Der energetische Patient

Bis zu sechs Geschosse hohe Lichthöfe verleihen dem kompakten Bau Transparenz und Leichtigkeit
Foto: Frank Blümler

Es war eine Pionierarbeit, die Dr. Wolfgang Feist Anfang der 1990er-Jahre leistete, als er mit seinem Institut das erste anerkannte Passivhaus - ein Wohngebäude - in Deutschland plante. Rund 15 Jahre später machte sich die Stadt Frankfurt a.M. auf den Weg, Passivhaus-Hauptstadt zu werden und legte für öffentliche Gebäude die Passivhaus-Bauweise als Standard fest. Dies betrifft alle Neubauten städtischer Gebäude sowie Bauten auf Grundstücken, die von der Stadt gepachtet oder gekauft werden. Rund fünf Jahre später wiederum begann das Verhandlungsverfahren inklusive Plangutachten für den Neubau des Klinikums Frankfurt Höchst.

Inzwischen waren, neben verschiedenen Wohnungsbautypologien auch Bürogebäude, Schulen und Kindertagesstätten in Passivhaus-Bauweise ­errichtet worden. Für ein so energieintensives Gebäude, wie es ein Klinikum der Maximalversorgung darstellt, gab es bis dato allerdings noch keine vergleichbaren umgesetzten Beispiele oder gar Vorgaben seitens des Passivhaus-Instituts. Lediglich einige Alten- und Pflegeheime hatten bis dahin eine Zertifizierung als Passivhaus erhalten, sodass immerhin für die weniger hoch installierten Bereiche der Pflegestationen Erfahrungen mit dem Thema Passivhaus vorlagen. Daher war es auch aus Sicht der Forschenden ein hochinteressantes Projekt.

Die Passivhaus-Klinik in Frankfurt  Höchst ist die erste ihrer Art
Foto: Frank Blümler

Die ZEG mbH als damalige hundertprozentige Tochter der Stadt Frankfurt entschied sich als Bauherrin für den Neubau, dem Standard der Stadt zu folgen und somit die anspruchsvolle Aufgabe anzugehen, das weltweit erste Passivhaus-Klinikum zu errichten. Dieses Ziel wurde in allen Entscheidungen immer wieder verteidigt, sodass man spüren konnte, wie sehr es nicht nur eine Vision, sondern eine Mission war, auf die man sich gemeinsam begeben hatte.

Wenn man die Entscheidung von damals unter heutigen Aspekten wieder treffen müsste, so würde man sicherlich noch einmal über die Fragestellung einer möglichen Sanierung im Bestand nachdenken, um den aktuellen Anforderungen, Ressourcen und graue Energie einzusparen, ­gerecht zu werden. Aufgrund des deutlichen Unterschieds hinsichtlich des zukünftigen Energieverbrauchs des Neubaus gegenüber dem Bestandsgebäude aus den späten 1960er-Jahren würde diese Fragestellung jedoch auch heute wieder zugunsten eines Neubaus entschieden werden, da der Primärenergieverbrauch für die Nutzung des Bestands nicht im Verhältnis zu der Neubaumaßnahme steht. Die Tatsache, dass Krankenhäuser zu den größten Verbrauchern von Ressourcen und Energie zählen, sowohl in der baulichen Realisierung, viel mehr aber noch im späteren Betrieb, ist der ausschlaggebende Faktor. So ist in diesem Fall der Neubau die nachhaltige Entscheidung, wobei die Wirtschaftlichkeitsfragen durch Preissteigerungen des vergangenen Jahres für Energie noch außer Acht gelassen sind und als weiteres Argument angeführt werden könnten.

Insbesondere die energieintensiven Funktionseinheiten wie
OPs und Behandlungsräume stellten
die Planer:innen vor Herausforderungen
Foto: Frank Blümler

Teamaufstellung

Ein Maximalversorgerkrankenhaus zu planen wäre für das Generalplanerteam keine Pionierarbeit gewesen, da alle Beteiligten ausreichend Erfahrung in der Realisierung vergleichbarer Projekte im Gesundheitswesen mitbrachten. Für die Bauaufgabe eines Passivhaus-Krankenhauses sind deshalb neben den Architekt:innen von wörner traxler richter die ­Planenden für die Technische Gebäudeausrüstung, Brendel Ingenieure, die Passivhaus-Spezialist:innen der FAAG-Technik sowie das Medizintechnik-Team der mtp Planungsgesellschaft hervorzuheben, die alle einen großen Anteil zum Gelingen der Zertifizierung beigetragen haben. Der GU, eine ARGE aus der ZECH Hochbau AG (ehemals BAM Deutschland AG) und Max Bögl, ist ebenfalls zu nennen, da dieser die erarbeiteten Konzepte auf der Baustelle zur gebauten Wirklichkeit werden ließ. Die Ausführungsplanung wurde im Team des GU durch HPP Architekten erarbeitet.

