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Klimapositiver Plus-Energie-Schultrakt

Bauen mit Umweltenergie: Das aktive Haus nutzt die natürlichen Ressourcen Sonne, Thermik & Erdwärme maximal aus und ist ein bewusster Gegenentwurf zur anhaltenden Technisierung bei Gebäuden.

Foto, Aufnahme des neuen Schulgebäudes aus Holz und Beton. Im Hintergrund befindet sich der alte Klinkerbau des Schulgeländes.
Foto, Klassenzimmer mit zwei Tischreihen und Lehrerpult. Die Wände sind teilweise aus Beton, teilweise aus Holz. Im Hintergrund befindet sich eine große Fensterfront.

Projekt

Ein hoher Prozentsatz der städtischen Gebäudeflächen entfällt auf Schulen, deren laufender Betrieb ein erheblicher Posten im städtischen Haushalt ist. Bei entsprechender Planung können hier gezielt Ressourcen gespart werden, wie dieses Projekt zeigt. Hier arbeiteten Architekten und Klimaingenieure von Beginn an gemeinsam an einem integralen Klimakonzept. Dieses minimiert die technische Ausstattung und nutzt  maximal die vorhandenen Umweltenergien. Während der Planung wurden verschiedene Simulationen für Energieverbrauch, thermischen Komfort, natürliche Lüftung – insbesondere Nachtauslüftung – sowie natürliche Tageslichtoptimierung durchgeführt, um die Zielvorgaben zu überprüfen und gegebenenfalls zu ändern.

Der klimapositive Plus-Energie-Fachtrakt ist ein aktives Haus, das auf Basis der Primärenergiebilanz über das Jahr mehr Energie lokal und regenerativ erzeugt als es verbraucht. Die Bilanz umfasst sowohl den Gebäudebetrieb (Heizen, Lüften, Beleuchten) als auch die Energiemengen für den Nutzerstrom. Das Gebäude nutzt hierfür die natürlich vorhandenen Ressourcen Licht, Thermik und Erdwärme und ermöglicht dadurch einen Gebäudebetrieb mit Umweltenergien. Dadurch kann auf wartungs- und kostenintensive Technik für Kühlung, Lüftung und Heizung verzichtet werden.  

Zur Optimierung und Qualitätssicherung ist das Gebäude ist mit einer Mess-Steuer-Regeltechnik ausgestattet. Ein zwölf-monatiges Monitoring diente der Feinjustierung und der Optimierung des tatsächlichen Verbrauchs im Echtbetrieb. Die Erfahrungswerte bilden die Grundlage für den jetzigen Gebäudebetrieb.

Bautafel:

BAUVOLUMEN
Nutzfläche: 832 m²
Technikfläche: 69 m²
Verkehrsfläche: 199 m²
Netto-Grundrissfläche: 1100 m2

BAUZEIT
08/2017 – 04/2019

BAUKOSTEN
KG 300+400 brutto: 3.662.500 Euro

ENERGETISCHER ZUSTAND
Primärenergiebedarf: 52 kWh/m²a nach EnEV 2016
Endenergiebedarf: 70 kWh/m²a nach EnEV 2016

VERWENDETES MATERIAL
Dach: Holzdach aus Hohlkastenelementen 36 cm, PU-Dämmung 20 cm i. M.; extensives Gründach auf ebenen Flächen bzw. Photovoltaik auf geneigten Dachflächen

Außenwand: Sichtbetonwände 25 cm, Mineralwolle-Dämmung 16 cm, hinterlüftete Betonfertigteile 13 cm;  Holz-Rahmenbau-Wand mit Holzfaser-Dämmung, hinterlüftete Holzschalung

Fenster: Alu-Pfostenriegel-Konstruktion, 3-fach verglast

Boden: Dämm- und Installationsschicht, Calciumsulfat-Fließestrich, Kautschukbelag

VERWENDETE GEBÄUDETECHNIK
Hocheffiziente Wärmerückgewinnung Wirkungsgrad 75%

Schublüftung mit extrem niedrigen Luftgeschwindigkeiten und Verzicht auf Abluftnetz

Vorkonditionierung der Zuluft mittels 45 m langem Erdkanal: Sommer -5 Kelvin, Winter +5 Kelvin

Regenwasserzisterne 42.000 l mit Grauwassernutzung 24.000 l

MSR-Technik zur Überwachung und Regelung

Monitoring zur Optimierung des Verbrauchs im Betrieb

PV-Anlage mit ca. 58 kWp zur internen Versorgung der Gebäude auf dem Campus

Herausforderungen

Das 1912 von Professor Paul Bonatz entworfene Schubart-Gymnasium steht unter Denkmalschutz. Der neue Fachklassentrakt für Chemie und Biologie ersetzt ein altes Nebengebäude. Für das Grundstück wurde ein maßgeschneidertes und energiesparendes Gebäudedesign entwickelt, dessen ressourceneffiziente und kompakte Bauweise die energetische Qualität des Gebäudes steigert und somit den Energieverbrauch reduziert.

Der Neubau gräbt sich aus Respekt vor dem Altbau in den Boden ein, um den Blick auf die denkmalgeschützte Schule nicht zu verstellen. Der durch die Aufnahme der vorhandenen Raumachsen neu geschaffene Campus wird außerhalb der Schulzeiten intensiv als Quartiersplatz genutzt.

