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EnEff:Campus: Wissenschaftspark Telegrafenberg Potsdam

EnEff:Stadt - Forschung für die energieeffiziente Stadt
PIK-Neubau: Fassadenansicht im Oktober 2013

PIK-Neubau: Fassadenansicht im Oktober 2013

© PIK Lindenhan

Siedlungssteckbrief

Projektstatus Projektstatus: Phase 2Planung
Standort der Kommune Potsdam, 14473 Potsdam, Potsdam, Brandenburg
Kommune in Zahlen Fläche: 187,27 km², Einwohner: 156.906
Träger Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V. (PIK)
Siedlungstyp Wissenschaftspark (= Nutzergemeinschaft von Forschungsinstituten)
Nutzungstyp Sondergebiet
Gesamtfläche ca. 240.000 m²
Nutzfläche vorher 43.634 m²
Nutzfläche nachher 46.975 m²
Fläche KiTa 922 m²
Arbeitsplätze vorher ca. 1.520
Arbeitsplätz nachher ca. 1.600
Nutzfläche PIK Neubau 3.340 m²
Brutto-Grundfläche PIK Neubau 6.923 m²
Brutto-Rauminhalt PIK Neubau 27.341 m³
Altersstruktur Bestandsgebäude Campus: Mix aus verschiedenen Errichtungsperioden seit den 1880er Jahren bis 2007
Bau- und Sanierungszustand Vorwiegend bereits sanierte denkmalgeschützte Gebäude; einige Nebengebäude mit nicht mehr zeitgemäßem Wärmeschutz
Heizungssysteme Heterogene Wärmeversorgung im Bestand (Gasheizungen, Wärmezentrale mit KWKK, Wärmeanlagen mit Luft-Wärmepumpe etc.)
Eigentumsverhältnisse 80% Eigentum des Bundes, 20% Land Brandenburg
Projektthemen

Projektbeschreibung

Standort

Der Wissenschaftspark "Albert Einstein" befindet sich auf dem Telegrafenberg in Potsdam und wurde bereits Mitte des 19. Jahrhunderts nach Plänen des Architekten Paul Emanuel Spieker angelegt. Der Telegrafenberg verdankt seinen Namen einer 1832 auf ihm errichteten Station der optischen Telegrafenlinie von Berlin nach Koblenz. Seit 1992 befinden sich folgende Institute auf dem Gelände:

  • Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ)
  • Astrophysikalisches Institut Potsdam (AIP)
  • Potsdamer Forschungsstelle des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung (AWI)
  • Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e. V. (PIK)
  • Meteorologisches Observatorium Potsdam des Deutschen Wetterdienstes (MOP des DWD).
Kommune

Die Stadt Potsdam ist seit dem Jahr 1995 Mitglied im internationalen Klima-Bündnis von Städten, Gemeinden und Landkreisen und veröffentlicht seit 2000 regelmäßig Klimaschutzberichte.  Darüber hinaus wurde im Jahr 2008 die Koordinierungsstelle Klimaschutz eingerichtet, die den Prozess des Klimaschutzes steuern soll. Schon Mitte der 1990er Jahre wurde ein Braunkohlekraftwerk durch ein gasbetriebenes GuD-Kraftwerk mit Kraft-Wärme-Kopplung ersetzt.

Gefördert vom BMU im Rahmen der Klimaschutzinitiative hat ein vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) geführtes Konsortium im Jahr 2010 eine Klimaschutzstrategie für Potsdam entwickelt. Bis zum Jahr 2020 sollen die Kohlendioxidemissionen gegenüber denen des Jahres 2005 um 20 % gesenkt werden, bis 2050 sollen nur noch 2,5 t/CO2 pro Einwohner pro Jahr emittiert werden. In einem Pilotprojekt "Klima schützen - Wohnen lernen" werden seit Herbst 2010 Energieverbrauchsberater eingesetzt, um das Verbrauchsverhalten zu verbessern.

Im Rahmen des Projekts EnergieNachbarschaften tritt Potsdam neben Stadtteilen aus Berlin und der Stadt Elmshorn gegen Städte aus 16 europäischen Ländern an. Freunde, Arbeitskollegen, Vereinsmitglieder oder Nachbarn sind aufgerufen sich zu EnergieNachbarschaften zusammenzuschließen und mindestens 9% Energie im Vergleich zum Vorjahr einzusparen. Das Projekt wird gefördert vom Programm „Intelligent Energy Europe" der Europäischen Kommission und koordiniert von der Beratungs- und Service-Gesellschaft Umwelt mbH.

