Umbau und Sanierung einer Kaserne in ein Bürogebäude in Kassel
Vom grauen Kasten zum silbernen Unikat
Militärischer Standard und strenge Tristesse – Unzählige solcher leerstehender Gebäude wie das Beispiel aus Kassel sind quer über ganz Deutschland verteilt. Reichel Architekten haben der Eintönigkeit getrotzt und verwandelten den grauen Kasten mit nur minimalen Eingriffen in eine helle, freundliche, grüne Unternehmenszentrale. Das Kasernengebäude aus 1973 erhielt ein individuell auf die Firma ENCO zugeschnittenes Raumprogramm und eine neue helle Farbstimmung. Mit einem begrenzten Budget wurde es energetisch effizient und exemplarisch zu einem nachhaltigen Bürogebäude umgebaut. Bei der hier gezeigten Sanierung entstand eine Atmosphäre aus dem gelungenen Zusammenspiel räumlicher und technischer Lösungen (1).
Gerade beim Bauen im Bestand zeigen sich die Stärken eines ganzheitlichen Entwurfsansatzes. Die technischen Komponenten sind dabei in ein wirtschaftliches Energiekonzept mit langlebigen, wartungsarmen Komponenten sowie nachhaltigen Materialien und Bauteilen eingebunden. Architektur und Technik, Raum und Energie verbinden sich durch die integrative Planung zu einer selbstverständlichen Einheit. Hier wurden die vorhandenen massiven Speichermassen der Konstruktion aktiviert. Der Energieverbrauch konnte von 288 kWh/m2a auf 26 kWh/m2a gesenkt werden (2).
Die so genannte Marbachshöhe in Kassel (3) ist eine zentral gelegene, innerstädtische, militärische Konversionsfläche im Stadtteil Bad Wilhelmshöhe. Der gleichnamige ICE-Bahnhof sowie öffentliche Verkehrsmittel sind fußläufig erreichbar. Die Kasernen wurden Anfang der 90er-Jahre aufgegeben, umgewidmet und auch nachverdichtet. Das Gelände ist stark durchgrünt und schließt unmittelbar an das weitläufige Erholungsgebiet der Dönche an.
Viele der alten Kasernengebäude (4, 5) entsprechen nicht mehr den heutigen baulichen Standards und würden aufgrund ihrer architektonischen, funktionalen und energetischen Nachteile aus dem Immobilienmarkt fallen, wenn öffentliche und private Bauherren nicht das Potenzial der Altbauten zur Reaktivierung erkennen würden. Das hier vorgestellte Gebäude, Nord-Süd ausgerichtet, sollte mit einem begrenzten Budget energetisch effizient zu einem nachhaltigen Bürogebäude umgebaut werden und besitzt damit als Bauaufgabe eine hohe Allgemeingültigkeit.
Architektur-Solarpreis 2012 Stadt und Landkreis Kassel
Die alltagstauglichen Lösungen – aus dem Bestand heraus entwickelt – waren daher gemäß dem Wettbewerbsprotokoll auch einer der Gründe, die neben den gestalterischen und funktionalen Qualitäten des Gebäudes dazu führten, dass das Gebäude 2012 den Architektur-Solarpreis der Stadt und des Landkreises Kassel gewann.
Aufgrund der massiven Bauweise und soliden Bauausführung konnte das Gebäude mit wenigen Maßnahmen räumlich und energetisch qualifiziert werden. (6)
Anfang der 70er-Jahre wurde es mit hohen militärischen Anforderungen gebaut. Die Stahlbetondecken sind für eine Last von 1.000 kg/m2 ausgelegt, die Außenwände sind 36,5 cm, die Innenwände 24 cm stark mit Hochlochziegeln massiv gemauert (7). Dadurch verfügt der Bestand über nachhaltige, thermisch speicherfähige Materialien und durch die Form über ein gutes A/V-Verhältnis, sodass der bestehende Rohbau erhalten bleiben konnte. Selbst der vorhandene massive Betonwerksteinboden – ein klassischer, robuster und wirtschaftlicher Boden jener Zeit – wurde in das neue Material- und Farbkonzept mit eingebunden (8). Trotz der Vorzüge der massiven Bauweise belief sich der notwendige Gesamtwärmebedarf auf ca. 216 kW oder 288 KWh/m²a, sodass das Gebäude durch weitere Maßnahmen verbessert werden musste.
