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Nichtoffener Wettbewerb | 11/2009

Neubau eines Energiekompetenzzentrums "EKoZ" auf dem Gelände des Adolf-Kolping-Berufskollegs in Kerpen-Horrem

2. Preis

Halfmann Architekten

Architektur

PKi holistic engineering

Bauingenieurwesen

Architekturmodellbau Kollektiv

Modellbau

Erläuterungstext

Tanzende Kuben

Die Staffelung der Schulgebäude des Adolf-Kolping-Berufskollegs geben dem Westhang zum Höhenweg ein bewegtes Bild. In dieses Ensemble von Kuben ganz unterschiedlicher Höhenentwicklung fügt sich der Neubau des Energiekompetenzzentrums städtebaulich ein und schwebt selbstbewusst über der Hangkante des Horremer Sprungs.

Die Position des Sichtbetonkubus wurde dabei so gewählt, dass das Gebäude auf drei Ebenen sinnvoll erschlossen wird:

- Der Haupteingang wird über eine Promenade an der Hangkante barrierefrei erreicht und für Anlieferungen erschlossen.
- Das Zwischengeschoss wird auf kürzestem Wege wettergeschützt an das Berufskolleg angeschlossen.
- Die begehbare Dachfläche befindet sich auf dem Schulhofniveau und bietet von dort aus einen Nebeneingang ins Demonstrationsgeschoss.

Innen und Außen

Zentrales Erschließungsmotiv des Neubaus sind zwei übereinanderliegende Treppen, die wie eine Himmelsleiter die Höhendifferenz des Hangs überwinden.

Dabei übernimmt die obere - außenliegende - Treppe die Erschließungsfunktion des Berufskollegs anstelle der bisherigen Durchwegung des Hangs und verknüpft zu jeder Tageszeit die Promenadenebene über das Schulgebäude mit der Schulhof- und Dachebene.

Die darunterliegende - innenliegende - Treppe dient der inneren Erschließung des Neubaus und der Verknüpfung mit der Dachterrasse. Ein großzügig dimensionierter Aufzug in der Mitte des Gebäudes dient der barrierefreien Erschließung und zur Anlieferung des Demonstrationsgeschosses mit Aggregaten und Materialien.
Ein Selbstversuch

Das Energiekompetenzzentrum versteht sich als Ort des Wissenstransfers zur effizienten Energienutzung. Konsequenterweise wird der Neubau selbst zum Demonstrationsobjekt verschiedener Technologien:

- Die begehbare Dachfläche ist gleichzeitig ein Skulpturengarten der Technik. Photovoltaikmodule, Luftkollektoren und verschiedene Kamin- und Abgaskonzepte werden hier zugänglich und erlebbar gemacht. Statt in einer geschlossenen Zisterne wird mit einem offenen Wasserbecken das Thema der Regenwassernutzung inszeniert.

- Der zweigeschossige Gebäudeinschnitt nach Süden dient nicht nur zur Belichtung der Räume. Hier können verschiedene Fassadenaufbauten demonstriert und evaluiert werden. Dabei sind - je nach Belichtungsbedarf der dahinterliegenden Räume - sämtliche Transparenz-, Verschattungs- und Dämmstufen am Objekt selbst darstellbar.

- Das Demonstrationsgeschoss ganz oben im Gebäude ist konzipiert als eine große und flexible Halle, in die notwendige Funktionsräume (Klimakammern, Funktionslabore etc.) und technische Elemente zur Energieeffizienz und Gebäudesystemtechnik wie Exponate eingestellt werden, Dieses Konzept und die Lage direkt unter dem Dach ermöglicht ein hohes Maß an Flexibilität für die ständige Aktualisierung des Zentrums. Die Position von Hausanschlussraum und Wärmesammelstation in direkter Nachbarschaft zu den Bestandsgebäuden erleichtert die Anbindung des Berufskollegs.

- Im Zwischengeschoss wird in erster Linie Wissen vermittelt. Inhaltlich wird hier erläutert, was oben gezeigt wird. Technisch wird hier gezeigt, was oben produziert wird. Daher verschwinden technische Installationen und Leitungen nicht unter abgehängten Decken. Sie werden geordnet installiert und bleiben damit sicht- und nachvollziehbar.

Energiekonzept

Es wird ein höchst innovatives und nachhaltiges Energiekonzept für das Bauvorhaben vorgeschlagen. An erster Stelle steht eine hohe thermische Behaglichkeit für die Nutzer im Winter sowie im Sommer. Die Kombination aus einer thermisch hochwertigen Gebäudehülle und einer kontrollierten Lüftungsanlage mit hocheffizienter Wärmerückgewinnung reduziert zunächst den Energieverbrauch auf ein Minimum, sichert den Erhalt der Bausubstanz über Jahrzehnte und schafft die richtigen Voraussetzungen für den Einsatz der erneuerbaren Energien.

Ein wesentliches Ziel ist die Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen durch ein vollständig emissionsfreies Wärmeerzeugungskonzept auf Geothermie- und Solarenergiebasis. Unter Berücksichtigung von Lebenszykluskosten ist diese Lösung auch aufgrund der Wirtschaftlichkeit zu favorisieren, denn gegenüber zukünftigen Energiepreissteigerungen von fossilen Energien ist ein System mit erneuerbaren Energien unempfindlicher.

Mit dem ganzheitlichen Energiekonzept werden aus den genannten Gründen die Anforderungen des Auslobers nach einem Passivhausstandard erfüllt.


