Die Zukunft der Automobilforschung
Neubau des Niedersächsischen Forschungszentrums Fahrzeugtechnik in Braunschweig
Leonie ist wenig auffällig, aber sie trägt ein Geheimnis unter ihrem Blechkleid. Abgesehen von kleinen Anbauten wirkt der Pkw mit Frauenname wie ein Serienfahrzeug. Jedoch fährt Leonie eigenständig, ohne Fahrer auch durch dichten Stadtverkehr. Der High-Tech-Wagen ist eines der zukunftsorientierten Projekte des NFF Niedersächsischen Forschungszentrum Fahrzeugtechnik. An seinem neuen Standort am Forschungsflughafen in Braunschweig entwickelt das interdisziplinär forschende NFF Lösungen für die Herausforderungen des verdichteten innerstädtischen Straßenverkehrs, z. B. autonome Pkw und emissionsarme Antriebe. Sieben Institute der Technischen Universität Braunschweig forschen hier. Das Land Niedersachsen und die Bundesrepublik Deutschland sowie die Volkswagen AG investierten insgesamt 48,9 Mio. Euro in das Gebäude und die Forschungsausstattung.
Der Neubau gliedert sich in das Institutsgebäude mit Büros und Gruppenräumen, den Seminar- und Vorlesungsbereich und das Technikum. Ein begrünter Innenhof verbindet beide Gebäudeteile. Jeder der drei Hauptnutzungsbereiche ist durch seine sehr unterschiedlichen räumlichen und technischen Anforderungen geprägt.
Inhalt:
Kopf der Forschung
Technikum als Forschungsfläche
Auf dem Prüfstand
Assoziationen zum Automobilbau
Wärmegewinnung aus Geräten
Tragstruktur des NFF
Kopf der Forschung
Das Institut ist als dreigeschossiger Kopfbau konzipiert, in dem die Büros mit den Projekthäusern und der Seminar- und Tagungsbereich untergebracht sind. Besucher und Nutzer betreten das Gebäude über den Haupteingang an der Hermann-Blenk-Straße. Alle öffentlichen Bereiche wie die Vorlesungs- und Tagungsräume, die Bibliothek, der PC-Pool und die Cafeteria werden über das langgestreckte Wandelfoyer erschlossen. Die Fassade ist zur Hermann-Blenk-Straße nach Süden verglast und bietet großzügige Aus- und Einblicke. Die Seminarräume und die Bibliothek im Erdgeschoss sind zum ruhigen Innenhof ausgerichtet. Der Seminar- und Tagungsbereich mit Hörsaal kann auch von externen Unternehmen für Konferenzen und Meetings genutzt werden.
Die Büroflächen in den beiden Obergeschossen sind als Dreibund organisiert und schaffen optimale Bedingungen für die interdisziplinäre Zusammenarbeit. Eine effektive Kommunikation der Institutsmitarbeiter wird durch einen flexiblen Grundriss, ein hohes Maß an Transparenz und geschossübergreifende vertikale Kommunikationszonen erreicht. Besonders auch die sogenannten Projekthäuser eröffnen neue Möglichkeiten. Diese Gruppenbüros stehen interdisziplinär zusammengesetzten Forschungsteams temporär für die Arbeit an gemeinsamen Projekten zur Verfügung.
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Technikum als Forschungsfläche
In dem Neubau sind die Gebäudeteile für theoretisches und praktisches Arbeiten eng miteinander verknüpft. Auf kurzem Wege erreichen die Forscher aus ihren Büros im Institutsteil die Versuchshalle, die hinter dem Kopfbau positioniert ist. Zentraler Mittelpunkt des Technikums ist der zweigeschossige Hallenteil mit der offenen großzügigen Verfügungsfläche. Dem Konzept des NFF von einer offenen Arbeitswelt folgend wird die Verfügungsfläche für Versuchsaufbauten in gemeinsamer Projektarbeit institutsübergreifend genutzt. Im Technikum sind keinem Institut Flächen zugewiesen, sondern vielmehr sollen diese nach Bedarf und in Abstimmung untereinander temporär verwendet werden. Weil die Verfügungsfläche offen gestaltet worden ist, forschen die Team in räumlicher Nähe zueinander, nehmen die Themen anderer Institute und Arbeitsgruppen stärker wahr und können sich besser interdisziplinär austauschen. So gibt die offene Arbeitswelt des Gebäudes ein Arbeitskonzept vor und wirkt sich auf das Verhalten der Mitarbeiter aus.
