Passiv-Bürohaus mit Eis­spei­cher und Solarab­sor­bern

Solarabsorber auf dem Dach ergänzen technisch den Eisspeicher. Foto: Urbansky Solarabsorber, Eisspeicher, Heizen mit Eis, Lüftung, Kühlung, Passivhaus
Solarabsorber auf dem Dach ergänzen technisch den Eisspeicher. Foto: Urbansky

Für das Unter­neh­men Dr. Thomas & Partner ent­wi­ckelte die Vollack-Gruppe das neue Büro­ge­bäude in Stu­ten­see bei Karls­ruhe im Passivhaus-Standard.

Auf 3.600 Qua­drat­me­tern werden dort ab Ende Sep­tem­ber 2016 rund 120 Mit­ar­bei­ter arbei­ten, ins­ge­samt bietet das Gebäude Platz für bis zu 150 Arbeits­plätze.

Um dem Wunsch des Bau­herrn nach Ener­gie­aut­ar­kie gerecht zu werden, haben die Planer den Ener­gie­be­darf soweit wie möglich und sinn­voll redu­ziert, und die vor­han­de­nen Dach­flä­chen zur Ener­gie­er­zeu­gung genutzt. Daraus ergab sich die Kom­bi­na­tion aus Pas­siv­haus und Pho­to­vol­taik. Um den Anteil der rege­ne­ra­ti­ven Energie vor allem für die Kühlung zu stei­gern, fiel die Ent­schei­dung letzt­lich auf den Eis­spei­cher.

Eis­spei­cher ist Herz­stück

Der Eis-Latentwärmespeicher mit 7 Metern Tiefe und 4 Metern Druch­mes­ser ist das Herz­stück des hoch­ef­fi­zi­en­ten Gebäu­des. Dahin­ter ver­birgt sich ein zylin­dri­scher Stahlbeton-Behälter von etwa vier Metern Höhe und gut sieben Metern Durch­mes­ser. Der Eis-Latentwärmespeicher heizt das Gebäude im Winter und kühlt es im Sommer — und das ener­gie­aut­ark.

Das Grund­prin­zip des Eis­spei­chers besteht darin, dass das kalte Wasser im Sommer direkt durch das Gebäude gepumpt wird, ledig­lich mit dem Strom­be­darf einer Umwälz­pumpe. Zusätz­li­cher Ener­gie­ein­trag aus dem umge­ben­den Erd­reich und von den Dach­ab­sor­bern des Büro­ge­bäu­des, die eben­falls nach dem Kühl­be­darf dimen­sio­niert sind, bringen das Eis zum Schmel­zen. Im Winter dagegen ent­zieht die Wär­me­pumpe Energie und kühlt das Wasser im Spei­cher ab; Eis bildet sich neu.

Damit stellt der Eis­spei­cher einen Pri­mär­quel­len­puf­fer dar, der im Sommer der Kühlung dient und im Winter Energie zum Heizen liefert. Je nach Wet­ter­si­tua­tion ent­schei­det die Steue­rung der Anlage mit Hilfe eines spe­zi­el­len Algo­rith­mus, ob als Quelle die Dach­ab­sor­ber oder der Eis­spei­cher genutzt werden sollen.

Der Eis­spei­cher wird seinem Namen nicht ganz gerecht. In ihm befin­den sich vor allem unter­kühl­tes Wasser und – im Kern des Spei­chers – zeit­weise circa 30 %  Eis. Der Eis­spei­cher ist also nicht kom­plett mit Eis gefüllt. Das Lei­tungs­sys­tem für Kühlung und Heizung ist so an den Beton­zy­lin­der ange­bun­den, dass an seiner Außen­wand – der Warm­seite – die Energie ein­ge­tra­gen und in seinem Innern – der Kalt­seite – die Energie ent­zo­gen wird.

Der Eis­spei­cher ist beim Neubau von Dr. Thomas & Partner neben dem Gebäude ange­ord­net. Je nach Vor­aus­set­zung und Bau­vor­ha­ben kann die Posi­tion des Behäl­ters auch unter dem Gebäude sein. Bedin­gung dafür ist, dass der Behäl­ter für den Eis­spei­cher in frost­si­che­rer Tiefe und direkt ohne Dämmung im Erd­reich liegt. Nach der Fer­tig­stel­lung des Baus wird der Spei­cher nicht mehr zu sehen sein.

