Das erste «voll-solarifizierte Hochhaus» der Schweiz

Fassaden sind das prägende Element eines Gebäudes; im Stadtbild gelten sie als Gesichter des Hauses und geben den ersten wichtigen Eindruck für Nutzer und Passanten. Mit der Energiewende stehen alle beteiligten Planer vor einer gestalterischen Herausforderung: Wie können saubere Energieproduktion und Architektur zusammenfinden? Die Photovoltaik (PV) spielt dabei eine zentrale Rolle. Im Gebäudebereich haben sich PV-Module auf dem Dach durchgesetzt. Als Fassadenelement überzeugten die herkömmlichen PV-Module bis dato selten. Ihre technische Anmutung und der dunkelkristalline Glanz wirken abweisend und liessen Architekten wenig Gestaltungsspielraum. Neben den höheren Kosten etwa im Vergleich zu einer einfach verputzten Fassade, stellen der Unterhalt, die Haptik und auch die bauliche Integration den Architekten und Bauherrn vor weitere Herausforderungen. Um den Gestaltungsspielraum für die Architekten zu erweitern, entwickelte die Industrie flexiblere Produkte und stellte Solarmodule projektspezifisch her. Ein vorbildliches Beispiel, welches das architektonische Potenzial der PV-Module erkannt hat, steht in Basel nicht weit vom Bahnhof SBB. Die Architekten von Burckhardt+Partner AG zeigen mit dem Grosspeter Tower auf, wie Solarenergie nicht nur als Materialthema behandelt werden kann, sondern zum architektonischen Thema wird.

Vorgaben und Ideen
Mehr für den Klimaschutz zu investieren, ist ein Hauptbestreben des Bauherrn, PSP Real Estate Zürich. Von Anfang setzten sie klare Vorgaben beim Bau des Hochhauses Grosspeter Tower in Basel, der Büroflächen und ein Hotel aufnimmt. Eine wichtige Prämisse war, die transparenten Fassadenteile auf 50% der Fassadenfläche zu limitieren und die andere Hälfte als gedämmte Fassadenkonstruktion auszubilden. Mit weniger Wärmelasten muss weniger Kälte produziert werden und der Komfort wird verbessert. Auch im Winter steigt die Behaglichkeit, weil weniger Glasflächen weniger Kälteabfall bedeuten. Mit den 50% entsteht somit eine gute Balance zwischen Tageslichtnutzung und gutem Raumklima. Als sichtbarer Beweis für die ökologischen Bestrebungen dient die Photovoltaik-Fassade, dessen Module in die geschlossenen Fassadenflächen integriert sind. «Als wir den Entwurf für die Fassade starteten, kam eine wichtige Entwicklung auf dem PV-Markt uns sehr entgegen», erinnert sich Andreas Kaufmann, Projektarchitekt des Neubaus. Die bis anhin ausschliesslich in Standardabmessungen gelieferten Solarmodule können seit 2014 auch kunden- und projektspezifisch gefertigt werden; in verschiedensten Variationen, u. a. auch mit Dünnfilm- Solarzellen. «Der Entwurfsprozess für die Fassade war deshalb nicht wesentlich anders als bei anderen Projekten», betont Kaufmann. Die tragende gestalterische Idee des Entwurfs und damit auch der Fassade geht auf die städtebauliche Analyse und die Nutzung des Gebäudes zurück. Die Parzelle des Hochhauses ist eine von sechs Baufeldern auf dem 17 450 m2 grossen Grosspeter-Areal, das zwischen Gleisfeldern des nahegelegenen SBB-Bahnhofs und der verkehrsreichen Grosspeterstrasse aufgespannt wird. Um das Areal baulich besser auszunutzen, verfolgte die Stadt eine städtebauliche Neuausrichtung und Umzonung. Das Konzept für den Bebauungsplan stammt von Miller & Maranta Architekten Basel. In Zukunft werden die Neubauten das fehlende Angebot an Basler Hotels erweitern und hochwertige Büroflächen bieten. Der Grosspeter Turm, der ebenfalls als Hotel und für Büros genutzt wird, liegt am südöstlichsten Rand des Grosspeter- Areals, direkt neben dem Autobahnzubringer der A2/A3; durch seine Lage und Grösse bildet das 78-Meter-Hochhaus mit 18 000 m2 Nutzfläche eine neue Landmark in der Stadt. Als Referenz und Inspiration für das Fassadenkonzept nennen die Architekten das Kunstwerk «PermanentModell» von Monadnok aus Rotterdam. Basierend auf dieser Struktur erscheint die Gebäudehülle in den unteren Geschossen noch als Lochfassade; mit steigender Gebäudehöhe löst sich diese zugunsten grösserer Fassadenöffnungen auf und wird oben im Turm zur leichten Pfosten-Riegel- Konstruktion. «Dieses Konzept ist nicht lediglich Formalismus, es entspricht auch der Nutzung», erklärt Kaufmann, «da die unteren Geschosse mit dem Hotel nach mehr Privatsphäre verlangen und in den Obergeschossen mit den Büros mehr Transparenz und Ausblick möglich ist.»

