Institutsgebäude für das ZSW in Stuttgart von Henning Larsen Architects

Energie aus schwarzer Fassade

 Thomas Geuder
19. November 2018
Die Fassadengestaltung des neuen ZSW-Institutsgebäudes folgt einem Schwarz-in-Schwarz-Farbschema, was sich nicht zuletzt aus den PV-Modulen ergibt. (Bild: Jens Willebrand)
Eine Fassade leistet heutezutage viel auf kleinem Raum. Dass sich mit ihr sehr elegant auch Energie erzeugen lässt, zeigen Henning Larsen Architects in Stuttgart beim neuen Institutsgebäude des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung.
Projekt: Institutsgebäude für das ZSW Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (Stuttgart, DE) | Architektur: Henning Larsen GmbH (München, DE) | Bauherr: ZSW (Stuttgart, DE) | Hersteller: Nice Solar Energy GmbH (Schwäbisch Hall, DE), Kompetenz: Photovoltaik-Elemente für die Fassade | weitere Projektdaten siehe unten
Bis 2050 strebt man in Deutschland einen klimaneutralen Gebäudesektor an. In der EU müssen ab 2020 sogar alle Nichtwohngebäude als Niedrigstenergiegebäude gebaut werden. Heizung, Warmwasser, Lüftung und Kühlung dürfen dann so gut wie keine zusätzlich bereitgestellte Energie mehr benötigen. Für Architekten und Gebäudeplaner sind diese Vorgaben nach wie vor eine große Herausforderung, die im Prinzip nur gestemmt werden kann, wenn intelligente Gebäudetechnologie und hochwertige Architektur sinnvoll zusammen kommen. Die Marketing-Abteilungen der Bauindustrie haben dafür längst einen Begriff gefunden: Mit „smart“ ist natürlich die altbekannte Nachhaltigkeit gemeint, allerdings mit einem zusätzlichen Fokus auf neuen, digitalen Technologien zur Energiegewinnung, -speicherung und -verteilung.

Immerhin: Photovoltaik ist mittlerweile Standard auf den Dächern von Neubauten. Noch recht selten findet sich dagegen die „Building-Integrated Photovoltaic“ (kurz: BIPV), die gebäudeintegrierte Photovoltaik also. Zu Unrecht, denn die Vorteile der BIPV liegen durchaus auf der Hand. Zusätzlich zur Gewinnung elektrischer Energie bietet die Fassaden-BIPV die Vorteile klassischer Fassaden wie Schutz vor Wind und Wetter, Abschattung und Tageslichtnutzung, Schallschutz sowie Wärmedämmung. Mehr noch belohnt die Energieeinsparverordnung EnEV den Einsatz von BIPV mit einer höheren Gebäudeklasse nach DIN 18599.
Das ZSW gehört zu den führenden Instituten für angewandte Forschung auf den Gebieten Photovoltaik, regenerative Kraftstoffe, Batterietechnik und Brennstoffzellen und Energiesystemanalyse. (Bild: Jens Willebrand)
Für die Forscher des Stuttgarter Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) ist all das keine Neuigkeit. Dort arbeitet man äußerst erfolgreich an der Spitze neuer PV-Technologien, vor allem an Dünnschicht-Modulen auf Basis von Kupfer, Indium, Gallium und Selen (CIGS), die durch ihren Aufbau ideal für den Einsatz an der Fassade sind. Für ihr neues Institutsgebäude im Stuttgart Engineering Park (STEP) galt es jedoch zunächst, eine Architektur zu finden, die die verschiedenen Fachbereiche (wie Regenerative Energieträger und Verfahren, Materialforschung, Systemanalyse und Module Systeme Anwendungen) sinnvoll unter einem Dach vereint. Der Bauherr wünschte sich dabei vor allem, eine flexible und lebendige Kommunikation unter den 110 Mitarbeitern zu erzeugen.

