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Kurztitel: EBS-Neubau Ulm - Energon
Förderkennzeichen: 0335007G
Status: Abgeschlossen
Laufzeit: 06/2001 bis 04/2006
Themen: Neubau von Einzelgebäuden, Heizen, Lüften, Kühlen, Gebäudebetrieb & Gebäudeautomation, Betriebsführung & Energiemanagement, Abwärmenutzung, Solarstrom, Wärme aus Erdreich, Grundwasser, Abwasser, Monitoring & Bilanzierung, Wirtschaftlichkeitsanalysen, Betriebsoptimierung
Standort: Lise-Meitner-Straße 14, Ulm, Baden-Württemberg
Innovation: Das Gebäude nutzt Betonkerntemperierung zur Heizung und Kühlung. Auf den Flachdachbahnen sind einlaminierte amorphe Solarzellen für eine PV-Anlage aufgebracht.
Schlagworte:

Quintessenz

  • Nichtwohnungsbau-Pionierprojekt in Passivhausbauweise mit Betonkernaktivierung für Heizung und Kühlung
  • Betonkernaktivierung für erdwärmegestützte Kühlung des Gebäudes im Sommer und Außenluftvorerwärmung im Winter
  • Bivalente Nutzung der 40 Erdsonden unterstützt die Regeneration des Erdreichs
  • Primärenergieverbrauch für Heizung, Kühlung, Lüftung und Beleuchtung liegt bei 81 kWh/m2a
  • Thermische Trägheit des Betonkerns erfordert ausgeklügeltes Regelungskonzept

Das "Energon" war mit rund 8.000 Quadratmetern Geschossfläche zum Zeitpunkt der Errichtung eines der größten nach Passivhausstandard geplante Bürogebäude. Es setzt auf ein ausgeklügeltes Lüftungskonzept und wird mit regenerativ erzeugter Kälte und Wärme aus dem Erdreich und einer weitgehend auf Biomasse basierten Fernwärme versorgt. Das Gebäude kann den Anspruch des Investors einlösen und bietet neben hohem Nutzerkomfort auch eine viel beachtete Architektur.

Projektkontext

Eines der großen Aussenbüros des Energon Gebäudes

© Software AG Stiftung

Das Atrium des Energon Gebäudes versorgt die innen liegenden Büros mit Tageslicht.

© Software AG Stiftung

Das Gebäude in Ulm bildet den Kopf einer Gebäudezeile im „Science Park II“. Die Software AG Stiftung als Investor des neuen Bürogebäudes formulierte auch ökologische Ziele für die Immobilie. In einem beschränkt ausgelobten Wettbewerb für Planungsteams wurde für das Bürogebäude der Passivhaus-Standard gefordert. Hoher Komfort und ein gehobenes Ambiente bei wirtschaftlicher Bauweise waren weitere Vorgaben. Mit dem Bauvorhaben wurde das bislang größte Bürogebäude nach Passivhauskonzept errichtet.

Weitere Abbildungen

Eines der kleinen, zum Atrium ausgerichteten Innenbüros des Energon Gebäudes.

© Software AG Stiftung

Die zweiteilige Jalousiestellung bewirkt einen effektiven Blendschutz am Computerarbeitsplatz während Tageslicht an die Decke reflektiert wird.

© Steinbeis-Transferzentrum Energietechnik

Forschungsfokus

Mit dem Bauvorhaben Energon wurden das Konzept und die Planungsphilosophie des Passivhauses konsequent auf ein Bürogebäude übertragen. Der praktizierte integrale Planungsansatz optimiert das Zusammenspiel von Architektur, Nutzungsanforderungen, Komfort, Energieeinsatz und minimiert danach konsequent alle Lasten an der Quelle, ohne die geforderten Qualitäten zu gefährden. Die notwendigen Energiedienstleistungen wurden mit hoher Effizienz unter Berücksichtigung regenerativer Energien erfüllt. Im Anschluss an die Bauphase erfolgte ein über zwei Jahre andauerndes Monitoring, um das Gebäude- und Energiekonzept zu überprüfen.

Konzept

Gebäudekonzept

Das Atriumdach samt Sparrenkonstruktion in der Rohbauphase.

© Steinbeis-Transferzentrum Energietechnik

Perimeterdämmung der schwimmend gelagerten Bodenplatte

© Steinbeis-Transferzentrum Energietechnik

Der symmetrische, kompakte Baukörper mit fünf Geschossen hat eine räumlich gekrümmte Fassade. Ein großzügiges, glasüberdachtes Atrium bildet das Zentrum des Gebäudes. Stege und Treppen sowie zum Atrium orientierte, offene Bereiche in den einzelnen Etagen lassen es zum kommunikativen Mittelpunkt werden. Außerdem dient es zur Belüftung und Tageslichtnutzung. Durch eine gezielte Abstimmung des Brandschutz- und Klimakonzepts war keine Abschottung der Büroräume zum Atrium hin notwendig.

