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Cicero stand Pate: Necessitati parendum est! Aus der Not eine Tugend machen und die Gelegenheit beim Schopfe fassen, waren am Anfang des Projekts die Devisen des Umweltbundesamtes, das an seinem Forschungs-standort in Berlin-Marienfelde den Neubau eines Bürogebäude – das Haus 2019 – in Auftrag gab. Seit langem hatten die Wissenschaftlerinnen und Wis-senschaftler des Umweltbundesamtes ihre Not mit erschwerten Arbeitsbe-dingungen durch fehlende und ungeeignete Büroräume in den vorhandenen Laborgebäuden. Mit Förderung der Bundesregierung wurde 2009 die Pla-nung eines Neubaus für 30 Beschäftigte aufgenommen. Als zeitgleich das Europäische Parlament eine neue Richtlinie zur Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden beschloss, der zufolge von 2019 an das „Niedrigstenergiegebäude“ der Standard für behördliche Neubauten in Europa sein soll, war die Idee für Haus 2019 als Prototyp eines zukunftsfähigen und vorbildlichen Bürogebäu-des geboren.Die vorliegende Planung vom Architekturbüro Braun-Kerbl-Löffler in Zu-sammenarbeit mit dem Landschaftsplanungsbüro LA.BAR und dem Haus-technikbüro Schimmel, stellt die Realisierung eines ökologisch optimierten Nullenergiehauses in Holzbauweise in Aussicht, bei dem gezielt die Integra-tion energetischer Konzepte und die Nutzung erneuerbarer Energien in die gestalterische Lösung eingeflossen sind. Als besonderer Anspruch an das Projekt – und hier kommt die Tugend ins Spiel – werden die Planung und Realisierung der architektonischen Idee und ökologisch-energetischen An-forderungen in einem ganzheitlichen Ansatz verfolgt, der den Grundsätzen der Nachhaltigkeit verpflichtet ist. So angespornt machte sich unter Leitung des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung das interdisziplinäre Pro-jektteam engagiert an die Arbeit.Ganzheitliches Planen bedeutet, eine Einheit zwischen Ort, Raum, Kon-struktion, Funktion, Gestaltung und Technik herzustellen und beginnt für die Architekten damit, architektonisch Themen aus dem Ort zu entwickeln. Der Forschungsstandort, an dem das Nullenergiehaus errichtet wird, legt sei-

As Cicero said: Necessitati parendum est! In other words turn necessity into a virtue and grasp the arising opportunity. These were the intentions of the Federal Environment Office at the start of the project, as it ordered the con-struction of a new office building at its research location in Berlin-Marien-felde – the Haus 2019. For a long time, scientists at the Federal Environment Office had to put up with difficult working conditions and unsuitable offices in the existing laboratory buildings. Funding from the federal government in 2009 allowed the planning of a new building for 30 employees. Since the Eu-ropean Parliament introduced a new guideline on the overall energy efficien-cy of buildings, which stipulates a “very low energy building” as the standard for official buildings in Europe from 2019 onwards, the idea for Haus 2019 was born as a prototype of a forward looking, exemplary office building. The existing plan by the architectural office Braun-Kerbl-Löffler in collabora-tion with the landscape planning office LA.BAR and the building technology office Schimmel, intends the implementation of an ecologically optimised zero energy building made of wood, into which energy concepts and the use of renewable energies were integrated into the design solution in a targeted way. A special challenge for the project – and this is where virtue comes in – is planning and implementing the architectural idea and ecological and energy requirements in an integral approach that is committed to the princi-ples of sustainability. Inspired in this way, the team from the Federal Office of Building and Regional Planning (Bundesamt für Bauwesen und Raumord-nung, BBR) enthusiastically embarked on the interdisciplinary project.Integral planning means creating a unity out of the location, space, construc-tion, function, design and technology, and therefore begins for the architects by developing architectural themes from the location. The research location that will be accommodated by the zero energy house focuses its research on the element of water and its effects on the environment. So it was logical to integrate the existing water basins and ponds at the technical experiment fa-cility in a spatial, formal and functional way in the building’s design, thereby

