Bergische Universität Wuppertal - Ersatzneubau für die Fächer Chemie/Biologie/Ingenieurwissenschaften

Erläuterungsbericht

Gliederung:

1.Entwurf
2.Baukonstruktion
3.Außenanlagen
4.Konzept zur technischen Gebäudeausrüstung
5.Nachhaltigkeit
6.Konzept zum Brandschutz




1. Entwurf


Städtebau

Die vorgeschlagene städtebauliche Lösung führt die vorgefundene Struktur fort und ergänzt sie durch ein neues signifikantes Auftaktgebäude. Sie stärkt den Campus bei gleichermaßen zurückhaltender Architektursprache. Von Südosten kommend, wird der Eingang zum Ersatzneubau vis-a-vis vom neuen Eingang zum Hörsaalzentrum an der Gaußstraße, zentral im Gebäude platziert. Die gestaffelte Struktur gliedert die Baumasse zum Straßenraum hin und verhindert so bewusst einen wand- bzw. schluchtartigen Eindruck. Die aufgelockerte Ausformulierung der Gebäudestruktur schafft immer wieder U-förmige, sich öffnende Hofsituationen, welche Ausblicke in die Umgebung und Landschaft frei geben.

Durch die topografische Besonderheit der Hanglage wird dem zukünftigen Blick vom Einsteinturm bzw. der Präsens im Stadtbild besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Dort zeigt sich das Gebäude mit klaren vertikalen Gliederungselementen, die sich unaufgeregt und harmlos zwischen in den Grünraum einfügen. Das Gebäude verzahnt sich mit dem bestehenden Grünraum und integriert sich harmonisch in die Landschaft.

Die architektonische Ausformulierung des Gebäudes wird mit einer Mäanderstruktur verbildlicht. Sie verbindet das Gebäude und folgt so einer klaren Entwurfsidee. Das Haus soll nicht als Reihung von Einzelhäusern verstanden werden, sondern als Gebäude mit den vier Fachbereichen unter einem Dach, in dem jeder einzelne Fachbereich eigenständig ablesbar bleibt. Eine dennoch kompakte Bauform trägt einer zeitgemäßen und nachhaltigen Ökonomie Rechnung.

Auf technische Dachaufbauten wurde soweit wie möglich aus funktionalen, topografischen, städtebaulichen und gestalterischen Gründen verzichtet.

Architektur

Ein zentral gelegener Haupteingang erschließt alle vier Fachbereiche über eine zweigeschossige Eingangshalle. Über das großzügige Foyer lassen sich alle Bereiche über kurze Wege erreichen. Das Technikum und das Chemische Großlabor bzw. die Werkstatt sind von dort ebenfalls gut zugänglich, weil sie sich in direkter Nachbarschaft befinden. Vier Seminarräume wurden gemäß den Vorgaben aus der Auslobung am Eingangsbereich in direkter Nähe zum Schülerlabor platziert. Die Räume der Zentralen Analytik wurden möglichst weit von den Laboren des Brandschutzes bzw. Brand- und Explosionsschutzes angeordnet, um der gewünschten Erschütterungsfreiheit Rechnung zu tragen.

Die Gebäudestruktur bietet die Möglichkeit großzügige kommunikative Zonen in den einbündigen Gebäudeteilen auszubilden. Diese dienen der zusätzlichen vertikalen Verknüpfung und Vernetzung der Fachbereiche und Nutzungen. Sie bieten den freien Blick in die Landschaft und steigern die Aufenthaltsqualität im Inneren des Gebäudes.

Die Flexibilität der Gebäudestruktur ermöglicht die Seminarräume, DV-Pools und Übungsräume in zentraler Lage, dennoch aber in den jeweiligen Fachbereichen, zu organisieren. Eine einfache und klare Orientierung im Gebäude ist gegeben. Die vier Fachbereiche wurden sowohl horizontal, als auch vertikal im Gebäude verteilt und sind als „atmende“ Nutzungscluster zu verstehen. Diese Organisation bietet in jeweiligen Fachbereich die Möglichkeit alle Bereiche über extrem kurze Wege zu erreichen, da alles kompakt als Paket horizontal, wie auch vertikal organisiert wurde. Die ausgesprochen flexible Grundrissgestaltung kann auf Nutzungsveränderungen optimal reagieren und ist dabei äußerst wirtschaftlich organisiert. Ein nachhaltiger Betrieb ist somit auf lange Sicht auch bei Umnutzungen gewährleistet.

