Neues Rathaus im Stühlinger, Freiburg im Breisgau

Rahmenbedingungen für das weltweit erste öffentliche Netto-Plusenergie-Gebäude

Freiburg im Breisgau gilt als die „Grüne Hauptstadt Europas“. Der Stadtverwaltung schien es im Herbst 2012
bei der Auslobung eines Architekturwettbewerbs für
den Neubau eines städtischen Verwaltungszentrums am Standort Fehrenbachallee um genau die Etablierung dieses Anspruchs zu gehen. Darüber hinaus ist es erklärtes Ziel, bis 2030 im ganzen Stadtgebiet bis zu 40 t an CO₂- Emissionen einzusparen. Daher sollte das neue Gebäude den Netto-Plusenergie-Standard (Raumklima nach EN DIN 15 251) erreichen. Dies bedeutet, dass mehr Energie über regenerative Quellen gewonnen als für Heizen,
Kühlen, Lüften und Beleuchten benötigt wird. Die überschüssige Energie soll ins Stadtnetz eingespeist werden.

2013 gewannen ingenhoven architects den international ausgeschriebenen Wettbewerb, der in drei Bauabschnitten realisiert werden soll. Erstmalig werden alle Mitarbeiter der Stadtverwaltung nicht mehr an über 16 Standorten verteilt arbeiten, sondern an einem Ort vereint. Gezielt verlangte der Auslober ein „Low-Tech-Konzept,“ wobei einfache statt komplexe Lösungen einen ökonomischen wie auch ökologischen Betrieb gewährleisten müssen. Darüber hinaus ist der Neubau des Verwaltungszentrums im Rahmen der Rathauserweiterung für die Stadt Freiburg Impulsgeber für eine städtebauliche und stadtgestalterische Aufwertung des Stadtteils Stühlinger und fördert die Vernetzung des Grüngürtels zwischen Eschholzpark und Univer-sitätsklinikum. Das Siegerkonzept von ingenhoven architects folgt den Prinzipien von Offenheit und Transparenz, sowie der Idee eines „Grünen Campus“, der drei Gebäudetrakte und eine Kindertagesstätte vereint.

supergreen^® – ein ganzheitlicher Planungsansatz

supergreen^® ist ein von ingenhoven architects geprägter und patentierter Begriff. Er definiert mit seinen stringenten Anforderungen das Gebäudedesign, den Materialeinsatz einschließlich der Fragen des Ressourcenverbrauchs sowie den Prozess der Konstruktion und die Ausführung bis zur Gebäudeausrüstung. Der Energie- und Ressourcenverbrauch wird anschließend über die gesamte Lebensdauer des Bauwerks gemessen.

Der Entwurf für den ersten Bauabschnitt umfasste einerseits das sechsgeschossige Rathaus (BGF 24 215 m²) mit dem ellipsoiden Grundriss, in dessen begrünten Innenhof sich im Erdgeschoss das Bürgerservicezentrum befindet und andererseits eine kreisrunde
Kindertagesstätte (BGF 1 900 m²). Letztere befindet sich unmittelbar
neben dem Hauptgebäude und wurde als Passivhaus geplant und
realisiert. Das Rathaus steht im alleinigen Fokus dieses Beitrags. Auch hier galt es die strengen Regeln und Normen des Passivhausstandards zu erfüllen, wobei der Primärenergiebedarf des öffentlich zugänglichen Verwaltungsbaus bei nur etwa 45 kWh/m²a liegen durfte, was gleichbedeutend mit einer 40-prozentigen Reduzierung des Bedarfs im Vergleich zu einem regulären modernen Bürobau ist. Die für das Gebäude notwendige Energie wird thermisch über Saug- und Schluckbrunnen und Solarthermie im Zusammenhang mit Wärmepumpen sowie elektrisch über Photovoltaik auf dem Dach und an der Fassade erzeugt. Die Energie für die Kühlung und Heizung wird aus Erdwärme gewonnen. Die Heizung nutzt thermische Bauteilaktivierung und kann individuell in den Büros geregelt werden. Alle öffentlichen Bereiche verfügen über ein Heiz- und Kühldeckensystem sowie eine Teilklimaanlage mit Wärmerückgewinnung.