Selbstverständlich wäre es auch ohne den regelhaften und immer projektorientierten Austausch mit dem Passivhaus-Institut nicht möglich gewesen, die Problemstellungen zu meistern, die bei einer solch einzigartigen Aufgabe zwangsweise auftraten. Dazu fanden entsprechende Workshops mit der Bauherrschaft, dem Generalplaner und dem Passivhaus-Institut statt. Bereits während der Planungsphase wurde immer wieder überprüft, ob die Annahmen für die spätere Zertifizierung ausreichen können.

Grundriss 4. OG, M 1 : 1 250
Grafik: wörner traxler richter

Architektur

Das varisano Klinikum Frankfurt Höchst gehört zu den größten Krankenhäusern in der Stadt. Von den fast 1 000 Betten des Klinikums finden rund 670 in dem in Passivhaus-Bauweise erstellten Neubau Platz. In den vergangenen zehn Jahren sind einige große Passivhaus-Bauten, insbesondere Bürogebäude, entstanden. Dennoch ist die Größe des Neubaus für das varisano Klinikum Frankfurt Höchst mit einer BGF von etwa 77 500 m² für ein Passivhaus immer noch ungewöhnlich. Auf der anderen Seite bietet ein großes Volumen eine gute Ausgangslage, um ein gutes A/V-Verhältnis zu erzielen. Der Neubau weist mit einem Wert von < 0,2 m²/m³ eine sehr hohe Kompaktheit auf, ohne dafür auf Tageslicht und Ausblickmöglichkeiten für die Patient:innen zu verzichten. Dies gelingt durch die grundlegende Struktur des Gebäudes, die sich in einen zweigeschossigen Sockel mit den medizinischen Funktionsbereichen, drei Pflege­ebenen und einem dazwischenliegenden Technikgeschoss gliedert. Ein Untergeschoss, das nur den Mittelteil sowie den Wirtschaftshof umfasst, dient zur Ver- und Entsorgung und nimmt weitere Bereiche der technischen Gebäudeausrüstung auf.

Maßgebend für die Gebäudestruktur ist bei Kliniken dieser Größe in der Regel die Pflegestation. Damit möglichst viele Bettenzimmer auf einem kleinen Fußabdruck untergebracht werden konnten, aber trotzdem alle Zimmer einen freien Blick und viel Tageslicht erhalten, wurde eine sich wiederholende H-förmige Struktur pro Doppelsta­tion entwickelt. Eine Station in der Allgemeinpflege weist zwischen 31 Betten und 37 Betten auf, sodass pro Doppelstation etwa 70 Betten zur Verfügung stehen.

Städtebaulich betrachtet verbindet sich die Gebäudetypologie mit den südöstlich gelegenen Zeilenbauten und ermöglicht eine zukunftsoffene Entwicklung für den Gesamtcampus. Loggien und Dachterrassen bieten beispielsweise in der Palliativpflege oder Altersmedizin Aufenthaltsmöglichkeiten mit Blick auf die Frankfurter Skyline. Im Bereich des Sockels verdichtet sich die Gebäudestruktur, indem die Köpfe der H-förmigen Struktur verbunden werden. Ein flexibel nutzbares Grundgerüst entsteht, das auch für künftige Anpassungen an die Entwicklungen der Medizin eine sehr gute Ausgangslage bietet. Folglich ist auch die technische Erschließung so aufgebaut, dass die einzelnen Brandabschnitte unabhängig voneinander über eigene Schächte versorgt werden.

Die Haupterschließung für Patient:in­nen und Besuchende erfolgt über die Magistrale, die sich über alle Ebenen erstreckt und über großzügige Innenhöfe sowie bis zu sechsgeschossige Lufträume verbunden ist. Von dort werden alle Adressen auf den jeweiligen Ebenen erreicht, wodurch die Orientierung im Gebäude klar strukturiert ist. Entlang der Südostseite der Magistrale erlauben die mehrgeschossigen Verglasungen solare Gewinne und lassen zudem viel Tageslicht in die Haupterschließung. Gleichermaßen wirken die Lufträume als Klimapuffer und dienen mit den Öffnungen in der obersten Ebene auch zur Nachtauskühlung während der Sommermonate.

Problemstellungen und Lösungen

Auf dem Weg zum ersten Passiv­haus-Klinikum gab es viele Themen, die zwischen der Bauherrschaft, dem Generalplanerteam und dem Passivhaus-Institut abgestimmt, diskutiert, verworfen, wieder zurückgeholt, angepasst und schließlich festgelegt wurden. Dieser iterative Prozess war für den Erfolg unerlässlich, und manche Herangehensweise erscheint aus heutiger Sicht möglicherweise als selbstverständlich, um ein nachhaltiges Gebäude zu errichten – vor mehr als zehn Jahren allerdings wurden sie bei der Entwicklung von Gesundheitsbauten noch nicht fokussiert.

