Forschung für Energieoptimiertes Bauen: Projekt: Informatikzentrum mit Atrium und freier Nachtkühlung

Hauptinhalt:

Informatikzentrum mit Atrium und freier Nachtkühlung

Der Neubau an der Kreuzung Mühlenpfordtstraße/Schleinitzstraße beherbergt das Informatikzentrum der TU Braunschweig. Zentraler Baustein des Lüftungskonzeptes ist das Atrium des kompakten Gebäudes mit vorgeschaltetem Erdluftkanal.

Mit diesem Neubau sollten sechs Institute des Fachbereiches Informatik unter einem gemeinsamen Dach zusammenkommen. Alle sechs Geschosse des Neubaus sind durchgängig mit denen des anliegenden Hochhauses verbunden. Da auch diese vom neu geschaffenen Informatikzentrum genutzt werden, wurden sie saniert. Das Atrium ist ein wesentlicher Baustein im Energie- und Lüftungskonzept, obwohl es zunächst nicht geplant war. Durch die Verschattung der umgebenden Bebauung und die natürliche Lüftung wird eine Überhitzung in den Sommermonaten vermieden. Zentraler Baustein des Lüftungskonzeptes ist das Atrium mit vorgeschaltetem Erdluftkanal. Durch die Kombination von außen liegendem Sonnenschutz und Sonnenschutzverglasung für die Büroräume an der Westseite werden die solaren Wärmeeinträge in den Sommermonaten wirkungsvoll reduziert. So kann auf Kompressionskälte weitgehend verzichtet werden. Der Neubau hat im Vergleich zu gewöhnlichen Bauten gleicher Nutzung einen sehr geringen Energiebedarf für Wärme und Kälte. Jedoch müssen hier die Nutzer mitspielen, nur so werden die günstigen Werte erreicht.

Gebäudesteckbrief

Projektstatus	Optimiert
Standort	Mühlenpfordtstraße 23, 38106 Braunschweig, Niedersachsen
Baufertigstellung	2001
Inbetriebnahme	2001
Bauherr	Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur
Nutzer	TU Braunschweig
Bruttogrundfläche	9.765 m²
Beheizte Nettogrundfläche	8.570 m²
Bruttorauminhalt	36.400 m³
Arbeitsplätze	198
Nutzfläche (nach EnEV)	5.380 m²
A/V	0,17 m²/m³
Schwerpunkte	Wärmeschutz, Verglasung + Fenster, Atrium, Tageslichtsysteme, Lüftung + WRG, Regenerative + passive Kühlung, Regelungstechnik, Betriebsführung, Gebäudeautomation, Energetische Betriebsoptimierung

Projektbeschreibung

Das Informatikzentrum der Technischen Universität Braunschweig wurde Ende 2001 als Anbau an die Nordseite eines bestehenden, 13geschossigen Hochhauses aus den 70er Jahren fertiggestellt. Mit dem Neubau wird der Hochhaussolitär, dessen geplante Erweiterungstürme nie realisiert wurden, städtebaulich und funktional eingebunden. Der Standort liegt nördlich des Braunschweiger Zentrums auf dem alten Universitätsgelände an der Ecke Mühlenpfordtstraße/Schleinitzstraße. Er schließt das Universitätsgelände mit einer Blockrandbebauung ab. Die vierspurige Mühlenpfordtstraße ist eine der großen Ein- und Ausfallstraßen des Braunschweiger Zentrums.

Der Bau umschließt als im Wesentlichen einhüftiger Verwaltungsbau ein innenliegendes, überdachtes Atrium, über das die Büros erschlossen werden. Alle sechs Geschosse des Neubaus sind durchgängig mit denen des Hochhauses verbunden. Da auch diese Hochhausgeschosse in die neue Nutzung als Informatikzentrum eingebunden sind, wurden sie gleichzeitig saniert. In dem Neubau können erstmals alle Institute des Fachbereichs Informatik unter einem Dach Synergieeffekte nutzen. Dazu stehen ca. 3/4 des Gebäudes für Büro-, Verwaltungs- und Ausbildungszwecke zur Verfügung, 1/4 belegen Labore, im Wesentlichen in den unteren Geschossen. Insgesamt stehen 168 Büroarbeitsplätze zur Verfügung. Hinzu kommen ca. 20 Arbeitsplätze zur temporären Nutzung durch studentische Mitarbeiter sowie ca. 10 Arbeitsplätze in den Laboren und Werkstätten.

