Freiburg: neues Laborgebäude mit effizienter Gebäudetechnik

Das Fraunhofer ISE in Freiburg hat im Juli 2013 sein neues Laborgebäude eingeweiht. Auf einer Laborfläche von 2400 m² arbeiten dort Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an Beschichtungen, Mikrostrukturen sowie optischen und photonischen Anwendungen für die Wärme- und Stromgewinnung aus Sonnenenergie - Solarthermie und Photovoltaik. Das Konzept für das energieeffiziente Gebäude wurde ebenfalls von einem Forscherteam des Fraunhofer ISE entwickelt und gemeinsam mit Planern, Architekten und Industriepartnern umgesetzt - vom Wärme- und Kältekonzept bis hin zur bauwerksintegrierten Photovoltaik.

Das Energiekonzept für den Laborneubau wurde gemeinsam mit einem Wissenschaftlerteam des Fraunhofer ISE entwickelt, das sich mit dem vielfältigen Aufgabenspektrum rund um energieeffiziente Gebäude beschäftigt. Mit der zukünftigen Nutzung waren zahlreiche Herausforderungen an das Energiekonzept verbunden. Der Energiebedarf des Laborgebäudes wird vor allem vom Kältebedarf der unterschiedlichen Versuchs- und Produktionsanlagen, Rechenzentren sowie Klimaanlagen bestimmt. Diesen Bedarf zu decken, Lastschwankungen auszugleichen und damit die Versorgung der Anlagen zu sichern, waren zentrale Aufgaben.

Des Weiteren sollte im Zusammenspiel aller Maßnahmen die Energieeinsparverordnung EnEV 2009 um 50 Prozent unterschritten werden. Um dies zu überprüfen, wird das Fraunhofer ISE ein betriebsbegleitendes Monitoring durchführen. Die Kälte- und Wärmeversorgung erfolgt über eine neuartige Wärmepumpe (Turboverdichtertechnologie), die zugleich Wärme und Kälte zur Verfügung stellt und Prozessabwärme nutzt. Die Wärmepumpe ist kombiniert mit einem gebäudeintegrierten Kaltwasser-Schichtspeicher, der Prozesse und Klimaanlagen mit Hochtemperaturkälte versorgt. Der Kaltwasserspeicher nimmt eine Doppelfunktion im Wärme- und Kälteversorgungskonzept ein. Im Kühlbetrieb dient er der Speicherung von Kälte sowie der Schaffung einer redundanten Kälteversorgung für die sensible Prozesstechnik des Laborgebäudes. Im Heizbetrieb fungiert er als Wärmequelle für die Wärmepumpe. Mit Hilfe des 500 m³ großen Wärme- und Kältespeichers kann der gesamte Heizbedarf aus Wärmerückgewinnung abgedeckt, Kälte gespeichert und phasenverschoben wieder genutzt werden.

Das Institutsareal bot die Gelegenheit die Sanierung von bestehenden Institutsgebäuden und den Laborneubau so miteinander zu verbinden, dass die Energieversorgung (Kühlwasser und Heizung) umweltfreundlich und innovativ zu einem Nahwärme- und Kälteverbund umgestaltet werden konnte. Dabei wurde die Energiezentrale des Laborneubaus so konzipiert, dass Nachbargebäude in einem Verbundsystem mitversorgt werden können. An der Südwest-Fassade des Laborneubaus kommen neuartige kristalline PV-Module für die Verkleidung der Außenwand zum Einsatz.

Sie basieren auf innovativer Solarzellentechnologie mit rückseitiger Kontaktierung - nach dem hausintern entwickelten und patentierten sogenannten High Performance Metal Wrap Through (HIP-MWT) Konzept. Die Solarzellen wurden im Photovoltaik Technologie Evaluations Center des Fraunhofer ISE in einer Pilotfertigungslinie hergestellt. Die Verschaltung erfolgt mittels strukturierter Zellverbinder, die am Fraunhofer ISE entwickelt und patentiert wurden. Innovativ ist auch die Verkapselung der verschalteten Solarzellen zwischen zwei Gläsern, basierend auf der randversiegelten Modultechnologie (TPedge), ebenfalls ein Patent des Fraunhofer ISE. Dabei werden die Solarzellen nicht wie sonst üblich einlaminiert, sondern punktuell fixiert. Die eingesetzte Rückkontakttechnologie bietet ein hohes Effizienzpotenzial, bei TPedge steht das Kostensenkungspotenzial im Vordergrund.