So standen der hohe Wärmedämmstandard und die Anforderungen an Luftdichtheit nicht zur Diskussion; durch die Vorgaben des Passivhaus-Standards war gesetzt, dass die geforderten Werte erreicht werden mussten. Da in der Passivhaus-Planung der Vermeidung von Wärmebrücken eine große Bedeutung zukommt, wurden mögliche Schwachstellen identifiziert und diskutiert. Verschiedene Lösungen wurden entwickelt,  z.B. für eine vorgehängte Fassade mit thermisch getrennter Unterkonstruktion. Für den Hubschrauberlandeplatz wurde eine  Low-E-Beschichtung thematisiert, um die Wärmeverluste gering zu halten. Bezogen auf die Luftdichtheit stellte das große Volumen des Neubaus die wesentliche Herausforderung dar. Die für den bei Passivhäusern obligatorischen Blower-Door-Test eingesetzten Ventilatoren sind auf Wohngebäude ausgelegt und hätten das gesamte Gebäudevolumen des Klinikums Frankfurt Höchst nicht bewältigen können. Daher wurde der Neubau in zehn Abschnitte unterteilt, wovon die Magistrale mit den Lufträumen sowie der Bereich am Wirtschaftshof jeweils einen Abschnitt bildete. Das verbleibende Gebäude wurde in vier Sektoren gegliedert, die wiederum noch einmal horizontal in die Sockelbereiche und Pflegebereiche unterteilt wurden, wobei Technikschächte und Treppenhäuser über alle Ebenen dem Pflegebereich zugeordnet waren. Der Test verlief einwandfrei und zeigte sehr gute Werte für die Luftdichtheit des Neubaus.

Betriebsorganisation und TGA

Bei der Betriebsorganisation sind kurze Wege ein maßgeblicher Faktor für einen wirtschaftlichen Betrieb. Folglich wurde schon früh entschieden, Organisationseinheiten zu bündeln und interdisziplinär zu planen. Somit wird vermieden, dass Räume am Nachmittag regelhaft leer stehen, aber für Betriebskosten, wie etwa Reinigung oder Instandhaltung, sorgen. Außerdem wurde das Gesamtbauvolumen dadurch von Anfang an auf das Wesentliche optimiert.

Im Zusammenhang mit der Planung der interdisziplinären Zentren, die vorwiegend die ambulanten Bereiche des Klinikums umfassen, wurden neben den Nutzerabstimmungen mit der Ärzteschaft und dem Pflegepersonal auch die Häufigkeit und Gleichzeitigkeit der Nutzung medizinischer Geräte besprochen. Dabei waren vorwiegend die Medizintechnikplaner:innen und die Nutzerkoordination der Bauherrschaft gefordert. Besonders die in der Radiologie oder invasiven Kardiologie eingesetzten Geräte mit ihren hohen Anschlusswerten, aber auch dauerhaft genutzte Medizintechnik in den Intensivstationen waren dabei entscheidende Faktoren. Für die Technische Gebäudeausrüstung bedeutete dies gerade in hygienisch anspruchsvollen ­Bereichen mit hohen inneren Wärmelasten, z. B. den Intensivstationen, aufgrund der medizintechnischen Geräte und der Nutzung rund um die Uhr, eine große Herausforderung. Einerseits war die Kühlung der Räume zu gewährleisten, um die medizinisch erforderlichen Temperaturvorgaben sowie die technische Umsetzung der hygienischen Vorgaben zu erreichen, andererseits der Energieverbrauch im Blick zu behalten.

Nicht alle der ursprünglich angedachten Konzepte in der Technischen Gebäudeausrüstung konnten am Ende realisiert werden. Weder ein Eisspeicher, noch der Einsatz von Geothermie kamen zum Zuge. Nach der Prüfung, ob die Voraussetzungen vor Ort dafür gegeben sind, musste sich von diesen Konzepten verabschiedet werden. Andere Themen wurden wiederum während der Planung angepasst, so wurde statt des ursprünglich geplanten BHKW zur Kraft-Wärme-Kopplung mit einer Brennstoffzelle gearbeitet.