Alle Nutzflächen können, soweit es die Anforderungen zulassen, natürlich belüftet und belichtet werden. Eine optimale Tageslichtausnutzung wird in allen Bereichen angestrebt. Alle Labor-, Büro-, Seminar- und Übungsräume als auch große Teile der Erschließungsflächen bieten einen freien Blick in die Landschaft, was für eine besondere Aufenthaltsqualität sorgt und der Orientierung hilft.

Das Technikum befindet sich, ebenerdig erschlossen neben der Gaußstraße, im nordwestlichen Teil des Baugrundstücks, entsprechend den funktionalen Verknüpfungen zum Gebäude U. Die Anlieferung wurde als Durchfahrtslösung konzipiert, so dass sie den Verkehr auf der Gaußstraße nicht beeinträchtigt und von ebendieser optisch nicht wahrgenommen werden kann. Ein zusätzlicher beweglicher Sichtschutz wäre optional möglich. Die Anlieferung der Werkstatt erfolgt ebenfalls ebenerdig seitlich neben der Gaußstraße.

Die Bereiche Maschinenbau und Sicherheitstechnik liegen in direkter räumlicher Nähe zum Technikum und sind über kurze Wege zu erreichen.

Das Chemische Großlabor, die Werkstatt und Glasbläserei befinden sich folglich beim Fachbereich Chemie. Die Anlieferung bzw. Erschließung dieser Bereiche erfolgt ebenerdig von der Gaußstraße. Zwei Nebeneingänge nördlich bzw. südlich ermöglichen, wenn gewünscht, eine flexiblere Zugänglichkeit bzw. Anbindung, um beispielsweise Gebäude U mit anzuschließen.



2. Baukonstruktion


Riegelbauten

Die Konstruktion der Riegelbauten besteht im Regelbereich aus 2-spännigen Flachdecken auf Randstützen und einer Mittelstützenreihe. In den tieferen Gebäudeteilen ergibt sich unter Fortsetzung der oben beschriebenen Stützenachsen ein 3-spänniges Flachdeckensystem. Die Stützenanordung wird abgestimmt auf das Ausbauraster mit einem Regelstützenabstand in Längsrichtung von 7,20m gewählt. Damit wird eine wirtschaftliche Deckenkonstruktion mit geringer Konstruktionshöhe ermöglicht, die sowohl für den erstmaligen Ausbau, wie auch für eventuelle spätere Nachrüstungen oder Umbauten eine maximale Flexibiltät ermöglicht.


Technikum

Im Bereich des Technikums für Maschinenbau und Sicherheitstechnik ist keine Unterkellerung vorgesehen. Damit können hohe Nutzlasten unproblematisch aufgenommen werden. Wegen der nur teilweisen Überbauung kann die Zahl der Stützen minimiert werden. Unter Berücksichtigung brandsschutztechnischer Anforderungen wird die Decke auch im nicht überbauten Bereich als Stahlbetonkonstruktion ausgebildet, wofür vorgespannte Fertigteilelemente zum Einsatz kommen. Dadurch können aufwändige Schalungsarbeiten mit großer Rüsthöhe vermieden und hinreichend große Spannweiten bei moderater Konstruktionshöhe verwirklicht werden.


Aussteifung

Die horizontale Stabilisierung des Gebäudes erfolgt über Treppenhauskerne und Schächte. Wegen der großen Ausdehnung und unter Berücksichtigung der Gebäudegeometrie erfolgt eine Trennung der aufgehenden Geschosse in zwei eigenständig ausgesteifte Bewegungsabschnitte beidseits der Eingangshalle. Dadurch kann mit einem Minimum an Dehnfugen die unvermeidbare Zwangsbeanspruchung der aussteifenden Bauteile sinnvoll begrenzt werden und gleichzeitig die Gebäudeaussteifung mittels der ohnehin erforderlichen Wände und Schächte gewährleistet werden.