Architektonisches Konzept und räumliche Qualifizierung
Zu diesen Maßnahmen gehörte die Dämmung der Außenhülle (10), um die Bauteile keinen zu extremen Temperaturschwankungen auszusetzen. Die neue silbrige Außenhaut zeigt dabei in ihrer Gestaltung mit den plastisch ausgebildeten Fenstern deutlich die neue wärmende Hülle und ermöglicht durch die abgerundete Form gleichmäßig einen hohen Lichteinfall. Auch das vorhandene Kaltdach wurde saniert und zur Installationsführung genutzt und bildet gestalterisch – als eine Art „Hutkrempe“ – den oberen Gebäudeabschluss. Dabei wurde die oberste Lage der Deckhölzer komplett entfernt, die vorhandene Dämmung ergänzt und mit einem Foliendach auf neuen, im Gefälle verlegten, Bohlen wieder abgedichtet.
Die langen eintönigen und zum Teil sehr dunklen Flure wurden durch geschwungene Abschnitte in neues Sichtmauerwerk gegliedert und ergänzt. Dem alten „Kasernendrill“ wurde damit im übertragenen Sinn die Härte genommen. Die jetzt sandweiß geschlämmten Wände bilden auch den Auftakt im Eingangsbereich. Um informelle Kommunikation zu ermöglichen formt der Mauerverband bei den Teeküchen, Kopier- und Druckerräumen beiläufig geschützte Zonen. Die ehemals unproportionierte Fassade des Treppenhauses und des Eingangsbereichs wurde durch einen Erker mit einer transparenten, gebogenen Fassade ersetzt, hinter der sich der große Besprechungsraum und die Bibliothek (12) befinden und die gleichzeitig den Eingangsbereich schützend beschirmt.
In Verbindung mit dem Austausch der Fenster wurde ein Blendensystem für die Brüstungsbereiche entwickelt, dessen bewegliche Elemente jederzeit eine Anpassung der Arbeitsplatzstruktur ermöglichen. Die gesamte Medienführung – Elektro, Datenkabel und Heizungstraßen – konnte in der schon ursprünglich vorhandenen Brüstungszone auf dem Putz erfolgen, um so Eingriffe und Stemmarbeiten in die bestehenden Decken und Böden zu minimieren (13).
Da alle Arbeitsplätze von der Fassade aus mit Netzwerk- und Stromanschlüssen versorgt werden, ist eine optimale Nutzerfreundlichkeit und Nachrüstung möglich; Kabelkanäle zum Schreibtisch können entfallen. In die Verkleidungsebene ist ein optisch gleichwertiger Flachheizkörper integriert (14), der als Strahlungsheizkörper die Behaglichkeit der Nutzer erhöht und die Staubumwälzung während des Betriebs verringert (15).
Eine energetische Herausforderung bei einem intensiv genutzten Bürogebäude ist der sommerliche Kühlbetrieb (16). Aufgrund der hohen inneren Wärmelasten durch die Büroausstattung lag es nahe, den Verglasungsanteil der Fassade nicht zu erhöhen, um auf eine Raumkühlung verzichten zu können. Die vorhandene Fensterfläche von 18 % der Fassade wurde beibehalten und die massiven thermischen Speicher im Inneren (Innenmauerwerk aus Vollziegeln, thermisch aktive, massive Betondecken) wurden aktiviert. Im ersten Sommer wurden die Raumtemperaturen ohne Einsatz mechanischer Kühlung unter 26 °C gehalten (17).
