Technik und Innovation

Gebäudetechnik / Doppelschalige Fassade und Heizkühldecken kombiniert

Wärmeglocke heizt "Stadttor" auf

Das "Stadttor", eines der neuen Düsseldorfer Wahrzeichen, wird ab Ende dieses Jahres mit rund 20 Stockwerken über dem Tunnelmund des Rheintunnels in den Himmel ragen. Die Architektur des Bürohochhauses mit Atrium zwischen den Zwilligstürmen setzt städtebauliche Akzente, die Haustechnik ökologische.

Der parallelogrammförmige Grundriß des Gebäudes hat 66x50 m Kantenlänge. Das Atrium mißt 50x11 m. Hinter der Gebäudephysik verbirgt sich eine mysteriöse Technik. Das Team um Architekt Karl-Heinz Petzinka, Düsseldorf, sowie der JMP Ingenieurgesellschaft, Stuttgart, als Mitverantwortliche für die Haustechnik, orientierte sich bei der Planung an den vorhandenen Ressourcen: der Sonne über den gesamten Tagesgang sowie einem hohen Grundwasserspiegel wegen der Nähe des Rheins.

Die Baumeister umkleideten die Büroräume mit einer doppelten Haut, stülpten sozusagen dem Bauwerk eine Wärmeglocke über. Die läßt sich am besten mit Wintergartenfassade beschreiben: In einem Abstand von 1,40 m zur äußeren Verglasung zogen sie eine zweite Wand – überwiegend aus Glas – mit holzgerahmten Schwingtüren.

Balkon- und Dämmfunktion

Dieser Zwischenraum mit seiner isolierten Luftschicht hat gleichsam Balkon- als auch Dämmfunktion. Umlaufende Lüftungsschächte mit regelbaren Ein- und Auslässen erlauben über weite Teile des Jahres eine natürliche Be- und Entlüftung aller Geschosse. Ausgelegt ist diese Raumluft-Konditionierung für Außentemperaturen von etwa +5° C bis gut +20° C. Zusätzlich übertrugen die Bauphysiker den Fassaden-Öffnungen eine Art Sicherheitsfunktion in Form eines negativen Überdruckventils: Bei Windspitzen öffnen die Klappen, um eine bestimmte Druckkomponente auf die Holzfensterinnenfassade zu verlagern. Damit verteilt sich der Winddruck auf die beiden Hautschichten des Stadttores.

Unterhalb und oberhalb des erwähnten Klimabereiches hat das Wintergarten-System seine Funktionsgrenze. Deshalb integrierte JMP noch eine mechanische Be- und Entlüftung. Sie ist eine Kombination aus Sorptionsspeicher und adiabatischer Kühlung.

Seit einigen Jahrzehnten experimentieren Lüftungs- und Klimatechnik mit Sorptions-speichern. Ein rotierendes Speicherrad verschließt mit seiner Seitenfläche die beiden Querschnitte eines nebeneinander angeordneten Zu- und Abluftkanals. Die zuströmende Außenluft gibt an das Absorptionsmaterial – meist irgendwelche hygroskopisch reagierende Kristalle – im Kühlbetrieb im Sommer ihre Feuchtigkeit ab und trocknet dabei auch vor. Einige Minuten später dreht sich dieses Segment vor den Auslaß, und die Abluft nimmt die eingelagerte Feuchtigkeit auf. So entlädt sich das Aggregat wieder.

Die adiabatische Kühlung entstammt der Industriekühlung. Auch hier kreuzen sich in einem Wärmetauscher ein Zu- und ein Abluftstrom. Nur bewegt sich zwischen beiden kein Sorptionskörper, vielmehr sprüht man in die Abluft Feuchtigkeit ein. Die verdunstet und holt sich dabei die notwendige Verdampfungswärme zum Teil aus der Zuluft. Die Kombination von Sorptionstechnik und adiabatischer Kühlung in einer einzigen Zuluftstrecke gilt als Novum in der Komfortklimatisierung. Wegen des Trocknungs- und des Befeuchtungsprozesses, kann hier tatsächlich auch von Klimatisierung gesprochen werden, die ganz ohne FCKW auskommt.

Die Installation im Stadttor zeichnet sich noch durch eine weitere Komponente aus: Wenn die Abluft den Sorptionskörper nicht ausreichend entfeuchtet, strömt zusätzlich warme Luft ein, die sich in einem Fernwärmetauscher temperiert hatte und so die Fortluft darin unterstützt, das Kondensat in die Atmosphäre zu transportieren, das Heißt, den Rotor zu entladen.

Klimatisierung ohne FCKW

Die Technik gestattet Zulufttemperaturen zwischen 18 und 16° C bei 32° C Außentemperatur ohne Einsatz einer Kältemaschine oder dergleichen. Das gesamte Gebäude heizt und kühlt also FCKW-frei. Es hängt lediglich am Fernwärmenetz der Stadtwerke Düsseldorf – und am Grundwasser. Beide Medien, Fernwärme im Winter und Grundwasser im Sommer, durchströmen ein und dasselbe Heizkühldeckenelement in den einzelnen Büroräumen.

Insgesamt 8 000 m² bifunktionaler Tauscherflächen sorgen im Stadttor für den Temperaturausgleich. Noch einmal zusätzliche 5 500 m² arbeiten als reine Kühldecken. Die befürchtete Taupunktunterschreitung hat man heute im Griff. Sie setzt eine punktgenaue Vorlauftemperaturregelung in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern – wie natürlich der Außenluftverhältnisse – voraus.

Das Grundwasser strömt jedoch nicht direkt durch die Decke. Selbstverständlich ist hier ein Plattenwärmetauscher zwischengeschaltet und damit ein Sekundärkreis gezogen. Die Brunnen liegen in 30 m Tiefe und sollen pro Jahr etwa 600 000 m³ Wasser spenden. Da die Untere Wasserbehörde aber keine ganzjährige Vorhersage für die Wassertemperaturen abgeben mochte, genehmigte sie mit 900 000 m³ eine bestimmte Reserve-Entnahme.

Auch die Heizdeckentechnik darf zumindest zum Teil als Novum angesehen werden. Die Niedrigenergiebauweise bringt sie wieder ins Gespräch. Vor einigen Jahrzehnten waren ja bereits Deckenstrahlungsheizungen in Mode, nur hielten sie in vielen Fällen nicht, was die Verfechter versprachen. Es kam häufig zu Klagen über zu hohe Temperaturen im Kopfbereich. Deshalb fuhr JMP extra in einem Forschungsinstitut Versuche, um festzustellen, ob die Behaglichkeit im Rahmen der DIN-Strahlungsasymetrie gewährleistet ist. Die Ergebnisse sprechen für die gewählte Ausführung. Mit Heizdeckenvorlauftemperaturen von um 35° C bei niedrigsten Außentemperaturen bewegt sich der Komfort innerhalb der genormten Werte.

Der Architekt ließ die Grundrißnutzung offen. Einzelbüros, Flure, Großraumbüros, Innenzonen mit Besprechungsräumen, Kopierräume, Sozialräume, Kombibüros mit rund 4 m Tiefe an der Fassade und dann offenen Zone in der Mitte. Alles ist regelungstechnisch so ausgelegt, daß von der Großraumnutzung bis zum kleinsten Kämmerchen jedem individuellen Wunsch variabel Rechnung getragen werden kann.

Erschienen in: Handelsblatt von 10.04.1997 / Nr. 70
Von: Bernd Genath