Gründung

Zur Festlegung des Gründungssystems liegen zurzeit noch keine hinreichenden Kenntnisse des Baugrunds vor. Bei geeigneten Baugrundverhältnissen bietet sich eine Flachgründung über eine tragende Bodenplatte an. Für die bereichsweise Überbauung des Hanges werden Stützen unterhalb des UGs bis zur tragfähigen Gründungsebene geführt. Abhängig von den örtlichen Baugrundverhältnissen kann die Gründung dieser Stützen über hinreichend in den Baugrund eingebundene Einzelfundamente, oder aber über Pfähle als Tiefgründung erfolgen. Die gewählte aufgehende Konstruktion aus Stützen und Flachdecken ist sehr unempfindlich gegenüber Setzungsunterschieden und deshalb sehr gut für die Überbauung des Hanges mit unterschiedlichen Gründungsebenen geeignet. Darüber hinaus wird die Gründung entsprechend der Baugrundsteifigkeit so dimensioniert, dass Setzungsunterschiede zwischen den auf unterschiedlichen Ebenen gegründeten Bauteilen minimiert werden.


Fassade

Ein Wechselspiel zwischen offenen und geschlossen Fassadenflächen bildet das Thema der zentralen Entwurfsidee. Ein mäandrierender Fassadenstreifen aus hellem Sandstein umspielt die offenen Fassadenbereiche.

Die offenen Bereiche werden als Vorhangfassade in vorgefertigter, besonders ökonomischer, ressourcensparender Modulbauweise 3,6m elementiert vorgeschlagen. Eine optimale Tageslichtausnutzung wird erreicht. Ein opakes linear bedrucktes Glaspaneel mit Glasgespinsteinlage vor massiver Brüstung sorgt für ein spannungsvolles Fassadenspiel. In den Glasbereichen gibt es Fensterbänder mit Öffnungsflügeln zur individuellen Belüftung und für die Nachtkühlung der Büro- und Laboreinheiten.

Innenliegende Blendschutzrollos sorgen für eine individuelle Steuerung der Belichtung für die Büro- und Laborarbeitsplätze. Diese sind ebenfalls eingefärbt und sorgen im Zusammenspiel mit den gefärbten Glaspanellen für ein individuelles Fassadenspiel, in der die sonst übliche Bandfassade optisch aufgelöst wird. Farblich kann so die Fassade individuell gestaltet werden. Die Fassadenkonstruktion besteht innen aus heimischen Hölzern, einem nachwachsenden CO2 bindenden Rohstoff.



3. Außenanlagen

Für den zentralen Eingangsbereich wird ein großformatiger Betonwerksteinplattenbelag vorgesehen. Der südwestliche Waldbereich am Hang bleibt erhalten. Grün und Gebäude verzahnen sich auf selbstverständliche Weise miteinander. Das Gewächshaus und die Beete wurden in den Hang einbettet, bei gleichzeitiger optimaler Erreichbarkeit des Fachbereichs Biologie. Flächen vor Werkstätten und Technikum müssen befestigt werden, um die ausreichende Befahrbarkeit für LKW zu gewährleisten. Ein begrünter Sichtschutz zur Gaußstraße in Form von vorgeschlagenen Neupflanzungen bietet die Möglichkeit, die Anlieferung nicht einsehbar zu gestalten.










4. Konzept zur technischen Gebäudeausrüstung

Allgemein TGA

In einer optimalen Zusammenwirkung zwischen Architektur – Statik – Gebäudetechnik ist es gelungen das besonders wichtige Thema Installations-schächte + Trassen ideal einzubinden.
Die Lage und Entfernungen zu den Versorgungsbereichen ist so abgestimmt, dass Technik und Wirtschaftlichkeit optimiert sind.
Mit dieser Konzeption kann ein wartungsfreundliches, zukunftsgerechtes variables und anpassungsfreundliches Gebäudetechniksystem geplant und gebaut werden.
Die Schächte sind je Geschossebene begehbar, enthalten Platzreserven, beinhalten die wichtigsten Hauptabsperrungen und Regelorgane je Strang und Geschossbereich.
Im 2. und 1. UG werden die Schächte von den dort liegenden Zentralen versorgt.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass mit dieser Konzeption alle Anforderungen und Möglichkeiten, sicher und insbesondere wirtschaftlich, erfüllt werden können.