Den entsprechenden Wettbewerb konnte 2012 das dänische Architekturbüro Henning Larsen Architects für sich entscheiden. Ihr Entwurf besticht mit einer sehr räumlich gedachten Ausformulierung der Bauaufgabe: Jedem Fachbereich wird zunächst ein eigener Baukörper zugeordnet. Diese Bausteine sind dann so miteinander verflochten, dass bauliche Überlagerungen zu organisatorischen Schnittstellen und Orten der Begegnung und des Ideenaustauschs werden. Lichthöfe und überdachte Atrien sorgen außerdem für zusätzliche, fachbereichsinterne Kommunikation. „Architektur auf Augenhöhe und Nachhaltigkeit liegen Henning Larsen bei allen Projekten sehr am Herzen“, erläutert Werner Frosch, Managing Director und Partner bei Henning Larsen Architects in München. „Deswegen haben wir“, ergänzt Projektleiter Andreas Schulte, „viel Zeit in die Einbindung der Mitarbeiter investiert und mit den Fachbereichen viele verschiedene Bürokonzepte durchdiskutiert, vom Zellenbüro bis zum Open Office. Das ging sogar soweit, dass wir verschiedene Bürogebäude in Stuttgart besichtigt haben, um ein Bild von den jeweiligen Bürokonzepten zu erhalten. So haben wir die Mitarbeiter von Beginn an in den Veränderungsprozess eingebunden.“ Basisdemokratie beim Entwerfen ist meist nicht der leichteste Weg. Im Falle des ZSW hat es aber immerhin dazu geführt, dass sich einer der Fachbereiche zu modernen, offeneren Bürostrukturen entschlossen hat.
Das Grundstück des ZSW liegt an der südwestlichen Spitze des STEP und bildet zusammen mit dem existierenden Kreisverkehr eine Schnittstelle zu den angrenzenden Wohngebieten. (Bild: Jens Willebrand)
Ursprünglich war das Gebäude mit einer hellen, repräsentativen Natursteinfassade geplant. Während der intensiven Gespräche entstand jedoch die Idee, in der Außenansicht des Gebäudes zu zeigen, woran drinnen geforscht wird. So wurde ein großer Teil der Fassade mit Dünnschicht-Photovoltaikmodulen versehen, die vom ZSW zusammen mit Industriepartnern bereits entwickelt wurden. Deren Vorteil: Ihre Zellstruktur ist – im Gegensatz zu herkömmlichen Silizium-PV-Modulen – kaum sichtbar. Es entsteht eine homogene Glasfläche, die ähnliche Gestaltungsmöglichkeiten wie normale Glasfassaden bietet. „Beim ZSW-Gebäude haben die PV-Module in ihrer effizientesten Ausführung – also in Schwarz – am Ende sogar die Gestaltung der gesamten Fassade wesentlich beeinflusst“, verrät Andreas Schulte. Daraus folgt ein Schwarz-in-Schwarz-Farbschema, im Sockel aus großformatigen, durchgefärbten Sichtbeton-Fertigteilen und oben aus einer eloxierten Aluminiumverkleidung, in die jene PV-Module integriert sind, mit einer Fläche von rund 170 m² und einer Nennleistung von rund 27 kW. Das Energiekonzept des ZSW-Gebäudes besteht zusätzlich aus 32 Geothermie-Sonden mit Wärmepumpe. So wird rund die Hälfte der für den Betrieb erforderlichen Wärmeenergie regenerativ erzeugt. Die innenliegenden Atrien werden außerdem ausschließlich natürlich be- und entlüftet.

