Energiewürfel
Ein Vorzeigeprojekt der Stadtwerke Konstanz
Gebäude, die über den Lebenszyklus betrachtet mehr Energie produzieren als sie selbst verbrauchen: Ist dies die Antwort auf offene Fragen unserer Zeit? Architekt Arnold Wild geht dieser Frage nach und erläutert die innovative Technik und das Energiekonzept des neuen Kundenzentrums der Stadtwerke Konstanz.
Die Stadtwerke Konstanz sind im vergangenen Jahrzehnt stark gewachsen. Durch den Kauf der Bodensee-Schiffsbetriebe von der Bahn und die Integration der Konstanzer Bäderlandschaft in die Unternehmensstruktur ist der Konzern sehr vielschichtig geworden. Das Geschäft hat sich durch Wettbewerb und technischen Fortschritt stark verändert und ist zudem auch deutlich beratungsintensiver geworden. Daher haben sich die Stadtwerke Konstanz entschieden, alle Kompetenzen zum Vorteil der Kunden in einem neuen Kundenzentrum zu bündeln. Der Energiewürfel ist ein äußeres Signal für eine Aufbruchstimmung im Kundenservice der Stadtwerke. Das Gebäude sollte ein Modellprojekt werden und demonstrieren, was heute in der Energie- und Gebäudetechnik möglich ist.
Ästhetisch und klar – die Architektur
„Gestaltet die Form aus dem Wesen der Aufgabe mit den Mitteln unserer Zeit.“ (Mies van der Rohe, 1923) Nach diesem Credo des berühmten Architekten und Lehrmeisters wurde auch die Gestalt des Energiewürfels entwickelt. Nachdem der Standort beschlossen war, wurde bereits in einer ganz frühen Projektphase entschieden, dass das neue Kundenzentrum Transparenz, Offenheit und vor allem Energiekompetenz vermitteln soll: Der Gedanke des Plus-Energie-Gebäudes war geboren. Als Gebäudegeometrie wurde der Würfel gewählt, da dieser bereits von der Form her energieoptimiert ist. Die Kantenlänge des Würfels beträgt 15 m, auf alle Ebenen verteilt hat der Energiewürfel eine Gesamtfläche von ca. 800 m². Aufgrund des schlechten Baugrundes steht das Gebäude auf 47 Duktilrammpfählen, die bis zu 18 m tief ins Erdreich getrieben wurden. Zusätzliche Herausforderungen bei der Gründung waren die vorhandenen Hauptversorgungstrassen der Energienetze, die überbaut werden mussten, sowie vorhandene Altlasten. Die Fassade ist zu 60 % transparent und zu
40 % opak, hoch gedämmt. Das Fassadenraster liegt bei 3,0 m und die Fassade wirkt sehr homogen. Sie besteht aus insgesamt 80 großen Glasmodulen mit einer Gesamtfläche von ca. 1.000 m². Die nicht transparenten Module der Ost- und Nordfassade werden in den Farben des Unternehmens außen- flächig mit wechselnden Farben hinterleuchtet. Auch in der Grundrissorganisation wurde auf große Transparenz geachtet.
Damit zeigt sich die Offenheit gegenüber den Kunden. Geplant wurde das Projekt von Arnold Wild, Architekt und Leiter der Hauptabteilung Bau und Immobilien der Stadtwerke Konstanz und seinem Team. Die Planung wurde dem Gestaltungsbeirat der Stadt Konstanz vorgelegt. Das Gremium empfahl und unterstützte die Herangehensweise sowie die Entwicklung der Planung aus einem optimierten Gesamtenergiekonzept heraus. Das Energiekonzept wurde dann in Kooperation mit dem Ingenieurbüro Hausladen, Kirchheim entwickelt. Im Spätherbst 2009 fasste der Aufsichtsrat der Stadtwerke den Projektbeschluss zur Umsetzung des Projektes mit einem Kostenvolumen von 2,8 Mio. Euro netto.
Innovativ und nachhaltig – das Energiekonzept
Bei der Planung wurde auf Energieeffizienz und die Nutzung regenerativer Energiequellen gesetzt. Somit wird der Energiewürfel – über seine Nutzungsdauer betrachtet – mehr Energie erzeugen, als er selbst verbraucht. Die wichtigsten Komponenten des umgesetzten Energiekonzeptes sind: Energiefassade Diese wurde zusammen mit dem Ingenieurbüro Weber u. Partner, Argenbühl entwickelt. Die transparenten Felder bestehen aus einer zweischaligen Fassade. Zunächst beinhaltet die äußere Schale eine Dreifachverglasung mit speziell berechneten Beschichtungen. Dann folgt ein Zwischenraum von ca. 20 cm. Dieser wirkt als Klimapuffer, aus dem die warme Luft am Fußpunkt abgesaugt und mittels Kreuzwärmetauscher Energie zur Beheizung des Gebäudes zurückgewonnen wird. Im Klimapuffer befindet sich der sommerliche Wärmeschutz, bestehend aus Jalousien mit außenseitig verspiegelten Lamellen, mit denen auch Licht gelenkt werden kann. Die innere Schale (Prallscheibe) kann zu Servicezwecken horizontal verschoben werden. Auf der Raumseite wurde sie mit einer low-e-Beschichtung versehen. Die Oberflächentemperatur der Raumseite sollte einen Wert von 25 °C nicht übersteigen. Der Gesamtenergiedurchlassgrad der Fassade (g tot) liegt bei sehr guten 13 %. Weiterhin sind die opaken Felder der Fassade außenseitig mit Glasscheiben bestückt und innenseitig mit Akustikplatten. Im Kern befindet sich eine Wärmedämmung. Insgesamt liegt der u-Wert dieser opaken Flächen bei 0,11 W/(m²K). Fa. Lindner Fassaden GmbH, Arnstorf erbrachte die Bauleistung dieser Fassaden.
