Klimaforscher zeigen, wie klimafreundliches Bauen funktioniert

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Klimaforscher zeigen, wie klimafreundliches Bauen funktioniert

Prima Klima! „Bytes zu Wärme“ und „Kiefer zu Teak“

Klimaforscher zeigen, wie klimafreundliches Bauen funktioniert

Der Klimawandel ist in vollem Gange. Daran zweifelt nun kaum noch jemand ernsthaft. Ansteigende Temperaturen, abschmelzende Gletscher, zunehmende Witterungsextreme. Das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) befasst sich seit vielen Jahren auch mit diesen Fragen. Und es hat sich selbst einen interessanten Neubau gegönnt, der als Blaupause für klimafreundliches Bauen dienen kann. 

Jasmin Tübbecke spricht mit Stolz über den imposanten Neubau, der den Campus am Telegrafenberg in Potsdam schmückt. „Wir haben uns ehrgeizige Ziele gesetzt und den größten Teil davon auch umsetzen können.“ Tübbecke ist Biologin und verantwortet die wissenschaftliche sowie technische Koordination des Projektes „Greening PIK“. Sie schaut vom Altbau des renommierten Institutes in Richtung auf das neue Gebäude, das in der umgebenden Waldlandschaft fast verschwindet.

Am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung werden derzeit unter anderem planetare Wellen erforscht, gigantische Luftströmungen hoch oben in der Atmosphäre, die rund um die Nordhalbkugel zwischen Nordpol und Äquator auf und ab schwingen - sie bewegen Wettersysteme. Erstarren sie zwischenzeitlich in ihrer Vorwärtsbewegung, so bleiben die Wettersysteme an einem Ort stehen - und aus Regen wird eine Flut, aus Sonnenschein eine Hitzewelle. Solche Störungen nehmen zu, und die Wissenschaftler arbeiten daran, den Zusammenhang mit dem Klimawandel zu erforschen.

Hier auf dem Telegraphenberg in Potsdam findet man das Who-is-Who der deutschen Klimaforschung. Neben dem PIK sind hier auch das Helmholtz Zentrum Potsdam Deutsche GeoForschungsZentrum (GFZ), das Leibnitz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP), die Potsdamer Forschungsstelle des Alfred-Wegener-Instituts Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) und das Meteorologische Observatorium Potsdam des Deutschen Wetterdienstes (MOP des DWD) untergebracht. 

In die Natur harmonisch eingefügt

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Der Altbestand an Gebäuden wurde vor allem zwischen 1880 und 1915 gebaut und befindet sich in einem Natur- und Trinkwasserschutzgebiet. Das gesamt Ensemble steht zudem unter Denkmalschutz. Keine leichte Aufgabe für die Planung eines Neubaus. Innerhalb des durch die verfügbaren Finanzmittel gesetzten Rahmens sollte ein Komplex entstehen, der den Anforderungen modernster Klimaforschung und der eigenen Verantwortung genügt. Das ist den Planern, BHBVT Gesellschaft von Architekten mbH, Berlin vorbildlich gelungen. Stefan Tebroke war der leitende Architekt. 

Der fertige Bau umfasst beinahe 7.000 qm Bruttogeschossfläche und bietet 190 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern Platz für ihre Forschung. Das PIK fokussiert im Wesentlichen auf das Modellieren des Klimas der Vergangenheit und auf die daraus abgeleitete klimatische Prognostik für das 21 Jahrhundert sowie deren gesellschaftlichen Auswirkungen. Je besser es gelingt, bekannte Klimaveränderungen der letzten Jahrzehnte und Jahrhunderte in Modellen abzubilden, umso zuverlässiger sind auch Voraussagen zukünftiger Klimaveränderungen unter Berücksichtigung verschiedenster Szenarien. Das Institut gehört zu den weltweit führenden Klimaforschungsinstituten. Und man will auch baulich Maßstäbe setzen. 

Die Planungen des Neubaus gehen bis auf das Jahr 2009 zurück, Im August 2012 wurde mit der Baumaßnahme begonnen und im September 2015 wurde das Gebäude dann fertiggestellt. Die Holzfassade und der an ein Kleeblatt angelehnte Grundriss lassen das Gebäude weniger wuchtig wirken und fügen es harmonisch in den Wald ein. Für das Gebäude und die technische Gebäudeausstattung sollte eine ganzheitliche energetische Optimierung erreicht werden. Damals setzte sich das Institut die EnEV 2009 minus 50% zum Ziel. Das war hoch gesteckt. Wesentliche Stellschraube war die klima- und abgasneutrale Beheizung des fünfgeschossigen Gebäudes. Die solaren Energiegewinne würden dazu trotz großer Fensterflächen und der energetisch sehr gut gedämmter Außenhülle auf dem bewaldeten Gelände allerdings nicht ausreichen. 