Kühle und Wärme durch Multi-Level-Bodenkonstruktion

Die eigent­li­che Kühlung und Behei­zung der Räume erfolgt über eine Multi-Level-Bodenkonstruktion. Der Boden besitzt drei Schich­ten:

  1. Unter dem nor­ma­len Belag liegen die Rohre der her­kömm­li­chen Fuß­bo­den­hei­zung.
  2. Die unterste Schicht nimmt wie üblich die Elek­tro­in­stal­la­tion auf.
  3. Und zwi­schen Fuß­bo­den­hei­zung und Instal­la­ti­ons­ebene liegt eine Lüf­tungs­zwi­schen­schicht mit zell­arti­gem Aufbau, ähnlich der Struk­tur von Eier­kar­tons.

Die durch­strö­mende Luft wird von der ersten Ebene ent­spre­chend erwärmt oder gekühlt. Durch diese Lüf­tungs­schicht reagiert der  Raum wesent­lich rascher und damit ener­gie­ef­fi­zi­en­ter auf Erwär­mung und Kühlung als eine klas­sisch betrie­bene Fuß­bo­den­hei­zung, die starke Ver­zö­ge­rungs­ef­fekte hat.

Das neue Büro­ge­bäude unter­schrei­tet mit einem Wär­me­be­darf von elf Kilo­watt­stun­den pro Qua­drat­me­ter und Jahr sogar deut­lich die Kri­te­rien für Pas­siv­häu­ser (15 kWh/m2a).
Gleich­zei­tig trägt die Abwärme der Men­schen, die im Büro­ge­bäude arbei­ten, laut Berech­nung eine Wär­me­en­er­gie von bis zu 17 Kilo­watt­stun­den pro Qua­drat­me­ter und Jahr bei. „An diesen Zah­len­wer­ten erken­nen wir, dass die Kühlung die anspruchs­vol­lere haus­tech­ni­sche Aufgabe ist“, erklärt Ingo Höffle, von der Vollack Gruppe.

PV-Anlage und Solarab­sor­ber

Zum ener­gie­ef­fi­zi­en­ten Gesamt­kon­zept des Gebäu­des zählt eine 40-Kilowatt-Peak-Photovoltaik-Anlage, die die Dach­hälfte ein­nimmt, die nicht von den Absor­bern genutzt wird. Der von ihr erzeugte Solar­strom reicht für den Betrieb von Heizung und Kühlung aus – Heizen und Kühlen erfol­gen somit ener­gie­aut­ark.

Gleich beim Bau wurden bereits die Kon­takt­punkte vor­be­rei­tet, um in einem zweiten Aus­bau­schritt die Dach­ab­sor­ber mit einer Photovoltaik-Anlage zu über­bauen. Diese Anlage  wird den zusätz­lich benö­tig­ten Lüf­tungs­strom erzeu­gen. Zu diesem Zeit­punkt wäre dann die gesamte Haus­tech­nik ener­gie­aut­ark.

Weitere Maß­nah­men zum Strom­spa­ren beinhal­ten LED-Beleuchtung, Arbeits­plätze mit Prä­senz­steue­rung sowie eine von CO2-Sensoren gesteu­erte Lüftung für Bespre­chungs­räume und Jalou­sien. Deren Licht-Lenklamellen im obers­ten Drittel des Fens­ters sind so ein­ge­stellt, dass der Raum beschat­tet ist und trotz­dem Licht für eine opti­male, natür­li­che Beleuch­tung an die Decke reflek­tiert wird.

Berech­nun­gen zufolge haben sich die Mehr­kos­ten für den ener­gie­ef­fi­zi­en­ten Neubau im Ver­gleich zu einem Gebäude, das nur die gesetz­li­chen Min­dest­stan­dards der Ener­gie­ein­spar­ver­ord­nung EnEV erfüllt, schon inner­halb von sieben Jahren amor­ti­siert. Und das ohne Berück­sich­ti­gung von För­der­mit­teln. Grund­lage dieser Berech­nung war die frühere EnEV 2009. Mit der neuen, noch stren­ge­ren EnEV 2016 sei die Amor­ti­sa­tion sogar noch früher gegeben.

Von außen prägt ein Mate­ri­al­mix aus anthra­zit­far­be­nem Putz­kör­per und weißer Vor­hang­fas­sade das Gebäude. Im Inneren setzen sicht­bare Beton­ober­flä­chen mit fugen­lo­sen Holz­fens­tern und grünen Akus­tik­mo­du­len innen­ar­chi­tek­to­ni­sche Akzente. Funk­ti­ons­ku­ben für Archiv,- Technik- und Ser­vice­räume lockern die Büro­struk­tur auf.


Fun­dierte Bei­träge zum Thema Ener­gie­ef­fi­zi­enz, zu dem ja auch das Pas­siv­haus zählt, bietet Energieblogger-Kollege Andreas Kühl hier auf seinem Blog Ener­gy­net.