In 2012 wird erstmals der Potsdamer Klimapreis in den beiden Kategorien „Bürger“ und „Schulen“ verliehen. Mit der Verleihung des Potsdamer Klimapreises sollen beispielhafte und nachhaltige Projekte im Sinne des Potsdamer Klimakonzepts 2020 gefördert werden.

Status quo Siedlung

Ein Großteil der 54 Gebäude entstand vor 1915 und ist denkmalgeschützt. Heute werden die Gebäude unterschiedlich genutzt - unter anderem als Büros, Werkstätten, Technikräume, Hörsäle und Wohnungen. Außerdem gibt es auf dem Gelände eine Kita und eine Kantine. Gebäude mit Baujahren nach 1995 sind nach den entsprechenden Wärmeschutzvorschriften errichtet. Die technischen Anlagen sind an die jeweilige Nutzung angepasst (Labore, Büros) und werden intensiv betreut und gewartet. Eine geringere Anzahl von Nebengebäuden besitzt keinen zeitgemäßen Wärmeschutz. Beginnend in den 1990er Jahren bis heute wurden die historischen Gebäude umfangreich saniert und zahlreiche Neubauten errichtet.

Die Elektroenergie-Versorgung erfolgt per Mittelspannung über einen eigenen Trafo aus dem regionalen Netz (konventionelle Energie). Die Wärmeversorgung ist sehr heterogen. Es gibt Gasheizungen (Erdgas), die ein oder mehrere Häuser heizen, eine Heizzentrale mit Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung für Haus B-H und A43, mit der auch Strom erzeugt wird, Heizungen, die die Abwärme von Rechnern nutzen, Wärmeanlagen mit Luft-Wärmepumpe etc. Da das Rechenzentrum erhebliche Mengen Abwärme produziert, wird ein Teil davon  zur Beheizung des PIK-Neubaus genutzt. Über ein Nahwärmenetz ist mittelfristig die Versorgung weiterer Gebäude geplant. Bis zum Abschluss der Installation des Rechenzentrums wird der Neubau über eine bestehende Gastherme im Nachbargebäude versorgt.

Projekt

In unmittelbarer Nähe zum Einsteinturm und dem Großen Refraktor entsteht ein neues Bürogebäude, welches vor dem Hintergrund dieser baugeschichtlich bedeutsamen Bauten weitestgehend unsichtbar bleibt. Das drei-zylindrige Gebäude mit holzverschalten Fassaden aus dunkler Lärche und Glasflächen verliert sich zwischen den nahstehenden Bäumen. In den drei Zylindern des Baukörpers sollten unterschiedliche Außenwandlösungen realisiert und verglichen werden. Dazu sollten die vorgehängten Fassadenelemente in drei Ausführungen geplant (Vakuum-, Raumklima-, und Referenzlösung) und im Gebäudemonitoring mit der Referenzvariante bewertet werden. Für die Vaakumfassadenelemente gab es jedoch keine baurechtliche Genehmigung, wobei die Brandschutzanforderungen entscheidend waren. So wurde die ganze Fassade in der ursprünglichen Referenzvariante -einer modifizierten Standardlösung, die den Anspruch EnEV2009-50% erfüllt- ausgeführt. Die Fenster erhielten statt einer Zweifach- eine Dreifachverglasung, ein Teil sogar Vaakumverglasung. Im Eingangsbereich wurde eine Vaakumisolierung als baurechtliche Ausnahmegenehmigung eingebaut und kann somit in dem begleitenden Forschungsprojekt mit der TU Dresden Berücksichtigung finden. Die Raumklimavarianten legen über Eigenschaften zur Feuchtepufferung und Bindung von Schad- und Geruchsstoffen einen Schwerpunkt auf die Raumklimaqualität.

