SOLAR Club
Heizen und Lüften mit Sonnenenergie
Gebäudehüllensanierung mit integraler Haustechnik
Numéro 21/1999, octobre, p.17

Résumé en français:
Installations techniques intégrales avec utilisation de l'énergie solaire
Pour l’assainissement de l'enveloppe du bâtiment administratif de FMB Energie SA à Spiez, les architectes de l'entreprise ont choisi une option nouvelle et peu conventionnelle: devant la façade de béton existante qui date de 1969, ils ont monté une fine paroi de verre fermée, qui protège les bureaux de manière efficace contre les émissions de bruit et de poussière en provenance de la rue cantonale et de la voie d'accès à la gare située à proximité. L'air ambiant au sein de cette zone tampon, réchauffé par le rayonnement solaire et la réflexion diffuse, est aspiré au niveau du toit par des conduites d'aération pour approvisionner une pompe à chaleur air/eau. Pendant les mois d'hiver et pour des températures extérieures allant jusqu'à -20C, cette installation couvre intégralement les besoins en chaleur avec une puissance thermique de 72 kW. Lors de températures extérieures plus basses, le chauffage électrique à accumulation est enclenché.
Le monobloc d'aération installé sur le toit, qui prélève l'air de la zone tampon, ne sert pas uniquement à l'alimentation en air de la pompe à chaleur, mais aussi au prélèvement d'air avec récupération de chaleur dans le bâtiment administratif. Il peut fournir environ 35’000 m3 d'air par heure.

Der Gebäudekomplex an der Thunstrasse besteht aus zwei aneinandergebauten,  unterschiedlichen  Gebäuden. (Bild 1): einem zweigeschossigen Altbau aus dem frühen 20. Jahrhundert in klassischer massiver Bauweise und einem neuzeitlicben, dreigeschossigen Neubau mit Flachdach ans dem Jahre 1969. Typisch für diese Art Bauten ist die Betonelementstruktur, die die Nutzung als Bürogebäude schon von aussen deutlich sichtbar macht. Beide Gebäude wurden mit unterschiedlichen Heizsystemen (Ölheizung im Altbau, Elektrospeicherheizung im Neubau) betrieben. Im Zuge der verschärften Bedingungen der Luftreinhalteverordnung (LRV) wurde unter anderem beschlossen, die alte Ölheizung auszutauschen.

(cliquez sur les images pour avoir la taille maxi)

Bild 1 Gesamtansicht des Verwaltungsgebäudes der BKW FMB Energie AG in Spiez

Die Diagnose der Architekten und anderer Spezialisten der Gebäudetechnik ergab, dass ausser den energetischen Problemen auch die Immissionen von Lärm und Schmutz auf ein ertägliches Mass reduziert werden mussten. Der Benutzerkomfort sollte gesteigert, der Unterhaltsbedarf der Anlage verkleinert und ein knappes Budget eingehalten werden.

Umsetzung
Aus den verschiedenen Lösungsmöglichkeiten, die während der Projektierungsphase erarbeitet wurden, wählten die Planer eine gesamtheitliche, aber möglichst einfache Lösung aus. Um das Systemverhalten aufzeigen zu können, wurden einzelne Referenzräume mit einem dynamischen Gebäude-Simulationsprogramm untersucht. Die gewählte Lösung stellt einen markanten architektonischen Gebäudekomplex am Ortseingang von Spiez dar, der als Pilot- und Demonstrationsanlage konzipiert ist. Mit Unterstützung des Investitionsprogrammes Energie 2000 des Bundes konnte schliesslich ein innovatives Gesamtkonzept realisiert werden.

Konzept
Die Haustechnik der beiden Gebäude besteht heute aus einer bivalenten Wärmeerzeugung mit einer Luft-Wasser-Wärmepompe und einer neuen Elektrospeicherheizung, die zur Deckung der Leistungsspitzen eingesetzt wird. Der Neubau ist darüber hinaus mit einer Entlüftungsanlage ausgestattet. Ein integriertes Gebäudeleitsystem misst, steuert und regelt nun die einzelnen Komponenten untereinander.