Gebäudekonzept

Das Gebäude wurde in Stahlbetonskelettbauweise erstellt, das Staffelgeschoss als leichte Stahlkonstruktion mit Gasbetondeckenplatten. Das Dach ist ein foliengedecktes Flachdach. Die Fassaden bestehen aus einer vorgehängten Pfosten-Riegel-Konstruktion aus Aluminium. Die Verglasungsqualität ist den unterschiedlichen Orientierungen angepasst: Auf der West- und Ostseite sowie im flach geneigten Atriumdach kommt ein neutrales Sonnenschutzglas zum Einsatz (g=34%, τ=66%, U=1,1 W/m²K) während auf der Nordseite ein reines Wärmeschutzglas verwendet wird (g=57%, τ=75%, U=1,1 W/m²K). Die innen liegenden Fassaden sind nicht gedämmt und die innen liegenden Büros sind einfachverglast, denn das Atrium wird voll beheizt.

Energiekonzept

Das neue Informatikzentrum grenzt mit seiner Südseite größtenteils an das bestehende Hochhaus. Ausgehend von einer gleichmäßigen Beheizung beider Gebäude entfallen damit die Wärmeverluste. Durch die kompakte Bauform – der A/V-Wert beträgt nur 0,17 – wird der Wärmebedarf weiter reduziert. Komplizierte Bauteilanschlüsse mit den damit verbundenen geometrischen und konstruktiven Wärmebrücken werden vermieden. In der Summe lag der prognostizierte Wärmebedarf gemäß Wärmeschutznachweis etwa 25% unter dem Anforderungsniveau nach Wärmeschutzverordnung. Das Gebäude wird mit Fernwärme aus einem nahegelegenen Heizkraftwerk beheizt.
Im Rahmen des ganzheitlichen Energiekonzepts wurde der ursprünglich geplante offene Innenhof kostenneutral in ein glasgedecktes Atrium umgewandelt und dabei funktional vollständig in das Energie- und Lüftungskonzept integriert. Auf konventionelle raumlufttechnische Anlagen wird weitgehend verzichtet. Mit Ausnahme der Kälteanlagen für die EDV-Räume sind keine weiteren Kühlaggregate vorhanden. Die Kühlung erfolgt über in die Einzelraumregelung integrierte, wandhängende Kaltwassertruhen. Die elektrische Anschlussleistung der beiden Kompressionskältemaschinen beträgt zusammen 55 kW bei einer Gesamtkälteleistung von 170 kW mit Vorrang für eine freie Kühlung. Die Abwärme der zweiten Kältemaschinen wird zur winterlichen Beheizung des Atriums mitgenutzt. Die LON-basierende Einzelraumregelung optimiert den Heizwärme- und Stromverbrauch der Beleuchtung und stellt über automatisch bediente Tür- und Fensteroberlichter die freie Nachtkühlung sicher. Aktive Solarsysteme als Teil der lokalen Energieversorgung wurden hierbei nicht einbezogen.

Lüftung und Heizung

Die Konzeption der Lüftung wurde mit Hilfe von Luftströmungssimulationen entwickelt. Das Atrium wird im Winter tagsüber über eine Luftheizung mit Bodenauslässen im Kellergeschoss sowie Planradiatoren im ersten Obergeschoss auf 18-20°C beheizt. Die Büros zum Atrium besitzen keine eigenen Heizflächen. Die Büros an den Außenfassaden werden über statische Heizflächen beheizt, wobei die Raumtemperatur in einem Bereich von 19-21°C individuell einstellbar ist.

Im Winter ...

Die im Kellergeschoss mit geringer Geschwindigkeit und Übertemperatur über den Zuluftkanal eingebrachte Warmluft steigt im Atrium auf. Während die innen liegenden Büros ausschließlich über das Atrium belüftet werden, ist bei außen liegenden Büros zusätzliche Fensterlüftung vorgesehen. Die Luftqualität wird über Mischgas-Sensoren erfasst. Wenn im Atrium die Luftqualität ausnahmsweise nicht ausreichen sollte, werden die Dachklappen automatisch geöffnet.

Im Sommer ...