Sanitär / Be- und Entwässerung

Geprägt ist die Gebäudeinstallation durch die klare Schacht- und Trassenzuordnung.
Be- und Entwässerungsleitungen sind je Schachtbereich zugeordnet. Die Entfernungen zu den weitestliegenden Entwässerungsstellen sind über die Deckenverzugsleitungen unter Berücksichtigung des erforderlichen Gefälles und der zur Verfügung stehenden Höhe problemlos möglich.
Ab dem Schachtbereich werden die Rohrleitungsinstallationen in einem geordneten Trassensystem mit den anderen Gewerken verlegt.
Die Trinkwasserversorgung erfolgt als getrenntes Leitungssystem zwischen Sozial- und Labor-Schulungsbereich.

Anmerkung:
Die Medienversorgung Flüssigkeiten, Gase für die Labor-, Technikums- und Übungsbereiche sind im gleichen Schacht- und Trassensystem mit eingeplant.


Raumheizung

Auch hier gilt das vorgenannte klare Schacht- und Trassenprinzip. Mit Ausnahme der Technikums-, Labor- und Übungsräume erhalten alle restlichen zu beheizenden Bereiche statische Wandheizflächen (keine mechanische Lüftung und Kühlung).

Bei allen anderen Räumen, wie Technikum-, Labor- und Übungsräumen, welche mechanisch be- und entlüftet werden, sind aufgrund der inneren Wärmelasten, Raumkühlungen erforderlich. Siehe hierzu Erläuterungen unter dem nachfolgenden Punkt.


Lüftung / Kühlung / Heizung

Die Labor-, Übungs- und Technikumsräume erfordern entsprechende Lufttechnik mit Wärme- und Kälteversorgung. Die Anlagen werden als 100 % Frischluftsysteme konzipiert und erhalten hochwirksame Energierückgewinnungssysteme (Wärmerückgewinnungsenergie / a ca. 90 %, bei Kälte ca. 45 %). Mit dieser Konzeption zeigt sich, dass die Wärmeenergie bei solchen lufttechnischen Systemen sehr effizient zurückgewonnen wird und die Betriebskosten kaum mehr von der Heizenergie bestimmt sind.

Kälte- und Stromantriebskosten sind deshalb die relevanten betriebskosten-bestimmenden Faktoren.

Die Geräte- und Kanalsystemauslegung wird deshalb mit niedrigen Geschwindigkeiten (Gerätequerschnittgeschwindigkeit ca. 1,5 ... 1,7 m/s) ausgelegt. Dies ist bei der Konzeption der Zentralen, Schächte und Trassen berücksichtigt.

Ein weiteres energieeffizientes Einsparpotential wird durch ein energetisches Verbundkonzept erreicht. Wärme, welche in den Laboren entsteht und z. T. auch in Heizperioden abgeführt werden muss, wird durch ein Wärmepumpensystem (2 Kreisläufe, 1 x Kühlen, 1 x Heizen) an Raumbereiche weitergeleitet in denen Wärme benötigt wird. Diese beiden Leitungssysteme Kühlwasser 18°/22° C und Heizwasser 35°/30 ° C werden insbesondere in den Laborbereichen vorgelegt.
Die Kühlung bzw. Heizung dieser Bereiche erfolgt über Deckensegel bzw. Kühlbaffel.


Elektro- und Informationstechnik

Die zentralen Anlagen der Elektro- und IT – Technik sind im Untergeschoss vorgesehen. Aus diesen Zentralen erfolgt die Versorgung sternförmig zu den entsprechenden Technikräumen in die einzelnen Ebenen. Hinsichtlich der senkrechten Steigetrassen sind diese übereinander angeordnet. Da große Entfernungen von den zentralen Anlagen zu den Verteilerräumen in den Ebenen vorliegen, empfiehlt sich bei der Hauptstromversorgung der Einsatz von Stromschienen (Vermeiden von Brandlasten).