Entwicklung des Fassadenkonzepts

Die Fassade ist integraler Bestandteil des gebäudetechnischen und bauphysikalischen Gesamtkonzepts und wurde zusammen mit dem Generalfachplanungsbüro DS-Plan unter der Berücksichtigung folgender Fragen und Kriterien bzgl. Energie und Ökologie abgestimmt: Ein- oder Zweischaligkeit; Lage und Art des Sonnen- und Blendschutzes; Tiefe der Fassadenkonstruktion (Konstruktionsfläche); Fassadenbefestigung in Bezug auf Gebäudekonstruktion; Reinigungs- und Wartungssystematik, was auch für die Lichthofüberdachung des Bürgerservicezentrums gilt.

ingenhoven architects und DS-Plan verbindet eine über 20-jährige Zusammenarbeit in der Konzeption und Ausarbeitung ganzheitlicher Energiekonzepte für innovative, energie- und ressourcenschonende wie nachhaltige Gebäude. Prof. Dr.-Ing. Michael Bauer, Geschäftsführer des Bereichs Engineering, Drees & Sommer Advanced Building Technologies, weist darauf hin, dass der Bauherr das Rathaus allerdings nicht von Anfang an als Netto-Plusenergie-Gebäude angedacht hatte, allenfalls als Passivhaus. Die Ausreizung des energetischen
Potentials basierte somit allein auf den beidseitigen Ambitionen von Architekt und Fachplaner, wie Prof. Bauer weiter ausführt: „Wir hinterfragten gezielt, wie der Energiebedarf zu reduzieren sei, z. B. mit Hilfe der Gebäudehülle, einer hohen Tageslichtausnutzung und der Solarenergieanwendung. Dann rechneten wir dagegen, was die verschiedenen Energieerzeugungssysteme unter bestimmten Rahmenbedingungen erreichen können. Wir wussten beispielsweise, dass wir Grundwasser zum Heizen und Kühlen verwenden konnten und wieviel elektrischen Strom wir benötigen, um das Gebäude zu betreiben. All das setzten wir ins Verhältnis zu den benötigten Photovoltaikflächen in Fassade und Dach.“

Allerdings prüfte man auch eingehend, ob sich z. B. der Einsatz von Photovoltaik lohnt, denn am Ende der energetischen Gleichung steht immer ein gesamtwirtschaftliches Konzept. Mit anderen Worten: Das Energiekonzept würde nicht aufgehen, ohne gleichzeitig die Nutzung, das Fassadenkonzept und die Raumklimasysteme mit entsprechenden Temperaturniveaus zu berücksichtigen. Erst nach dieser wirtschaftlichen Unterlegung des Gesamtkonzepts übernahm der Bau-

herr die von Architekten und Fachplanern gesetzten, ehrgeizigen energetischen Ziele.

Der Spagat zwischen Design, Planung, Fertigung und Nutzung

Das Fassadenbild, insbesondere der Wechsel der von Nord-Ost
über Süd nach Nord-West platzierten Photovoltaik-Elemente (ca. 13 000 m²) mit normalen Glasscheiben, stellen ein Charakteristikum des neuen Freiburger Rathauses dar. Diese abwechselnde Holz-Glas-Konstellation ist ein absolutes Novum. Die energetisch optimierte Aluminium-Pfosten-Riegelfassade mit ihren prägenden, für die natürliche Lüftung nach außen gefalteten PV-Elementen wurde speziell dafür von ingenhoven architects entworfen.