Olaf Böttcher, Klaus Fudickar, Nicolas Kerz

NulleNergiehaus für das umweltbuNdesamtZero eNergy buildiNg for the federal eNviroNmeNt office

Gartenanlage vor dem Haupteingang | Garden in front of main entrance

Energieeinsparverordnung (EnEV) -„Tacho“ | Energy Saving Regulation scale

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nen wissenschaftlichen Fokus auf das Element Wasser und seine Auswirkun-gen auf die Umwelt. So lag es nahe, die vorhandenen Wasserbecken und Tei-che als Teil der technischen Versuchsanlagen im Gebäudeentwurf räumlich, formal und funktional zu integrieren und damit der wissenschaftlichen Nut-zung des Wassers eine neue Bedeutung zu geben. An der gewählten Stelle für das neue Gebäude wird das für die angrenzenden Wasserbecken geför-derte Wasser als Speichermedium für Energie genutzt – und darüber hinaus Gegenstand der landschaftsplanerischen Gestaltung.Die Realisierung eines Gebäudes mit höchsten energetischen Anforderun-gen erfordert eine kompakte Gebäudeform, die ein möglichst optimales Ver-hältnis von Außenwandfläche zu Volumen hat. Gleichzeitig sind aber aus-reichende geeignete Flächen für die Nutzung von Sonnenenergie notwendig. Von den Planern wird deshalb die für die Solartechnik genutzte Dachfläche geschickt in das architektonische Konzept des Gebäudes aufgenommen. Un-ter dem langgestreckten Dach befindet sich ein kompakter quadratischer Baukörper. Seine Form bezieht sich geometrisch auf die quadratischen Was-serbecken. Das große Dach erzeugt nach Süden eine Loggia, in der sich der Haupteingang für dieses Gebäude befindet. Sie korrespondiert mit dem vor-gelagerten Wassergarten einerseits und mit dem Eingang in das bestehende, seitlich gegenüber liegende Laborgebäude andererseits. Unter dem hinteren Teil des Dachüberstandes werden die Fluchttreppen integriert, so dass auch hier die Dachfläche eine weitere, schützende Funktion erhält. Die lisenenar-tige Fassadengliederung integriert die auf eine optimale Größe begrenzten Fenster und bildet einen großzügigen Maßstab. Sie gibt dem Haus Rhythmus und Struktur. Es entsteht das tektonische Thema von Lasten und Tragen. Die ringförmig angeordneten und mit Tageslicht versehenen Räume bilden einen Innenraum im Zentrum des Gebäudes. In dieses sind ein großer und ein kleiner Kubus für die Nebenräume eingestellt. Sie sind so angeordnet, dass trotz hoher Nutzungsdichte ein großzügiges und zweigeschossiges Ein-gangsfoyer entsteht. Über das große Oberlicht im Foyer und die Fenstertüren an den Flurenden werden die Erschließungsbereiche mit Tageslicht versorgt. Die Anordnung der Funktionen und Nutzungen im Grundriss sind unter energetischen Gesichtspunkten optimiert worden: Zum Schutz der Büros vor Überhitzung sind diese westlich, östlich und nördlich im Gebäude gelegen, die Besprechungsräume im Süden im Obergeschoss, die durch die Loggia verschattet werden. Die Umkleide- und Duschbereiche sind auch aus funktio-nalen Gründen (Erreichbarkeit) im Süden im Erdgeschoss als Puffer angeord-net, die Nebenräume befinden sich im Gebäudekern.Die aus vorgefertigten Holzelementtafeln bestehende Fassade, das Dach so-wie die Bodenplatte stellen mit U-Werten zwischen 0,08 und 0,11 W/(m2K) eine hohe Wärmedämmung sicher. Die geplanten Konstruktionen ermögli-chen ein hohes Maß an Luftdichtheit mit möglichst wenig Wärme- und Käl-tebrücken. Die Fenster mit integriertem Sonnenschutz und einem U-Wert max. 0,8 W/(m2K) können geöffnet werden.