Das Gebäude ist eine Stahlbetonskelett-Konstruktion mit Fassaden aus vorgefertigten Holzelementen mit weitgehend gleichen Abmessungen. 20 cm Dämmstärke unter der Bodenplatte, 35 cm in der Fassade, bis zu 50 cm im Dach sowie eine Dreifach-Wärmeschutzverglasung in wärmegedämmten Rahmen tragen zu einer sehr guten Dämmung bei. Ein Glasflächenanteil von 44% der Gebäudehülle hält solare Lasten gering und garantiert dennoch eine gute Tageslichtnutzung.

Energiekonzept

Das Energon-Gebäude verfügt über eine dachbahnintegrierte PV-Anlage auf der Süd und Nord-West-Seite.

© Steinbeis-Transferzentrum Energietechnik

Das Gebäude nutzt in erster Linie Betonkerntemperierung zur Kühlung und Heizung. Dafür sind Kunststoff-Rohrregister mit einer Fläche von rund 5.000 m2 in 10 cm Abstand von den Deckenunterseiten verlegt. Zur Temperierung ragen die 40 Erdwärmesonden etwa 100 m tief in die Erde. Wasser strömt darin in einem geschlossenen Kreislauf von Erdwärmesonden und Registerrohren. Das Erdreich wirkt so als Wärme- bzw. Kältespeicher.

Aufgrund der großflächigen Aktivierung reichen bereits sehr kleine Über- bzw. Untertemperaturen aus, um das gut gedämmte und energetisch optimierte Gebäude zu heizen oder zu kühlen. Im Winter genügen häufig die internen Gewinne des Gebäudes. Muss das Wasser für die Betonkerntemperierung nachgeheizt werden, so erfolgt dies vorrangig über Abwärme der Kompressionskälteanlagen für Server- und Lebensmittelkühlräume. Den übrigen Heizenergiebedarf deckt Fernwärme.

Die thermische Trägheit des Betonkerns verlangt ein differenziertes Regelungskonzept. Unter Einbezug von Raum-, Decken- und Wassertemperatur wird die notwendige Pumpenlaufzeit ermittelt, um den Betonkern optimal zu laden. Eine Einzelraumregelung ist nicht möglich. Ergänzt wird die Betonkerntemperierung durch ein Lüftungskonzept: Außenluft wird in einem 28 m langen Erdkanal zur Zuluftzentrale geleitet und dort je nach Bedarf aus den Erdwärmesonden weiter gekühlt oder erwärmt. Im Heizfall wird die aus der Abluft zurück gewonnene Wärme genutzt. Bei sehr kalten Außentemperaturen kann die Luft mit Fernwärme weiter nachgeheizt werden.

Die konditionierte Zuluft wird zunächst ins Atrium geleitet. Von dort strömt sie durch schallgedämmte Überströmöffnungen in den Atriumfassaden bzw. durch Luftkanäle in den Betondecken zu den außen liegenden Büros. Bei Bedarf kann das Atrium über Rauch-Wärme-Abzugsklappen natürlich gelüftet werden; alle Büro- und Aufenthaltsräume haben Fenster, die man öffnen kann. Die Abluft wird in den Büroräumen aktiv abgesaugt und zur Abluftzentrale auf dem Dach geleitet.

Weitere Abbildungen

Schema der technischen Gebäudeausrüstung

© Ingenieurbüro ebök, Tübingen

Vereinfachtes Energieflussdiagramm.

© Steinbeis-Transferzentrum Energietechnik

Die Lage der Erdwärmesonden und Schächte rund um das Energon.

© Steinbeis-Transferzentrum Energietechnik

Ein Ansaugkanal, der als Erdreichwärmetauscher fungiert. Wasser strömt darin in einem geschlossenen Kreislauf von Erdwärmesonden und Registerrohren.

© Steinbeis-Transferzentrum Energietechnik

Performance und Optimierung

Warmluftpolster unter dem Glasdach des Atriums

© Steinbeis-Transferzentrum Energietechnik

Bauherr und Nutzer sind mit dem Gebäude und dem Arbeitsplatzkomfort sehr zufrieden. Der Primärenergieverbrauch lag 2005 bei 81 kWh/m2a. Bezieht man die Einspeisung der gebäudeeigenen PV-Anlage, reduzierte er sich um 5 kWh/m2a. Aufgrund leer stehender Räume fehlten in der Energiebilanz hier zunächst die internen Wärmegewinne. Weil die nicht genutzten Räume andauernd verschattet waren fehlten auch die solaren Gewinne. Nach rechnerischer Korrektur der Raumlufttemperatur und der internen und externen Wärmegewinne ergibt sich für den Heizwärmeverbrauch mit 12,3 kWh/m2a eine punktgenaue Landung auf den Planungswert. An sonnig-heißen Tagen bildet sich in der obersten Zone des überdachten Atriums ein Warmluftpolster, welches zu einer erhöhten Wärmebelastung für das oberste Geschoss führt. Durch Ablüften über die RWA-Klappen oder Absaugung des Wärmeluftpolsters könnte diese Wärmebelastung vermieden werden.