Im Pflegebereich, der sich vom 3. Obergeschoss bis zum 5. Obergeschoss erstreckt, kommt in den Patientenzimmern eine Betonkernaktivierung zum Einsatz, die für eine regelhafte und gleichmäßige Temperaturregulierung sorgt. Die Notwendigkeit von zusätzlichen Heizkörpern ist, soweit man Extremwettersituationen außer Acht lässt, eigentlich nicht gegeben. Unter anderem aus psychologischen Gründen wurde sich dennoch dafür entschieden, kleine Heizkörper für den Notfall vorzusehen. Bei der Planung der kontrollierten Lüftung mit Wärmerückgewinnung gehörten die Überströmungskaskaden und die geringe Strömungsgeschwindigkeit zu den zu meisternden Herausforderungen, um eine intelligente Wärme- und Luftregulierung über das gesamte Gebäude zu gewährleisten.

Die Berücksichtigung der Gleichzeitigkeitsfaktoren hat neben den Effekten bei den inneren Wärmelasten ebenfalls begünstigende Auswirkung auf die elektrischen Energieverbräuche. Der inzwischen zum allgemeinen Standard gewordene Einsatz von LED-Lampen für die Beleuchtung wird dadurch unterstützt, dass sich die Oberflächen und Farben unter Ausnahme von wenigen Gestaltungsschwerpunkten im gesamten Gebäude an den Vorgaben der Stadt Frankfurt a.M. zum energieeffizienten Bauen orientieren. Dies bedeutet, dass Reflexionsgrade für Decken von mindestens 80 %, für Wände von mindestens 50 % und für Böden von mindestens 30 % eingehalten werden mussten. In Summe sorgen diese Maßnahmen dafür, dass der elektrische Ener­gieverbrauch um mehr als 30 % gegenüber einer herkömmlichen Planung gesenkt werden konnte. Dies spiegelt sich nicht nur im Verbrauch, sondern auch in der Erstinvestition wieder, da nur vier anstatt sechs Transformatoren von vergleichbarer Größe benötigt wurden.

Zertifizierung

Das Passivhaus-Projektierungspaket (PHPP) wurde bereits in der Vorplanung zur Überprüfung und zur Unterstützung von Entscheidungen eingesetzt. Dadurch konnten die Beteiligten jederzeit erkennen, ob die Ziele zum Erreichen der Zertifizierung eingehalten werden und an welchen Stellen gegengesteuert werden muss. Ergänzend dazu wurde das experimentelle, preisgekrönte BIM-Modell als integrales Planungswerkzeug für Gebäudesimulationen eingesetzt, wodurch der Heizwärmebedarf weiter optimiert und auf überflüssige technische Ausrüstung verzichtet werden konnte. Die vorherige Abstimmung der Gleichzeitigkeitsfaktoren von medizintechnischer Einrichtung, hohem Dämmstandard und hervor­ragender Luftdichtheit waren dabei zentrale Aspekte, um das Ziel der Passivhaus-Zertifizierung erreichen zu können. Allerdings zeigte sich anhand der Simulation auch die Besonderheit eines Klinikums in Passivhaus-Bauweise. Das Passivhaus-Prinzip wird oft mit der Wirkungsweise einer Thermoskanne verglichen. Heizenergie wird eingespart, indem – dank der guten Dämmung und der hohen Luftdichtheit – wenig Wärme entweicht. Dieses Prinzip lässt sich aus dem Wohnungsbau sehr gut auf die Pflegebereiche übertragen, stößt aber in den Funktionsbereichen mit den hohen Wärmelasten der medizintechnischen Geräte an seine Grenzen. Dies zeigte sich in der Gebäudesimulation am erforderlichen Kühlbedarf. Eine Steigerung der Dämmwerte hätte für nur unwesentliche Einsparungen bei der Heiz­energie gesorgt, während der Anteil der benötigten Kühlenergie gestiegen wäre. Dies stellt letztendlich die Gratwanderung dar, die man bei der Planung eines Passivhaus-Krankenhauses beschreitet und macht zudem deutlich, wie wichtig es ist, die Prozesse und Abläufe zu kennen sowie mit den zukünftigen Nutzer:innen in den Dialog zu treten.

Im Juni 2022, rund 30 Jahre nach dem Bau des ersten Passivhauses, fand die Zertifikatsübergabe für den Neubau des varisano Klinikums Frankfurt Höchst statt, bei der auch Tarek Al-Wazir, hessischer­ Minister für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Wohnen, lobende Worte für den zukunftsweisenden Neubau fand. Man darf gespannt sein, ob das Beispiel in einer Zeit, die durch steigende Energiepreise und die unübersehbaren Folgen des Klimawandels gekennzeichnet ist, schon bald Nachahmer findet, und wie lange das varisano Klinikum Frankfurt Höchst seinen Status als einziges zertifiziertes Passivhaus-Klinikum behalten wird.

Autor: Dipl.-Ing. Architekt BDA Björn Andreas Bischoff ist Geschäftsführender Gesellschafter der wörner traxler richter planungsgesellschaft mbh
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Foto: Frank Blümler