Ebenso können im Winter, bei einer wärmedämmenden und dichten Hülle, die inneren Wärmegewinne (Abwärme durch Personen, Maschinen und Beleuchtung) einen großen Beitrag zur Beheizung des Gebäudes leisten. Eine passive Sonnenenergienutzung durch die natürliche Sonneneinstrahlung kann bei niedrigen Raumtemperaturen einen sinnvollen Beitrag zur Raumbeheizung leisten. In der Bilanz zeigte sich, dass die Größe der Bestandsfenster gut bemessen und aufgrund der räumlichen Orientierung der Arbeitsplätze im Jahresverlauf eine gute Tageslichtnutzung zur Arbeitsplatzbeleuchtung gegeben ist (18, 19).
Die bestehende, 36,5 cm starke Ziegelwand erhielt zusätzlich 20 cm Außendämmung mit mineralischem Putz, neue zweiflügelige Holzfenster mit einer Isolier- und Sonnenschutzverglasung (nach Süden). Außerdem wurden eine kontrollierte Lüftungsanlage sowie eine Photovoltaikanlage mit einer Leistung von 26 kW installiert (20).
Die mechanische Lüftung sorgt für einen konstanten Luftaustausch. Da keine baurechtliche Forderung nach einer Lüftungsanlage besteht, konnte von den Vorgaben der DIN-Normen abgewichen werden um eine energetische Optimierung zu erhalten. Die abgeführte Wärme wird über einen Kreuzstromwärmetauscher mit einem Wirkungsgrad von über 90 % geführt und zur Temperierung der Zuluft genutzt (21).
Im Sommerfall wird die Zuluft mit der niedriger temperierten Abluft vorgekühlt. Im Winter wird die kalte Zuluft vorgewärmt.
Zur Kostenreduzierung und Vereinfachung der technischen Anlagen wurde auf ein Heiz- und ein Kühlregister verzichtet. Im Winterbetrieb findet eine Reduzierung des Zuluftvolumenstromes in Abhängigkeit der Außentemperatur statt, um Zuglufterscheinungen in den Räumen zu verhindern. Es wird davon ausgegangen, dass bei tiefen Außentemperaturen unter -5 °C der fehlende mechanische Luftwechsel durch den dann steigenden natürlichen Luftwechsel ausgeglichen wird. Die Nachheizung erfolgt über Heizkörper. Bei Fensteröffnung werden die Heizkörper abgeschaltet, um den Heizenergieverbrauch durch missbräuchliches Verhalten zu minimieren.
Die Beleuchtung wird über Präsenz- und Tageslichtsensoren gesteuert und optimiert so den Energieverbrauch, ebenso eine Abschaltung alle Geräte außerhalb des Bürobetriebs. Es wurden nur Leuchtmittel mit einem Verhältnis von > 65 lm/W für Lichtleistung/Strombedarf verwendet. Wo es für sinnvoll erachtet wurde, kamen LED-Leuchtmittel zum Einsatz.
Das sanierte Gebäude hat einen Heizwärmebedarf von 30 W/m² und 45 kWh/m²a. Eine Qualifizierung zum Passivhaus wurde untersucht. Da dieses aber nur mit einem unwirtschaftlichen Aufwand zur Beseitigung konstruktiver Schwachstellen hätte erfolgen können, war es bei diesem ganzheitlichen Entwurfsansatz nicht zielführend, diese einseitige Zertifizierung beim Bauen im Bestand erreichen zu wollen.
CO2-freie Energieerzeugung, Effizienz und Monitoring
Das Gebäude wird über das in diesem Stadtgebiet neu verlegte Fernwärmenetz versorgt, gliedert sich somit CO2-frei in ein kommunales Energiekonzept ein und trägt zu dessen Wirtschaftlichkeit bei. Eine Eigenstromerzeugung erfolgt über eine PV-Anlage (26 KW). Die gedämmte Hülle verringert die Transmissionswärmeverluste weitestgehend. Eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung minimiert die Lüftungswärmeverluste. In den Übergangzeiten wird ausschließlich über die Fenster be- und entlüftet und der Ventilatorenstrom eingespart.
