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Erdwärme zur Heizung und Kühlung und TBA

Der bisherige Firmensitz der Drees & Sommer GmbH Stuttgart wurde um einen Neubau erweitert. Wichtige Zielsetzungen für die Realisierung waren neben umweltfreundlicher und ressourcenschonender Raumkonditionierung ein hoher thermischer Komfort bei minimalen Energiekosten. Hohe Behaglichkeit und das Wohlbefinden der Mitarbeiter sollten gefördert werden, gleichzeitig aber auch die Realisierung eines wirtschaftlichen Energiekonzeptes.
Auf über 3.500 m² entstanden neue Flächen: Ein neuer Eingangsbereich mit großzügigem Foyer, Empfang, Treppen und weiteren Erschließungsflächen über drei Etagen. Ein Gebäudeelement mit großem Besprechungsraum, Cafeteria, Aufwärmküche, WCs und anderen Nebenflächen. Auf einem viertelkreisförmigem Grundriss die Büroetagen, mit verschiedenen Büroorganisationsformen, wie z.B. Kombi- oder Zellenbüros.

Das entstandene Gebäude hat einen Heizenergiebedarf von 15 - 20 kWh/m² im Jahr und entspricht dem Passivhausstandard. Zum energiesparenden Konzept gehört auch ein erhöhter Wärmeschutz: die U-Werte der Gebäudehülle inklusive Verglasungen liegen zwischen 0,19 W/m²K (Dach) und 1,28 W/m²K (Fenster). Die Dämmschichten haben eine Stärke von 4 cm (Kellerdecke) und 20 cm (Dach). Um auch bei den Fenstern den Wärmeverlust zu minimieren, wurde ein neuer Rahmen aus Aluminium mit Mehrkammersystem entwickelt.

Heizung/Energiekonzept
Als umweltfreundliche Wärmequelle kommt die Geothermie zum Einsatz. Diese oberflächennahe Erdwärmenutzung kann besonders bei niedrigen Heizwassertemperaturen angewendet werden. Zur Nutzung der Erdwärme wurden Erdwärmesonden - Doppel-U-Rohre aus HPPE mit einem Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel (Sole) - in vertikalen Bohrungen eingebracht. Der Zwischenraum Erdreich - U-Rohr wird mit einem dauerelastischen Material verpresst. "Je nach Temperaturdifferenz zwischen Sole und Erdreich wird dem Erdreich Wärme entzogen (Heizfall) oder zugeführt (Kühlfall)" (Prof.Dr.-Ing. Eberhard Oesterle). Die Erdwärmesonden wurden nach Untersuchungen der lokalen Bodenarten und Wärmeleitfähigkeit dimensioniert. Insgesamt wurden 18 Sonden mit einer Tiefe von 55 - 60 m und einem Mindestabstand von 6 m gesetzt. Aufgrund der hohen Auflagen des Amtes für Umweltschutz mussten die Bohrdurchmesser 200 mmm betragen, damit die Mineralwasservorkommen im Raum Stuttgart nicht gefährdet werden. Die Differenz der Temperatur von Erdwärme und benötigter Heizwasservorlauftemperatur wird über eine elektromotorisch betriebene Wärmepumpe ausgeglichen.

Die Wärme wird in den Räumen nicht mittels Heizkörper verteilt sondern über die Stahlbetondecken. Bei dieser thermischen Betonkernaktivierung (TBA) sind in die 30 cm dicken Decken wasserführende Rohre aus vernetztem Polyäthylen (PeX) eingelegt.

Aufgrund des guten Wärmeschutzes der Gebäudehülle und den niedrigen Heizlasten, kann ein System mit niedrigen Heizwassertemperaturen eingesetzt werden. Die Regulierung der Raumtemperaturen ist aufgrund der hohen Speicherfähigkeit der Betondecken jedoch sehr schwerfällig: eine veränderte Vorlauftemperatur der TBA ist erst nach ca. 40 Stunden wahrnehmbar. Damit die Mitarbeiter ihre Büroräume dennoch individuell und schnell temperieren können, wurde eine Randstreifenheizung entwickelt. Das patentierte Beton-Fertigteilelement mit einem seperaten wasserführenden Rohrnetz, ist entlang der Fassade eingebaut.

Die Gebäudekühlung wird ebenfalls über die Erdwärmesonden erzeugt: aufgrund der Soletemperatur von ca. 16° C wird die benötigte Kaltwassertemperatur von 18 - 20° C erreicht. Die Kühlung ist daher sehr wirtschaftlich, lediglich für den Pumpenbetrieb zur Förderung entstehen geringe Kosten.

Ob die Wirtschaftlichkeit und die Energieeffizienz des Gebäudes eingehalten werden lässt die Drees & Sommer AG von dem Lehrstuhl Heizung und Raumlufttechnik der Universität Stuttgart überprüfen.