich erklärungsbedürftig.

Im ersten Betriebsjahr erreichte das Gebäude die Zielwerte für den Wärmebedarf. Im Gegensatz dazu lag der Verbrauch elektrischer Energie in diesem Zeitraum um 90 Prozent über den Planungswerten. Allein der Strombedarf für Beleuchtung überschreitet den Planungswert um 200 Prozent.

Nach einer ersten Optimierung erreicht die Wärmepumpe nun eine thermische Arbeitszahl von 1,15, was einer Verbrauchsreduktion von 13 Prozent entspricht. Der Strombedarf für den Betrieb der Umwälzpumpen des Wärmepumpensystems ist nicht zu vernachlässigen. Weitere Optimierungspotenziale sollen im weiteren Projektverlauf erschlossen werden.

Die Kühlung der EDV-Räume erreicht elektrische Arbeitszahlen von 9 bis 15. Die Regenwasserzisterne und das Grundwasser werden als regenerative Kälte also sehr effektiv genutzt.

Während der Inbetriebnahme des Gebäudes wurden teils gravierende Fehler in den Komponenten der Gebäudetechnik, der Sensorik sowie bei der Umsetzung des Regelungskonzeptes festgestellt. Beispielsweise gab es einen Defekt der Adsorptionswärmepumpe, es kam zum Ausfall von Wärmemengenzählern, einzelne Geräte waren falsch angeschlossen, die Messdaten der CO2-Sensoren in den Unterrichtsräumen waren fehlerhaft und auch die Betriebsführung entsprach nicht dem geplanten Konzept. Rückblickend wird deutlich, dass vor allem die Integration der innovativen Komponenten und eine fehlerfreie Umsetzung des Automations- und Regelungskonzeptes sehr hohe fachliche und zeitliche Ansprüche an die Baubeteiligten stellt.

Bohrung eines Grundwasserbrunnens. Aus zwei Saug- und Schluckbrunnen wird Grundwasser in Verbindung mit einer Adsorptionswärmepumpe zu Heiz- oder Kühlzwecken genutzt.

© IBIT, Institut für bauwerksintegrierte Technologien, FH Erfurt

Eine 2.500 Kubikmeter Regenwasser fassende Zisterne wird als Umweltenergiequelle angezapft. Sie dient der regenerativen Kühlung und – in Verbindung mit der Adsorptionswärmepumpe – zur Beheizung des Gebäudes.

© IBIT, Institut für bauwerksintegrierte Technologien, FH Erfurt

Projektkenndaten

Gebäudekenndaten

Konstellation: Who is who?  
Bauherr Freistaat Thüringen, Thüringer Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Kultur
Investor Freistaat Thüringen gefördert aus Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung
Betreiber Fachhochschule Erfurt, Dezerant Bau und Liegenschaften
Nutzer Fachhochschule Erfurt, Fakultät Landschaftsarchitektur, Gartenbau und Forst
   
Gebäudetyp Universitäts- und Laborgebäude
   
Baujahr des Gebäudes 2012
Fertigstellung 2012
Inbetriebnahme 2012
   
Flächengrößen/Maße  
Bruttogrundfläche (nach DIN 277) 2.237 m²
Beheizte Nettogrundfläche (für Nichtwohngebäude, in Anlehnung an DIN 277) 1.844 m²
Bruttorauminhalt 8.889 m³
A/V-Verhältnis (ggf. vor / nach Sanierung) 0,43 m²/m³

Energiekenndaten

Energiekennwerte Bedarf        
Neubau / nach … vor Sanierung  
Heizwärmebedarf (Nutzenergiebedarf Wärme) 57,08 kWh/m²a  
Primärenergie Wärme 25,59 kWh/m²a  
Primärenergie Gesamt 61,25 kWh/m²a  
         
Energiekennwerte gemessen (Verbrauch)        
Neubau / nach … vor Sanierung  
Endenergie Strom (Bilanzraum nach DIN V 18599) 29,00 kWh/m²a  
Endenergie Strom gesamt 45,81 kWh/m²a  
Endenergie Wärme 38,60 kWh/m²a  
Primärenergie Strom und Wärme (Bilanzraum nach DIN V 18599) 82,18 kWh/m²a  
Primärenergie Gesamt 125,89 kWh/m²a  
         
weitere spezifische Verbrauchsdaten für Beleuchtung, Klima, Lüftung etc.        
Neubau / nach … vor Sanierung  
Strom für künstliche Beleuchtung 12,78 kWh/m²a  
Strom für RLT-Anlagen 9,79 kWh/m²a  
Strom für Pumpen einschließlich Erschließung Umweltenergien 3,50 kWh/m²a  

Kostenkenndaten

Baukosten bzw. Sanierungskosten        
Kosten für die (Sanierung der) Baukonstruktion [KG 300] 1.257 EUR/m²    
Kosten für die (Sanierung der) Technischen Anlagen [KG 400] 486 EUR/m²    
         
Nutzungskosten        
Neubau / nach … vor Sanierung  
Energiekosten gesamt 10,00 EUR/m²a  
Heizenergie gesamt 3,00 EUR/m²a  
Strom gesamt 7,00 EUR/m²a  

Letzte Aktualisierung: 29. März 2017

Thematisch verwandte Publikationen

Thematisch verwandte Projekte

Energetische Sanierung einer Plattenbau-Typenschule
Gebäude

Passivhaus-Standard

Energetische Sanierung einer Plattenbau-Typenschule

Die zweiflügelige Typenschule in Plattenbauweise mit Aula und Turnhalle stammt aus 1974. Das Sanierungsprojekt versteht sich als Vorbild für andere Schulen, denn der…

Gebäude

Mehr erfahren