Phase 1
Projektbeitrag
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Das Gebäude gliedert sich in zwei auf einer transparenten Erdgeschosszone schwebende Körper, die durch ein dreigeschossiges, lichtdurchflutetes Atrium miteinander verbunden sind. Durch eine geschickte Verformung und Verschiebung der beiden Gebäudeteile entsteht eine spannungsvolle Verzahnung mit den angrenzenden Landschaftsräumen und eine stadträumlich klar definierte Fassung der beiden Eingangssituationen.

Die beiden Gebäudeteile erhalten eine Ausrichtung und bilden jeweils – durch die nach Westen und Osten sehr dichten Fassaden und vorgelagerten Loggien unterstütz – „Köpfe“ an ihren Enden, die das Gebäude als Landmark sich raumgreifend auch über die Wettbewerbsgrenzen hinaus entfalten lassen.

Das Außenanlagenkonzept gliedert sich in unterschiedliche Räume mit jeweils eigenen Landschaftsthemen und spezifischen Aufenthaltsqualitäten:

· die beiden Gravitationszentren „Streuobstwiese“ und „See“

· der „Infinity Loop“ als alles verbindendes Wegenetz

· die durch die Gebäudekubatur aufgespannten Platzsituationen des Haupteingangs zum See und des Konferenzeingangs zur Streuobstwiese

· die vor den „Köpfen“ des Gebäudes gelegenen und durch diese und durch die jeweiligen EG-Funktionen definierten und bespielten Außenflächen.

Das Gebäude des Brainergy Hub wird fußläufig oder per Fahrrad über den „Infinity Loop“ erschlossen, der im Süden an den öffentlichen Straßenraum und die Parkplätze anbindet und Richtung Norden an die weiterführende Grünachse des Brainergy Parks.

Die Außenanlagen bestehen in erster Linie aus versickerungsfähigen Oberflächen, die unmittelbar am Gebäude in befestigte Platzflächen übergehen.

Das Gebäude kann durch Rettungsdienste umfahren werden.

Das Rückgrat des Gebäudes bildet das zentrale dreigeschossige Atrium, das die Kommunikative Mitte des Brainergy Hub darstellt. Alle wichtigen Funktionsbereiche wie Büromodule, Netzwerkflächen, Projekträume, Gastronomie, Konferenz und Co-Working-Bereiche bilden eindeutige Adressen zu dieser Binnenzone aus.

Erschlossen werden die verschiedenen Ebenen über eine großzügige Freitreppe, die sich im Atrium spannt. Zusätzlich gibt es vier aus brandschutztechnischer Sicht notwendige Treppenhäuser, die auch zwei Lastenaufzüge umfassen.

Die Anlieferung der Gastronomie sowie Müllentsorgung wird von Westen her angedient, die Anlieferung „Büro“ befindet sich im Osten jeweils etwa gebäudemittig, um die aktiveren Bereiche der Außenanlagen in den Kopfbereichen nicht zu stören.

Grundlage ist die klare und strukturierte Organisation des Neubaus mit der Zielsetzung effizienter, wirtschaftlicher und nachhaltiger Funktionsabläufe. Die beiden Gebäudeteile des Brainergy Hub sind jeweils als Dreibund konzipiert. Durch den Versatz der beiden Gebäudeteile zueinander werden die Anzahl der gut belichteten und natürlich belüftbaren Fensterachsen und somit Nutzbarkeit der Büroflächen maximiert. Das Konstruktionsraster von 5,40m bzw. 1,35m Fassadenraster ermöglicht eine hohe Flexibilität und Adaptierung unterschiedlichster Arbeitsraumkonzepte.

Die Position der Treppenhäuser sind optimal fassadenseitig angeordnet und können somit auch außerhalb der Öffnungszeiten des Brainergy Hub mit jeweils eigenständigen Adressen zur Erschließung der Büromodule verwendet werden – für eine mögliche Umnutzung bzw. Drittverwendbarkeit ist diese Flexibilität essenziell.

Die geplante Holz-Hybrid-Bauweise erfüllt die komplexen Anforderungen der Nachhaltigkeit bestmöglich, indem sie die ökologischen Vorteile des Holzbaus mit den funktionalen Vorteilen der Massivbauwese verbindet.