Geothermie – passive Kühlung
Zur Abdeckung der Heiz- und /oder Kühllast wurde auf Energie aus der Erde gesetzt. Insgesamt 13 Erdsonden mit einer Teufe von je 90 m gewährleisten die erforderliche Wärmeleistung von 52,65 kW im Winter bzw. die Kühlleistung von 35,1 kW im Sommer. Im Winter wird die Energiegewinnung über eine Wärmepumpe unterstützt. Im Sommer wird passiv gekühlt. Der steigende Meter Erdsonde hat einen Wärmeertrag von 45 W/lfm und eine Kühlleistung von 30 W/lfdm.
Bauteilaktivierung/Betonkerntemperierung
Aus statischen Gründen mussten die Zwischendecken aus 30 cm starkem Stahlbeton gebaut werden. Diese Betonmasse wurde dazu genutzt, thermische Energie zu speichern, um sie bei Bedarf wieder freizusetzen. Somit wird im Winter auch über die Decken geheizt, im Sommer gekühlt. Im Erdgeschoss und im dritten Obergeschoss wurde zusätzlich noch eine Fußbodenheizung eingebaut. Die HLSE- Fachplanung erstellte Greiner Engineering, Konstanz.
Photovoltaik
Auf dem Dach und an der Südfassade erzeugen Photovoltaikanlagen Strom. Einen großen Teil dieser elektrischen Leistung produziert die Südfassade des Gebäudes, die komplett mit transluzenten Solarzellen bestückt ist. Die Transparenz der Fassade liegt bei 22 %. Die Kombination aus den per Laser ausgestanzten Zellen mit geringem Zell- und Randabstand erspart die Verschattungsanlage und bietet gleichzeitig genügend Transparenz, um den Raum dahinter mit Tageslicht zu versorgen. Als Nebeneffekt wird ein sehr schöner Raumeindruck mit Lichtstimmung generiert. Der zusätzliche Vorteil für die Stadtwerke ist, dass die Fassade neben der Energiegewinnung auch als Exponat in der Kundenberatung zum Thema gebäudeintegrierter Photovoltaik verwendet werden kann. Der interessierte Kunde hat die Möglichkeit, vor Ort die Funktionsweise und die Technik einer am Netz hängenden Anlage hautnah zu erleben und zu ertasten. Die Glas-Glas-Elemente mit kristallinen Zellen der Fa. Sunways, sollten aus architektonischen Gründen 3 mal 4 m groß sein, damit die gewünschte Homogenität der transparenten, gläsernen Fassade rundum auch an der Südfassade stringent durchgehalten wird. Diese Modulgröße hat jedoch bis zu diesem Zeitpunkt noch kein Hersteller geschafft. Die Firma Ertex, Amstetten hat sich nach anfänglicher Skepsis auf die bis dahin nicht erreichte Modulgröße eingelassen. Somit wurden beim Energiewürfel der Stadtwerke Konstanz weltweit erstmalig Photovoltaikmodule in der Größe 3 mal 4 m montiert. Das Größte der Module hat 638 Zellen und wiegt 1.040 kg. Auch für die Verschaltung der vielen Zellen musste eine neue Lösung her, damit die String-Spannung für die Dioden nicht zu hoch wurde. Aus diesem Grund wurden die großen Module in der Mitte elektrisch geteilt. Damit hängen nicht mehr als 24 Zellen an einem Strang. Auch die zusätzliche Herausforderung, diese außergewöhnlich großen Module in eine schlanke, 50 mm breite Pfosten-Riegel-Konstruktion einzubauen, ist geglückt. Dadurch konnte das komplett gläserne, homogene Erscheinungsbild des Würfels eingehalten werden. Die Nennleistung je Modul liegt im Mittel bei ca. 1,15 KWp, das größte Modul bringt es auf 1,246 KWp, die Leistung der gesamten Südfassade liegt bei knapp 24 kWp. Über dem Treppenraum wurde zur Nachtauskühlung eine Oberlichtverglasung eingebaut. Die Glasscheiben des Oberlichtes wurden auch mit transluzenten Solarzellen bestückt, die Leistung der Oberlichtverglasung liegt bei 3 kWp. Außerdem wurde auf dem Flachdach ein aufgeständerter 10 kWp Solargenerator mit 45 Modulen à je 230 W installiert. Als Wechselrichter wurde für das Flachdach die Anlage Sunways NT 10000, für die Oberlichter Sunny Boy 1200 SMA und für die Fassade zwei Sunny Tripower 12000 TL, beide von SMA gewählt.
Kosten
Die Projektkosten für dieses energieoptimierte Gebäude liegen für die Kostengruppen 300 – 500 und 700 nach der DIN 276 bei ca. 3,0 Mio. Euro netto. Die Mehrkosten für den hohen Grad an innovativer Technik liegen im Vergleich zu einem konventionellen ENEV-Gebäude bei ca. +15 %.
Foto: © Inka Reiter
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