Umfassende Sanierung für Schule unter Denkmalschutz

Umfassende Sanierung für Schule unter Denkmalschutz
Ein Modellprojekt im Forschungsakzent »Energieeffiziente Schule«:
Die Schule in Olbersdorf ist ein Beispiel für einen gelungenen
Kompromiss zwischen Denkmalschutz und energetischer
Sanierung. Um das 1928 errichtete Gebäude auch in Zukunft als
Schule nutzen zu können, mussten die Energiekosten deutlich
gesenkt werden. Wichtigster Ansatzpunkt war ein konsequenter
Wärmeschutz für das Gebäude. Das Gebäude ist ein
viergeschossiger Mauerwerksbau mit Satteldach. Auf einer
Gesamtnutzfläche von rund 4.900 m² werden künftig 180 Schüler in
22 Klassenräumen unterrichtet. Mit der Sanierung wird der
3-Liter-Haus-Standard erreicht. Durch die Weiterentwicklung des
Wärmedämmverbundsystems mit Stufenfalz und Klebetechnik
werden Beschädigungen der Originalfassade und punktuelle oder
lineare Wärmebrücken vermieden. Mit dem neuen Energiekonzept
werden vorhandene Systeme zur Luft- und Lichtführung reaktiviert.
Die Fassade der Schule in Olbersdorf wurde
denkmalgerecht saniert. Das Gebäude aus der
Weimarer Zeit erreicht den 3-Liter-Haus-Standard.
Ein wesentliches Element hierbei: Die Fenster
wurden zu Kastenzuluftfenstern umgebaut.
© Fraunhofer IBP
Gebäudesteckbrief
Projektstatus
Optimiert
Standort
Schulweg 13, 02785 Olbersdorf, Sachsen
Baujahr
1927/28
Saniert
2010
Bauherr
Landkreis Löbau/Zittau, Landratsamt
Bruttogrundfläche
5.610 m2
Beheizte Nettogrundfläche
3.716 m2
Bruttorauminhalt
16.756 m3
A/V vor Sanierung
0,29 m2/m3
A/V nach Sanierung
0,29 m2/m3
Schwerpunkte
Fassadensysteme, Verglasung + Fenster, Tageslichtsysteme, Optimierte
Beleuchtung, Lüftung + WRG, Aktive Kühlung, Regenerative + passive Kühlung
Projektbeschreibung
Die Schule ist mit seinem Hauptgebäude und der Turnhalle aus der Weimarer Zeit bedeutendes Beispiel für
den regionalen Schulbau der damaligen Zeit und als Kulturdenkmal nach sächsischem Denkmalschutzgesetz
eingestuft. In den letzten Jahren war hier eine Mittelschule beheimatet. Zukünftig will der Landkreis Görlitz als
Schulträger die bisher in Zittau angesiedelte Förderschule nach Olbersdorf verlagern.
Forschungsfokus
Mit diesem Projekt sollten innovative Verfahren und Produkte erprobt und wissenschaftlich evaluiert werden,
mit der Zielsetzung, dass sie für unter Denkmalschutz stehende, historische Gebäude anwendbar sind.
Ein besonderer Fokus lag auf der Machbarkeit von Vakuumisolation bei Gebäuden diesen Typs. Hierzu gab es
Untersuchungen am Objekt und im Labor. Als eine technische Herausforderung stellte sich allein die
Verklebung großflächiger Isolationspaneele heraus.
Ein weiterer Untersuchungsschwerpunkt war die Gebäudelüftung. Das bestehende Konzept, bei dem die Luft
über die Kastenfenster zugeführt und über gemauerte Schächte wieder abgeführt wird, wurde grundsätzlich
belassen und erweitert.
Die Nutzung von Tageslicht war ein weiterer Forschungsaspekt. Tageslicht gelangt in dieser Schule über
Lichtschächte in das Gebäude – dabei verbessern feststehende und bewegliche Lamellen die
Raumausleuchtung.
