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Quintessenz

  • Sanierung bei laufendem Betrieb
  • vorgefertigte Fassaden- und Deckenelemente auf Grundlage von 3-D-Scans
  • hoher Verglasungsanteil bleibt durch neue Passivhaus-Fenster mit besonders schmalen Profilen erhalten
  • PV-Module dienen als Dachhaut
  • Hybrides Lüftungskonzept mit dezentralen Lüftungsgeräten
  • Beheizung über Fernwärme aus Biomasse und KWK beibehalten

Auf dem Campus des Berufskollegs in Detmold wurden drei Schulgebäude und eine Sporthalle grundlegend saniert. Für die Gebäudeenergieeffizienz gibt es ehrgeizige Ziele: Der Energiebedarf soll um 75 Prozent reduziert werden, der Heizwärmebedarf sogar um 94 Prozent. Mittels Solarstromerzeugung und Nutzung von Fernwärme aus überwiegend Biomasse und Kraft-Wärme-Kopplung sollen die Gebäude dann Plusenergie-Niveau erreichen. Auch bautechnisch geht man neue Wege: Zwecks Wärmedämmung werden auf die Außenwände vorgefertigte Module in Holztafelbauweise montiert, die mit Zellulose befüllt werden. Das verringert die Bauzeit deutlich.

Projektkontext

Die beiden Detmolder Berufskollegien „Felix Fechenbach“ und „Dietrich Bonhoeffer“ sind auf einem gemeinsamen Campus angesiedelt. Drei der Bestandsgebäude sowie eine zum Campus gehörige kleine Sporthalle mussten saniert werden. Der Gebäude-Eigentümer, der Kreis Detmold, wollte mit der Sanierung Plusenergieniveau erreichen. In der Jahresbilanz soll also mehr Primärenergie erzeugt werden, als für Beheizung, Belüftung und Trinkwassererwärmung – einschließlich Hilfsenergie – sowie für Beleuchtung verbraucht wird.

Die drei Gebäude sind zueinander parallel angeordnet und durch Verbindungsgänge miteinander verknüpft. An einen der Verbindungsgänge schließt die Sporthalle an. Zwei Gebäude sind von der Raumaufteilung ähnlich aufgebaut. Diese haben jeweils einen seitlichen Flur, entlang dessen sich die Klassenräume erstrecken. Im dritten Gebäude sind die Klassenräume an einem mittig verlaufenden Flur angeordnet. Hier befindet sich im nördlichen Bereich im Erdgeschoss der Verwaltungstrakt, an der südlichen Seite ist ein Lehrrestaurant angegliedert.

Planung und Durchführung des Vorhabens sollen fachlich und pädagogisch in den Unterricht eingebunden werden. Dabei wird das Lernen durch den Modellcharakter des Vorhabens zusätzlich gefördert. Die Planung sollte auch konsequent integral durchgeführt werden: Eine transparente, gut moderierte und freundliche Kommunikation sollte die Eigenverantwortlichkeit und die damit verbundene Motivation aller Akteure zum angestrebten Gemeinschafts- und Gesamterfolg befördern.

Die bauliche Umsetzung der Maßnahmen begann 2014 und konnte Ende 2015 abgeschlossen werden.

Die neue Fassade des Lern- und Verwaltungstrakts

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Die neue Aufenthaltszone mit Blick nach draußen

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Nochmals der Aufenthaltsraum mit Blick nach draußen in andere Richtung

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Weitere Abbildungen

Blick in die sogenannte Lernlandschaft

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Möblierung im Kunstraum

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Außenansicht des Gebäudes mit Lehrrestaurant

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Die Sporthalle nach Sanierung

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Blick auf das unsanierte Gebäude mit dem Verbindungsgang zwischen Gebäude 1 und 2. Er wurde im Zuge der Sanierung deutlich ausgebaut und beherbergt nun die sogenannte Lernlandschaft, vgl. Bild 13.

© Fraunhofer IBP, Stuttgart

Ein Klassenzimmer. Im Bild die tiefen Fensterlaibungen aufgrund der vorgesetzten Fassade und abgehängte, präsenz- und tageslichtgesteuerte Leuchten. Hier zusätzlich mit Deckenventilatoren, um zu untersuchen, wie diese die Behaglichkeit beeinflussen.

