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Laufzeit: 01/2003 bis 05/2009
Standort: Englerstraße 7, 76131 Karlsruhe
Themen: Sanierung von Einzelgebäuden, Heizen, Lüften, Kühlen, Tageslicht & Beleuchtung
Innovation: Neu entwickeltes Sonnenschutzelement aus Glas mit zwischenliegendem Streckmetall ermöglicht Durchsicht. Das Kunstlicht in den Büros wird präsenz- und tageslichtabhängig geregelt. Die Wärmeerzeugung erfolgt über Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung.
Schlagworte:

Quintessenz

  • Neue Fassade verbessert thermischen und visuellen Komfort
  • Innovativer Sonnenschutz dient gleichzeitig als Gestaltungselement
  • Endenergieverbräuche für Heizung und Lüftung überschreiten regelungs- und nutzungsbedingt die Zielwerte
  • Effizienz des Kraft-Wärme-Kälteverbunds in der Gesamtliegenschaft beeinflusst die Primärenergiebilanz maßgeblich
  • Komplexe Einzelraumreglung wurde im Betrieb optimiert


Die Zentrale der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) entstand in den 1960er Jahren als Büroturm-Ensemble im Frankfurter Westend. Neue Auflagen zum Brandschutz erforderten bauliche Maßnahmen. Der Eigentümer entschied sich in diesem Rahmen für eine grundlegende Modernisierung – nur das tragende Skelett der Ursprungbauten blieb erhalten. Damit konnten die Versorgung mit Tageslicht, Frischluft, Wärme und Kälte deutlich verbessert und vor allem energieeffizienter gestaltet werden. Die KfW Bankengruppe unterstreicht mit diesem Sanierungsprojekt ihre förderpolitischen Ziele im Bereich Umwelt- und Klimaschutz.

Projektkontext

Die vier Bürotürme der KfW entstanden zwischen 1964 und 1968. Sie sind gegeneinander versetzt angeordnet und in der Höhe von 10- bis 15-geschossig gestaffelt. Die Häuser hatten vor der Sanierung schmale Balkone, in deren Schatten sich so genannte Senkklappfenster aneinanderreihten.

Für die notwendige Erweiterung des Gebäudekomplexes gab es am Standort nur sehr eingeschränkte Möglichkeiten. Auf der Westseite konnte eine Veranstaltungs- und Ausstellungshalle vorgelagert werden. Ein Turm erhielt eine Erweiterung um einen zweigeschossigen Konferenzraum. Der nördlich gelegene Turm wurde um drei Geschosse aufgestockt und beherbergt nun die Vorstandsetagen. Im Erdgeschoss wurde ein repräsentativer Eingangsbereich zum Innenhof hin angebaut.


Die KfW-Türme vor der Sanierung

© EnOB

Mehr Schatten als Licht: Fassade mit vorgelagerten Putzbalkonen und außen liegenden Sonnenschutzlamellen vor der Sanierung

© EnOB

Weitere Abbildungen

Lageplan: Die Bürotürme im Areal zwischen Ost-, Nord- und Westarkaden

© RKW Architekten

Büroturm im Vertikalschnitt

© RKW Architekten

Grundriss eines Regelgeschosses

© RKW Architekten

Forschungsfokus

Das Gebäude verfügt über eine komplexe Einzelraumregelung. Deshalb wurden im Rahmen des energetischen Monitorings von 2007 bis 2009 die Regelung von Beleuchtung, Sonnen- und Blendschutz, Lüftung und Kühlung überprüft. Regelungsstrategien wurden verbessert und an die tatsächlichen Anforderungen von Wetter, Gebäude und Nutzern angepasst. Insbesondere sollte mit dem Monitoring überprüft werden, ob sich der thermische und visuelle Komfort gegenüber dem Zustand im Bestandsgebäude verbessert hat.

Ein weiterer Fokus des Monitorings lag auf der Untersuchung einer Abluftanlage mit Nachströmung an einer Hochhausfassade. Zudem wurde die Energieeffizienz der Versorgung des Gebäudes mittels Kraft-Wärme-Kälte-Verbund in der Praxis überprüft.

Konzept

Sanierungskonzept

Durch die neue Fassadengestaltung und die geringen Raumtiefen wurde ein überzeugendes Tageslichtkonzept umgesetzt. Eine Besonderheit der neuen Vorhangfassade bilden die Sonnenschutzelemente. Sie lassen sich vertikal auf- und abfahren und sind gleichzeitig auch klappbar. Der Sonnenschutz kann zentral und auch raumindividuell gesteuert werden. Die Elemente aus der Materialkombination Glas-Streckmetall-Glas lassen Tageslicht durch und ermöglichen zumindest eine schemenhafte Durchsicht. Die in die Fassade integrierten Zuluft-Elemente sind aerodynamisch optimiert.

