Sunny research! Nachhaltiges Gebäude- und Energiekonzept für ein modernes Büro- und Gewerbegebäude

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Motivation

Das große Segment des Büro- und Gewerbebaues einfachen bis mittleren Standards (1000 -1600 € Nettoherstellkosten/m² NFL) im Mietbereich nutzt die Qualität innovativer Gebäudetechnik derzeit noch kaum. Standardgebäude sind derzeit zweihüftig angelegt, sie besitzen Zellenbüros zu beiden Seiten, dahinter jeweils einen Erschließungsgang und in der Mitte eine Nebenraumzone.

Im Projekt sunny research sollten die Defizite dieser Gebäude in mehrerer Hinsicht aufgezeigt werden und es sollte eine ganzheitliche Lösung zur Behebung dieser Defizite gesucht werden, die energetische Aspekte mit Aspekten der Behaglichkeit und der räumlichen, arbeitsmedizinischen und psychologischen Qualität der Arbeitsplätze vereint.

Inhalt

Der Endbericht beinhaltet die Konzeption eines innovativen Gebäude- und Energiekonzeptes als Beispiel für moderne Büro- und Gewerbegebäude in Österreich, welches aufgrund der Zielvorgaben und Randbedingungen entwickelt wurde.

Beginnend mit der Konzeption des ersten Gebäude- und Energiekonzeptes, welches auf einem bestimmten Raum- Funktions- und Energiekonzept beruht, wird der Planungsprozess in den folgenden Kapiteln genau erläutert. Die Besonderheit der Konzeptentwicklung besteht vor allem darin, dass das erste Konzept intensiv durch Thermische Simulationsrechnung und Strömungssimulation überprüft und optimiert wurde, sowie auf Lichtplanung und Akustikplanung schon in dieser frühen Konzeptphase ein Schwerpunkt gelegt wurde.

Aus diesen Erkenntnissen und Schlussfolgerungen wurde das Endkonzept entwickelt und in diesem Bericht sowohl im Text ausformuliert, als auch graphisch dargestellt.

Beabsichtigte Ziele

Erreichung eines Nachhaltigen Gesamtkonzeptes durch Integration folgende Aspekte:

• Enge Verflechtung von Gebäude- und Energiekonzept
• Hohe Arbeitsplatzqualität bei flexiblen Nutzungsmöglichkeiten
• Sehr niedriger Energiebedarf für Heizung, Kühlung und Beleuchtung
• Nutzung Erneuerbarer Energieträger zur Deckung des Energiebedarfs

Methoden der Bearbeitung

Zur Raum- Funktions- und Energiebedarfserhebung wurden Energiebedarfsprofile erstellt, eine Mitarbeiterbefragung über Fragebogen durchgeführt und somit ein Raumfunktionsdiagramm erarbeitet. Integrierte Planung bei Architektur und Gebäudetechnik wurde von Beginn an praktiziert.

Zur Funktionsüberprüfung und Optimierung wurden eine Thermische Simulationsrechnung (TRNSYS) und Strömungssimulationen (CFD) durchgeführt.

Rahmenbedingungen und Daten

Randbedingungen der konventionellen Planung betreffend Standort des Bauvorhabens, Aufteilung in Hallen und Bürobereich, Personenanzahl, Quadratmeter Nutzfläche und dergleichen galten als Vorgabedaten.

sunny research sollte als 5-geschossiger, Nord/Süd orientierter Bauteil mit möglichst großer Südfassade ausgebildet werden. Die gesamte Südfassade sollte energetisch verwertet werden, wobei für die großen Unterschiede, welche zwischen Nordbereich und Südbereich herrschen, eine adäquate Lösung gefunden werden sollte.

Die Defizite von Standardgebäuden sollten einer der Lage, Orientierung und den energetischen Prämissen angepassten Lösung zugeführt werden auf das Thema "wellness in work" sollte speziell eingegangen werden.

Baustandard: Niedrigenergiehausbauweise

Endenergiebedarf: unter 100 kWh/m²a (Wärme-/ Kältebedarf und Belichtung)

Relative Luftfeuchtigkeit: 40-60%

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Schon im Projektantrag wurden als Entgegnung zu den Defiziten von Standardgebäuden im Bezug auf "wellness in work" 3 Hauptschwerpunkte definiert:

1. Kontrast und Vielfalt: Die Grundrisstypologie sieht eine deutliche Differenzierung zwischen Nord und Süd vor. Im Norden befinden sich hochwertige Einzelbüros, der Südbereich ist offen - in Art eines Großraumes, der nur durch die Pflanzenpuffer transparent unterteilt wird.
2. Licht: Die Nordbüros erreichen einen Tageslichtquotienten von 3,8% (mit waagrechten Metalllamellen als Tageslichtlenkung) und die Südbüros 3,1% (ohne Lichtlenkung), womit beide im optimalen Bereich liegen
3. Klimakomfort:
   • a. Frischluft: Die kompakten Einzelarbeitsräume im Norden werden über die Lüftungsanlage mit optimal konditionierter Frischluft versorgt in einer Qualität, die hinsichtlich CO2-Spiegel und Luftfeuchte über den Normwerten liegt. (Das erforderliche Luftvolumen für die Südräume wird hier mit eingebracht) Die Südzone kann durch die offene Anlage als Überströmzone ausgebildet werden. Die Luftströmung wird über die natürliche Thermik über den mehrgeschossigen Luftraum an der Südfassade zur Wärme- und Feuchterückgewinnung zurückgeführt.
   • b. Luftfeuchtigkeit: Die Problematik von zu trockener Luft im Winterbetrieb wird durch Licht gesteuerten Pflanzen-Pufferräumen zur ökologischen Luftfeuchtekonditionierung in Kombination mit Luftfeuchterückgewinnung behoben.
   • c. Strahlungswärme/Kälte-Komfort: Ein Großteil des Heizenergiebedarfs und des gesamten Kühlenergiebedarfs wird durch Bauteilaktivierung und somit durch sehr komfortable Strahlungswärme abgedeckt.