© Hochschule Ostwestfalen-Lippe

Forschungsfokus

Im Rahmen der energetischen Sanierung zur Plusenergieschule werden vorgefertigte Fassaden- und Deckenelementen eingesetzt. Die Besonderheit ist die Entwicklung und Produktion der Holztafelelemente mit Hilfe einer dreidimensionalen Erfassung der Gebäude (3-D-Scan). Durch die modulare und passgenaue Bauweise in Vorfertigung kann die Bauphase enorm verkürzt werden.

Auch bei der Belüftung des Gebäudes geht man neue Wege: Die Belüftung erfolgt durch dezentrale Lüftungsgeräte und mit dem Einsatz neuartiger textiler Luftschläuche soll eine eine geräuschlose, zugfreie und gleichmäßige Luftverteilung gewährleistet werden.

Das Projekt wird auch sozialwissenschaftlich begleitet. Schüler und Lehrer werden regelmäßig befragt, so soll das Behaglichkeitsempfinden vor und nach der Sanierung erfasst und bewertet werden. Ein weiteres Augenmerk liegt in der Beteiligung von Schülern und Lehrern in die Planungs- und Betriebsphase des Gebäudes. Mit Blick auf die in den beiden Berufskollegs angebotenen fachbezogenen Abteilungen im Berufskolleg – es gibt die Ausbildungsgänge Elektro, Heizung/Lüftung/Sanitär, Facility Management, Holztechnik, Baudenkmalpflege und Altbausanierung u. a. – sollen weitere Synergien für die Ausbildung identifiziert werden, so dass die Sanierung fachlich und pädagogisch in den Unterricht eingebracht werden kann. Dies umfasst den Informationsaustausch zwischen Nutzer und Planer sowie die Beteiligung der Schüler und Lehrkräfte an der Lösung von Problemen und deren Umsetzung.

Konzept

Sanierungskonzept

Um Plusenergieniveau zu erreichen, müssen die Transmissions- und Lüftungswärmeverluste drastisch reduziert und der benötigte Restenergiebedarf weitgehend regenerativ bereitgestellt werden. Hierzu erhalten die Außenwände eine vorgebaute Fertigteil-Fassade in Holzbauweise mit wärmebrückenoptimierten Holzstegträgern. Die Konstruktion wird anschließend mit einer 36 Zentimetern starken Zellulose-Wärmedämmung befüllt. Das verbessert den Wärmeschutz der Außenwände entscheidend und aufgrund der Vorfertigung verkürzt sich zugleich der Zeitaufwand für die Sanierung deutlich. Auch können Lüftungsleitungen und weitere Verteilleitungen relativ einfach innerhalb der thermischen Hülle verlegt werden.

Der effektive Verglasungsanteil der Fassade bleibt dabei weiterhin hoch, weil neu entwickelte Passivhaus-Fenster eingesetzt werden mit besonders schmalen Profilen. Mit baulich einfachen, aber technisch hochwertigen, tageslichtoptimierten Glasfasergewebe-Elementen sowie Lamellenbehänge wird das in die Räume einfallende Tageslicht reguliert, um sowohl den Blendschutz als auch einen sommerlichen Wärmeschutz zu gewährleisten.

Die flach geneigten Dächer werden komplett mit Photovoltaik-Modulen belegt, die visuell bündig die Dachebene bilden. Die sanierten Gebäude werden weiterhin mit Fernwärme versorgt, was sich positiv auf die Primärenergiebilanz auswirkt. Denn das dortige Fernwärmenetz wird überwiegend mit Biomasse und in Kraft-Wärme-Kopplung betrieben. Die in dem Berufskolleg genutzte Fernwärme hat also einen sehr geringen Primärenergiefaktor.

Die Innen- und Außenräume sollen durch gestalterische, klimatische, licht- und farbkonzeptionelle Akzente zu einer positiven Atmosphäre beitragen. Die verwendeten nachhaltigen Baumaterialien zeichnen sich durch sparsamen Material- und Ressourceneinsatz bei der Herstellung aus.
Die Tageslichtsituation wird durch Einfügung von verglasten Oberlichtern, hellen Anstrichen mit hohem Reflexionsgrad, schmalen und tiefen Fensterrahmen und durch Vermeidung tiefer Fensterlaibungen verbessert. Da größtenteils bereits in den Vorjahren präsenz- und tageslichtgesteuerte Beleuchtung mit Leuchtstofflampen (T5) eingebaut wurden, soll nun in den nicht sanierten Bereichen neue LED-Technik eingesetzt werden. Für die innen liegenden Flure wird geprüft, ob sich das Lichtspektrum je nach Tageslichtsituation sinnvoll variieren lässt. Die Beleuchtung soll nicht allein technisch sondern auch mit Blick auf die Aufenthaltsqualität erfolgen. Kriterien hierbei sind Gestaltung, Materialität und Lichtfarbe.