giving new significance to the scientific use of the water. At the chosen lo-cation for the new building, the water transported for the neighbouring wa-ter basin will be used as a means of energy storage – as well as an object of landscaping design. Implementing a building with the highest energy requirements means a com-pact building form that has as ideal a relationship as possible between the external surfaces and the volume. At the same time, sufficient surfaces for solar energy use are also required. The planners therefore cleverly worked the roof surface required for solar energy into the architectural concept. A compact, rectangular structure lies beneath the long roof. Its form geometri-cally refers to the rectangular water basins. The large roof creates a loggia to the south, where the building’s entrance is situated. It corresponds both to the water garden in front and the entrance to the existing, laterally opposite laboratory building. The emergency stairs are integrated into the back end of the roof protrusion to give the roof surface an additional covering function. The lens-like façade structure integrated the windows, which are limited to an ideal size, and creates a generous scale. It gives the building rhythm and structure as well as creating the tectonic theme of loads and bearing. The rooms are aligned in a ring and naturally lit, creating an inner area in the centre of the building. One large and one small cube for auxiliary rooms are inserted into it. They are organised in a way that despite the dense use, cre-ates a spacious, two-storey entrance foyer. The access areas are naturally lit by the large skylight in the foyer and the French windows at the ends of the halls. The order of the functions and uses in the floor plan have been opti-mized from an energy perspective: To protect the offices from overheating, they are situated to the west, the east and the north in the building, while the southern meeting rooms on the upper floor are overshadowed by the loggia. The changing and showering areas are situated to the south on the ground floor for functional reasons (accessibility) and used as buffers, while the auxiliary rooms are located in the building’s core. The façade consisting of prefabricated wooden panels, the roof and the floor slab have a thermal insulation value between 0.08 and 0.11 W/(m2K), en-suring a high level of heat insulation. The planned structures enable a high degree of airtightness and as few thermal and cold bridges as possible. The windows with integrated sun protection and a thermal insulation value of max. 0.8 W/(m2K) can be opened. The energy volumes required to run the building and the performance val-ues of the building technology facilities were calculated on the basis of the building design and in coordination with the later user. An annual end-ener-gy requirement of approximately 48,000 kWh was calculated.

Grundriss Erdgeschoss | Ground floor plan

Umkleide/Dusche | Changing room/ShowerBesprechung | MeetingVersorgung | SuppliesBüro | OfficeTechnik | Technology

Leitungsführung im Flur in Hohlraumboden und abgehängter Decke | Conduit in the hall in false floors and suspended ceiling

Grundriss Obergeschoss | Upper storey plan

Blick vom Haupteingang zur Gewässerversuchsanlage | View from main entrance to test water facility

Schnitt | Section

Blick von Süden auf den Haupteingang | Main entrance from the south

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Anhand des Gebäudeentwurfes und in Abstimmung mit dem späteren Nut-zer konnten die für den Gebäudebetrieb erforderlichen Energiemengen so-wie die Leistungswerte der gebäudetechnischen Anlagen ermittelt werden. Es wurde ein jährlicher End-Energiebedarf von etwa 48.000 kWh errechnet. Zur Minimierung des Energiebedarfs tragen unter anderem folgende Maß-nahmen bei:Beleuchtung: elektronische Vorschaltgeräte Präsenz- und tageslichtabhängige SteuerungLüftung: geregelte, hocheffiziente Ventilatoren druckverlustminimiertes Kanalnetz WärmerückgewinnungssystemeHilfsenergie: geregelte, hocheffiziente PumpenBetriebseinrichtung: energieeffiziente Geräte (PC max. 50 W, Monitor max. 40 W, etc.)