Die Lärchenholzfassade wurde aus nachwachsendem Rohstoff der Region gefertigt. Sie ist ein eindrucksvolles Beispiel einer Synthese aus Ästhetik und Funktionalität, wobei der Wetter- und Sonnenschutz, die Nachtauskühlung sowie die Integration der Photovoltaik eine gleichberechtigte Rolle spielen. Rund 880 Solarpaneele in versetzt angeordneten, senkrecht auskragenden Modulen (3,5 m lang x 0,7 m breit, fast 100 kg Gewicht, mit einer Leistung von 215,6 kW_p) sind in die Fassade integriert. Der 7 mm-Abstand der Solarzellen zueinander erzeugt eine hohe Transparenz zum dahinterliegenden Holzelement. Jeweils fünf Module stehen in gleicher Ausrichtung pro Geschoss übereinander. Fest in Stahlrahmen montiert, können sie aber nicht der Sonne nachgeführt werden – eine Beschränkung, die aus Kostengründen auferlegt wurde. Die Verglasung besteht aus einer 3-fachen Wärmeschutzisolierverglasung mit außenliegendem Sonnenschutz als Lamellenraffstore und optional innenliegendem Blendschutz. Die manuell zu öffnenden Lüftungsflügel sind als hochwärmegedämmte Paneelflügel konstruiert. Auch hier wurde Wert auf einfache techni-sche Lösungen und eine hohe Wirtschaftlichkeit im Betrieb gelegt.

Als fünfte Fassade gehört auch das Dach optisch wie funktional zum energetischen Gesamtkonzept. Auf dem Flachdach, ohne Aufzugüberfahrten und haustechnische Anlagen, befindet sich eine ca. 500 kW_p Photovoltaik-Anlage mit ca. 10 % Neigung. Torsten Röder von der Firma a2-solar, die die Module für Fassade und Dach lieferte, ergänzt: „Eine Strahlungssimulation wurde von DS-Plan durchgeführt, was dazu führte, dass wir jedes Modul mit einem Leistungsoptimierer ausrüsteten, um der jeweiligen Ausrichtung zum Sonnenstand hin gerecht zu werden, als auch der individuellen Position in der Gebäudehöhe. So erreichten wir, dass jedes Modul zum jeweiligen Zeitpunkt und Ort immer den maximal möglichen Energieertrag liefert.“

Auf der Baustelle errichtete man zur Erprobung der Fassade ein 1:1 Modell, bei dem ästhetische, aber auch funktionale Belange erprobt wurden. Dadurch gelang es, die Belegungsflächen mit Photovoltaik noch weiter zu verbessern, das Verhältnis von Innen- und Außenwirkung anzupassen, den Materialwechsel in den horizontalen Schwertern aus Gewichtsgründen und zur Verbesserung des Bauablaufs von Stahl auf Aluminium zu ändern und das Farbkonzept von Anthrazit auf Bronze umzustellen. Dank dieser Vorgehensweise wurde aus optischen und nachhaltigen Gründen Holz als das Trägermaterial der Photovoltaikpaneele bestimmt.

Innovation pur
Das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) bescheinigte dem Projekt (www.ise.fraunhofer.de/de/forschungsprojekte/netto-nullenergiegebaeude-rathaus-freiburg.html), dank der innovativen Solarfassadenelemente ein „netzdienliches Netto-Nullenergie Bürogebäude“ zu sein. „Ein Ziel des Projekts ist es, von Planung und Ausschreibung über Bau und Inbetriebnahme bis zu einem fortlaufenden Energiemonitoring, Werkzeuge zur integralen Planung und Erfolgskontrolle einzusetzen bzw. weiterzuentwickeln. Im Betrieb stehen die dynamischen Lastprofile von Bedarf und Erzeugung im Fokus, neben der Betriebsüberwachung wird auch die Interaktion mit den Versorgungsnetzen untersucht und Möglichkeiten eines netzdienlichen Betriebs erarbeitet.“

Die mit dem Energiekonzept verbundenen Mehrkosten sollten sich in ca. zehn Jahren amortisieren. Wie hoch die Energieausbeute genau ausfallen wird, kann man erst nach dem ersten Nutzungsjahr wissen: Seit September 2017 ist man in der Einregulierungsphase. Das Projekt ist für die nächsten zwei Jahre in ein Forschungsvorhaben der Universität Freiburg eingebunden. Christian Brensing, Berlin