Weitere innovative Bestandteile des Gebäudekonzepts sind elektrochrome Verglasungen, bewegliche
Verschattungen im Fensterzwischenraum sowie der Einsatz von in der Decke eingeputzten Kapillarrohrmatten
als Flächenkühlungssysteme in besonders kritischen Räume im Dachgeschoss. Auch die Anwendung dieser
Komponenten wurde ebenso wie die energetische Performance des gesamten Gebäudes eingehend
untersucht.
Sanierungskonzept
Das Schulgebäude Olbersdorf ist ein viergeschossiger Mauerwerksbau mit Satteldach. Der Hauptzugang von
der Straße erfolgt im Erdgeschoss. Der rückwärtige Zugang führt über den Schulhof ebenerdig in das 1.
Obergeschoss, weil das Gebäude in den Hang gebaut ist. In weiten Teilen ist das Gebäude mit einem
massiven Mauerwerk mit einer Stärke von 48 cm ausgeführt, damit wird ein U-Wert von etwa 1,25 W/m²K
erreicht. Um das „Lernklima“ zu fördern, soll mit den Sanierungsmaßnahmen auch eine bessere Akustik
erreicht , die Lufthygiene verbessert und die sommerlichen Innenraumtemperaturen gesenkt werden.
Im Bereich der baulichen Substanz steht eine verbesserte und denkmalgerechte Wärmedämmung der
Gebäudehülle im Vordergrund. Ursprünglich wurden im Gebäude Kastenfenster eingebaut. Im Zuge früherer
Sanierungsmaßnahmen wurden zur Straßenseite die äußeren Scheiben durch 2-Scheiben-Isolierverglasungen
ersetzt und gleichzeitig die inneren Scheiben des Kastenfensters entfernt. Auf der Hofseite waren die
ursprünglichen Fenster noch erhalten.
Energiekonzept
Der Heizwärmebedarf soll durch die Sanierung um über 80% sinken. Neben den baulichen Verbesserungen
wird diese Einsparung vor allem durch den Einsatz moderner Heizungstechnik und effizienter
Lüftungsstrategien erreicht. Dabei soll wartungsarme Technik in schulalltagstauglicher Ausführung zum Einsatz
kommen.
Vor der Sanierung erfolgte die Wärmeerzeugung über Gasheizkessel. Gelüftet wurde über Fenster und über in
das Mauerwerk integrierte Abluftschächte, die für die damalige Bauweise typisch sind. Diese Abluftschächte
waren allerdings nur im Eingangsbereich und teilweise in den Toiletten noch voll funktionsfähig, während sie in
den Klassenräumen bei Renovierungen größtenteils verschlossen wurden. Die Tageslichtversorgung der
Unterrichtsräume erfolgt überwiegend durch eine einseitige Befensterung nach Ost oder West. Der Flur- und
Eingangsbereich und der Versammlungsraum erhalten aufgrund der Hanglage zu wenig Tageslicht und
benötigen eine ganztägige Kunstlichtbeleuchtung.
Im Rahmen der energetischen Sanierung wird eine erdgekoppelte Gasabsorptionswärmepumpe installiert, mit
Spitzenlastausgleich durch die Gasheizkessel. Die Erschließung des Bodens als Energiequelle für die
Wärmepumpenanlage erfolgt dabei im Rahmen einer umfassenden Neugestaltung der Freifläche östlich des
Hauptgebäudes.
