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Kurztitel: Berufskolleg Detmold
Laufzeit: 07/2013 bis 11/2019
Themen: Sanierung von Einzelgebäuden, Heizen, Lüften, Kühlen, Tageslicht & Beleuchtung, Neue Materialien, Wärmenetze & Kältenetze, Solarstrom
Innovation: Vorgefertigte Module in Holztafelbauweise zur Fassadendämmung auf Basis von 3-D-Scans
Schlagworte:

Quintessenz

  • Plusenergie-Ziel erreicht
  • Fassadendämmung mit Holztafelelementen
  • neue Passivhaus-Fenster mit besonders schmalen Profilen bewahren hohen Verglasungsanteil
  • PV-Module dienen als Dachhaut
  • Beheizung über Fernwärme aus Biomasse beibehalten
  • Sanierung bei laufendem Betrieb

Auf dem Campus des Berufskollegs in Detmold wurden drei Schulgebäude und eine Sporthalle grundlegend saniert. Dazu wurden die Fassaden und obersten Geschossdecken mit Zellulose gedämmt, Passivhausfenster eingebaut und die Dachflächen mit PV-Paneelen eingedeckt. Das bestehende Heizsystem wird mit abgesenkten Temperaturen weiter genutzt. Kombiniert mit Solarstromerzeugung und Nutzung von Fernwärme aus Biomasse, erreichen die Gebäude jetzt Plusenergie-Niveau.

Projektkontext

Der Kreistag in Lippe hatte 2008 beschlossen, eigene Liegenschaften mit Passivhaus-Komponenten zu sanieren und Dachflächen zur Solarstromerzeugung zu nutzen. Als Gebäude des Felix-Fechenbach-Berufskollegs aus den Jahren 1954 bis 1962 zur Sanierung anstanden, wurde daraus eine Plusenergieschule konzipiert. In der Jahresbilanz sollte also mehr Primärenergie erzeugt werden als Beheizung, Lüftung und Trinkwassererwärmung – einschließlich Hilfsenergie – sowie Beleuchtung verbrauchen.

Im Vorfeld der Sanierung entstanden noch verschiedene Anbauten an den Bestand.

Lageplan des Campus Berufskolleg Detmold. Gebäude 1-3 sowie die Sporthalle wurden auf Plusenergie-Niveau saniert. Grün markiert sind die Erweiterungsbauten.

© 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

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

Forschungsfokus

Bei dem Projekt lag besonderes Augenmerk darauf, bestehende Konstruktionen zu erhalten sowie ressourcenschonende Materialien einzusetzen. Auf Basis von Lebenszyklusbetrachtungen fiel für die Fassadendämmung die Wahl auf vorgefertigte Module in Holztafelbauweise, die mit Zellulose befüllt wurden.

Das Projekt wird sozialwissenschaftlich begleitet. Schüler und Lehrer werden regelmäßig befragt, um so das Behaglichkeitsempfinden vor und nach der Sanierung zu erfassen und zu bewerten.

Konzept

Sanierungskonzept

Die verwendeten Baumaterialien zeichnen sich durch sparsamen Material- und Ressourceneinsatz bei der Herstellung aus. Die Außenwände erhielten eine vorgehängte Fertigteil-Fassade in Holzbauweise mit wärmebrückenoptimierten Holzstegträgern. Die Konstruktion ist mit einer 36 Zentimeter starken Zellulose-Dämmung befüllt. Die Fassadenelemente wurden mithilfe eines 3-D-Scans der Gebäude entwickelt und produziert. So ließen sich Maßtoleranzen der unebenen, schiefen und stark gegliederten Bestandswände berücksichtigen. Die Vorfertigung ermöglichte es, die Dämmmaßnahmen auf die Sommerferien zu begrenzen.

Weil neu entwickelte Passivhaus-Fenster mit besonders schmalen Profilen eingebaut wurden, bleibt der effektive Verglasungsanteil der Fassade weiterhin hoch. Die Tageslichtsituation wird durch Einfügung verglaster Oberlichter, helle Anstriche mit hohem Reflexionsgrad, schmale und tiefe Fensterrahmen und durch Vermeidung tiefer Fensterlaibungen verbessert.