Gebäudehülle I Technische Hülle I Energiestandard

Die Gebäudehülle wird mit Passivhausqualitäten errichtet, dass heißt hochgedämmte Außenwände, eine exzellente Wärmedämmung, hochwertige 3-fach Wärmeschutzverglasungen (U-Wert < 0,8 W/m²K), opake Bauteile U-Wert < 0,15 W/m²K und eine fugendichte Hülle (n50-Wert <= 0,6 1/h). Dadurch wird der maximale einzuhaltende Jahresheizwärmebedarf von <= 15 kWh/m²a eingehalten. Bereits in der Wettbewerbsphase wird besonderer Wert auf eine „wärmebrückenfreie“ Konstruktion der thermischen Hülle geachtet.

Durch die Kompaktheit des Baukörpers, den hochwertigen Wärmeschutz, die Dichtheit der Hülle und die Platzierung des Kubus in den Hang hinein, werden die Transmissions- und Lüftungswärmeverluste auf ein Minimum reduziert.


Hocheffiziente Lüftung I Temperierung Wärme und naturale Kühlung

Aufgrund der Passivhausanforderung sowie aus energetischen, bauphysikalischen Gründen und um eine hohe Nutzungsqualität zu erreichen, wird ein bedarfsabhängiges, kontrolliertes Lüftungskonzept vorgeschlagen. Die Öffenbarkeit von Fenstern ist allein aus psychologischen Gründen aber jederzeit möglich!

Die Passivhausqualität ermöglicht eine ausschließliche Beheizung über Luft als Energieträger. Auf konventionelle Heizkörper wird verzichtet. Ein hygienischer Grundluftwechsel sorgt für einwandfreie Raumluftqualität - auch in dem dichter besetzten Saal – gleichzeitig ist damit die für den Passivhausstandard obligatorische Wärmerückgewinnung möglich. Mit einer hocheffizienten Wärmerückgewinnung können zwischen 80 % und 90 % der Lüftungswärme zurückgewonnen werden. Es wird ein hygienischer kontrollierter Grundluftwechsel zwischen 0,4 – 0,6 1/h projektiert. Somit wird eine besonders hohe thermische Behaglichkeit bei sehr niedrigem Energieverbrauch gewährleistet.
Die Luftverteilung und -einbringung erfolgt über sichtbare Kanäle mit Weitwurfdüsen und Schlitzauslässen an der Decke entlang der Erschließungszone (Flurbereich) in der jeweiligen Ebene. Über die Weitwurfdüsen erfolgt die Zulufteinbringung bis weit in die Räume und die Decke der Nutzungszonen kann als offene Betonfläche, frei von Installation, ausgeführt werden. Dies kommt wiederum der thermischen Speicherfähigkeit des Baukörpers zugute und der daraus resultierenden Verbesserung des thermischen Verhaltens der Räume. Die Zuluft strömt anschließend in den Flurbereich über, wo sie abgesaugt und der Wärmerückgewinnung zugeführt wird.

Durch den eingesetzten Ventilator im Lüftungsgerät und eine energetisch optimierte Luftkanaldimensionierung ist der Ventilatorstromverbrauch äußerst gering (SFP-Wert, spezifische Ventilatorleistung zwischen 500 bis 750 W/(m³/s)).

Die Außenluftansaugung erfolgt über PV-Luftkollektoren auf dem Dach. Dabei handelt es sich um ein Solarluftsystem mit integrierter Photovoltaikanlage, mit dem zeitgleich Strom und Wärme produziert werden kann. So gelangt im Winter frostfreie Außenluft zum Lüftungsgerät, die nach der Wärmerückgewinnung nur noch eine geringe Nacherwärmung benötigt.

Im Sommer wird mit einer Naturalen Kühlung eine Entwärmung der Nutzerzonen erreicht. Die durchströmende Zuluft wird mit diesen Maßnahmen behaglich temperiert. Damit wird das Gebäude ohne Klimaanlagen in einem thermisch behaglichen Bereich gehalten und einer sommerlichen Überhitzung entgegengewirkt.


Technikkonzept I Wärmeerzeugung I Geothermie I Solaranlagen

Zur Veranschaulichung werden sämtliche Technikkomponenten offen und frei zugänglich in den Zonen gestaltet.
Das Gebäude benötigt aufgrund der beschriebenen thermischen Qualitäten der Gebäudehülle und aufgrund der hocheffizienten Wärmerückgewinnung nur noch geringe Mengen an Heizenergie. Die geringe Restenergie für die Beheizung erfolgt aus einer reversiblen Wärmepumpenanlage. Als geothermische Wärme- und Kältequelle werden Erdwärmesonden vorgesehen. Zur Machbarkeit und zur Bestimmung der geothermischen Entzugsleistung des Untergrundes sollte im Zuge der Detailplanung ein Thermal Response Test durchgeführt werden. Für den sommerlichen Kühlfall kann mit geringstem Energieaufwand gekühltes Wasser zur Komfortsteigerung genutzt werden, indem das Wasser in den Erdsonden nur umgewälzt wird, wobei lediglich Hilfsenergien notwendig werden.

Eine solarthermische Vakuumröhrenanlage auf dem Dach dient zur Warmwasser- und Heizungsunterstützung. Auf dem Dach des Gebäudes besteht weiterhin die Möglichkeit aufgeständerte Photovoltaikmodule zur solaren Stromerzeugung einzusetzen. Somit befinden sich auf dem Flachdach drei verschiedene Solaranlagensysteme die zu Demonstrationszwecken herangezogen werden können.

Das aufgefangene Regenwasser (Niederschlagswasser) kann nach Aufbereitung als Betriebswasser zur Toilettenspülung und zur Gartenbewässerung genutzt werden. Neben der Frischwassereinsparung wird eine Einsparung der Niederschlagsentwässerungskosten erreicht.

Das Energetische Konzept zeichnet sich durch eine einfache, langlebige, flexible, wartungsarme und effiziente Gebäudetechnik sowie ökologische, nachhaltige, ökonomische und soziokulturelle Qualität aus.