Energie-Werkstatt

Behnisch Architekten
8. 7月 2020
Experimentalbau für die Zukunftsforschung – Wissenschaftler erproben das Zusammenspiel künftiger Energiesysteme und die intelligente Verknüpfung von Energienetzen. (Foto: David Matthiessen)

Behnisch Architekten haben das KIT Energy Lab 2.0 in Eggenstein-Leopoldshafen fertiggestellt. Jörg Usinger beantwortet unsere Fragen zum Projekt.

Worin liegt das Besondere an dieser Bauaufgabe?

Das Energy Lab 2.0 ist das mittlerweile dritte Gebäude, das wir auf dem Campus Nord des KIT nördlich der Kernstadt in Eggenstein-Leopoldshafen für das Institut für Technische Physik errichteten. Dabei handelt es sich im wahrsten Sinne des Wortes um einen Experimentalbau. Forscher erproben hier das Zusammenspiel künftiger Energiesysteme und die intelligente Verknüpfung von Energienetzen. Es wird ständig getüftelt, getestet und experimentiert, um die Anforderungen an Stromnetze und Komponenten zu erforschen, besonders im Hinblick auf die durch Wind- und Sonnenenergie bedingten Stromschwankungen. Für die Bauaufgabe bedeutete dies, ein Gebäude mit größtmöglicher Flexibilität und Wandlungsfähigkeit zu entwerfen, dessen Konstruktion diese besonderen Ansprüche auch berücksichtigt.

In der großen, stützenfreien Versuchshalle lassen sich immer wieder neue Versuchsaufbauten generieren. Eine Kranbahn steht für Transporte von schweren Lasten zur Verfügung. (Foto: David Matthiessen)
Welche Inspirationen liegen diesem Projekt zugrunde?

Wir hatten einen Gebäudetypus vor Augen, der mit eindeutigen Anleihen an den Industriebau zuallererst einmal nüchtern und funktional die Bedürfnisse der Forscher erfüllt. Im Inneren liegen dem Bau eine klare Organisation der verschiedenen Nutzungsbereiche zu Grunde – man betritt das Haus durch die nördlich gelegene Labor- bzw. Bürospange. Hier befinden sich sämtliche Arbeitsplätze der Forscher, die Überwachungs- und Steuerungsgerätschaften sowie die internen Besprechungs- und Kommunikationszonen. Von hier aus erreicht man auch die eigentliche Versuchsfläche, die den Büroriegel flankiert: eine große, stützenfreie Halle, in der sich immer wieder neue Versuchsaufbauten generieren lassen und in der eine Kranbahn für Transporte von schweren Lasten zur Verfügung steht. Für den Entwurf war die Frage bedeutend, wie sich die Wandlungsfähigkeit des Hauses umsetzen lässt. So manifestiert sich der Werkstattcharakter des Hauses nicht nur in seiner Grundrissanordnung, sondern kommt auch in der Materialität und Gebäudeform zum Ausdruck. Sheddächer, große Hallentore oder etwa ein beschichteter Betonboden erinnern eher an eine Werks- oder Fabrikhalle als an ein Forschungsinstitut.

Offene Werkstatt – nur eine Glaswand trennt Versuchshalle und Büroriegel und garantiert so Besuchern volle Einsicht in das Geschehen. (Foto: David Matthiessen)
Holz als Trag- und Wandmaterial bietet kostengünstige und pragmatische Adaptionsmöglichkeiten: Große Installationszonen, bauphysikalisch und dampfdicht abgeschottet, ermöglichen campusinternen Mitarbeitern Änderungen in Eigenregie vorzunehmen. (Foto: David Matthiessen)
Wie reagiert der Entwurf auf den Ort?