Die Effizienz der Systeme wird zukünftig durch Monitoring überwacht. Ein Datenlogger liest alle Versorgungszähler und den Einspeisezähler der Solaranlage im 15-Minutentakt aus. Die Daten werden gesammelt und ausgewertet. Die relevanten Werte der Raumtemperaturen oder Stellsignale werden an das Monitoringsystem übermittelt. Dieses ist jederzeit über Web-Zugriff erreichbar. Dadurch wird sichergestellt, dass die planerisch vorgegebenen Verbrauchs- und Erzeugungswerte auch eingehalten werden.
Bei der Planung und Ausführung des Gebäudes stand ein hoher Komfort der Nutzer im Vordergrund. Eine individuelle Regelbarkeit von Licht und Temperatur ist im gesamten Gebäude möglich. Der Innenausbau wurde auch unter Berücksichtigung schadstoffarmer bzw. schadstofffreier Materialien umgesetzt. Der bei der Schadstoffmessung ermittelte VOC-Wert betrug 0 mg/m³. Der Formaldehydwert lag mit 10 mg/m³ (Grenzwert 60 bis 120 mg/m³ je nach Nutzung) deutlich unter der Vorgabe der WHO. Eine Zertifizierung nach dem Deutschen Gütesiegel für Nachhaltiges Bauen ist in Vorbereitung.
Ressourcen und Energie sparen – Architektur gewinnen
Durch den ganzheitlichen und integrierenden Gestaltungsansatz konnten bei dem bestehenden Gebäude spezifische räumliche und technische Lösungen entwickelt werden, die zur eigenständigen Architekturhaltung des neu sanierten Bürogebäudes beitragen. Dieser Entwurfsansatz sollte zu einem neuen Bewusstsein der Gesellschaft im Umgang mit älteren Gebäuden führen und entstand aus der gezielten Weiternutzung des Bestands. Durch die minimalen baulichen Eingriffe konnten wertvolle, bereits im Bestand gebundene vorhandene Materialien und Energieressourcen im Rohbau, aber auch im Ausbau gespart werden. Ebenso konnte durch die gleichzeitigen Maßnahmen – Erhöhung des Dämmstandards und Erzeugung von regenerativer Verbrauchsenergie – ein unabhängiges energetisches System erstellt werden.
Die räumlichen und materiellen Veränderungen lassen ein helles, freundliches und leichtes Ambiente zu.
Regenerativer Anteil: 100 % (Primärenergiefaktor 0,0; Städtische Werke Kassel)
Strombedarf (100 % aus regenerativen Quellen, CO2-Belastung 0 %)
– Raumkühlung: 0,0 KW
– Lüftung: 2,4 MWh
– Hilfsenergie: 0,225MWh
– Beleuchtung: 4,3 MWh
– EDV, Server: 38,8 MWh
– Warmwasser: 0,18 MWh
Summe: 46 MWh/a = 27 kWh/a/ m²
= 71 kWh/m²a Primärenergiebedarf
Energieerzeugung:
– Photovoltaik:
26 kWpeak: -26.000 kWh/a
– Summe: -39,76 KWh/m²a
= 27 kWh/a/ m²
Primärenergiebetrachtung:
Heizwärmebedarf + Strombedarf
+ Energieerzeugung =
0,0 kWh/m²a + 71kWh/m²a +
(-39,76 kWh/m²a) =
Primärenergiebedarf 31,3kWh/m²a
Über den Autor
Alexander Reichel,
Prof. Dipl.-Ing. Architekt BDA DWB
studierte Architektur an der Technischen Hochschule in Darmstadt und ist seit 1994 selbständig, seit 1997 führt er gemeinsam mit Johanna Reichel-Vossen das Büro Reichel Architekten BDA in Kassel. Seit 2010 lehrt er als Professor für Nachhaltige Baukonstruktion und Entwerfen am Fachbereich Architektur der Hochschule Darmstadt.
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