Kriterien für den adäquaten Materialeinsatz waren unter anderem Langlebigkeit, einfache Austauschbarkeit von Oberflächen für Erneuerungen, Nachinstallationsmöglichkeiten für IT (z. B. bei Systemtrennwänden) und die einfache Trennbarkeit von Konstruktionen beim Rückbau. Bauteile sind additiv gefügt (z. B. Leuchten abgehandelt, nicht eingebaut), schadstoffarme Materialien wurden verwendet, Verbundmaterialien nicht. Dank der Kastenbauweise wird gegenüber Massivholzkonstruktionen bei gleicher statischer Effizienz mehr als 50 Prozent an Material eingespart. Das verwendete Holz stammt ausschließlich aus heimischen, nachhaltig bewirtschafteten Wäldern.

Ziele & Erfolge

Der Fachklassentrakt wurde als Null-Energie-Gebäude geplant und ist ein bewusster Gegenentwurf zur anhaltenden Technisierung bei Gebäuden. Beim Bau spielten alle Komponenten so gut zusammen, dass das tatsächliche Ergebnis nun ein klimapositives Plus-Energie-Gebäude ist.

Lüftung:
Ein hybrides Lüftungssystem (Schublüftung in Kombination mit Fensterlüftung) garantiert eine gute Luftqualität. Die Grundlüftung der Klassenzimmer und des Gebäudes erfolgt über einen 45 Meter langen Erdkanal. Die mechanische Zuluft durchströmt den Kanal, der rein passiv wirkt und die Frischluft im Sommer vorkühlt beziehungsweise in der kalten Jahreszeit vorwärmt.

Kühlung:
Durch thermische Simulationen aufgrund der Wetterdaten des Deutschen Wetter Dienstes (DWD) wurden längere Hitzeperioden simuliert und deren Auswirkungen auf die Erwärmung des Gebäudes berücksichtigt. Ursprünglich größtenteils als Holzbau geplant, wurde daraufhin ein Beton-Holz-Hybridbau realisiert. Die Betonwände speichern im Sommer tagsüber die Wärme und werden nachts wieder ausgekühlt. Dies geschieht mittels einer effektiven Querlüftung über motorgetriebene Fensterflügel und unter Ausnutzung der natürlichen Thermik durch das ansteigende Sheddach. Selbst bei längerer Hitze beträgt dadurch die Raumtemperatur im Neubau konstant angenehme 24 bis 25 Grad Celsius– ohne Klimaanlage.

Beheizung:
Geheizt wird der Fachtrakt über ein neu installiertes, internes Netz vom Hauptgebäude, dessen Heizung den geringen Heizbedarf des Neubaus abdeckt. Im Austausch wird die überschüssige Energie der Photovoltaik-Anlage des Neubaus dem Altbau und der Mensa zur Verfügung gestellt.

Belichtung:
Die Sheddach-Form wurde realisiert, nachdem Simulationen mit verschiedenen Dachformen während der Planungsphase zeigten, dass bei dieser nordorientierten Dach-Variante die Tageslichtausbeute am höchsten ist.

Das „Low Tech -High Comfort“ Konzept sorgt für einen hohen natürlichen visuellen und thermischen Komfort im Gebäude. Dieser bildet die Basis für ein effizientes Lernen und hat nachweisbaren Einfluss auf den Bildungserfolg.

Von Beginn an wurden alle Beteiligten (Bauherrschaft, Nutzende, Gemeinderat, Handwerk und Fachplanende) mit ins Boot geholt und das Konzept bei Präsentationen und mit Infomaterial vorgestellt. Vor Betriebsstart wurden das Lüftungs- und Energiekonzept und das richtige Nutzerverhalten erläutert.

Auszeichnungen

Der Fachklassentrakt ist mehrfach national und international ausgezeichnet, unter anderem mit dem „Bundespreis Umwelt & Bauen“, dem „Effizienzpreis Bauen und Modernisieren“ in Silber für öffentliche Gebäude beim Landeswettbewerb Baden-Württemberg. Das Gebäude ist Gewinner des „Green Solutions Award“, war für den Deutschen Nachhaltigkeitspreis nominiert und wurde mit dem „Bundespreis Ecodesign“ ausgezeichnet.

Die Deutsche Gesellschaft für nachhaltiges Bauen DGNB hat das Gebäude als „klimapositiv“ zertifiziert.

Kontakt & Akteure

Grafik, Logo des Architekturbüros Liebel Architekten BDA
Ihr persönlicher Kontakt

Bernd Liebel


LIEBEL/ ARCHITEKTEN BDA

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Foto, Nahaufnahme von mehreren Stecknadeln in einer Pinwand, die mit Bindfäden untereinander verbunden sind.
Akteure

BAUHERR Stadt Aalen

ARCHITEKTEN LiebelArchitekten BDA

KLIMAENGINEERING Transsolar Energietechnik GmbH, München

STATIK Ohligschläger, Ribarek, Roll , Ingenieurbüro für Tragwerksplanung, Aalen

HLS Jelli & Burkhard GmbH & Co.KG, Planungsgesellschaft für Technische Gebäudeausrüstung, Giengen

BRANDSCHUTZPLANER Brandschutzsachverständiger Hr. Gaisser, Stadt Aalen

PRÜFSTATIK Dr. Ing. Hottmann - Ingenieurbüro für Tragwerksplanung, Schwäbisch Gmünd

BAUPHYSIK IWB Aalen GmbH, Aalen

ELEKTROPLANUNG PBS Ingenieurgesellschaft mbH, Aalen

GEOLOGE Geotechnik Aalen GmbH & Co.KG

VERMESSER Stadtmessungsamt Aalen