Wandaufbau vor und nach der Sanierung

© Fraunhofer IBP, Stuttgart

Weitere Abbildungen

Die neue Fassade nach Fertigstellung, noch mit Gerüst.

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Die neue Fassade aus vorgesetzten Holztafelelementen wird verputzt.

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Montage der vorgefertigten Fassadenelemente an der alten Außenfassade: Die Besonderheit ist die Entwicklung und Produktion der Holztafelelemente mit Hilfe eines 3-D-Scans. Die modulare und passgenaue Bauweise hat die Bauphase enorm verkürzt.

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Schnitt des Verwaltungs- und Lerntrakts

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Grundriss Gebäude 3 (EG)

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Ansicht von Gebäude 3 aus Nordwest

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Lageplan des Campus Berufskolleg Detmold. Gebäude 1-3 sowie die Sporthalle werden auf Plusenergie-Niveau saniert.

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Eine Wetterstation auf dem Dach der Schule liefert standortbezogene Wetterdaten für das Gebäudeleitsystem.

© Hochschule Ostwestfalen-Lippe

Energiekonzept

Zur Belüftung der Klassenzimmer kommt ein hybrides Lüftungskonzept zum Einsatz. Zum einen wurde im Dachgeschoss eine zentrale Lüftungsanlage platziert  mit Wärmerückgewinnung und einem Rückgewinnungsgrad von 85%. Die Lüftungsanlage wird raumweise nach dem Kohlendioxid-Gehalt in den Klassenzimmern geregelt. Im Sommer und in der Übergangszeit wird die Lüftung in den einzelnen Klassenzimmern über die Fenster manuell aktiviert, was die Laufzeit und den Energieaufwand für die Lüftungsanlage reduziert.

Der vorhandene Anschluss an das Fernwärmenetz der Stadtwerke Detmold bleibt bestehen, obwohl sich der Heizwärmebedarf mit der Sanierung um 94% reduziert. Im Rahmen der Tiefbauarbeiten sind die Fernwärmeleitungen auf dem Campusgelände erneuert worden, was eine zusätzliche Effizienzsteigerung durch verbesserte Rohrleitungsdämmung mit sich bringt.

Infolge des höheren Wärmestandards werden die Vorlauftemperaturen abgesenkt und die Laufzeiten angepasst. Zudem wird die Trinkwarmwasserversorgung erneuert wodurch die Verluste der Zirkulationsleitungen reduziert werden.

Von zentraler Bedeutung für die Erzielung eines Energieüberschusses ist die in den Gebäudedächern integrierte Solarstrom-Anlage mit einer Gesamtspitzenleistung von 346 Kilowatt (peak). Die Photovoltaik-Module werden zwecks guter Hinterlüftung mit einem vergrößerten Luftspalt auf das Unterdach aus Holzweichfaser montiert, was ihre Kühlung über natürliche Luftkonvektion unterstützt.

Heizungsschema

© Fraunhofer IBP, Stuttgart

Performance und Optimierung

In der Jahresbilanz wird ein Solarstrom-Energieertrag von 320.330 Kilowattstunden (August 2015 bis Juli 2016) erreicht. Davon werden ca. 70.000 Kilowattstunden ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Der verbleibende Strom wird innerhalb der sanierten Gebäude sowie der weiteren Bauten auf dem Campus selbst genutzt.

Das Ziel, in der Jahresbilanz ein primärenergetisches Plus zu erhalten, kann nach aktuellen Hochrechnungen erreicht werden. Dennoch zeigt die derzeitig beobachtete Gebäudeperformance noch viele Möglichkeiten der Energieeinsparung – sowohl im Bereich Strom als auch bei der Wärme.

Vergleichbares zeigt sich auch in der Komfortbewertung. Die CO2-Konzentrationen können in den Klassenräumen mit den installierten Lüftungsgeräten ganzjährig auf etwa 1.200-1.500 ppm gehalten werden, sodass die Grenzwerte für Schulen eingehalten werden. Zudem ermöglicht die thermische Speichermasse der Gebäudesubstanz, dass in den untersuchten Räumen auch im Sommer ein angenehmes Raumklima eingehalten werden kann. Sogar bei einer Außentemperatur von 32°C wurden operative Raumtemperaturen von höchstens 26°C gemessen.