Die hinterlüftete Fassade aus eloxiertem Aluminium ist langlebig, werthaltig und reinigungsfreundlich, zudem entspricht sie aufgrund ihres geringen Eigengewichts der vorgeschlagenen Konstruktionsweise des Holzhybridbaus. Die Fassade kommt, genau wie die anderen authentischen Konstruktionsmaterialien, den Ansprüchen an eine cradle-to-cradle-gerechte Bauweise vollends entgegen und stellt mit ihrer optimalen Recyclingfähigkeit ein Wertstoffdepot dar. Alle Konstruktionen werden lösbar gefügt, so dass die Materialien sortenrein trennbar sind.

Der Entwurf bietet somit in Summe beste Voraussetzungen zur Realisierung der Bauaufgabe mit dem angestrebten Zertifizierungsziel DGNB-Gold.

Bei der Entwicklung des vorliegenden Planungskonzepts wurde besonderes Augenmerk auf die Wirtschaftlichkeit gelegt, wobei zu betonen ist, dass dabei sowohl eine wirtschaftliche Erstellung als auch ein wirtschaftlicher Betrieb die Prämisse sind.

Die vorgeschlagene Konstruktionsweise ermöglicht einen sehr hohen Vorfertigungsgrad und damit einen sehr effizienten zügigen Bauablauf und exakte Konstruktionen. Sie stellt eine gleichsam hochfunktionale wie wirtschaftliche Lösung dar. Die gewählten Grundrissstrukturen weisen durch die weitgehende Vermeidung tragender Innenwände und optimierte Stützenstellung eine hohe Flexibilität, Flächeneffizienz und Wirtschaftlichkeit auf.

Die Lebenszykluskosten werden aufgrund wirtschaftlicher Herstellungskosten sowie geringer zu erwartender Energie- und Reinigungskosten relativ moderat sein. Zudem sind die Erschließungskerne optimal positioniert, um bei sich ändernden Nutzeranforderungen kleine Nutzungseinheiten mit separatem Zugang schaffen zu können.

Auf eine Photovoltaikanlage in der Fassade wurde aufgrund projektspezifischer Besonderheiten des Brandschutzes (Kombination Holzhybridbau und Hochhaus) und der nach wie vor geringen Effizienz bzw. Wirtschaftlichkeit bewusst verzichtet.

Im Fokus des Energiekonzepts liegt eine nachhaltige und dezentrale Energieversorgung des Brainergy Hubs mit perspektivischer Autarkie des Gebäudes durch Nutzung des geplanten Anergienetzes. Grundgedanke des Energiekonzepts ist daher in erster Linie die weitreichende Reduzierung des Primärenergieeinsatzes durch Nutzung von:

· Erd-Luft-Register zur Vorkonditionierung der Luft durch Erdwärme und den Phasenwechseleffekt

· Wärmerückgewinnung im Lüftungssystem mit Mehrfachnutzung der Abluft

· PCM-Speicher in Deckensegeln zur Reduzierung der Peak-Heiz- / bzw. Kühllasten

· automatisch gesteuertem Sonnenschutz zur Verringerung der Kühlleistung im Sommer

· Flächenheiz- bzw. Kühlsystemen zur Reduzierung des Temperaturniveaus in Heizsystemen

· Pufferspeichern zur sinnvollen Einbindung von wärmeerzeugenden Anlagen

Erweitert wird das Konzept durch eine intensive PV-Nutzung auf dem Dach und an den Fassaden des Brainergy Hubs in Kombination mit Wasserstofferzeugung und -speicherung sowie einer Brennstoffzelle zur Stromerzeugung mittels Kraft-Wärme-Kopplung.

Hauptbestandteil des Energiekonzepts bildet ein Luft-Erd-Register, welches zur Belüftung des Brainergy Hubs notwendige Luft vorkonditioniert. Dafür wird Luft außerhalb des Gebäudes angesaugt und durch unterirdische Betonkanäle geleitet. Die im Boden befindlichen Kanäle nehmen die Temperatur des Erdreichs an und geben diese über ihre Oberfläche an die langsam in das Gebäude strömende Luft ab. Somit wird im Winter die Außenluft vorgewärmt und im Sommer abgekühlt.

Die Wärme- und Kälteversorgung erfolgt primär über das Anergienetzs des Standorts. Über eine bivalente Wärmepumpe kann entweder Wärme aus dem Anergienetz entzogen und auf ein höheres Temperaturniveau gepumpt werden oder die im Kühlbetrieb entstehende Abwärme an das Anergienetz abgegeben werden. Primär soll zur Kühlung allerdings das Kältenetz des Brainergy Villages direkt genutzt werden.