Die Wärmeabgabe in den Büroäumen wird durch Niedertemperatur-betriebene Klimakonvektoren gewährleistet. Der Fassade des Neubaus wurde eine vollständig geschlossene Glashaut mit separat ausgebildeten Frischluftfiltern vorgehängt. Diese bietet einerseits einen wirksamen Schutz gegen Lärm und Staub und anderseits eine Pufferzone zwischen Aussenklima und unveränderter Bürofassade. Diese Pufferzone wird je nach Jahreszeit, Temperaturdifferenz und Betriebsmodi der Haustechnikanlage bewirtschaftet: Im Winter dämmt dieses zusätzliche Luftpolster die Fassade. Die durch Sonnen- und Diffuseinstrahlung erwärmte Luft in der Pufferzone wird auf der Höhe des Flachdaches durch Lüftungskanäle abgesaugt und der Luft-Wasser-Wärmepumpe zugeführt. In der kalten Jahreszeit vermag diese Anlage bei einer Heizleistung von 72 kW den Wärmebedarf bis -20C Aussenlufttemperatur vollständig abzudecken. Bei tieferen Aussentemperaturen wird die Elektrospeicherheiznug zugeschaltet. Sie übernimmt zusätzlich die Versorgung weiterer Wärmebedarfsgruppen in angrenzenden Gebinden.

Der Lüftungsmonobloc auf dem Flachdach, der die warme Luft der Pufferzone entzieht, dient nicht nur der Lutlzufuhr fir die Wärmepumpe, sondern gleichzeitig auch der Entlüftung des Bürogebäudes mit Wärmerückgewinnung (Bild 2). Er kann pro Stunde bis zu 35000 m3 Luft umsetzen.

Im Sommer wird zum Schutz vor Überhitzung den Pufferzonen Süd und Nord mit einem Luftvolumenstrom von 30000 m3 pro Stunde die warme Luft entzogen. Durch die im Gebäudesockelbereich angebrachten Luftfilter strömt die frische Luft automatisch wieder nach. Auch die besonderen Auflagen des Brandschutzes konnten mit dieser Anlage erfüllt werden. Es konnte nachgewiesen werden, dass mit dem für heisse Sommertage  vorgesehenen  Überhitzungsschutz auch die Überhitzung im Brandfall verhindert werden kann. Zusätzlich wurden eine neue Brandmeldeanlage installiert und entsprechende brandfallgesteuerte Zusatzelemente wie Brandschutzklappen und eine separate Stromversorgung eingebaut.

Bild 2  Lüftungsmonobloc / Wärmepumpe / Wärmeüûckgewinnung mit Luftansaugkanälen aus den Pufferzonen

Konstruktion
Mit Ausnahme der Fassade hinter der Glashaut worden die restlichen Teile der Gebäudehülle konventionell saniert, das heisst, sie wurden mit einer Kompaktaussendämmung und mit Wechselrahmenfenstern versehen. Zusammen mit einer Estrichbodendämmung respektive der Sanierung des Flachdachs konnten die Wärmedämmvorschriften erfüllt werden.

Die Glasfassade wurde unter Beizug eines Fassadenplaners geplant und ausgeschrieben. Die Tragkonstruktion besteht aus vertikalen biegesteifen Lisenen (IPE 140), die mittels Konsolen ans Gebäude gehängt wurden. Um die Ungenauigkeiten bis 6 cm im Untergrund aufnehmen zu können, wurden alle Stahlteile erst vor Ort zusammengebaut oder mussten gar vor Ort als Rohlinge angefertigt werden. Die Konsolen verankern nicht nur die Lisenen, sondern tragen ebenfalls die
Gitterroste, die ihrerseits auf jedem Geschoss als inneres Gerüst dienten und nun zu Reinigungszwecken des Zwischenraumes benutzt werden.

