Durch eine integrale Planung sollen in den Büros die Möglichkeiten der passiven Klimatisierung ausgeschöpft werden. Mittels einer dynamischen Gebäudesimulation ermittelte das Planungsteam die notwendigen Maßnahmen: Glasflächen und -typen in der Fassade wurden angepasst; ein effektiver, außen liegender Sonnenschutz wird automatisch gesteuert; die Lüftung ist optimiert.

Im Sommer sorgt eine Abluftanlage in Verbindung mit den freien Stahlbetondecken (sie kühlen schneller aus als abgehängte Decken) für die Entwärmung des Gebäudes. Bis zu fünfmal pro Nacht wird die Luft ausgetauscht. Zusätzlich werden die Oberlichter von Hand geöffnet, um den Druckverlust in Anbetracht der hohen Volumenströme zu verhindern. Selbst lange Hitzeperioden dürften kein Problem darstellen; das Konzept geht von einigen wenigen Tagen mit Raumtemperaturen über 26 ° Celsius aus.

Ein Luft-/Erdregister zur Kühlung und Vorwärmung der Zuluft ist zusätzlicher Bestandteil der Lüftung des Kopfgebäudes: 7 jeweils 100 Meter lange Kunststoffrohre mit einer Nennweite von 25 Zentimetern liegen 6 Meter tief im Arbeitsraum der Ausschachtung für das 2. Untergeschoß der Erschließungsachse. Für genügend frische Büroluft sorgt in der kalten Jahreszeit eine Abluftanlage: Der Grundluftwechsel beträgt 30 Kubikmeter pro Person und Stunde.

Die Außenluft strömt über Spaltventile in den Fensterrahmen in die Büros und via Unterdruck durch Lüftungslamellen oberhalb der Türen in den Flur. Von dort wird die Abluft zentral entnommen, ihre Wärme wird der Wärmerückgewinnung der Labors zugeführt.

Licht und Beleuchtung

Der Verzicht auf eine Klimaanlage für die Büros spart ebenso Strom wie die Lichtlenkung, welche zudem für angenehmes Tageslicht an den (Bildschirm-) Arbeitsplätzen sorgt. Die in das Dach und die Fassaden integrierte, etwa 200 Quadratmeter große Solarstromanlage kann so rein rechnerisch den Strombedarf für die gesamte elektrische Beleuchtung decken.

Damit die Mitarbeiter des ISE nicht nur für die Nutzung der Solarenergie arbeiten können, sondern auch genug Sonnenlicht bekommen, wurde die Flügelstruktur des Gebäudes gewählt: Sie erhöht den Lichteinfall. Die Ausrichtung der Bürotrakte minimiert die ungünstigen Ost- und Westfassaden. So begegneten die Architekten beispielsweise der Blendgefahr durch den in diesen Himmelsrichtungen ganzjährig niedrigen Sonnenstand. Die Fassadengestaltung und die Auswahl der Leuchten erfolgten im Anschluss an eine Lichtsimulation.
Architekten und Fachingenieure entwickelten eine Fassade mit 4 funktionalen Segmenten: Brüstung, Fenster, Blendpaneel und Oberlicht.

Das deckenbündige Oberlicht läßt das Licht möglichst hoch einfallen; eine durchgehende Außenjalousie mit zweigeteilter Bedienung gewährleistet den Sonnenschutz und lässt dennoch genügend Tageslicht einfallen.

Das Zusammenspiel von Tages- und Kunstlicht.


Grafik: Fraunhofer ISE

Ist sie ganz heruntergefahren, schließen die Lamellen vor dem Fenster, während sie vor dem Oberlicht in waagrechter Stellung bleiben. Energie-Effizienz heißt auch sinnvolles Sparen: Für das ISE entschieden sich die Ingenieure für eine Beleuchtungs-Elektronik ohne "Stand-by"-Verbrauch: Die Grundbeleuchtung von 75 Lux übernimmt eine indirekt strahlende Stehleuchte pro Büro, deren Stromkreis bei ausreichendem Lichteinfall automatisch zentral abgeschaltet wird. Die einzelnen Arbeitsplätze verfügen über Tischleuchten mit 500 Lux. Zusammen sind in den Büros nur 10 Watt pro Quadratmeter Lichtleistung installiert, in den Fluren 6W/m2. Der jährliche Strombedarf für Kunstlicht liegt bei zirka 10 Kilowattstunden pro Quadratmeter.