In den Sanitärräumen wird eine konventionelle zentrale Abluftanlage mit Präsenzsteuerung eingesetzt. Für die
Unterrichtsräume wird eine bedarfsangepasste Lüftung entwickelt, welche weitgehend auf natürlicher
Auftriebswirkung beruht und nur gegebenenfalls durch Ventilatoren mit geringem Elektroenergieverbrauch
unterstützt wird („Hybride Lüftung“). Dafür wird der Umbau der vorhandenen Kastenfenster und der teilweise
erneuerten Fenster mit Wärmeschutzverglasung in Kastenzuluftfenster vorgenommen. Über eine Öffnung am
unteren Rahmen gelangt Außenluft in den Scheibenzwischenraum, erwärmt sich, steigt auf und tritt am oberen
Fensterrahmen in den Raum ein. Dank der Vorwärmung und der Zuführung oberhalb der Aufenthaltszone wird
das Zugluftrisiko stark vermindert. Um Fehlströmungen zu vermeiden, sind zusätzliche Winddruckbegrenzer
und Rückschlagklappen in das Fenster integriert. Sobald eine bestimmte Außentemperatur überschritten wird,
werden die Oberlichter an den Innenflügeln der Fenster automatisch geöffnet, wodurch der Volumenstrom des
Luftwechsels erhöht wird.
Auch die Abluftschächte werden wieder aktiviert, sodass verbrauchte Luft weitgehend unter Nutzung des
natürlichen Auftriebs abgeführt werden kann. Dabei wird ein Abluftventilator unterstützend eingeschaltet,
sobald ein Sensor eine erhöhte CO2-Konzentration gemessen hat. Bei Teil- oder Nichtbelegung des
Unterrichtsraumes bleibt der Ventilator außer Betrieb. Im Vergleich zu einer Standardanlage wird damit eine
deutliche Einsparung an Elektroenergie für den Ventilatorantrieb erreicht.
Die sommerliche Kühlung der Schule geschieht primärenergetisch neutral durch effektive Nachtauskühlung.
Über eine entsprechende Funktion in der Konzeption des Systems Kastenfenster – Abluftschacht –
Abluftvolumenstromregelung können dabei die vorhandenen Gebäudemassen aktiviert und eine merkliche
Absenkung der Raumtemperaturen in großen Bereichen des Gebäudes erreicht werden.
Zur verbesserten Tageslichtnutzung werden die Grundrisse überarbeitet. Dabei werden alte Lichtschächte
aktiviert bzw. ergänzt und Lamellen-Jalousien in die Scheibenzwischenräume der Kastenfenster integriert,
welche die Funktionen Beschattung, Blendschutz und Lichtlenkung übernehmen. An den Fenstern der
Ost-Süd-Ost-Seite ist zudem der Einsatz von elektrochromen Gläsern als Sonnenschutz geplant, um der
aktiviert bzw. ergänzt und Lamellen-Jalousien in die Scheibenzwischenräume der Kastenfenster integriert,
welche die Funktionen Beschattung, Blendschutz und Lichtlenkung übernehmen. An den Fenstern der
Ost-Süd-Ost-Seite ist zudem der Einsatz von elektrochromen Gläsern als Sonnenschutz geplant, um der
sommerlichen Überwärmung dieser Räume entgegenzusteuern. Das dann noch benötigte künstliche Licht wird
tageslichtabhängig gesteuert und nach Schulschluss zentral abgeschaltet.
Performance
Das Gebäude wurde messtechnisch detailliert untersucht. Dabei hat sich herausgestellt, dass das Konzept des
sommerlichen Wärmeschutzes funktioniert, denn es gibt keine Raumtemperaturen von mehr als 28°C.
Raumtemperaturen von mehr als 26°C treten nur selten auf. Auch die geforderte Raumluftqualität – sie wurde
im wissenschaftlichen Monitoring mit der Kohlenstoffdioxid-Konzentration erfasst – wird zumeist eingehalten.
Die manchmal erhöhten Werte zeigten in der Regel einen Wartungsbedarf an, beispielsweise klemmende
Klappen.
Der mit der Sanierung angestrebte Endenergiebedarf von 35 kWh/m²a für die Beheizung des Schulgebäudes
ist in den ersten beiden Heizperioden noch leicht überschritten worden (37 und 38,7 kWh/m²a). In der dritten
Heizperiode konnte der Zielwert unterschritten werden, dank des Absenkbetriebs der Heizung während der
Ferien und der nun verfügbaren Wärmepumpen in den maßgebenden Monaten (29,4 kWh/m²a).