Die vertikalen Glasscheiben, welche stockwerkhoch und im Rastermass gefertigt wurden, bestehen aus 8 mm dickem Einscheibensicherheitsglas. Die Abdekkungen oben sind als Verbondsicherheitsglas aus 2x6 mm Einscheiben-Sicher-heitsglas und einem lichtdurchlässigen Vlies konstruiert.

Haustechnik   Heizung                                                dynamisches Konvektorsystem
                        Auslegungstemperatur Altbau                50/35 0C
                        Auslegungstemperatur Büros Neubau    50/40 0C
                        Auslegungstemperatur Magazine            70/50 0C
                        Wärmeleistungsbedarf Altbau                20 kW
                        Wärmeleistungsbedarf Büros Neubau    47 kW
                        Wärmeleistungsbedarf Magazine           138 kW
                        Heizleistung Wärmepumpe                    72 kW
                        Heizieistung Elektrospeicher                 140 kW
                        Energiespeicher WP                            5140 l
                        Elektrospeicherheizung                        4x3000 l

Lüftung         Luftmenge Büroentlüftung                   3130 m3/h
                        Luftmenge Pufferzonenentlüftung         30000 m3/h

Raum-          Raumlufttemperator Winter                 21 0C
konditionen     Raumlufttemperatur Sommer              28 0C (max.)

Gebäude         BBF Altbau                                       928 m2
                        EBF büros Neubau                           1057 m2
                        EBF Magazine                                   2364 m2
                        Glasfassade Neubau                           650 m2
                        Baukosten gesarot                              2,0 Mio. Fr.

Tabelle 1  Kennzahlen des Gebäudekomplexes

Unterhalt
Ein ganz  spezielle  Augenmerk galt dem Unterhatlt. Mit dem Verzicht  auf viele  Lüftungsklappen  und  Motoren konnte das Gesamtsystem wartungärmer und übersichtlicher gestaltet werden, was sich letztlich günstig auf die Investitionskoten auswirkte. Die Glashaut weist aussen  praktisch  keine  vorstehenden Kanten und Ecken auf, so dass sich Schmutz und Staub nur schwer ablagern können. Der Hausdienst wurde bereits in der Detailplanung mit einbezogen; so lernte er die Anlage von Grund auf kenen und konnte seine Anliegen entsprecehend einbringen.

Eine besondere Auflage in der Baubewilligung der Gemeinde verlangte, dem Vogelschutz Rechnung zu tragen. Nach Rücksprache mit der Vogelwarte Sempach wurden an den beiden Ausenecken, an denen die Vögel Durchsicht haben und folglich auch durchfliegen möchten, aussen auf die Gläser lichtbrechende Folienstreifen vertikal  angebracht (Bild 3). So hat auch hier die gelungene Ästhetik eine spezielle Funktion.

Erfolgskontrolle
Das erste Jahr seit der Inbetriebnahme stand ganz im Zeichen der Einregulierung. Mussten im Wintersemester vor allem die Wärmeabgabe in Abhängigkeit der  Laufzeiten der Klimakonvektoren
und die Vorlauftemperaturen fein einreguliert werden, so war es im Sommer die Steuerung der Lüftungsanlage, die zur Einhaltung der gewünschten Raumbedingungen nachreguliert werden musste. Besonders im Sommer war das Benutzerverhalten der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter für die Behaglichkeit in den eigenen Büros von entischeidender Bedeutung. Auf Grund einer Messreihe für  verschiedene Benutzer- und Lüftungstrategien wurden die Simulationein ûberprüft, und es konnte ein optimales Benutzerverhalten nachgewiesen werden. Sofern die Lamellenstoren rechtzeitig gesenkt  werden,  können  während  des ganzen Tages behagliche Raumlufttemperaturen ohne Klimatisierung von weniger als 26 0C bei Aussenlufttemperaturen von über 30 0C gehalten werden.

Adresse des Autors
Roland Schneider, dipl. Arch HTL/STV
BKW FMB Energie AG, Viktoriaplatz 2
3000 Bern 25

---