Insgesamt verbesserte die Sanierung den Wärmeschutz der Gebäudehülle deutlich. Der U-Wert der Fassade reduzierte sich von 1,1 auf 0,28 W/m2K (unter Berücksichtigung der Wärmebrücken). Der U-Wert der neuen Fenster beträgt 1,4 W/m2K, anstelle von vorher 2,9 W/m2K. Beim Dach wurde der U-Wert von 0,79 auf 0,21 W/m2K gesenkt.

Das Gebäude wurde von der Stadt Frankfurt als ein Pionier des nachhaltigen Bauens mit dem "Green Building Frankfurt 2009" ausgezeichnet.

Ansicht der modernisierten KfW-Bürotürme: Ostfassade und Eingangsbereich

© RKW Architekten. Foto: Carsten Costard

Weitere Abbildungen

Während den Sanierungsarbeiten: Die Fassade wird in Teilen zurückgebaut

© Uni Karlsruhe, fbta

Fassadendetail nach der Sanierung

© BINE Informationsdienst

Arbeitsplatz mit Weitsicht

© BINE Informationsdienst

Besprechungsraum mit Aussicht

© BINE Informationsdienst

Energiekonzept

Bereits seit Mitte der 1990er Jahre versorgt ein Blockheizkraftwerk die KfW-Gebäude mit Wärme. Absorptionskältemaschinen nutzen nun die Abwärme dieser Anlage zur Kühlung der Luft. Die Effizienz des Kraft-Wärme-Kälteverbunds in der Gesamtliegenschaft beeinflusst die Primärenergiebilanz des Gebäudes maßgeblich Für ganz heiße Tage klimatisieren zusätzlich Kompressionskältemaschinen die Räume. Passive Kühlung per Nachtlüftung reduziert den Bedarf an Kühlenergie.

Die Standardbüros werden durch Nachströmöffnungen über den Fenstern mit Frischluft versorgt. Die Abluft wird über die Schattenfugen der abgehängten Decke in den Zwischenraum gesaugt und zentral entlüftet. Ein außentemperaturabhängig geregelter Luftwechsel soll energetische Verluste im Winter verringern und einen zusätzlichen Wärmeeintrag bei sehr warmen Außentemperaturen vermeiden. Abgehängte Kühldecken verbessern den Raumkomfort. Das Kunstlicht ist tageslicht- und präsenzabhängig geregelt.

Ergänzt wird die energieeffiziente Sanierung durch ein wassersparendes Sanitärkonzept mit Grauwassernutzung, Vakuumtechnik und Regenwassernutzung.

Vereinfachtes Energieschema: Kälte wird über Kompressionskältemaschinen (KKM) und Absorptionskältemaschinen (AKM) bereitgestellt. Letztere werden mit überschüssiger Wärme aus der Kraft-Wärme-Kopplung angetrieben.

Vereinfachtes Energieschema: Kälte wird über Kompressionskältemaschinen (KKM) und Absorptionskältemaschinen (AKM) bereitgestellt. Letztere werden mit überschüssiger Wärme aus der Kraft-Wärme-Kopplung angetrieben.

© Uni Karlsruhe, fbta

Weitere Abbildungen

Blowerdoor-Messung während der Bauphase

© ip5

Wärme auf niedrigem Temperaturniveau: Hier wird die Fußbodenheizung verlegt.

© ip5
Systemschnitt Wärme, Kälte, Luft und Licht 1: Das Fassadenelement in geöffneter Stellung – für viel Tageslicht.

Systemschnitt Wärme, Kälte, Luft und Licht 1: Das Fassadenelement in geöffneter Stellung – für viel Tageslicht.

© RKW Architekten
Systemschnitt Wärme, Kälte, Luft und Licht 2: Das Fassadenelement in gekippter Stellung – hier gibt es weiterhin eine Aussicht.

Systemschnitt Wärme, Kälte, Luft und Licht 2: Das Fassadenelement in gekippter Stellung – hier gibt es weiterhin eine Aussicht.

© RKW Architekten
Systemschnitt Wärme, Kälte, Luft und Licht 3: Das Fassadenelement ist geschlossen – und bietet weiterhin Durchsicht.

Systemschnitt Wärme, Kälte, Luft und Licht 3: Das Fassadenelement ist geschlossen – und bietet weiterhin Durchsicht.

© RKW Architekten

Performance und Optimierung

In Teilbereichen wurden die geplanten Energiekennwerte erreicht oder sogar unterschritten. Der Stromverbrauch für das Kunstlicht in den Büroräumen belegen, dass die tageslicht- und präsenzabhängige Regelung ihren Zweck erfüllt.