Solare Energieversorgung und effektive Energieumwandlung

Trotz aller Energiesparmaßnahmen und der Wärmerückgewinnung aus der Abluft können die hauseigene PV-Anlage und die thermische Solaranlage nur einen Bruchteil des gesamten Bedarfs des ISE decken: Ein gasbetriebenes Blockheizkraftwerk (BHKW) kombiniert mit einer Absorptionskältemaschine, deckt den ganzjährig hohen Energiebedarf von Reinraum, Labors und Produktionsstätten (z.B. elektrische Diffusionsöfen mit 300 Kilowatt Anschlussleistung).

Die Abwärme, die im Winter zum Heizen genutzt wird, kann im Sommer in Klimakälte umgewandelt werden. Wirtschaftlich ist dieser Kraft/Wärme/Kälte-Verbund allerdings erst, wenn der hohe Stellenwert einer ausfallsicheren Stromversorgung in die Kalkulation eingeht. Dies gewährleistet das BHKW und verringert die damit normalerweise verbundenen Investitionskosten.

Die Anlage soll sich nach 8 Jahren wirtschaftlich amortisieren, dann soll der um 15% geringere Verbrauch die im Vergleich zu einer herkömmlichen Energieversorgung nahezu doppelt so hohen Anfangsinvestitionen wieder eingespielt haben.An die Zukunft wurde auch gedacht: Bei Bedarf kann das BHKW gegen ein Brennstoffzellenaggregat mit Erdgasreformer ausgetauscht werden.

Die Kenndaten der Energieversorgung

Die solaren Komponenten der Energieversorgung können sich sehen lassen - auch wenn sie wegen ihrer geglückten Integration kaum oder nur aus der Luft zu erkennen sind. Die Solarstromanlage leistet insgesamt 20 Kilowatt, davon entfallen 10 Kilowatt Spitzenleistung (kWp) auf in die Tragkonstruktionen der Flügelfassaden eingehängte Module, weitere 7 kWp liefern die Solarzellen im Isolierglas des südlichen Teils der Sheddach-Konstruktion für das Atrium und 3 kWp sind in die Fassade am südlichen Ende der Magistrale integriert. Mit einem g-Wert von 24% (Energie-Durchlass bezogen auf die Sonneneinstrahlung) übernehmen die Module zugleich Wärme- und Sonnenschutzfunktionen. Kollektoren mit einer Gesamtfläche von 20 Quadratmetern tragen mit drei Vierteln zur Warmwasserversorgung der Kantine bei.

Durch Maßnahmen zur Energie-Einsparung und effiziente Energieversorgung soll der Wärmebedarf des Instituts rund 40 % unter dem Niveau der Wärmeschutzverordnung liegen und auch bei künftigen Ausbauten von Ausstattung und Funktionalität nicht steigen. Würde das BHKW auch in der Nacht betrieben, sänke der Primärenergiebedarf weiter. Ob dies Sinn macht soll noch überprüft werden - derzeit übersteigen die Kosten der Eigenstromerzeugung während der Nacht den Bezugspreis für Strom aus konventioneller, meist fossiler Produktion.

3 Kilowatt Pholtovoltaik-Leistung sind in die Fassade des Neubaus am südlichen Ende der Magistrale integriert. Die Module übernehmen zugleich Wärme- und Sonnenschutzfunktionen. Foto: Fraunhofer ISE

Nach dem bereits erfolgten Umzug aller Beschäftigten und der Einweihung, die am 23. November stattfinden wird, geht die Arbeit eines mit dem Bau befassten Teams weiter: Die laufende Überwachung und Bewertung des Gebäudes erfolgt im Rahmen des Forschungsprojektes "SolarBAU:Monitor", gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi).

Das ISE gibt Architekten, Ingenieuren, Hausplantechnikern, Bauherren und Baufachleuten sowie sonstigen Interessenten die Gelegenheit zu fachkundiger Führungen durch das neue Institutsgebäude (Architektur: Dissing + Weitling, Kopenhagen). Themenschwerpunkte: Tageslichtnutzung, Passive Kühlung für hohe Arbeitsplatzqualität bei geringem Energieverbrauch sowie Integration von Solarsystemen in die Energieversorgung.