Hülle und Kern
Um den Mietern den individuellen Ausbau ihrer Flächen zu ermöglichen, ist das gesamte Gebäude im «Core and Shell»-Prinzip erstellt. Dabei werden sämtliche Mietflächen vorerst nur im Grundausbau ausgeführt, das heisst die Gebäudehülle (shell) und die zentralen Erschliessungskerne wie Aufzüge, Treppenhäuser und Installationsschächte (core). Die Mieteinheiten von 210 bis 880 m2 können vom Nutzer variabel ausgebaut, flexibel im Grundriss disponiert und über mehrere Geschosse zusammengelegt werden. Die Tragstruktur als Skelettbau mit Ortbetonflachdecken von 26 bis 30 cm Stärke ist die optimale Antwort auf diese Anforderung. Beim Turm sind die Flachdecken mit einer Regelspannweite von bis zu acht Meter auf einer ausbetonierten Stahlrahmenkonstruktion (Vierendeelträger) in der Fassadenebene und auf tragenden Wänden im Kernbereich gelagert. Der Riegel bildet gleichzeitig die für Hochhäuser geforderte Brandschürze von 90 cm, sodass auf Sprinkler verzichtet werden konnte. Ab dem ersten Obergeschoss kragt das Hochhaus um rund neun Meter über der neuen Zufahrtsstrasse aus. Eindrücklich, wie dem Hochhaus ein beträchtlicher Teil seiner Standfläche entzogen wurde, ohne dass zusätzliche statische Elemente die schlichte Eleganz der Fassade stören. Mit dem statischen Konzept der tragenden Fassade als übereinandergestellte Vierendeelträger konnten die Kräfte bei der Auskragung elegant zurückgebunden werden.

Ein echtes Solarkraftwerk
Mit der PV-Fassade wird nicht nur die Bestrebung sichtbar, ein nachhaltiges Gebäude zu entwickeln, sondern sie erfüllt auch Marketingzwecke. Indem die PV-Fassade einen Grossteil des Stroms für den Grundausbau liefert, trägt sie zu einem nahezu CO2-freien Grundbetrieb des Gebäudes bei. Die rund 10 000 Fassaden-Solarmodule mit einer Leistung von 440 kWp generieren zusammen mit dem Dach-Solarkraftwerk (mit einer zusätzlichen Leistung von 100 kWp) eine erwartete Stromproduktion von rund 260 000 kWh/a. Damit wird ein Grossteil des Grundstrombedarfs gedeckt. Innerhalb der PV-Fassade variieren die Solarmodulgrössen stark: Zum Einsatz kamen rund 450 verschiedene, massgeschneiderte und kundenspezifische Dünnfilm-Solarmodul-Typen in allen opaken Fassadenflächen des Hochhauses und des Sockels, was auch ein ausgeklügeltes Verschaltungskonzept erforderte. Die unterschiedlich «ertragreichen» Fassadenseiten – ob Süd-, West, Ost-, Nordseite oder auf dem Dach – konnten so miteinander verknüpft werden und ein einheitliches Fassadenbild konnte so erreicht werden. Eine Spezialanforderung an die Optik der Solarmodule betrifft die Anordnung der aktiven Flächen, das heisst die sichtbaren Solarpatches auf den Solarmodulen. Die maximalen Abmessungen dieser Patches richten sich nach den produktionstechnischen Möglichkeiten. Für eine geordnete und ausgewogene Wirkung in der Gesamtfassade haben die Architekten jeden einzelnen Solarmodul- Typ zusammen mit den Solarplanern des Zürcher «energiebüro» designt. Bei der Wärmeerzeugung entschied sich der Bauherr für die Erdsonden, weil über das Fernwärmenetz keine Kälte bezogen werden kann und die Kühlung hinsichtlich Leistung und Energieverbrauch gegenüber der Heizung von Bürogebäuden immer bedeutender wird. Ein Erdwärmesondenfeld mit 52 Sonden versorgt die Wärmepumpe mit geothermischer Energie die gleichermassen zur Wärme wie auch zu Kälteerzeugung dient. Mit diesem bivalenten System kann die im Erdreich gespeicherte Abwärme des Sommers für die Heizung im Winter benutzt und umgekehrt im Sommer gekühlt werden. Die Umsetzung des Grosspeter Towers bot in Bezug auf Technik, Tragwerk und Gestaltung mehrere Herausforderungen für alle Beteiligten. Neben der Optik der Module, der elektrischen Netzeinbindung mussten auch die Schnittstellen zwischen Fassadenbauer, PV-Unternehmer und Architekt gemanagt werden. Der aufwendige Prozess hat sich gelohnt! Entstanden ist ein Vorbild für weitere «voll-solarifizierte Hochhäuser» in der Schweiz und im Ausland. Die Architekten von Burckhardt+ Partner AG haben die hochgesetzten Ziele des Bauherrn erreicht, indem sie die Solarmodule in der Fassade integrierten, ohne die Technik vor die Architektur zu stellen. Die Fassade überzeugt in der Gestaltung, weil die Solarmodule kaum als solche wahrgenommen werden. Gelungen ist dabei vor allem das Gesamtkonzept aus Solartechnik, Architektur und Tragwerk.

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