Neben den Büros für die 191 Mitarbeiter auf drei Stockwerken wird der Forschungsneubau einen neuen Hochleistungsrechner aufnehmen. Die Abwärme des Rechenzentrums erreicht ein Mehrfaches dessen, was zur kompletten Wärmeversorgung des Gebäudes notwendig ist. Ein Konzept zur Einbindung des Gebäudes und damit auch des Wärmeüberangebots in ein übergeordnetes Energie- und Versorgungskonzept des gesamten Campusgeländes wird als Bestandteil des 1. Teilvorhabens erarbeitet. Dabei wird auch die Frage, wie die produzierte Abwärme außerhalb der Heizperiode mit möglichst wenigen Wärmeverlusten zwischengespeichert werden kann, betrachtet.
Für den Nachweis der Energie- und Ressourceneffienz, die energetische Betriebsoptimierung und der Raumklimaqualität ist die Installation von Messtechnik für ein umfangreiches Monitoring notwendig. Die Konzeption und Installation des Monitoring ist daher ebenfalls Inhalt dieses Projekts.

Konzept

In der Projektlaufzeit wird ein Neubau mit ca. 6.600 m² BGF entstehen. Das PIK wird in Partnerschaft mit der TU Dresden eine innovative Gebäude- und Anlagenlösung entwickeln, die innerhalb der Gegebenheiten auf dem Telegrafenberg eine energetische Optimierung mit dem Ziel EnEV2009-50% ermöglicht.  Zum Erreichen dieses Ziels sind im Forschungsneubau folgende Maßnahmen vorgesehen:

  • Fassaden: Vakuumdämmung im Eingangsbereich, Dreifach- und Vakuumverglasung, Klima-Innendämmsystem
  • Innovatives Heizungssystem: Flächenheizung als Deckenheizung mit Einzelraumregelung
  • Innovatives Lüftungssystem: Be- und Entlüftung über Hohlbodenkonstruktion mit bedarfsgerechter Lüftung mittels Präsenzmelder, CO2-Melder und Volumenstromregler
  • Beleuchtung: Energieeffiziente Leuchtmittel sowie bedarfsgerechte Steuerung und Regelung in Abhängigkeit vom Tageslicht
  • Optimierte Nutzung der Abwärme des Hochleistungsrechners über eine Wärmepumpe
  • Energieoptimierung über Gebäudeautomation
    Darüber hinaus wird ein Konzept zur Einbindung des Gebäudes und damit auch des Wärmeüberangebots in ein übergeordnetes Energie- und Versorgungskonzept des gesamten Campusgeländes erarbeitet.
Finanzierung

Das Bauvorhaben wird vorwiegend aus Brandenburger Landesmitteln durch das Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kultur finanziert. Die energetische Optimierung des Neubaus sowie die Variantenanalyse zum Campus-Energiekonzept wird vom BMWi im Rahmen der Forschungsinitiative EnEff:Stadt gefördert.

Realisierung

Die notwendigen städte- und landesbaupolitischen Rahmenbedingungen wurden geschaffen, der Bebauungsplan "Wissenschaftspark südlicher Telegrafenberg" im November 2012 durch die Landeshauptstadt Potsdam genehmigt. Bauherr ist das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung. Als erster Meilenstein wurde Ende 2011 ein Gebäude- und Anlagenmodell für die energetische Simulation erstellt. Baubeginn war im März 2012 , Grundsteinlegung im Juni. Nach einem langen Winter wurde der Rohbau Ende August 2013 fertiggestellt. Bis zur Realisierung des gesamten Bauvorhabens Mitte 2015 werden unter anderem Lastanalysen für verschiedene Ausbaustufen und Ausstattungskonzepte sowie eine Variantenuntersuchung zu den Übertragungs- und Speichermöglichkeiten der Abwärme durchgeführt.

Umsetzungsstand nach Arbeitspaketen

AP 1 – Energetische Optimierung

Ein Gebäude- und Anlagenmodell wurde erstellt. Dabei wurde das Softwarepaket Designbuilder/EnergyPlus verwendet. Die Modellierung der technischen Gebäudeausrüstung ist zu baubegleitenden Zwecken und für grundlegende Variantenstudien ausreichend. Für eine genauere Darstellung der Anlagentechnik und die Vorbereitung der Betriebsoptimierung wird darüber hinaus das Gebäude mit der Software TRNSYS-TUD modelliert.

AP 2 - Auslegung des Rechenzentrums

In Zusammenarbeit mit den Rechenzentrumsplanern (bauperformance) wurden verschiedene in Frage kommende Energieoptimierungsmaßnahmen identifiziert. Die effektivste Maßnahme ist dabei die strikte Trennung von Kalt- und Warmluft, die durch eine Kaltgangeinhausung realisiert wird. Dies fließt in die Planung des Rechenzentrums ein. Für die Kühlung der Racks wurde die Möglichkeit der Warm- oder Heißwasserkühlung für einen Teil der Rechentechnik geprüft. Je nach Ergebnis des wettbewerblichen Dialogs bzw. der Marktreife der Produkte, wird diese Technik Anwendung finden. Dazu wurden nach einer Machbarkeitsstudie bereits die anlagentechnischen Vorhaltungen getroffen (Platzbedarf der Leitungen und Gitterroste, Durchbrüche).