Der KIT Campus Nord befindet sich in einem von der Außenwelt abgeriegelten Umfeld – er kann nur mit Zugangsberechtigung betreten werden – und lässt sich durchaus als heterogen bezeichnen. Drei- bis viergeschossige Büro- und Verwaltungsgebäude entlang der zentralen circa zwei Kilometer langen Magistrale in Nord-Südrichtung wechseln sich mit großmaßstäblichen, fensterlosen Versuchshallen und Reaktorgebäuden ab. In unmittelbarer Nachbarschaft befindet sich ein fußballfeldgroßes Solarfeld mit Versuchsaufbauten verschiedener Hersteller. Große und kleine Energiespeicher sind angrenzend in Containern untergebracht, neben konventionellen Batteriepufferspeichern finden sich hier auch neuartige Speichermöglichkeiten wie hocheffiziente Schwungradspeicher, den sogenannten Flywheels, sowie eine Testanlage für die Herstellung von Brennstoffen aus Biomaterial. Die Daten und Erkenntnisse aus all diesen Versuchsaufbauten werden im Energy Lab gesammelt, verarbeitet, ausgewertet und visualisiert. Es galt, ein Gebäude zu gestalten, das auf die Vielzahl an Komponenten im Außenraum nicht mit zusätzlicher Heterogenität reagiert, sondern als geschlossene Einheit – als stimmiger Solitär – seine Umgebung bereichert. Maßgeblich trägt dazu die homogene Ästhetik der Gebäudehülle bei – eine allesumfassende Haut aus Polycarbonat – sowie die simple, fast ikonische Outline der Gebäudekubatur.

Haus mit Werkstattcharakter – Materialität und Gebäudeform erinnern eher an eine Werks- oder Fabrikhalle als an ein Forschungsinstitut. (Foto: David Matthiessen)
Inwiefern haben Bauherrschaft, Auftraggeber oder die späteren NutzerInnen den Entwurf beeinflusst?

Schon von Anbeginn des Projektes gab es einen intensiven Austausch mit dem Auftraggeber und den späteren Nutzerinstituten, dem Institut für Technische Physik sowie dem Institut für Automation und angewandte Informatik. Dass wir bereits in der Vergangenheit zwei Gebäude für die Bauherrschaft sowie einen Nutzer realisieren durften war sicherlich von Vorteil für eine vertrauensvolle Zusammenarbeit. Bislang gibt es für diese Art von Versuchslabor keinerlei Erfahrungen oder Referenzen. Während des Versuchsbetriebes – der tatsächlich nur etwa zwei Prozent der Nutzungszeit ausmacht – werden Ladungen an Strom durch Komponenten geschickt, die üblicherweise in Stromnetzen und Wärmeversorgungsanlagen integriert sind. Sie sind auf Leistungen ausgelegt, die den Verbrauch einer einzelnen Mikrowelle, eines Wohnblocks oder eines ganzen Stadtviertels in Echtzeit simulieren können. Tatsächlich lässt sich nicht genau vorhersagen, welche Temperaturen und Verhältnisse sich während des Versuchsbetriebes einstellen werden – aus Sicherheitsgründen bleibt die Halle während dieser Zeit für Personen gesperrt. Während des „Nicht-Versuchsbetriebes“ herrscht jedoch emsige Betriebsamkeit: Es wird umgebaut und neue Versuchsaufstellungen werden innerhalb der Halle sowie der andienenden Infrastruktur kreiert. Die Unkalkulierbarkeit der Versuchsauswirkungen musste jedoch im Entwurf berücksichtigt werden. 

Tageslicht dringt über die Sheddächer und die transluzente Polycarbonathülle bis tief in die Versuchsfläche und lässt in Kombination mit dem Material Holz eine angenehme Arbeitsatmosphäre entstehen. (Foto: David Matthiessen)
Wie hat sich das Projekt vom ersten Entwurf bis zum vollendeten Bauwerk verändert?