Der Großrechner als Heizung: Bytes zu Wärme

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Sehr schnell kam man auf die Idee, die Abwärme des im Keller des Gebäudes beherbergten Supercomputers für die Heizung zu nutzen. Der Hochleistungsrechner ist mit seiner Leistung von 212 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde (Teraflop) einer der schnellsten der Welt. Die Anlage ist durchgehend im Betrieb. Da die Prozessoren nicht nur jede Menge Daten, sondern auch 100 kW bis 150 kW Abwärme produzieren, muss die Anlage gekühlt werden.

Man entschied sich zum einen für einen eingehausten Kaltgang für mit Luft zu kühlende Racks sowie eine innovative Warmwasserkühlung für die Prozessoren der operativen Rechenprozesse, da das Kühlwasser dann sogleich eine Wärmepumpe speisen kann. Die sorgt für die nötige Vorlauftemperatur der Raumheizung und die Bereitstellung des vergleichsweise geringen Warmwasserbedarfs. Damit ist der Forschungsneubau in Bezug auf die Heizung vollständig energetisch autark. Wärme ist im PIK ein Kuppelprodukt der vom Super-Rechner produzierten Daten. 

Die Wärmepumpe versorgt eine Flächen-Deckenheizung. Die Be- und Entlüftung erfolgt über eine Hohlbodenkonstruktion. Heizung und Belüftung werden über eine Einzelraumregelung gesteuert. Präsenz- und CO2-Sensoren regulieren Heizung und Lüftung zusätzlich. Wird ein Raum nicht genutzt, fahren Heizung und Lüftung die Leistung automatisch herunter, ebenso wenn die Fensterkontakte Öffnung melden. Steigt der CO2-Gehalt der Raumluft an, wird die Frischluftzufuhr erhöht. Auch die energieeffiziente Raumbeleuchtung unterliegt der Automation. Sie wird bedarfsgerecht in Abhängigkeit vom Tageslicht gesteuert. So werden Energieverluste weitestgehend vermieden. 

Um die Wirkung verschiedener Technologien für ein Gebäude dieser Größenordnung in der Praxis zu testen, verfolgte man verschiedene Ansätze. Der Kern des Gebäudes wird von einer Stahlbetonkonstruktion getragen, die zugleich als Wärmespeicher und -Regulator dient. Die Fassade ist als Holztafelbau ausgeführt und schließt nach außen mit einer vorgehängten Lärchenholzfassade ab. Im Eingangsbereich enthalten die Wände eine Vakuumdämmung, auch die Fenster sind teilweise mit einer innovativen Vakuumverglasung ausgeführt. Diese erreicht gegenüber herkömmlicher Isolierverglasung mit weniger als 0,5 W/(m²K) noch einmal deutlich geringere U-Werte. Die Innenwände sind als Trockenbau angelegt und enthalten zum Teil Phase Changing Material (PCM) oder auch Lehmelemente für den zusätzlichen Temperatur- und Feuchteausgleich der Räume des Gebäudes. 

Die ganzheitliche energetische Bewertung des Gebäudes betreut das Institut für betriebliche Umweltökonomie, Frau Prof. Günther, an der TU Dresden. Zunächst wurden eine Primärenergiebilanz und sodann eine Sachbilanz aufgestellt. Darin werden alle relevanten Zu- und Abgänge stofflicher und energetischer Art erfasst. „Wir legen großen Wert darauf, dass die verwendeten Materialien möglichst klimaneutral sind. Daher bevorzugen wir zunehmend Cradle-to Cradle-Lösungen“, sagt Jasmin Tübbecke.

Das betrifft auch die Innenausstattung. Derartige Produkte sind nicht nur recyclingfähig, sondern werden nach Ablauf der Nutzbarkeit auch tatsächlich entsprechenden re-entry Prozessen zugeführt. Dies ist eine Voraussetzung des Cradle-to-Cradle-Konzeptes. Verwendete Materialien dienen nach Ende der Nutzung entweder als Nahrung in biotischen Prozessen oder werden vollständig wiederverwertet. 

Kebony macht Kiefer zu Teak

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Dieser Grundsatz hat auch bei der Planung und Ausführung der Terrasse vor dem großen Konferenzsaal eine wichtige Rolle gespielt. Hier sollte dauerhaftes Holz, aber auch eine nachhaltige Lösung her. Damit wurden allerdings herkömmliche, einheimische Nadelhölzer wie Lärche und Kiefer ausgeschlossen. Beides sind zum einen vergleichsweise weiche Holzarten, die für stark frequentierte Böden nicht die erste Wahl wären, und zum anderen weisen beide Arten nur eine mäßige Dauerhaftigkeit auf.