Zusätzlich soll ein Beschattungssystem aus starren PV-Fassadenelementen mit automatisierten ausfahrbaren Textil-Elementen die Kühllast des Gebäudes verringern und das Wohlbefinden in den Büros steigern. In Verbindung mit PCM-Speichern in Deckensegeln kann die Peak-Heiz- bzw. Kühlleistung des Gebäudes durch den Effekt des Phasenwechsels gemindert werden.

Zur Stromversorgung soll das öffentliche Netz lediglich die Versorgungssicherheit gewährleisten.Hauptsächlich soll die Stromversorgung über die auf dem Dach und an der Fassade installierten PV-Module erfolgen. Der erzeugte Strom wird primär für die Haustechnik genutzt. Die darüber hinaus erzeugte Leistung kann mit Hilfe eines Elektrolyseurs in Wasserstoff umgewandelt und in Metall-Hybridspeichern langfristig sicher eingelagert werden. Über die Nennleistung des Elektrolyseurs hinaus generierter Strom der PV-Anlagen wird über das Gleichstromnetz an das Brainergy Village abgegeben. Der mittels Elektrolyse erzeugte Wasserstoff wird in einem Metall-Hybridspeicher eingelagert und kann bei Bedarf durch eine Brennstoffzelle rückverstromt werden. Die bei der Erzeugung und der Rückverstromung von Wasserstoff entstehende Abwärme wird in einem Pufferspeicher eingelagert und kann zur Deckung des Wärmebedarfs und zur Entladung des Metall-Hybridspeichers genutzt werden. Die darüber hinaus produzierte Wärme wird an das Anergienetz abgegeben, um so für die Beheizung des Brainergy Villages zur Verfügung zu stehen.

Die Abbildungen 1 und 2 zeigen den potenziellen Strombedarf und -ertrag einer Winter- und Sommerwoche für den Brainergy Hub:

Aufgrund der großen PV-Leistung und des verhältnismäßig geringen Strombedarfs des Brainergy Hub lässt sich mit entsprechender Wasserstoffspeichergröße und Elektrolyseleistung auch saisonal der Strombedarf des Gebäudes decken. In Kombination mit einem Batteriepufferspeicher können auch kurzfristige Bedarfs-/Ertragsschwankungen autark bedient werden.

Heizung-, Sanitär-, Lüftungs- und Kältetechnik

Die Grundbedarfsdeckung der Heiz- und Kühllast im Gebäude erfolgt über die zentral gesteuerte Lüftungsanlagen. Im Untergeschoss des Gebäudes wird die aus dem Luft-Erd-Register stammende Luft mit Heiz- bzw. Kühlregistern konditioniert. Die Lüftungsanlagen versorgen die Nutzflächen mit Frischluft, Wärme und Kühlung. Sie verfügen über Filtersysteme und regulieren über Luftqualitätsfühler den hygienisch erforderlichen Luftwechsel sowie die Raumtemperatur.

Sämtliche Arbeitsbereiche, wie Besprechungsräume, studentische Arbeitsplätze und Netzwerkflächen werden über eine Querströmung mit den benötigten Luftmengen versorgt, wobei der Lufteintrag über Quelllüftungen an der Fassadenseite und der Luftaustrag über schalldämpfende Überströmelemente in die Gebäudemitte erfolgt. Die Abluft des gastronomischen Bereichs sowie die der Fahrradräumlichkeiten im Erdgeschoss eignet sich nicht zur weiteren Nutzung und wird mit einer separaten Abluftführung ausgestattet, welche unmittelbar nach außen geführt wird. Dynamische Lasten werden über akustisch wirksame Deckensegel mit Heiz- und Kühlfunktion gedeckt. Die benötigte Heiz- bzw. Kühlleistung wird im Untergeschoss über die wärmeerzeugenden Anlagen oder das Kältenetz zur Verfügung gestellt.