Betrachtet man das Projekt von den ersten Skizzen bis zur Realisierung so fällt auf, dass sich schon früh der Gedanke der Wandelbarkeit, der Flexibilität aber auch Erweiterbarkeit wie ein roter Faden durch das Projekt zog: Gerade weil sich die tatsächlichen Bedingungen im Versuchsbetrieb nicht genau abschätzen lassen, wie etwa die Einbeziehung zukünftiger Photovoltaikanlagen auf dem Dach oder neuer Stromspeicher auf dem benachbarten Versuchsfeld, sollte das Gebäude einen größtmöglichen Grad an Vorrüstung für eventuelle spätere Einbauten aufweisen. So ist die Bodenplatte mit einem Netz von Leerrohren und Kabelzugschächten verbunden, um später armdicke Kabel nachinstallieren zu können. Anfänglich als Betonbau in Leichtbeton konzipiert, haben wir uns im Laufe des Projekts sehr schnell für die weitestgehende Verwendung von Holz als Trag- und Wandmaterial entschieden, um einfache Adaptierbarkeit gewährleisten zu können. Wir haben große Solldurchbruchstellen definiert, bauphysikalisch und dampfdicht abgeschottet, so dass campusinterne Mitarbeiter spätere Durchdringungen und Auswechslungen möglichst unkompliziert in Eigenregie vornehmen können. Eine weitere Besonderheit ist sicherlich die gläserne Wand zwischen Büroriegel und Versuchshalle. Sie garantiert volle Einsicht in das Versuchsgeschehen für Besucher – und war dabei ein notwendiges Element, um das Gebäude in nur einem Brandabschnitt, als Halle mit eingestellten Meisterbüros, realisieren zu können. 

Holz, Glas, Beton, und Polycarbonat prägen das Innere des Bauwerks. (Foto: David Matthiessen)
Im EngeryLab werden alle Daten der Versuchsaufbauten gesammelt, verarbeitet, ausgewertet und visualisiert. Sämtliche Arbeitsplätze für Überwachung und Steuerung befinden sich im Büroriegel. (Foto: David Matthiessen)
Beeinflussten aktuelle energetische, konstruktive oder gestalterische Tendenzen das Projekt?

Jedes Projekt ist geprägt von energetischen, konstruktiven Tendenzen. Die Art der Nutzung, das Forschen nach einer praktikablen, netzsicheren Umsetzung in der Energiewende macht die Besonderheit dieses Projekts aus. Wir haben versucht, für die Aufgabe eine angemessene, passende Lösung zu entwickeln. Gestalterische Tendenzen oder Trends spielen eine eher untergeordnete Rolle. Die Wahl des Baustoffes Holz – ein Material, das zur Zeit sehr stark im öffentlichen Interesse steht – bezieht sich hier vor allem auf die leichte Adaptierbarkeit. Wir sind jedoch der Meinung, ein Gebäude mit einem derartigen Forschungsschwerpunkt sollte auch in Bezug auf seinen CO2-Fussabdruck Vorreiter sein und konnten den Bauherren dementsprechend überzeugen.

Sorgen für homogene Ästhetik: die Gebäudehülle – eine allesumfassende Haut aus Polycarbonat – sowie die simple, fast ikonische Outline der Gebäudekubatur. (Foto: David Matthiessen)
Welche speziellen Produkte oder Materialien haben zum Erfolg des vollendeten Bauwerks beigetragen?

Neben der schon erwähnten Holzbauweise mit seinen Vorteilen ist sicherlich die gewählte Polycarbonat-Verkleidung als Fassadenmaterial für das Bauwerk sehr prägend. Bei Tag sorgen die transluzenten Polycarbonat-Platten für wohldosierten, natürlichen Lichteinfall in der Versuchshalle, während bei Dunkelheit warmes Licht durch die Fassade glimmt und das Gebäude von innen heraus zum Leuchten bringt. Bei der Entwicklung der Gebäudehülle standen für uns vor allem funktionale Überlegungen im Vordergrund. Durch die Giebelseiten sowie die nordausgerichteten Sheddächer gelangt viel Tageslicht bis in die Tiefen der Versuchsfläche. Die Polycarbonat-Verkleidung ist hier mit einem größeren opaken Anteil ausgeführt, um sommerliche Überhitzung des natürlich belüfteten Bereichs zu vermeiden. Die nördliche Labor- und Bürospange sowie die Südseite über dem Trafoanbau sind ebenfalls mit Polycarbonat – hier mit einem größeren Transparenzanteil – verkleidet, um das Gebäude mit seinen unterschiedlichen Nutzungsbereichen als eine Einheit zusammenzubinden.