Auslegung der Sicherheitsbeleuchtung nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten:

Leuchten in LED – Technik  Kapazität der Batterie wird kleiner = Kosteneinsparung

Dezentrale Unterstationen  Nur wenige Hauptkabel

Ausführung der Elektroinstallation in moderner Technik.
Einsatz von energieeffizienten Beleuchtungssystemen (z. B. Leuchten mit T5-Leuchtstofflampen bzw. mit LED). Steuerung der Beleuchtung und Sonnenschutz über ein feldoffenes Bussystem mit IP-Anbindung. Zusätzliche Maßnahmen zur Energieeinsparung mittels tageslichtabhängiger Steuerung, unterstützt durch Präsenz- und Bewegungsmelder.

Strukturförmiger Aufbau des passiven IT – Netzes von der Zentrale zu den Netzwerkschränken in den Ebenen in LWL-Technik. Verkabelung in der Ebene mit CAT 7-Kupferkabel unter Berücksichtigung der maximalen Längen.
Gefahrenmeldeanlagen nach den baulichen Anforderungen und in Bus-Technik auswählen.

Fundamenterder als Teil der Erdungsanlage in bzw. unter der Bodenplatte gemäß ermittelter Blitzschutzklasse. Äußerer Blitzschutzanlage unter Beachtung der technischen Regeln (z. B. Trennungsabstand) an die Gebäudestruktur anpassen. Innerer Blitzschutz mittels Überspannungsschutzgeräte und Potenzialausgleich mit vorsehen.


Gebäudeautomation

Für die Anlagen der technischen Gebäudeausrüstung ist ein digitales, modular aufgebautes, anlagenübergreifend vernetztes, und jederzeit erweiterbares Automationssystem mit DDC-Technik der neusten Generation geplant.
Das Automationssystem besteht aus den Systembereichen Management-, Automations- und Feldebene.
Die Leistungsmerkmale des Systems werden von der Art und vom Umfang der technischen Gebäudeausrüstung bestimmt.
In den Technikzentralen sind dezentrale Automationsstationen geplant, welche prozessnah die anlagenbezogenen Automationsaufgaben autark übernehmen.
Aufgaben der Automationsebene:
- Regelung und Steuerung der Zentralanlagen (RLT, HZG, KLT)
- Regelung und Steuerung der nachgeordneten Raum-/Zonenanlagen
- Raumfunktionen sind: Heizen, Kühlen, Luftbilanzierung, Raumdruckkonditionierung
- Die Luftbilanzierung in den Laborräumen wird über das Automatisierungssystem der Raumregelungen realisiert.
- Energie-Management zur Restwärmeerfassung und 0-Energieband
- Informationsverarbeitung aus den Gewerken Elektrotechnik, Medien, Sanitär, Technische Gase, etc.
- logische Verknüpfungen zur Betriebsüberwachung
- Störmeldungen mit Klassifizierung nach Wichtigkeit

Die anlagenbezogenen Automationsaufgaben können auch ohne Managementebene vollständig bearbeitet werden. Zur Realisierung der anlagenübergreifenden Gesamtfunktionalität sind die Automationsstationen über ein GLT-Netzwerk miteinander verbunden. Über dieses Netzwerk können die Automationsstationen relevante Daten untereinander wie auch mit der Managementebene für übergeordnete Funktionen austauschen.







5. Nachhaltigkeit


Energetisches Konzept

Ergänzende Kurzbeschreibung zum Berechnungskonzept Energiebedarf.

Zum grundlegenden Energieverbrauch, d. h. auch die sichere Einhaltung nach ENEV 2009, kann bei dem konzipierten Konzept, insbesondere auch aufgrund des hocheffizienten Lufttechniksystems und einem gebäudeinternen Wärme-Kälte-Wärmepumpen-Verbundsystem eine deutliche Unterschreitung der ENEV 2009 erreicht werden.

Zum EE-Wärme-Gesetz (EEWG)
Folgende Faktoren wurden bewertet und berücksichtigt.

Fernwärmeversorgung (Dampf) mit einem Primärenergiefaktor von 0,70

Noch weitere energetische Maßnahmen zur Einhaltung von ENEV 2009 + EEWG als Gesamtheit sind:

- Absorptionskältemaschine

- Erdsonden – Energienutzung für Wärmeversorgung
über Wärmepumpe
und Kühlwasserversorgung indirekt über Wärmetauscher.