Mit dem ZSW-Gebäude ist Henning Larsen Architects ein Bauwerk gelungen, das moderne Technologie und hochwertige Architektur in Einklang bringt, ohne sich dabei gestalterisch in den Vordergrund zu drängen. „Die Fassade eines Gebäudes ist das Gesicht zur Stadt; hier beim ZSW wird die Außenwirkung verstärkt, indem sich die Forschungsarbeit des Bauherrn in der prägnanten Fassade widerspiegelt und so Landmark und Benchmark zugleich ist“, resümiert Werner Frosch. Das macht nicht nur einen hochwertigen Eindruck, sondern ist auch praktisch für die Forscher des ZSW, die nun ihre neuesten Entwicklungen direkt am eigenen Haus austesten können, da die Solarmodule einzeln ausgetauscht werden können.
Der Sockel des Gebäudes besteht aus großformatigen, durchgefärbten Sichtbeton-Fertigteilen – natürlich in Schwarz. (Bild: Jens Willebrand)
Die CIGS-Dünnschichtmodule wurden gemeinsam mit einem Industriepartner am ZSW enwickelt und in Baden-Württemberg produziert. (Bild: Jens Willebrand)
Ein Tausch der opaken Fassadenelemente mit entsprechenden PV-Elementen ist möglich, sogar ohne die Unterkonstruktion verändern zu müssen. (Bild: Jens Willebrand)
Grundrisse Erdgeschoss bis Dachaufsicht (von rechts unten im Uhrzeigersinn) (Quelle: HLA)
Fassadendetail Vertikalschnitt (Quelle: HLA)
Fassadendetail Horizontalschnitt (Quelle: HLA)
Im Innenraum herrschen helle Farben vor, lediglich die teilweise dunklen Bodenbeläge greifen das Farbschema der Fassade auf. (Bild: Jens Willebrand)
Die Zufahrt zum Gebäude erfolgt direkt vom Kreisverkehr aus, wofür von den Behörden eine Sondergenehmigung erteilt wurde. (Bild: Jens Willebrand)
Projekt
Institutsgebäude des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW)
Adresse: Meitnerstraße 1, 70565 Stuttgart

Architektur
Henning Larsen GmbH
München, DE

Mitarbeiter
Werner Frosch (Managing Director, Partner), Andreas Schulte (Project Director, Prokurist), Danijel Schneider, Carlos Pereira López. Nicht länger bei Henning Larsen beschäftigt: Andrea Bitter, Marc Sikeler und Yijing Lu

Bauherr
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW)
Stuttgart, DE

Hersteller
Nice Solar Energy GmbH
Schwäbisch Hall, DE

Kompetenz
Photovoltaik-Elemente für die Fassade

weitere Hersteller
Lüftungstechnik: Robatherm, Hürner-Funken, Schmidhammer Kunststoffe, Trox
Dach: Bauder
Fassade / Fenster: Schüco
Sonnenschutz: Hella
Blendschutz: Clauss Markisen
RWA-Anlage: D+H, Lamilux
Fassadenheizung: Kampmann, Zehnder, Grundfos

Projektsteuerung
nps Bauprojektmanagement GmbH
Ulm, DE

Bauleitung
g+o Architekten GmbH
Geretsried, DE

Tragwerksplanung
Mayer-Vorfelder und Dinkelacker Ingenieurgesellschaft für Bauwesen GmbH und Co KG,
Sindelfingen, DE

SiGeKo
NBB Ingenieurbüro Nitsch
Neu-Ulm. DE

Landschaftsarchitektur
Sigmund Freianlagenplanung
Grafenberg, DE

Energiesimulationen
Transsolar Energietechnik GmbH
Stuttgart, DE

HLSK-Planung
Klett Ingenieur-GmbH
Fellbach, DE

Elektroplanung
Müller & Bleher Filderstadt GmbH & Co. KG
Filderstadt, DE

Medientechnik
davit GmbH
Stuttgart, DE

Bauphysik
BBI Bayer Bauphysik Ingenieurgesellschaft mbH
Fellbach, DE

Brandschutz
Brandschutzconsult Gmbh & Co. KG
Ettenheim, DE

Fassadenbauer
Fa. SBS Metallbau GmbH
Fensterbach, DE

Bruttogeschossfläche
ca. 12.314 m²

Umbauter Raum
51.600 m³

Nutzfläche
ca. 8.000 m² (knapp die Hälfte davon Forschungshallen und Labore)

Fertigstellung
2017

Fotografie
Jens Willebrand
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