Transluzente Polycarbonat-Platten bieten einen wohldosierten, natürlichen Lichteinfall bei Tag – in der Dunkelheit beginnt das Gebäude von innen heraus zu leuchten. (Foto: David Matthiessen)
Lageplan (Zeichnung: Behnisch Architekten)
Grundriss Erdgeschoss (Zeichnung: Behnisch Architekten)
Grundriss Obergeschoss (Zeichnung: Behnisch Architekten)
Schnitt (Zeichnung: Behnisch Architekten)
KIT Energy Lab 2.0
2019
Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

Nutzung
Forschungslabor / Versuchshalle inklusive Büroriegel

Auftragsart
Direktauftrag nach Studie

Bauherrschaft
Facility Management KIT, Eggenstein-Leopoldshafen
Nutzer: Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Technische Physik, Eggenstein-Leopoldshafen
 
Architektur
Behnisch Architekten, Stuttgart
Partner: Jörg Usinger, Projektleiter: Kari Silloway, Nevyana Tomeva

Fachplaner
Tragwerksplaner: Kreiling Krieger Lietzow Beratende Ingenieure
HLS: S E F Ingenieurgesellschaft mbH, Karlsruhe
Elektro: Ingenieurgesellschaft Jergler mbH & Co.KG, Rheinstetten
Fördertechnik: Büro 460, Weingarten
Bauphysik: Neckar Ingenieure, Freiberg am Neckar
Akustik: Ingenieurbüro Kubena
Brandschutz: Endress Ingenieurgesellschaft mbH Brandschutzsachverständige, Ludwigshafen am Rhein
SiGeKo: ARCADIS GmbH, Karlsruhe
Vermessung: Ing. Büro Bahlinger, Bretten
Geologe: GHJ Ing. Büro für Geo- und Umwelttechnik, Karlsruhe
Infrastrukturplanung: Fuhr & Müller Ingenieurgesellschaft mbH, Karlsruhe

Bauleitung 
Wiesler Zwirlein Architekten, Ostflildern

Kunst am Bau
Prof. Heiner Blum, Offenbach
Symbolgrafiken auf Glaswand. Sandstrahltechnik
 
Ausführende Firmen
Dach: Kalzip, Koblenz
Fassade: Prokulit, Dortmund-Dortsfeld
Fenster: Alu-Technik GmbH, Aschaffenburg
Holzbau: Kastor HolzBauWerk GmbH, Wiebelsheim
Stahlbeton: Implenia Bau GmbH, Karlsruhe
Metallbauarbeiten: Fa. Saneuca, Karlsruhe
Glastrennwände: Lindner AG, Arnstorf

Hersteller
Linoleum: DLW AG
Wand- und Bodenfliesen: Mosa
Teppich: Fabroment AG
Glastrennwände: Lindner AG
Fenster, Windfang: Schüco
Polycarbonat: Prokulit
Dach/Stehfalzprofil: Kalzip
Doppelboden: MERO-TSK International GmbH & Co. KG
Hohlraumboden: Knauf GIFAfloor
Holzöl: Remmers
Holzöl: Remmers

Bruttogeschossfläche
1.730 m²
 
Gebäudevolumen
18.621 m³

Gesamtkosten
2.000.000 € 
 
Auszeichnung
Beispielhaftes Bauen im Landkreis Karlsruhe, 2019
IDA Design Awards, Category: Institutional, Gold, 2019
IDA Design Awards, Category: Other Architetural Designs, Gold, 2019

Fotos
David Matthiessen

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