„Da die Tropenwälder zu den klimasensiblen Ökosystemen gehören, kam für uns auch kein dauerhaftes, tropisches Hartholz in Frage“ sagt die Biologin Tübbecke. WPC als Terrassenboden schied ebenfalls aus, da es Kunststoffe auf Erdölbasis enthält. „Wir haben uns dann letztlich für Kebony-Holz entschieden, da es als einzigartiges Material alle unsere Anforderungen erfüllte“, so Tübbecke. 

Es gab hier bislang gar keine Terrasse, diese wurde im Sommer 2016 neu und sehr aufwendig gebaut, um mehr Raum zu schaffen. Die Terrasse ist an den Konferenzsaal angeschlossen, damit die Fläche vor allem im Sommer genutzt werden kann. Die rund geschwungene Form wurde imposant und die Konvexität der Gebäudehülle nachzeichnend entworfen und fachgerecht mit astigen Kebony Character Terrassendielen verlegt. Der Architekt für dieses Projekt ist Fritz Protzmann vom Büro Extern Garten- und Landschaftsarchitektur aus Berlin. Die Fassade ist übrigens aus Lärche, welche geflammt wurde und einen interessanten Kontrast zur Terrasse bringt.

Kebony wird in einem innovativen Verfahren entweder aus astiger nordischer Kiefer oder aus astfreier Radiata-Kiefer hergestellt. Durch die Behandlung mit einem Bioalkohol (Furfurylalkohol) wird das Holz so hart, dauerhaft und dimensionsstabil wie natives Teakholz. Kebony Holz hat die Dauerhaftigkeitsklasse 1 und der Hersteller übernimmt 30 Jahre Garantie auf das Material, das selbstverständlich auch FSC®-zertifiziert ist. Der verwendete Bioalkohol wird aus den Reststoffen der Zuckerherstellung gewonnen und modifiziert das Holz derart, dass Holzschädlinge es nicht mehr als Substrat erkennen.

Das Material wird zudem hydrophobiert, verliert also größtenteils seine Aufnahmefähigkeit für Feuchtigkeit, sodass die Dimensionsstabilität des Holzes sich signifikant erhöht. Es ist und bleibt aber nach wie vor natürliches Holz. Da es keine Giftstoffe oder synthetische Chemie enthält, ist es nicht nur von der europäischen Biozidrichtlinie befreit, sondern kann auch wie unbehandeltes Holz für andere Verwendungen wiederverwertet werden. Es wurde dafür mehrfach ausgezeichnet. „Die Eigenschaften von Kebony bilden genau diejenigen ab, die wir uns für unsere Terrasse vor dem Konferenzsaal gewünscht haben“, fasst Jasmin Tübbecke zusammen. 

Dass das norwegische Unternehmen den Zuschlag bei der Terrasse des PIK erhielt, freut Marcell Bernhardt, den Deutschland-Chef von Kebony. „Dass Kebony hier gewissermaßen den Ritterschlag der Klimaforschung erhielt, bestärkt uns sehr in unserer Arbeit. Wir haben erst vor kurzem eine umfassende Lebenszyklusanalyse für Kebony erstellt, um für möglichst große Transparenz zu sorgen“, sagt der Bremer Holzkaufmann. 

Auf die Frage, ob der Neubau auf dem Telegrafenberg unter dem Strich nicht doch Luxus sei und kaum als Modell für andere öffentliche Neubauten dienen kann, antwortet Jasmin Tübbecke: „Nein, Luxus ist Ausdruck von Überfluss. Hier haben wir lediglich die zeitgemäßen Notwendigkeiten in ein öffentliches Bürogebäude mit integriertem Hochleistungsrechner projiziert, wobei wir den Kostenrahmen nicht nur eingehalten haben, sondern mit unseren Baukosten pro Quadratmeter bebauter Fläche absolut im Mittelfeld liegen.

Klimafreundliches Bauen muss also nicht an den Kosten scheitern, ganz im Gegenteil. Denn die deutlich geringeren Betriebskosten für die Energieversorgung zahlen sich langfristig aus – für uns und für das Klima.“ Sie arbeitet im Übrigen noch an der Solaranlage mit innovativen Solarzellen, sagt sie. Das wird dann wohl das nächste Projekt.  

Autor:

Dr. Constantin Sander ist Diplom-Holzwirt, hat acht Jahre in der Forschung und Entwicklung im Holzbereich gearbeitet und neun Jahre Erfahrung in Marketing und Vertrieb, zuletzt als Marketingleiter. Er betreibt seit 2008 in Heidelberg und Regensburg ein Beratungsbüro.