AP 3 - Raumbuch, Betriebskostenprognose

Als zentrales Element des Projektphasen-übergreifenden Datenmanagements wurde eine auf die Verwaltung und Strukturierung von Immobiliendaten ausgerichtete Internetplattform mit zugehörigem Datenbank-Backend implementiert. Hierin ist das Raumbuch, d.h. die Beschreibung des Gebäudes auf der Raumebene,  integriert. Es dient als Basis für die Abschätzung der zu erwartenden Betriebskosten während der Gebäudenutzungsphase. Web-Applikation und Datenbank sind derzeit in einem kommerziell betriebenen Rechenzentrum gehostet. Ggf. erforderliche Ergänzungen an Datenstrukturen oder notwendige Administrationsarbeiten erfolgen nach Bedarf. Seit Januar 2013 sind die dem Planungsfortschritt entsprechenden Geometrieinformationen zum Gebäude und zu Etagen sowie Räumen erfasst und bereit zur Nutzung. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt erfolgt die Einarbeitung der gewerkespezifischen Planungsdaten. Grundlage sind die auf dem Projektserver in CAD- und anderen Formaten verfügbaren Informationen zum aktuellen Planungsstand. Das Arbeitspaket wird von der Firma Graviss Ingenieure bearbeitet.

AP 4 - Ganzheitliche energetische Bewertung

Diese Aufgabe wurde vom Institut für betriebliche Umweltökonomie, Frau Prof. E. Günther, an der Fakultät Wirtschaftswissenschaften der TU Dresden übernommen. Die Arbeiten begannen mit der Erstellung einer Primärenergiebilanz. Dazu wird derzeit ein Entwurf einer Sachbilanz (tabellarische Auflistung aller verwendeten Stoffe/Energien) angefertigt. Dazu müssen alle Informationen aus den Leistungsverzeichnissen zusammengetragen werden, da dort auch die verwendeten Materialien detailliert genannt sind. Auf der Basis der Auflistung aller Materialien und Komponenten nach Art und Menge werden dann die Datenbankeinträge recherchiert. Hierzu wird die Software GaBi mit den jeweiligen Datenbanken verwendet. Der zeitliche Aufwand zur Erstellung der Sachbilanzen und Prozesse wurde in der Antragserstellung stark unterschätzt. Zudem ist es sinnvoll, die Datenlage jeweils zum Baufortschritt zu aktualisieren (z.B. Veränderungen durch Vergabe, Informationen über vom Ausführenden eingesetzte Materialien). Die Projektplanung wurde daher entsprechend angepasst.

AP 5 - Bauliche Umsetzung

Baubeginn war im März, Grundsteinlegung im Juni 2012. Nach einem langen Winter wurde der Rohbau Ende August 2013 fertiggestellt.

AP 6 - Monitoring

Das Monitoringkonzept wurde nochmals detailliert und von den TGA- und Elektrotechnikplanern in die Ausschreibung eingearbeitet.

AP 7 - Energieverbund

Um die Möglichkeiten des Energieverbundes zu untersuchen, müssen zum einen verschiedene Optionen der Wärmeauskopplung aus dem Rechenzentrum berücksichtigt werden, zum anderen die Wärmeverteilung und die Abnehmer in Analysen möglicher Nahwärmenetze untersucht werden. Durch das Deutsche Geoforschungszentrum (GFZ) als Betreiber der Wärmeanlagen wurden Verbrauchsdaten der letzten Jahre zur Verfügung gestellt. Zusammen mit Lastprofilen aus Simulationen sind damit vom Institut für Energietechnik der TU Dresden verschiedene Optionen geprüft worden. Ob und welche dieser Möglichkeiten realistisch umgesetzt werden können, werden im Rahmen des Arbeitspaketes noch untersucht.

  • Website des PIK zum energieoptimierten Forschungsneubau
  • Bebauungsplan Nr. 123 der Landeshauptstadt Potsdam "Wissenschaftspark südlicher Telegrafenberg"