Auf den flach geneigten Dächern übernehmen Photovoltaik-Module die Funktion der Dachhaut. Die Module wurden zwecks guter Hinterlüftung mit einem vergrößerten Luftspalt auf das Unterdach aus Holzweichfaser montiert, was ihre Kühlung über natürliche Luftkonvektion unterstützt.

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

Die neue Fassade aus vorgesetzten Holztafelelementen wird verputzt.

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Weitere Abbildungen

Grundriss Gebäude 3 (EG)

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Ansicht von Gebäude 3 aus Nordwest: An der Fassadengestaltung lässt sich der angebaute Trakt ablesen.

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Die Sporthalle nach Sanierung

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Ein Bestandteil des Sanierungskonzepts sind neue, vorgesetzte Fassaden mit sehr gutem Wärmeschutz.

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Die neue Fassade nach Fertigstellung, noch mit Gerüst.

© pape oder semke Architekturbüro, Detmold

Energiekonzept

Die Klassenräume werden neben der Möglichkeit, die Fenster zu öffnen, über dezentrale Geräte mit Wärmerückgewinnung mechanisch be- und entlüftet. Zwei Räume sind zu Testzwecken zusätzlich mit Deckenventilatoren ausgestattet. Zur Beleuchtung waren größtenteils bereits präsenz- und tageslichtgesteuerte Leuchtstofflampen installiert, in den restlichen Bereichen ist jetzt LED-Technik eingebaut.

Versorgt werden die Gebäude weiterhin mit Fernwärme aus Biomasse – gut für die Primärenergiebilanz. Im Rahmen der Tiefbauarbeiten wurden auch die Zuleitungen erneuert und gedämmt. Die deutlich bessere Gebäudedämmung ermöglichte es, die Vorlauftemperaturen zu senken und die Laufzeiten anzupassen. Um Verluste der Zirkulationsleitungen zu reduzieren, wurde die Trinkwarmwasserversorgung erneuert.

Von zentraler Bedeutung für die Erzielung eines Energieüberschusses ist die Photovoltaik-Anlage mit einer Gesamtspitzenleistung von 346 Kilowatt (peak).

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

Weitere Abbildungen

Zusammenfassung der eingebauten Komponenten

© BINE Informationsdienst

Heizungsschema

© Fraunhofer IBP, Stuttgart

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

© Hochschule Ostwestfalen-Lippe

Performance

Wie das Monitoring der Hochschule Ostwestfalen-Lippe belegt, erfüllt die Schule das Ziel der primärenergetischen Plusenergiebilanz bereits seit der Fertigstellung 2016. Die Sanierung reduzierte den Endenergieverbrauch für Wärme um ca. 65%. Die Bereitstellung des Trinkwarmwassers verbraucht nach der Sanierung noch etwa doppelt so viel Energie wie prognostiziert. Trotz nachträglich gedämmter Leitungen und Reduktion der Verbrauchsstellen auf wenige Räume machen Leitungs- und Speicherverluste mehr als 90% aus. Derzeit untersuchen die Wissenschaftler die Ursachen und Optimierungsmöglichkeiten.

In zwei Klassenräumen werden die Verbräuche und Lasten einzeln erfasst: Den größten Stromverbrauch verursacht das Whiteboard inkl. Lehrer-PC mit ca. 4,3 kWh/(m²a), ein System, mit dem die Schule bereits vor der Sanierung ausgestattet war.

Der Energieverbrauch der statischen Heizung beträgt im Klassenraum ca. 24 kWh/(m²a) und konnte im Vergleich zum Ausgangszustand um über 80% reduziert werden. Dies bewirkte jedoch nicht allein die Sanierung, vielmehr reduzierten Optimierungen nach dem ersten Betriebsjahr den Verbrauch um weitere 21%.