Die Motorenprüfstände, die Großgeräteprüfstände, der Bereich Elektrische Antriebe, Werkstätten sowie Lager- und Abstellflächen sind räumlich getrennt und gruppieren sich U-förmig um die Verfügungsfläche, die mit Fahrzeugen befahren werden kann. Im Obergeschoss befinden sich die Labore der Ökologischen Chemie, die Komponenten-Prüfstände, das E-Labor und der Sozialbereich. Weiterhin sind hier die hoch installierten Technik-Zentralen mit der komplexen Gebäudetechnik für die Prüfstände angeordnet.
Auf dem Prüfstand
Zu den Prüfständen im Technikum gehören u. a. ein Klimarollenprüfstand, ein Antriebsstrangprüfstand, ein Hydropulsprüfstand und 16 akustisch gedämmten Motorenprüfstände. Auf dem Klimarollenprüfstand wird beispielsweise das Verhalten eines Fahrzeugs bei besonderen Klimabedingungen wie extremen Minustemperaturen geprüft. Der Hydropulsprüfstand bietet die Möglichkeit, mit vier vertikal beweglichen Hydraulikzylindern die Belastungen eines Fahrzeugs auf einer schlechten Wegstrecke zu simulieren. Hierzu musste ein großes Hydraulikaggregat elektrotechnisch eingeplant und aufgrund seiner intensiven Wärmeentwicklung eine hohe Kühllast berücksichtigt werden.
Auch die Erforschung des Antriebsstrangs ist auf einem separaten Prüfstand möglich. Anstelle von Rädern simulieren vier Generatoren verschiedene Belastungsszenarien des Antriebsstrangs, bestehend aus Getriebe, Kardanwelle und Differential. Die Belastungsmaschinen erzeugen im Betrieb elektrische Leistung und Wärme, die dem Gebäude wieder zugeführt wird.
Auf den Motorenprüfstanden testen die Forscher Motoren in Lastzyklen, um realistische Belastungsbedingungen abzubilden. So erlangen sie Erkenntnisse u. a. über den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen. Die Anlagentechnik ist darauf abgestimmt, z. B. in der Kühlleistung und der Luftabsaugung schnell auf die Lastwechsel der Motoren und den Teillastbetrieb von Motorenprüfständen zu reagieren, um gleichbleibende Versuchsbedingungen sicherzustellen. Drei verschiedene Kühlreisläufe regulieren die Temperaturniveaus in dem Gebäude.
Der Betrieb der Motoren ist mit herkömmlichen Kraftstoffen, Flüssiggas, Erdgas und Wasserstoff möglich, was hohe Sicherheitsvorkehrungen und ein umfängliches Not-Aus-Konzept erforderte. Weil die Motorenprüfungen nach nationalen und internationalen Normen durchgeführt werden, gelten besonders hohe Anforderungen an die Regelgenauigkeit. Deshalb wird beispielsweise die Verbrennungsluft der Motoren vorkonditioniert.
Assoziationen zum Automobilbau
Die Gebäudehülle besteht aus Aluminium-Verbund-Tafeln. Aufgrund ihrer Leichtigkeit, der glatten Oberfläche und der Farbgebung rufen die dynamische Fassadengestaltung und die Materialität Assoziationen zum Automobilbau hervor. Institut und Technikum werden durch eine gemeinsame, umhüllende Schale miteinander verbunden und zu einer prägnanten Silhouette verwoben. Durch den Rücksprung und die Pfosten-Riegel-Konstruktion im Erdgeschoss wirkt das Institutsgebäude schwebend, die leicht geneigte Fassade der beiden Obergeschosse unterstreicht diese Dynamik.
Beide Gebäude sind nicht nur sehr stark über die Gebäudehülle, sondern auch durch das übersichtliche Erschließungskonzept und die innere Materialität verzahnt. Beispielsweise wiederholen sich Bodenbeläge in Treppenhäusern, auf der Verfügungsfläche und Verkehrsflächen. Eine zentrale Magistrale führt aus dem Foyer im Kopfbau auf die Galerie im Technikum. Ein Leitsystem bietet weitere Orientierungspunkte.