Die Beheizung des Gebäudes mittels einer elektrisch betriebenen Wasser-Wasser-Wärmepumpe erfolgt über Flächenheizungen und raumlufttech-nische Anlagen. Die ganzjährig erforderliche Warmwasserbereitung wird durch eine solarthermische Anlage unterstützt. Die Lüftungsanlagen erhal-ten Wärmerückgewinnungssysteme. Wegen des hohen baulichen Standards des Wärmeschutzes und der Nutzung der Räume als Büros, verbunden mit den entsprechenden inneren Lasten, ist ein besonderes Augenmerk auf die Kühlung der Räume zu legen. Die Kühlung wird durch die Nutzung des Wär-mepumpenkreislaufes und durch freie Kühlung realisiert. Beim Einsatz der Wärmepumpe sowohl für Heiz-, als auch für Kühlzwecke wird insbesondere darauf geachtet, dass eine ausgeglichene Bilanz für die im Winter entnom-mene und im Sommer eingelagerte Wärme sichergestellt wird.Durch das gewählte Versorgungskonzept für Heizung und Kühlung ist zum Betrieb des Gebäudes ausschließlich elektrische Energie erforderlich. An-dere Energieträger kommen nicht zum Einsatz. Die 380 Module der PV-An-lage besitzen eine Leistung von etwa 58 kWPeak. Der produzierte Strom wird entweder selbst genutzt bzw. in Batterien gespeichert oder aber ins Netz ein-gespeist. Für die gewählte Anlagenkonfiguration wird ein Jahres-Stromertrag von etwa 50.000 kWh prognostiziert. Somit wird der Jahres-Endenergiebe-darf zur Versorgung des Gebäudes vollständig durch die PV-Anlage gedeckt.Der Gegenüberstellung von Jahres-Endenergiebedarf und Jahres-Energieer-trag ist die Verteilung des Gesamtstrombedarfs auf einzelne Bereiche zu ent-nehmen. Die Darstellung zeigt, dass etwa ein Drittel des gesamten Strombe-darfs für den Betrieb der Büroausstattung aufgewendet werden muss. Der Energieaufwand für die Beleuchtung spielt ebenfalls eine wesentliche Rolle und liegt in der gleichen Größenordnung, wie der Strombedarf für die Wär-mepumpe und die Hilfsenergie.Zur Sicherstellung der ökologischen, soziokulturellen und funktionalen Anforderungen an das Gebäude wurde festgelegt, dass das Bewertungssys-tem Nachhaltiges Bauen (BNB) in der Version 2009 in sämtlichen Planungs-schritten als Nachweis zur Sicherung der Nachhaltigkeitsqualitäten einzuset-zen ist. Das Haus 2019 stellt somit die erste Neubaumaßnahme des Bundes dar, in dessen Planungsprozesse das BNB im Sinne des aktuellen Leitfadens Nachhaltiges Bauen Einsatz findet. Neben der Energieeffizienz des Gebäu-des, stehen der Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen, der Ressourcen schonende Einsatz von Baustoffen, der schonende Umgang mit der in An-spruch genommenen Fläche sowie geringe lokale und globale Umweltwir-kungen im ökologischen Fokus der Planung. Das aus Errichtung und Betrieb resultierende Treibhauspotenzial verhält sich gegenüber dem konventionel-

The following measures among others contributed to minimising energy requirements: Lighting: Electronic ballasts Controllers reacting to presence and daylightVentilation: Controlled, highly efficient ventilators Pressure-loss-minimized network of channels Heat recovery systemsAuxiliary energy: Controlled, highly efficient pumps Technical equipment: Energy-efficient devices (PC max. 50 W, screen max. 40 W etc.)

The building is heated using an electrically powered water/water heat pump using surface heating and room air technical systems. Warm water produc-tion, which is required all year, is supported by a solar-thermal system. The ventilation systems have heat recovery systems. Due to the high structural standard of the thermal protection and the use of the rooms as offices, with their appropriate internal performance requirements, special attention must be paid to the cooling systems for the rooms. The cooling is implemented us-ing the heat pump cycle and free cooling. When using the heat pump both for heating and cooling purposes, it is especially important to achieve a bal-anced result for the heat released in the winter and stored in the summer.The supply concept chosen for heating and cooling allows the exclusive use of electric power to run the building. Other energy sources are not used. The 380 modules of the PV system have a performance of around 58 kWPeak. The generated power is consumed, stored in batteries or fed into the net-work. With the selected system configuration, an annual power generation of around 50,000 kWh is forecast, which completely covers the building’s power requirements using the PV system. The difference between the annual energy requirements and annual energy production can be seen in the individual sections. The illustration shows that around one third of the overall power requirements is needed to run the offices. Energy requirements for lighting also play a significant role and are about equal to the power needed for the heat pump and auxiliary energy. To fulfil the building’s ecological, socio-cultural and functional requirements, it was decided to apply the 2009 version of the Assessment System for Sus-tainable Construction (Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen, BNB) in all planning steps to ensure sustainability standards. Haus 2019 is thereby the first new construction measure by the federal state to apply the latest BNB guidelines on sustainable construction in its planning processes. In addition to energy efficiency, the ecological focus of the planning measures lies in the use of renewable resources, the resource-friendly use of building materials, a gentle approach to the surface area used and low local and global envi-ronmental effects. The greenhouse potential resulting from constructing and running the building is extremely low compared to a conventional building and contributes to the federal government’s CO2 savings policy with respect to buildings. From an economic perspective, the building’s behaviour was studied dur-ing a period of 50 years. The life cycle observation and the closely connected question of the durability of surfaces were explicitly implemented on the planned wooden façade by choosing thermally conditioned wood. Thermal treatment during its production process leads to increased usability by a factor of five and significantly reduces maintenance costs during the opera-tive period. The building’s structure was also optimized with respect to later conversion by minimizing load-bearing and bracing shear walls, increasing Energieverbrauch, Energiedeckung | Energy consumption, sufficient energy supply