Die eventuell erforderlichen vorgenannten Maßnahmen sind gebäudetechnisch berücksichtigt, wobei die tatsächlichen Leistungen entsprechend einer in der Planungsphase durchzuführenden Berechnung, festgelegt werden. Wobei hier Gesetzes-Erfüllung ENEV 2009 + EEWG auf der einen Seite und die Wirtschaftlichkeit auf der anderen Seite mit bewertet werden sollten.

Regenerative Energie

Neben den bereits erwähnten passiven Strategien, besteht noch die Möglichkeit bestimmte Fassadenbereiche nach Süden mit Photovoltaik auszurüsten und diese gleichzeitig als gestalterisches Mittel einzusetzen. Dies wäre aber mit dem Bauherrn zu klären.










6. Konzept zum Brandschutz


Allg. Brandschutz

Das geplante Bauvorhaben unterliegt neben der Bauordnung des Landes Nordrhein-Westfalen in Teilflächen dem Anwendungsbereich der Sonderbauverordnung des Landes.
Das Gebäude ist nicht als Hochhaus einzustufen, da sich der Fußboden keines Geschosses mit Aufenthaltsräumen im Mittel mehr als 22m über Geländeoberfläche befindet. Angriffsmöglichkeiten für die Feuerwehr sind von der Gaußstraße aus vorhanden.


Rettungswege

Die Rettungswege verlaufen grundsätzlich über notwendige Flure zu notwendigen Treppenräumen und in diesen bis ins Freie, sind also baulich sichergestellt.
Die notwendigen Flure sind dabei so angeordnet und durch Rauschutztüren unterteilt, dass immer zwei voneinander unabhängige Rettungswegrichtungen für jeden Aufenthaltsraum zu notwendigen Treppenräumen existieren. Das im Zentrum angeordnete zweigeschossig offene Foyer mit offenen Treppen benötigt keine besonderen anlagentechnischen Brandschutzmaßnahmen, da für die anliegenden Aufenthaltsräume jeweils mindestens ein von diesem Foyer unabhängiger Rettungsweg ausgebildet werden kann.
Die Auslegung der Rettungswegbreiten erfolgt unter Berücksichtigung der größtmöglichen für die Nutzung zu erwartenden Personenzahlen.
Unter Berücksichtigung der hier beschriebenen Maßnahmen werden die Rettungswege sichergestellt.


Bauliche Brandschutzmaßnahmen

Das geplante Gebäude wird in seinen tragenden und aussteifenden Teilen feuerbeständig und aus nichtbrennbaren Baustoffen ausgebildet.
Die einzelnen Laborräume in den Obergeschossen werden untereinander mit höchstens feuerhemmenden Trennwänden abgetrennt. Dies hat den Vorteil, dass insoweit sich nicht aus den geplanten Labornutzungen selbst höhere Anforderungen ergeben, die Türen ohne klassifizierte Brandschutzanforderungen ausgeführt werden können und insbesondere für die in großem Umfang erforderlichen Installationsführungen, die Erleichterungen der Leitungsanlagen-Richtlinie genutzt werden können. Dies bietet in Ausführung, Unterhalt und ggf. zukünftiger Erweiterung erhebliche Kostenvorteile.


Anlagentechnik Brandschutz

Um den abwehrenden Brandschutz zu ermöglichen, werden in den Fassadenflächen Rauchableitungsöffnungen (Fenster) mit 2% der Grundfläche vorgesehen.
Die an den Fassaden angeordneten Räume werden grundsätzlich über von Hand öffenbare Fenster entraucht. Für innenliegende Räume größer 15m2 können in Abstimmung mit der Feuerwehr Maßnahmen für einen maschinellen Rauchabzug erforderlich sein. Die Größe der einzelnen Versammlungsräume überschreitet 1.000m² nicht, weshalb keine Brandmeldeanlage mit automatischen und nichtautomatischen Meldern erforderlich ist.
Die Versammlungsräume sind einzeln nicht größer als 1.000m², weshalb Rauchabzugsanlagen zur Sicherstellung einer definierten raucharmen Schicht im vorliegenden Fall nicht erforderlich sind.