Das Institutsgebäude ist als Massivbau aus Stahlbetonflachdecken auf Stützen und tragenden Wänden aus Stahlbeton errichtet. Das Technikum besteht im Bereich der Versuchshallen aus einer Dachkonstruktion mit Bindern aus Holz und Stützen aus Stahlbeton. Der Bereich der Prüfräume ist als Massivkonstruktion aus tragenden Wänden in Stahlbeton bzw. Mauerwerk und Stahlbetondecken errichtet. Durch die natürliche Belichtung der inneren Gebäudezonen wurden Arbeitsplätze mit hoher Qualität geschaffen und die Orientierung im Gebäude erleichtert.
Bei dem Neubau handelt es sich um ein Plusenergiehaus, das in der Jahresbilanz mehr Strom erzeugt, als es verbraucht. Um den Energiebedarf des Gebäudes zu decken, werden vorwiegend die im Gebäude vorhandenen Energiequellen genutzt. So erzeugen der Betrieb der Verbrennungsmotoren im Technikum und eine Photovoltaik-Anlage Strom. Überschüssiger Strom kann nicht kosteneffizient gespeichert werden und wird in das öffentliche Stromversorgungsnetz eingespeist. Zusätzlich wurden der Energiebedarf des Gebäudes durch bauliche Maßnahmen minimiert und die Energieversorgung durch eine effiziente Gebäudetechnik optimiert. Großzügige Fensterflächen und Oberlichter sowie die geringe Tiefe des Gebäudes erzielen eine natürliche Belichtung der Hauptnutzfläche. Im Innenhof maximiert die lichtreflektierende Metallfassade der Versuchshallen an der Südseite den Lichteintrag der nordorientierten Büroräume. Zur Verschattung der nach Osten, Süden und Westen ausgerichteten Fensterflächen dienen helle Lamellen mit Lichtlenkfunktion im oberen Fensterbereich. Ein horizontaler, beweglicher Lamellenbehang am Kopfbau bildet nach Süden einen hocheffektiven Sonnenschutz. Energiesparende Lampen und eine clevere Kunstlichtsteuerung reduzieren den Energiebedarf zusätzlich.
Wärmegewinnung aus Geräten
Die Lüftung des Gebäudekomplexes erfolgt weitestgehend kontrolliert mit einer Wärmerückgewinnung für die unbelastete Abluft. Dies ermöglicht im Winter, die Abluft über einen Wärmetauscher zu führen und so die Zuluft energiesparend zu erwärmen. Die großen, nach Süden ausgerichteten Fensterflächen mit hohem Energiedurchlassgrad ermöglichen zudem im Winter passive solare Gewinne. Geräte stellen weitere Wärmequellen dar, die im Winter zur Reduzierung des Heizwärmebedarfs beitragen, beispielsweise die Abwärme der Verbrennungsmotoren mit einem Temperaturniveau von 60 °C und des Kühlwassers in den Motorenprüfständen. Das Konzept schafft behagliche raumklimatische Bedingungen, ohne die Umwelt zu belasten. Gleichzeitig sind die Transmissions- und Lüftungswärmeverluste durch die kompakte Gebäudeform, die hohe Dämmqualität, die Dichtheit der Gebäudehülle und die kontrollierte Lüftung sehr gering.
Tragstruktur des NFF
Das Institutsgebäude wurde als Massivbau aus Stahlbetonflachdecken auf Stützen und tragenden Wänden aus Stahlbeton bzw. Mauerwerk errichtet. Das Technikum besteht im Bereich der Versuchshallen aus Stahlbetonfertigteilen, Fertigteil-Stützen und einer weitspannenden Dachtragschale aus Trapezblech. Der Bereich der Prüfräume nördlich der Magistrale ist als Massivkonstruktion aus Stahlbeton errichtet. Die beiden Obergeschosse kragen an der Südseite über das Erdgeschoss aus. Hier werden die Lasten über auskragende Balken in die Stützen des Erdgeschosses geführt. Im Erdgeschoss überwiegen Stahlbetonwände als lastabtragende Elemente, während in den Obergeschossen die Tragstruktur weiter in Stützen aufgelöst wird, die auf Flachdecken aufliegen. Ausnahmen sind Bereiche mit weitspannenden Hohldielen, die aus der Nutzung im Erdgeschoss auch in das Obergeschoss weitergeführt werden müssen. Aufgrund der unterschiedlichen Nutzung waren unterschiedliche Deckenspannweiten erforderlich. So erhielten beide Konferenzräume mit Spannweiten über 12 Meter Fertigteilplatten aus Spannbeton.