Heizung + WW | Heating and warm water

12 % Heizung + WW | Heating and warm water

Energieversorgungskonzept | Energy supply concept

Nordwestansicht | North west view

Energieverbrauchsanteile | Proportions of energy consumption

Lüftung | Ventilation

14 % Lüftung | Ventilation

Beleuchtung | Lighting

24 % Beleuchtung | Lighting

4 % Sonstige Geräte Other devices

sonstige Geräte | Other devices

33 % Büroausstattung Office equipment

Büroausstattung | Office equipment

PV | PV

Hilfsstrom – zentrale Dienste | Auxiliary power – central services

11 % Hilfsstrom – zentrale Dienste | Auxiliary power – central services

Kühlung | Cooling

2 % Kühlung | Cooling

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Westansicht Blick auf den Haupteingang | Western view of the main entrance

Blick zum Haupteingang über die Gewässerversuchsanlage | View of the main entrance above the test water facility

Errichtungskosten für 1 m2 Dachkonstruktion ohne PV-Anlage Construction costs for 1 sqm roof structure without PV system

Dachvergleich | Comparison of roof materials

PUR/PIR-Dach

- PV-Module 100 mm extensive Dachbegrünung - Polymerbitumen-Abdichtung,

2-lagig in Kautschukbitumen verlegt; FLL-geprüft oder zusätzliche Wurzelschutz-bahn

- PUR/PIR-Wärmedämmung in Kautschukbitumen eingeschweißt

- Dampfsperre sd = 1.500 m 22 mm OSB 80 mm Holzfaserdämmung 280 mm Lignaturelement

Zellulosedach

- PV-Module 100 mm extensive Dachbegrünung - Folienabdichtung (Evalon Dachbahn) 25 mm OSB 60 mm FSH-Platten; keilförmig geschnitten;

e = 45 cm - Zellulosedämmumg - Bitumen/Dampfbremse 22 mm OSB 280 mm Lignaturelement