Eine Optimierung der Nutzflächen konnte anhand einer Gegenüberstellung der Flächenbilanzen nachgewiesen werden, die somit gewonnen Flächen wurden zur Unterstützung des Nutzungskonzeptes mit zwei thermischen Zonen in Nord und Süd herangezogen.

In der Südzone sind vertikale Lufträume integriert, die gegen die Bürozone durch Glaswände abgeschlossen sind. Die Anzahl der notwendigen Pflanzenpufferräume konnte aufgrund der Simulationsergebnisse von fünf auf drei reduziert werden.

Durch die Form der Südfassade konnten folgende Vorteile durch Simulationen bestätigt werden:

• Optimale Verwertung des solaren Eintrages für passive und aktive Nutzung (Photovoltaik)
• maximaler Außenbezug und Tageslichtanteil
• hochwertige Komfortbedingungen im Innenraum auch ohne Außenverschattung

Im Vergleich zu einem konventionellen Standardgebäude enthält der Grundriss von sunny research keine Zone ohne Tageslicht, was zu einer maximalen Menge an Tageslichtstunden und Minimierung des Kunstlichtbedarfes führt

Es werden hoch dämmende opake (U= 0,23 W/(m²K) Lüftungsflügel mit Wetterschutzlamellen eingesetzt, die während der Nacht bei jedem Wetter vollständig geöffnet bleiben können und somit die Möglichkeit von "free cooling" erlauben.

Im Luftraum an der Südfassade wird zur Vermeidung von Schallübertragung ein speziell für sunny research entworfener Kulissenschalldämpfer eingesetzt. Dies gewährleistet das freie Strömen der Luft und gleichzeitig eine Einfügungsdämpfung von ca. 18 dB.

Zur Gewährleistung einer guten Raumakustik müssen ausreichend Schallabsorptionsflächen ausgeführt werden.

Eine weitere Verbesserung der Gebäudehülle von Niedrigenergiestandard auf Passivhausstandard erscheint nur im Bereich einer Verbesserung der thermischen Hülle auf 35cm Wärmedämmung und einem Einsatz von Nordfenstern in Passivhausstandard im Kosten/Nutzen Vergleich (Amortisationszeit von 7 Jahren) als sinnvoll.

Die technische Umsetzungsplanung des Konzeptes erforderte einen hohen Grad an Detaillösungsplanung für bestimmte Aufgabenstellungen wie opake Lüftungsklappen, Luft- und Wärmeeinbringung in die Nordbüros, Überströmöffnung Nord/Südbereich, interne Klappen für free cooling und dergleichen.

Der Einsatz von PVC soll im gesamten Gebäude vermieden werden, daher wurden alternative Konstruktionsbauten erarbeitet.

In Bezug auf Erweiterung erweist sich das Gebäudekonzept für "innere Erweiterung" und "horizontale Erweiterung" als sehr flexibel und relativ leicht durchführbar. Lediglich eine nachträgliche vertikale Erweiterung bedarf einer aufwändigeren Planung.

Flexibilität und Übertragbarkeit wurde hinsichtlich Trakttiefen, Achsraster und Nutzungsvarianten untersucht, die Vorschläge dazu sind in Kapitel 10 beschrieben.

Ausblick und Empfehlungen

Bei der Umsetzung des hier entwickelten Konzeptes sollte auf die Ergebnisse und Schlussfolgerungen laut Endbericht unbedingt ein großes Augenmerk gelegt werden.

Das Konzept kann ohne Zweifel als sehr flexibel und für ein breites Spektrum an Anwendungsbereiche einsetzbar bezeichnet werden, jedoch sollte bei Adaptierungen immer darauf geachtet werden, dass hier bestimmte Aspekte wie z.B.: Orientierung des Gebäudes einen stärkeren Einfluss auf das Gesamtkonzept haben als sonst üblich.

Es sollten daher bei weitreichenden Adaptierungen der Planung ergänzende Simulationen angedacht werden.

Ein Monitoring der Energieversorgung sollte vorgesehen werden, da dadurch die Möglichkeit erbracht wird, während des Betriebes im Rahmen einer kontinuierlichen Qualitätskontrolle, die gesetzten energiesparenden Maßnahmen und die aktiven Energiesysteme zu überprüfen und zu verbessern.

Erst durch ausgewertete Messdaten können technische Vergleiche mit anderen Büro- und Gewerbebauten erstellt werden und somit mehr Sicherheit in diesen innovativen Bereich der Energieversorgung gebracht werden.

Projektleitung

Mag. DI Dr. Brigitte Bach, arsenal research

Projekt- und Kooperationspartner:

• Arch. DI Fritz Oettl, pos architekten

Kontakt

arsenal research
Ing. Anita Preisler
Faradaygasse 3, 1030 Wien
Tel.: +43 (0)50 550-6634
Fax: +43 (0)50 550-6390
E-Mail: anita.preisler@arsenal.ac.at