Die Bereiche des Foyers im Erdgeschoss und die zugehörigen Lufträume in den darüberliegenden Geschossen werden mit der Abluft aus den umliegenden Arbeitsflächen versorgt. Die damit verbundene „Mehrfachnutzung“ der Luft erlaubt eine deutliche Verringerung der für die Büroflächen erforderlich Gesamtluftmenge. Die Luftmengeneinsparung hat positive Auswirkung auf die damit einhergehende Verkleinerung von Lüftungsanlagen, Minderung der Investitionskosten, sowie deutlich Minderung der für die Lüftung notwendigen Wärme- und Kälteenergie. Die im Mittelteil aufsteigende Abluft wird über zwei zentrale Abluftgeräte mit integrierten hocheffizienten WRG-Systemen über Dach abgesaugt und abgeführt.

Elektrotechnische Anlagen

Eine flächendeckende Photovoltaikanlage sorgt im Einklang mit der Wasserstofferzeugung für die Grundlage einer nachhaltigen und klimaneutrale Stromversorgung, die ergänzt durch die Stromerzeugung der Brennstoffzelle die Basis für ein autarkes Gebäude darstellt. Als ergänzende Stromquelle bzw. Redundanz wird das öffentliche Netz genutzt. Für die Umwandlung, Verteilung und Speicherung der elektrischen Energie werden im Untergeschoss des Brainergy Hubs entsprechende Räumlichkeiten vorgesehen.

Durch eine biodynamische Beleuchtung an den Arbeitsplätzen wird die „innere Uhr“ der Belegschaft unterstützt und infolgedessen die Effizienz und das Wohlbefinden gesteigert. In Kombination mit einer intelligenten und auf die ressourcenschonende Gebäudetemperierung ausgerichtete Sonnenschutzsteuerung, realisiert durch starre Fassadenelemente und ausfahrbaren Textilelementen, ergibt sich in Summe ein zukunftsfähiger Arbeitsplatz.

Ausgehend von den Serverräumen erfolgt die Anbindung der EDV-Verteiler in den einzelnen Etagen über Lichtwellenleiter (LWL), um hohe Bandbreiten zu erzielen. Ferner ermöglicht die Aufteilung der EDV-Verteiler eine flexible Andienung der Mieter in den Büroetagen unter gleichzeitiger Berücksichtigung von Aspekten der Digitalisierung und des Datenschutzes.

Gebäudeautomationsanlagen

Mit Hilfe der Gebäudeautomation werden sämtliche Lüftungs-, Heizungs- und Kälteanlagen entsprechend gesteuert, geregelt, überwacht und bedient. Alle technischen Anlagen werden auf die vorhandene Gebäudeleittechnik aufgeschaltet und dem effizienten und wirtschaftlichen Facility Management dienlich visualisiert. Die variablen Sollwertparameter werden entsprechenden den automatisch kommunizierten Wetterdaten angepasst und die Wärme- und Kälteanlagen kontinuierlich voreingestellt.

Sommerlicher Wärmeschutz

Die Fenster der Längsfassaden werden mit einem außenliegenden Sonnenschutz versehen. Die aus den Fassaden herausragenden Lisenen wirken hierbei bereits als wirksamer Sonnenschutz und senken den Kühlbedarf erheblich. Der außenliegende Sonnenschutz wird dann nur abgesenkt, wenn die Sonne im direkten Einstrahlungswinkel auf die Fenster scheint.

Die Fenster auf den Stirnseiten werden durch den hohen Decken- und Dachüberstand bereits sehr wirksam verschattet. Zusammen mit einem innenliegenden hockwirksamen Blendschutz kann für diese Fenster auf einen außenliegenden Sonnenschutz verzichtet werden.

Wärmeschutz und Energiebilanz

Aufgrund der innovativen Energieversorgung, der PV auf dem Dach und der gut gedämmten Gebäudehülle mit Dreifachverglasung ist der Energiebedarf des Gebäudes sehr gering. Eine überschlägige Bemessung ergab, dass der Energiebedarf ca. 60 % unter dem Energiebedarf des GEG-Referenzgebäudes liegt. Damit erfüllt es die Anforderungen des Effizienzgebäudes EH 40 und besitzt einen entsprechendem Fördermittelanspruch.

Bau- und Raumakustik

Die Bau- und Raumakustik wird nach DIN 4109, DIN 18041 und ASR 3.7 „Lärm“ ausgelegt. Dies bedeutet, dass alle betreffenden Aufenthaltsräume über einen angemessenen Schallschutz und Raumakustik verfügen. Dabei wird Wert auf die Nutzung von Synergien gelegt, indem z. B. die Heiz- und Kühlsegel akustisch wirksam ausgebildet werden.