Nutzerbefragungen vor und nach der Sanierung zeigen, dass Lehrer und Schüler die angenehmeren
Temperaturen in den Klassenzimmern während der Sommermonate schätzen und die besseren akustischen
Bedingungen werden wahrgenommen. Auch das modernere Erscheinungsbild der Schule wird positiv
bewertet. Bemängelt wurde die teils schnell stickig werdende Luft, wodurch Lüften notwendig wird und dadurch
der Sonnenschutz automatisch hochfährt, was wiederum zu Blendung in den Räumen führt.
Optimierungsmaßnahmen und –möglichkeiten
Das Gebäude wurde messtechnisch detailliert untersucht, um das Gebäude im laufenden Betrieb gezielt
optimieren zu können. Dabei wurden verschiedene „klassische“ Maßnahmen durchgeführt wie beispielsweise:
korrekte Einstellung der Solldruckdifferenzen an den Heizungsumwälzpumpen
Justierung der Regelung bezüglich der Vorlauftemperaturen in den Heizkreisen
Veränderung der Abschaltzeiten
Außerdem wurde die Regelung der Abluftanlagen so verändert, dass schalltechnisch ungünstige
Teillastzustände der Ventilatoren sicher vermieden werden. Ferner ist nun gegenüber dem Planungskonzept
einer reinen CO2-geführten Regelung eine zusätzliche „Spülung“ der Räume mit Außenluft in den
Morgenstunden vor Beginn des Unterrichtes implementiert.
Nach diesen Maßnahmen zeigt das Gebäude ein Betriebsverhalten, das nah an den Planungszielen liegt.
Baukosten und Wirtschaftlichkeit
Die Gesamtinvestitionskosten belaufen sich auf 8,8 Mio. Euro. Das Projekt wird durch das Bundesministerium
für Wirtschaft und Technologie im Rahmen des Förderprogramms „Energieoptimiertes Bauen, EnEff:Schule“
gefördert.
Pädagogikkonzept
Mit einem Display wird Schülern, Lehrern und den Eltern die aktuelle Performance und die Energieeffizienz
ihres Schulgebäudes veranschaulicht. Denn das Mitwirken der Nutzer, hier also der Schüler und Lehrer, ist
auch in hocheffizienten Gebäuden, auch in Schulen, für eine gute energetische Performance entscheidend.
Mit den Schülern der Förderschule werden Fragen des sparsamen Umgangs mit Energie alters- und
situationsgerecht besprochen. Zum Mitmachen anregen sollen in den Klassenräumen angebrachte, gut
sichtbare Raumthermometer. Die Kinder sind aufgefordert, zu hohe Raumtemperaturen zu erkennen und
Einfluss auf die Einstellung der Thermostatventile zu nehmen.
Energiekennzahlen
Energiekennzahlen nach EnEV (in
vor Sanierung
kWh/m2a)
nach Sanierung
Heizwärmebedarf
122,69
31,82
Primärenergie gesamt
174,23
48,89
Gemessene Energiekennwerte (in
vor Sanierung
kWh/m2a)
nach Sanierung
Endenergie Wärme
37,96
136,00
Primärenergie Wärme
37,66
Hilfsenergie Anlagentechnik
(Endenergie)
1,90
Hilfsenergie Anlagentechnik
(Primärenergie)
4,95
Kosten für die Realisierung
Realisierungskosten in €/m2
Baukonstruktion (KG 300)
701
Technische Anlage (KG 400)
305
Hierbei handelt es sich um eine/n Kostenfeststellung
Bauwerkskosten netto nach DIN 276 bezogen auf die Bruttogrundfläche (BGF) nach DIN 277
Kosten für die Sanierung
Sanierungskosten in €/m2
Insgesamt
1.570
Weitere Daten und Kennwerte zu diesem Projekt
Weitere monatliche Energiekennwerte zum Gebäude
Dieses Projekt wird im Rahmen der Forschungsinitiative EnOB gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft
und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Weitere Informationen unter
www.enob.info.