Der Primärenergieverbrauch für Wärme und Kühlen für die Jahre 2007 und 2008 liegt deutlich über den Zielwerten. Ursachen sind unter anderem längere Betriebszeiten, Heizsollwert Büros 22°C statt geplanter 20°C, nicht optimal eingestellte zentrale Abluftregelung. Durch den Ausfall der Blockheizkraftwerke und der Absorptionskältemaschinen während großer Teile des Messzeitraums ergab sich ein Primärenergiefaktor von 1,1 statt der für den Kraft-Wärme-Kälte-Verbund angestrebten 0,3.

Sommerlicher Komfort

Primärenergiekennzahlen im Vergleich: Vor der Sanierung und Planungsziele (Ist/Soll). Werte in kWh pro m² Nettogrundfläche und Jahr.

Primärenergiekennzahlen im Vergleich: Vor der Sanierung und Planungsziele (Ist/Soll). Werte in kWh pro m² Nettogrundfläche und Jahr.

© ip5
Ein Vergleich verschiedener Verschattungssysteme per Simulation: Der Tageslichtquotient sinkt mit der Raumtiefe für verschiedene Sonnenschutzmaßnahmen unterschiedlich stark.

Ein Vergleich verschiedener Verschattungssysteme per Simulation: Der Tageslichtquotient sinkt mit der Raumtiefe für verschiedene Sonnenschutzmaßnahmen unterschiedlich stark.

© ip5

Der sommerliche Komfort in den Büroräumen konnte im Vergleich zur Ausgangssituation, bei der keine Möglichkeit zur passiven oder aktiven Kühlung bestand, deutlich verbessert werden. Dennoch gab es in den Büroräumen im Sommer mehr Überhitzungsstunden als in der Planungsphase als Zielvorgabe definiert. Die Kühlleistung in den Kühldeckensträngen war geringer als geplant. Die automatische Regelung des Sonnenschutzes funktioniert gut. Die Einzelraumregelung erfüllt in Hinblick auf eine Reduktion des Kühlbedarfs ihren Zweck: Bei Abwesenheit des Nutzers wird der Kühlsollwert angehoben und bei geöffnetem Fenster die Kühldecke abgeschaltet.

Optimierungsmöglichkeiten und -maßnahmen

Die im Betriebsjahr 2007 festgestellten erhöhten Energieverbräuche waren zum Teil in einem fehlerhaften Betrieb der technischen Anlagen begründet und konnten durch Optimierung der Regelung behoben werden. Diese Verbesserungen spiegelten sich bereits in der zweiten Messphase 2008 wider.

Zur Reduktion des Heizwärmebedarfs in den Büros wurde eine konsequente Einzelraumregelung umgesetzt, die während der Abwesenheit des Nutzers den Heizsollwert nach unten korrigiert und bei geöffnetem Fenster das Heizkörperventil vollständig schließt. Die Regelung der Abluftanlage und der Nachström-Öffnungen wurde dahin gehend korrigiert, dass die passive Durchströmung in den Nachtstunden der kalten Jahreszeit unterbunden wird.

Projektkenndaten

Gebäudekenndaten

Bauherr, Betreiber, Nutzer KfW Bankengruppe  
     
Gebäudetyp Büro-Hochhaus  
     
Zeitangaben    
Baujahr des Gebäudes 1964-1968  
Inbetriebnahme 08.2006  
     
Flächengrößen/Maße    
vor Sanierung nach der Sanierung
Bruttogrundfläche (nach DIN 277) 22.000 m² 26.000 m²
Beheizte Nettogrundfläche (für Nichtwohngebäude, in Anlehnung an DIN 277) 21.432 m²
Bruttorauminhalt 98.656 m³
Arbeitsplätze 585 Personen
Nutzfläche AN (nach EnEV) 10.910 m²
A/V-Verhältnis nach Sanierung 0,19 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.      
       
vor Sanierung nach der Sanierung Einheit
Heizwärmebedarf (Nutzenergiebedarf Wärme) 113,20 42,30 kWh/m²a
       
Energiekennwerte gemessen Verbrauch      
Bezugsfläche ist jeweils die beheizte Wohnfläche (Wohngebäude) bzw. die beheizte NGF für Nichtwohngebäude. Primärenergiefaktoren nach DIN 4701-10.      
       
vor Sanierung nach der Sanierung Einheit
Endenergie Strom (Bilanzraum nach DIN V 18599) 27,40 (ohne Kälte) kWh/m²a
Endenergie Strom gesamt 87,30 kWh/m²a
Endenergie Wärme 127,20 kWh/m²a
Primärenergie Wärme 161,20 kWh/m²a
Primärenergie Strom und Wärme (Bilanzraum nach DIN V 18599) 240,60 kWh/m²a
       
weitere spezifische Verbrauchsdaten für Beleuchtung, Klima, Lüftung etc.      
       
vor Sanierung nach der Sanierung Einheit
Hilfsenergie (Pumpen, Regelung) 7,00 kWh/m²a
Lüftung 6,30 kWh/m²a
Beleuchtung 13,90 kWh/m²a

Letzte Aktualisierung: 8. November 2014

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