Eisspeicher heizt und kühlt TuP-Campus in Stutensee

In Stutensee bei Karlsruhe entstand 2016 der neue TuP-Campus, ein neues Bürogebäude für Dr. Thomas + Partner (TuP), Spezialist im Segment Warehouse Management Solutions. Das neue Campus-Bürogebäude zeichnet sich als Passivhaus durch eine hocheffiziente energetische Gesamtlösung mit autarker Wärmegewinnung und Kühlung aus. Ein saisonaler Eis-Latentwärmespeicher von etwa vier Metern Höhe und gut sieben Metern Durchmesser sorgt dafür, dass das Gebäude energieautark beheizt und gekühlt wird.

Der zylindrische Stahlbeton-Behälter, der im Fall des Neubaus von Dr. Thomas + Partner neben dem Gebäude angeordnet ist, befindet sich vor allem unterkühltes Wasser und – im Kern des Speichers – zeitweise circa 30 % Eis, er ist also nicht komplett mit Eis gefüllt. Das Leitungssystem für Kühlung und Heizung ist so an den zylindrischen Betonzylinder angebunden, dass an seiner Außenwand – der Warmseite – die Energie eingetragen und in seinem Innern – der Kaltseite – die Energie entzogen wird.

Das Grundprinzip des Eisspeichers besteht darin, dass das kalte Wasser im Sommer direkt durch das Gebäude gepumpt wird, lediglich mit dem Strombedarf einer Umwälzpumpe. Zusätzlicher Energieeintrag aus dem umgebenden Erdreich und von den Dachabsorbern des Bürogebäudes, die ebenfalls nach dem Kühlbedarf dimensioniert sind, wärmt, das Eis schmilzt. Dagegen entzieht die Wärmepumpe Energie und kühlt das Wasser im Speicher im Winter ab; Eis bildet sich neu. Damit stellt der Eisspeicher einen Primärquellenpuffer dar, der im Winter Energie zum Heizen liefern kann und im Sommer der Kühlung dient.

Das neue Campus-Bürogebäude unterschreitet mit einem Wärmebedarf von elf Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr sogar die Kriterien für Passivhäuser deutlich (15 kWh/m²a). Zugleich tragen die in ihm arbeitenden Menschen laut Berechnung eine Wärmeenergie von bis zu 17 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr in das Gebäude ein. Die Menschen werden hier also regelrecht als physische Energiequelle berücksichtigt. Wegen des Passivhaus-Standards ist es möglich, den Speicher gemäß dem Kühlbedarf im Sommer mit einem Volumen von nur 170 Kubikmetern zu dimensionieren und nicht, wie zunächst erwartet, mit einem Volumen von 300 Kubikmetern. Je nach Wettersituation entscheidet die Steuerung der Anlage über einen speziellen Algorithmus, ob als Quelle die Dachabsorber oder der Eisspeicher genutzt werden sollen.

Die eigentliche Kühlung und Beheizung der Räume erfolgt über eine innovative Multi-Level-Bodenkonstruktion. Der Boden besitzt drei Schichten: Unter dem normalen Belag liegen die Rohre der herkömmlichen Fußbodenheizung. Die unterste Schicht nimmt wie üblich die Elektroinstallation auf. Zwischen Fußbodenheizung und Installationsebene liegt eine neuartige Lüftungszwischenschicht mit zelligem Aufbau, ähnlich der Struktur von Eierkartons. Die durchströmende Luft wird von der ersten Ebene entsprechend erwärmt oder gekühlt. Durch diese Lüftungsschicht reagiert der Raum wesentlich rascher und damit energieeffizienter auf Erwärmung und Kühlung als eine klassisch betriebene Fußbodenheizung, die starke Verzögerungseffekte hat.

Zum energieeffizienten Gesamtkonzept des Gebäudes zählt eine 40-Kilowatt-Peak-Photovoltaik-Anlage, die die Dachhälfte einnimmt, die nicht von den Absorbern genutzt wird. Der von ihr erzeugte Solarstrom reicht aus für den Betrieb von Heizung und Kühlung – Heizen und Kühlen erfolgen somit energieautark. Gleich beim Bau wurden bereits die Kontaktpunkte vorbereitet, um in einem zweiten Ausbauschritt die Dachabsorber mit einer aufgeständerten Photovoltaik-Anlage zu überbauen, die dann den zusätzlich benötigten Lüftungsstrom erzeugt – zu diesem Zeitpunkt wäre dann die gesamte Haustechnik energieautark.

Weitere Maßnahmen zum Stromsparen sind Teil des Konzepts: LED-Beleuchtung, Arbeitsplätze mit Präsenzsteuerung, von CO₂-Sensoren gesteuerte Lüftung für Besprechungsräume und Jalousien, deren Lichtlenklamellen im obersten Drittel des Fensters so eingestellt sind, dass der Raum beschattet ist und trotzdem Licht für eine optimale, natürliche Beleuchtung an die Decke reflektiert wird.

Die Architektur des Campus, in dem auf 3.600 Quadratmetern seit Dezember 2016 rund 120 Mitarbeiter arbeiten und bis zu 150 Arbeitsplätze eingerichtet werden können, prägt von außen ein Materialmix aus anthrazitfarbenem Putzkörper und weißer Vorhangfassade. Im Inneren setzen sichtbare Betonoberflächen mit fugenlosen Holzfenstern und grün eingefärbten Akustikmodulen moderne innenarchitektonische Akzente. Funktionskuben für Archiv,- Technik- und Serviceräume lockern die Ein-bis-Vier-Personen-Bürostruktur auf. Die zentral gelegene Cafeteria, das Herzstück des Gebäudes, verbindet dessen beide Flügel.