Jahresbilanz der Endenergie in der Gegenüberstellung zum Bestand und der Bedarfsprognose (bezogen auf das Referenzklima Potsdam); für den Bestand lagen keine Messdaten des Stromverbrauches vor. Aufgrund des Primärenergiefaktors 0 der Fernwärme, des größtenteils selbst genutzten Solarstromes und der Sanierung der Gebäudehülle wird Plusenergie-Niveau erreicht.

© iFE Institut für Energieforschung

Einzelverbräuche in den Klassenzimmern. Der aufgeführte Endenergieverbrauch für Wärme wurde standort- und klimabereinigt.

© iFE Institut für Energieforschung

Bewertung der Lüftung

Mitarbeiter des Instituts für Ressourceneffizienz und Energiestrategien (IREES) befragen Schüler und Lehrer regelmäßig, um das Behaglichkeitsempfinden vor und nach der Sanierung zu erfassen. Demnach waren die Nutzer nach der Sanierung vor allem mit der Luftqualität unzufrieden, obwohl während der überwiegenden Nutzungszeit eine CO2-Konzentration unter 1.000 ppm gemessen wurde. Messungen belegten kritische Zustände der Luftfeuchtigkeit im Winter: Der Außenluftvolumenstrom von ca. 20 m³/h pro Person führte etwa während eines Drittels der Nutzungszeit im Winter zu einer relativen Luftfeuchtigkeit von nur 20 bis 30% - ein typisches Problem bei mechanischer Lüftung. Nach der Anpassung der Heizungsregelung und der Absenkung des maximalen Volumenstroms auf 12 m³/h wurde der Grenzwert von 40% deutlich seltener unterschritten. Derzeit untersuchen die Wissenschaftler, wie sich dauerhaft eine hinreichende relative Luftfeuchtigkeit bei gleichzeitig geringer CO2-Konzentration gewährleisten lässt.

Optimierung

Die bestehenden Heizkreise der Altbauten können ohne zusätzlichen Aufwand nur gebäudespezifisch geregelt werden, da die Verteilung als Tichelmann-System ausgeführt ist. Sowohl die Klassenzimmer im Untergeschoss als auch Computerräume und Standardklassenzimmer sowie Lehrerzimmer sind dem gleichen Heizkreis zugeordnet. Die Möglichkeit, Temperaturen in den Räumen anzupassen, beschränkt sich auf die individuelle Einstellung der bestehenden (Behörden-)Thermostatventile und die Betriebszeit der Heizung.

Das intensive Monitoring in Kombination mit Raumsimulationen ermöglichte die schrittweise Annäherung an eine optimale Fahrweise der Heizung durch Anpassungen im laufenden Betrieb.

Wirtschaftlichkeit

Die minimale Veränderung der Bestandsituation, die Sanierung bei laufendem Betrieb sowie die Nutzung der Bestandsheizung und -verteilung reduzieren die Kosten im Vergleich zu einem Neubau oder einer Sanierung mit neuem Versorgungskonzept maßgeblich. Die tagsüber stattfindende Schulnutzung begünstigt zudem einen hohen Eigennutzungsgrad des vor Ort erzeugten Solarstromes.

Die Verbrauchskosten für Wärme lagen im Jahr 2017 um 48 % niedriger als vor der Sanierung. Rechnet man die Vergütung der PV-Einspeisung ein, reduzierten sich die Kosten um 55 %. Mit der Anpassung der Heizungsregelung werden weitere Einsparungen erwartet.

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, den Gebäuden der 1950er Jahre im Zusammenhang mit der energetisch ambitionierten Sanierung ein zeitgemäßes Gesicht zu geben. Positiv eingestuft wurde, dass durch die konstruktive Lösung der Wärmedämmung im Fensterbereich keine Glasflächenanteile verloren gehen.

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        
nach … vor Sanierung  
Heizwärmebedarf (Nutzenergiebedarf Wärme) 13,30 203,79 kWh/m²a  
Primärenergie Wärme 11,00 161,10 kWh/m²a  
Primärenergie Gesamt 91,71 217,13 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: 11. Oktober 2018

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