Das Atrium wird durch freie Lüftung über den Zuluftkanal, die Thermik des Atriums und über den Windsog geöffneter Dachklappen be- und entlüftet. Dazu werden die leeseitigen Dachklappen geöffnet. Die Büros werden über Fenster zum Atrium bzw. nach außen be- und entlüftet. Die nächtliche Querlüftung des Gebäudes über das Atrium, eingebunden in die Einzelraumregelung und das Gebäudeautomationskonzept, stellt den zur Nachtkühlung erforderlichen Luftwechsel sicher. Durch die zumeist freie Lüftung wird ein niedriger Stromverbrauch der Lüftung erreicht. Die Nennleistung des Atriumlüfters beträgt 7,5 kW (maximal 12.000 m³/h für eine Entrauchung im Brandfall), die der Abluftanlage der Maschinen- und Serverräume sowie für Sonderbereiche beträgt 2,2 kW (5.000 m³/h). Hinzu kommen 0,9 kW für Einzelraumlüfter. Dies entspricht insgesamt einer installierten Lüftungsleistung von 1,3 W/m².

Tageslicht und Beleuchtung

Die meisten Büros liegen an Außenfassaden. Deren Fensteranordnung bildet eine Bandfassade mit opaker Brüstung und opakem Sturz. Sonnen- und Blendschutz übernehmen außen liegende weiße Markisen. Sämtliche Funktionen der Beleuchtung und des Sonnenschutzes werden über einen LON-Bus und die DDC mit der Möglichkeit zum dezentralen Nutzereingriff koordiniert.

Performance

Das Gebäude wurde im September 2001 dem Nutzer übergeben. Die Gebäudeleittechnik und die LON basierende Einzelraumregelung, die mit innovativen Regelstrategien Automation bei gleichzeitiger dezentraler Nutzereingriffsmöglichkeit zur Energieoptimierung gewährleistet, konnten im Wesentlichen bis Anfang 2002 in Betrieb genommen werden. Unterschiedliche Ursachen führten zum Beispiel dazu, dass die präsenzabhängige Kunstlichtregelung Fehlfunktionen aufwies oder das Atrium sich zeitweise nicht beheizen ließ. Die in den innenliegenden Fluren aus energetischen Gründen installierte Zeitschaltautomatik wurde aufgrund mangelnder Nutzerakzeptanz durch eine Zeitschaltuhr ersetzt.

Optimierungsmaßnahmen und –möglichkeiten

Das Monitoring begann im Februar 2002. Erfasst wurden über 200 Datenpunkte. Damit konnten Betriebsanpassungen und -optimierungen vorgenommen und die Verbrauchsmessungen begonnen werden. Das sommerliche Temperaturverhalten des Gebäudes, die manuelle und automatische Querlüftung sowie der Einsatz elektrochromer Verglasung waren Schwerpunkte der Untersuchung. Dazu wurden sechs Referenzräume gleicher Ausrichtung und unterschiedlicher Ausstattung miteinander verglichen.
Am Beispiel des Neubaus des Informatikzentrums der TU Braunschweig konnte demonstriert werden, dass energieoptimierte Gebäude ohne bauliche Mehrkosten realisierbar sind und dennoch einen hohen Nutzerkomfort gewährleisten. Der Verzicht auf eine aufwändige Anlagentechnik erfordert dabei eine sorgfältige Planung des Energiekonzeptes und eine frühe Einbindung aller Planungsbeteiligten. Ebenso wichtig ist die frühzeitige Information und Einbeziehung der zukünftigen Nutzer in das geplante Konzept, da diese häufig nicht wie gewohnt ihr Raumklima ohne Einschränkungen bestimmen können. Aus diesem Grund ist es notwendig, früh im Bewusstsein der Nutzer eine Identifikation mit dem Gebäude zu schaffen. Nutzer, die sich als Teil des Gesamtkonzeptes verstehen, tragen einen Großteil zum Gelingen der einzelnen Maßnahmen und Strategien bei.

Baukosten und Wirtschaftlichkeit

Informationen hierzu im weiteren Projektverlauf

Energiekennzahlen

Energiekennzahlen nach EnEV (in kWh/m²a)
Heizwärmebedarf	39,30
Primärenergie gesamt	95,00
Gemessene Energiekennwerte (in kWh/m²a)
Endenergie Wärme	33,10
Primärenergie Wärme	29,00
Primärenergie gesamt	95,00
Kälte	30,00
Strom	23,00