In der bislang untersuchten Heizperiode waren die baulichen Maßnahmen noch nicht abgeschlossen, sodass erst ab Sommer 2016 die Anpassungen der Heizungsregelung erfolgen. Eine abschließende Bewertung kann also erst nach einer weiteren Heizperiode vorgenommen werden.

Zur Optimierung der Gebäudeperformance dient eine differenzierte Zählerinfrastruktur, wodurch kritische Verbrauchergruppen ausfindig gemacht werden können. Aber auch das Komfort-Monitoring, das exemplarisch in zwei Räumen mit 204 Datenpunkten stattfindet und thermische Zustände, die Luftqualität und des Nutzerverhaltens kontinuierlich aufzeichnet, wird genutzt, um die Systemperformance zu reflektieren. Darüber hinaus werden mobile Temperatur, Feuchte und CO2 Logger genutzt um in kritischen Räumen, die von Nutzern adressiert werden, Perioden von 2-3 Monaten aufzuzeichnen, um Optimierungsstrategien, die auch Nutzungsanpassungen beinhalten, zu entwickeln. Derzeit findet eine Anpassung der Heizungs- und Sonnenschutzregelung statt, um den thermischen Komfort im Winter zu optimieren und thermische Verluste durch zu großes Überhitzen der Räume zu reduzieren.

Weitere Informationen hierzu im Projektverlauf.

Wirtschaftlichkeit

Die Wirtschaftlichkeit und Dauerhaftigkeit zeigt sich in dem Projekt insbesondere im Suffizienz-Ansatz des Sanierungskonzeptes. Die minimale Veränderung der Bestandsituation, bei laufendem Betrieb und Nutzung der Bestandsheizung und Verteilung führen zu einer maßgebenden Kostenreduktion im Vergleich zu einem Neubau oder einer Sanierung mit neuem Versorgungskonzept. Die tagsüber stattfindene Schulnutzung begünstigt zudem einen hohen Eigennutzungsgrad des auf dem Schuldach erzeugten Solarstromes. Bislang konnten mit der Sanierung die jährlichen Verbrauchskosten für Wärme um mehr als 60% reduziert werden, mit der Anpassung der Heizungsregelung werden weitere Einsparungen erwartet. Auch die Trinkwarmwasserverteilung wird erst in den kommenden Monaten erneuert, auch dadurch wird eine weitere Kostenreduktion erwartet.

Informationen hierzu im weiteren Projektverlauf.

Auszeichnung

Das Sanierungskonzept wurde mit dem BMWi-Preis „Schule 2030“ ausgezeichnet und erhielt dabei einen Sonderpreis für das innovative Beleuchtungskonzept.

Die Jury honorierte, dass es gut gelingt, einem Gebäude der 1950er Jahre ein neues zeitgemäßes Gesicht zu geben und gleichzeitig eine energetisch ambitionierte Sanierung vorzunehmen. Positiv eingestuft wird, dass durch die konstruktive Lösung der Wärmedämmung im Fensterbereich keine Glasflächenanteile verloren gehen. Die Qualität der Tageslichtbeleuchtung werde durch innovative Ansätze gezielt erhöht.

Projektkenndaten

Gebäudekenndaten

Konstellation: Who is who?  
Bauherr Kreis Lippe, Der Landrat, Eigenbetrieb Schulen
   
Gebäudetyp Berufsschule
   
Baujahr des Gebäudes 1957
Fertigstellung 2015
Inbetriebnahme 2015
   
Flächengrößen/Maße  
Beheizte Nettogrundfläche (für Nichtwohngebäude, in Anlehnung an DIN 277) 8.039 m²
Bruttorauminhalt 19.638 m³
Arbeitsplätze (oder Schüler oder vergleichbare Personenangaben) 875 Personen
A/V-Verhältnis (ggf. vor / nach Sanierung) 0,67 m²/m³

Energiekenndaten

Energiekennwerte Bedarf        
Neubau / nach … vor Sanierung  
Heizwärmebedarf (Nutzenergiebedarf Wärme) 203,79 13,30 kWh/m²a  
Primärenergie Wärme 161,10 11,00 kWh/m²a  
Primärenergie Gesamt 217,13 91,71 kWh/m²a  

Kostenkenndaten

Baukosten bzw. Sanierungskosten    
Kosten für die (Sanierung der) Baukonstruktion [KG 300] 591 EUR/m²
Kosten für die (Sanierung der) Technischen Anlagen [KG 400] 131 EUR/m²

Letzte Aktualisierung: 25. April 2017

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