ler Gebäude extrem gering und leistet damit einen wichtigen Betrag zur CO2-Einsparpolitik der Bundesregierung auf Gebäudeebene.Unter ökonomischen Gesichtspunkten wurde in der Planungsphase das Ver-halten des Gebäudes über einen Zeitraum von 50 Jahren untersucht. Die Le-benszyklusbetrachtung und die damit eng verbundene Frage zur Dauerhaf-tigkeit von Oberflächen wurden explizit an der geplanten Holzfassade durch Wahl eines thermisch konditionierten Holzes umgesetzt. Diese thermische Behandlung im Herstellungsprozess führt zu einer Erhöhung der Gebrauchs-tauglichkeit um den Faktor fünf und reduziert so deutlich die Instandhal-tungskosten in der Betriebsphase. Darüber hinaus wurde die Konstruktion des Gebäudes hinsichtlich einer späteren Umnutzungsfähigkeit durch Mi-nimierung von tragenden bzw. aussteifenden Wandscheiben, Erhöhung der lichten Raumhöhe sowie getrennter Führung von Versorgungstechnik in Doppelboden und abgehangenen Deckenteilen optimiert.Ein Ergebnis der Nachhaltigkeitskoordinierung war die Optimierung der Dachkonstruktion im Hinblick auf die Lebenszykluskosten (LCC). Als Ne-benanforderung sollten dabei die globalen ökologischen Wirkungen (Treib-haus-, Versauerungs-, Überdüngungs-, Ozonschichtabbau- und Ozonbil-dungspotenzial) sowie die bauphysikalischen Anforderungen an das Bauteil nicht verschlechtert werden.Deutliche Vorteile in der Ökobilanzierung und den Errichtungskosten zeigt die Dachkonstruktion, die als Zellulosedach ausgeführt wird. Bei den sozio-kulturellen und funktionalen Aspekten der Nachhaltigkeit steht an erster Stelle der gewünschte Nutzerkomfort: Einzelraumregelungen, präsenzab-hängige Regelungstechnik, sommerlicher thermischer Komfort, Tageslicht-verfügbarkeit auf den Verkehrsflächen, um nur einige zu nennen.Die ganzheitliche Bewertung nach BNB ergab mit Aufstellung der ES-Bau ei-nen Gesamterfüllungsgrad von circa 77 Prozent, welches das obere Silberni-veau markiert. Ziel ist die Erreichung des Goldniveaus. Neben der energeti-schen Vorbildwirkung öffentlicher Bauten im Allgemeinen und insbesondere von Bauten des Bundes, ist natürlich auch ein Augenmerk auf die hiermit verbundenen Kosten zu legen. Zum jetzigen Planungsstand liegen die Netto-Herstellungskosten für die Kostengruppen KG 300 (Hochbau) und KG 400 (TGA) höher als der vergleichbare Baukostenindex (BKI) für einen hohen Standard. Rechnet man allerdings die Kosten der PV-Anlage heraus, sinkt die Abweichung auf unter zehn Prozent.Die planungsbegleitende Anwendung des BNB-Systems konnte darüber hin-aus zeigen, dass die Umsetzung der energetischen Anforderungen für 2019 sowie deren Übererfüllung einen wichtigen Beitrag für geringe globale, öko-logische Umweltwirkungen sowie Ressourceneinsparungen zur Folge haben. Es konnte aber auch aufgezeigt werden, dass der dafür notwendige Techni-sierungsgrad einen maßgeblichen Einfluss auf die zu berechnenden Lebens-zykluskosten im BNB hat. Ebenfalls ist festzustellen, dass eine hohe ener-getische Gebäudequalität und die damit verbundenen bauphysikalischen Anforderungen eine sichere Wahl für die Umsetzung der Mindestanforde-rungen des Leitfadens Nachhaltiges Bauen darstellen.

the clearance and separately running the building’s supply technology in a raised floor and suspended ceiling sections.One result of sustainability coordination was the optimized roof construc-tion with respect to life cycle costs (LCC). Another requirement was that glo-bal ecological effects (greenhouse, acidification, overfertilization, ozone lay-er depletion, ozone formation potential) and construction-physics standards for the building would not be worsened.Above all, the roof construction, which is made of cellulose, shows clear ben-efits in terms of its life cycle assessment and production costs. In terms of the socio-cultural and functional aspects of sustainability, the top priority is user comfort: individual room controls, presence-dependent control technol-ogy, thermal comfort during the summer, daylight availability in areas of per-sonal movement, to mention just a few. The decision-making documents for the building project (ES-Bau) showed that the integral assessment according to BNB had an integral fulfilment rate of 77 percent, which represents an upper silver level. The aim is to achieve gold level. In addition to the exemplary effect of public buildings in general and especially buildings by the federal state, the accompanying costs also had to be monitored. At the current level of planning, the net production costs for the cost group KG 300 (building construction) and KG 400 (build-ing technology) is higher than comparable construction cost index (BKI) for a high standard. However if one removes the costs of the PV system, the dif-ference is less than ten percent. By using the BNB system as a planning tool, it could also be shown that the implementation of energy requirements for 2019 and its overfulfilment make an important contribution to low global environmental effects and resource saving. It was also possible to show that the level of technology required to do so has a decisive influence on the calculated life cycle costs in the BNB. It is also clear that the high energy quality of a building and the construction physical implementation it requires is a safe choice for implementing the minimum requirements of the guidelines on sustainable construction.