Wirtschaftlichkeit

Die 40 Erdwärmesonden stellten bei langfristiger Gesamtkostenbetrachtung die wirtschaftliche von drei untersuchten, konkurrierenden Systemvarianten der Energieversorgung dar und zeigen die mit Abstand kleinste CO2-Emission dieser Varianten. Das Erdreich wird durch Wärmezufuhr im Sommer und Wärmeentzug im Winter zielgerichtet regeneriert. Ausstattungsqualität und thermischer Komfort dienen dem Investor als Vermietungsargument. Im Mietvertrag wird eine Obergrenze für Nebenkosten zu Heizung, Kühlung und Belüftung von 0,75 €/m2 garantiert. Für den Gebäudebetrieb liegen die Stromkosten von Energon etwa 10% über dem Durchschnitt anderer Gebäude (OSCAR von Jones Lang LaSalle). Hingegen betragen die Kosten für Heizung/ Fernwärme weniger als ein Drittel im Vergleich zu konventionellen Gebäuden. Auch die Kosten für Wartung und Objektbetreuung liegen für Energon etwa 10% (2005) unter dem Durchschnitt.

Projektkenndaten

Gebäudekenndaten

Bauherr, Investor Software AG Stiftung
   
Gebäudetyp Bürogebäude in Stahlbetonskelett-Konstruktion mit vorgehängten Holzfassadenelementen
   
Zeitangaben  
Baujahr des Gebäudes 2002
Planungsbeginn 04.2000
Fertigstellung 10.2002
   
Flächengrößen/Maße  
Bruttogrundfläche (nach DIN 277) 8.266 m²
Beheizte Nettogrundfläche (für Nichtwohngebäude, in Anlehnung an DIN 277) 6.911 m²
Bruttorauminhalt 32.223 m³
Hauptnutzfläche AN (nach EnEV) 5.412 m²
A/V-Verhältnis (ggf. vor / nach Sanierung) 0,22 m²/m³

Energiekenndaten

Energiekennwerte Bedarf  
Energiekennwerte nach EnEV, d.h. nach DIN 4108-6 bzw. DIN 18599 berechnet. Bezugsfläche ist jeweils die beheizte Nettogrundfläche nach DIN 277.  
   
Neubau
Heizwärmebedarf (Nutzenergiebedarf Wärme) 12 kWh/m²a
Primärenergie Gesamt 67 kWh/m²a
   
Energiekennwerte gemessen Verbrauch  
Bezugsfläche ist jeweils die beheizte Wohnfläche (Wohngebäude) bzw. die beheizte NGF für Nichtwohngebäude. Primärenergiefaktoren nach DIN 4701-10.  
   
Neubau
Heizwärmeverbrauch 21,7 kWh/m²a
Gesamt-Endenergieverbrauch 46,8 kWh/m²a
Primärenergie Gesamt 81 kWh/m²a
   
weitere spezifische Verbrauchsdaten für Beleuchtung, Klima, Lüftung etc.  
   
Neubau
Strom für Lüftung 8,6 kWh/m²a
Strom für Beleuchtung 7,2 kWh/m²a
Pumpenstrom für Kühlung mit Erdwärmesonden 0,9 kWh/m²a

Kostenkenndaten

Baukosten  
Kosten netto nach DIN 276 bezogen auf die Bruttogrundfläche (BGF) nach DIN 277  
   
Kosten für die Baukonstruktion [KG 300] 889 EUR/m²
Kosten für die Technischen Anlagen [KG 400] 327 EUR/m²
Es handelt sich um eine Kostenfestellung  
   
Kosten für den Betrieb  
Betriebskosten netto nach DIN 18960 (KG 300) bezogen auf die Bruttogrundfläche (BGF) nach DIN 277  
   
Betriebskosten gesamt 2005 26,76 EUR/m²
   
weitere Nutzungskosten für 2004 inkl. Casino:  
Strom Gebäudebetrieb (exklusive Beleuchtung und Büroanwendungen) 4,7 EUR/m²
Fernwärme 1,61 EUR/m²

Letzte Aktualisierung: 1. Juli 2011

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