_Sonnenschutz

Am Ostrand der University of Pennsylvania entstand ein Laborbau, der selbst Antworten für das liefert, was in ihm erforscht wird: Wie lässt sich ein energiehungriges Gebäude so entwerfen, dass es zum Werkzeug der Energiewende wird? Das Vagelos Laboratory for Energy Science and Technology dient nicht nur als Zentrum für nachhaltige Energieforschung, sondern auch als architektonisches Experiment, das zeigt, wie eng Sonnenschutz, Tageslicht und Energieeffizienz verzahnt sein können. Entworfen wurde es von Behnisch Architekten.

Städtebauliche Verknüpfung und architektonische Struktur

Der Bau ersetzt nicht nur einen tristen Parkplatz, sondern reorganisiert einen lange ungelösten Übergang im Stadtgefüge. Zwischen Walnut Street und 32nd Street existierte seit jeher ein Höhenunterschied, den heute Terrassen, Treppen und ein neu angelegter Platz ausgleichen. Erstmals entsteht so eine direkte Fußgängerachse zur Palestra, der historischen Basketballhalle der Universität. Derweil schafft ein neuer Hof zwischen Neubau und Bestand, leicht abgesenkt, einen grünen Ruhepunkt auf dem dichten Campus. Einheimische Pflanzen, Versickerungsmulden und Rückhaltebecken verbessern die Regenwasserbilanz und verwandeln die einst versiegelte Fläche in einen ökologisch wertvollen Außenraum.

Außen klar gegliedert und zugleich dynamisch gefaltet präsentiert sich der Baukörper. Eine dreifach verglaste Curtain Wall bildet die Grundhülle, während versetzte Geschosse und Rücksprünge dem Forschungsgebäude eine gestaffelte Silhouette verleihen. 267 helle Sonnensegel prägen die Ost- und Westseite. Ihre diagonal gekrümmten Geometrien liegen wie eine schimmernde, zweite Haut vor der Glasfassade und verändern je nach Lichteinfall ihre Wirkung. Terrassen und Einschnitte an der Westseite öffnen den Bau nach außen und lassen ihn trotz seiner Größe leicht und durchlässig wirken.

Kommunikation und Raumprogramm

Zwei Eingänge – einer zur Walnut Street im Norden, der andere zur westlichen Gebäudeseite mit Anschluss an den Shoemaker Green im Süden – verankern das Gebäude im Campus und verbinden es zugleich mit dem Stadtraum. Auf sieben Hauptgeschosse und ein Technikgeschoss, verteilen sich Labore, Arbeitsräume und Gemeinschaftszonen. Den Forschenden stehen unter anderem optische Hochleistungslabore, Chemielabore und Instrumentenbereiche zur Verfügung, außerdem eine NMR-Suite – ein speziell abgeschirmter Bereich für die kernmagnetische Resonanzspektroskopie, in dem hochmagnetische Großgeräte molekulare Analysen ermöglichen.

Über fünf Ebenen erstrecken sich offene Forschungsflächen, ergänzt durch Büros und ein studentisches Clubhaus. Die Ostseite nimmt Labore auf, die stabile Licht- und Klimaverhältnisse erfordern. Im Westen entstehen durch geschossweise Vor- und Rücksprünge große Lufträume und Terrassen, die Schreibplätze, Aufenthaltsräume und informelle Treffpunkte bieten. Doppelte Geschosshöhen, offene Treppen und transparente Innenwände verbinden die Ebenen optisch. Die Farbgestaltung der Böden – Grün in den Kommunikationsbereichen, kühlere Töne in den Forschungszonen – erleichtert die Orientierung und betont den luftigen Charakter des Gebäudes.

Konzept, Nutzung und energetische Logik

Der Bau gliedert sich in Zonen mit hoher und niedriger Energieanforderung. Labore benötigen häufige Luftwechsel, präzise Klimasteuerung und komplexe Technik. Schreibplätze, Büros und Gemeinschaftsbereiche können hingegen weitgehend passiv betrieben werden. Diese klare Trennung bildet die Basis des Energiekonzepts. Eine Wärmerückgewinnungsanlage deckt den Großteil des Heizbedarfs mit Abwärme, das Dampfkondensat unterstützt die Warmwasserbereitung.

Hydronische Kühlsysteme wie Kühlsegel, Kühldecken und Fußbodenheizungen sorgen mit niedrigen Vorlauftemperaturen für angenehme Temperaturen. Dreifachverglasung und öffenbare Fenster ermöglichen über weite Teile des Jahres eine natürliche Lüftung. Gleichzeitig überwachen Sensoren die Laborluft, sodass die Frischluftzufuhr kontinuierlich an Schadstoffgehalt und Temperatur angepasst wird. Das Ziel ist, den Energieverbrauch und die Belastung der Technik zu senken.

Sonnenschutz: doppelt wirksame ETFE-Membranen

Die markante Fassade des Vagelos Laboratory ist nicht bloß architektonisches Motiv, sondern zentrales Element der Energie- und Tageslichtstrategie. Entlang der West- und Südwestseite, wo die höchsten solaren Lasten auf die Fenster treffen, spannt sich ein Sonnenschutzsystem aus gekrümmten ETFE-Segeln vor die Glasflächen und auch vor die geschlossenen Paneele. Diese zweite Haut wirkt als richtungsselektiver Filter und passt sich präzise den variierenden Sonnenständen in Philadelphia an.

Jedes Sonnensegel kombiniert zwei unterschiedlich arbeitende ETFE-Membranen: oben eine hochtransluzente Lichtstreuungsmembran mit etwa 80 Prozent Lichtdurchlässigkeit, unten eine mit Punkten bedruckte (gefrittete) Verschattungsmembran, die den solaren Energiedurchlassgrad auf rund 30 Prozent senkt. Beide Schichten sind in einem diagonal gekippten Rahmen gespannt, was die charakteristische Krümmung erzeugt. Dank dieser Form streut die obere Membran flach einfallendes Tageslicht tief in Labore und Schreibbereiche, während die untere Membran steile Sommersonne – besonders die Westsonne am Nachmittag – großflächig blockiert und die Kühllasten spürbar senkt. Das System trennt Helligkeit und Wärme und lenkt beides gezielt.

Im Jahresverlauf zeigt das System seine volle Stärke: Im Sommer trifft der steile Sonnenstand überwiegend auf die bedruckte, untere Membran und wird bereits vor der Glasfassade energetisch „abgefangen“. Im Winter hingegen dringt flaches Sonnenlicht durch die obere Membran, die es weich und blendfrei weitergibt. Dahinterliegende Clerestory-Fenster ergänzen diese Wirkung, indem sie diffuses Oberlicht auf Arbeitsflächen lenken und so eine gleichmäßige, natürliche Ausleuchtung der Labore fördern.

Im Innenraum stehen textile Rollos bereit, die punktuell als Blendschutz dienen – etwa an Bildschirmarbeitsplätzen oder bei Präsentationen. Sie greifen nur dort ein, wo nötig, und sind nicht Teil der energetisch wirksamen Verschattung.

Das Sonnensegelsystem erfüllt eine doppelte Aufgabe: Es schafft gute Laborbedingungen und verleiht dem Gebäude eine unverwechselbare Identität. Die filigrane Membranhaut verbindet die komplexe Staffelung des Baukörpers und steigert die Energieeffizienz – ganz ohne bewegliche oder wartungsintensive Bauteile. Der Sonnenschutz wird so zum Bindeglied zwischen wissenschaftlicher Nutzung, architektonischer Gestaltung und den klimatischen Anforderungen des Penn Campus.

Bautafel

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