Energetische Sanierung des Bertolt-Brecht-Gymnasiums Dresden

	Adresse:	Lortzingstr. 1, 01307 Dresden
	Bauherr:	Stadt Dresden
	Antragsteller:	Stadt Dresden
	Ansprechpartner:	Technische Universität Dresden, Institut für Bauklimatik, Uwe Meinhold

Projektbeschreibung

Allgemeine Daten

Projektadresse	Bertolt-Brecht-Gymnasium Lortzingstr. 1 01307 Dresden Deutschland
Baujahr	1967
Sanierungszeitraum	1993 - 1995
Gesamtgrundfläche	2.407 m²
Anzahl der Klassenzimmer	20 + 6 Fachräume
Standard- Klassenzimmer	50 m² 20 - 25 Schüler

Die Schule nach der Sanierung

Projektübersicht
Die Bertolt-Brecht-Schule ist ein Beispiel für eine der "Typenschulen", die in der früheren DDR in den 1960er und 70er Jahren in Plattenbauweise gebaut wurden. Der Heizenergieverbrauch vor der Sanierung war sehr hoch aufgrund fehlender Wärmedämmung, schlechter Fensterqualität und großen Luftundichtheiten. Die energetische Sanierung schloss eine Umwandlung der Innenhöfe zu zwei Atrien ein. Dadurch können diese als Zusatzräume für z. B. Schulkantine und Aula genutzt werden. Die Sanierung hatte als Ziel, die Energieeinsparmöglichkeiten darzustellen und gleichzeitig das Angebot an Gemeinschaftsräumen zu erhöhen.

Sanierungsmaßnahmen

-	Umgestaltung der Innenhöfe zu Atrien
-	Vorerwärmung der Luft durch die Atrien im Winter und Nachtlüftung im Sommer
-	Dämmung der Außenwände mit 12 cm Polystyrolhartschaum mit Putz (Wärmedämmverbundsystem)
-	Dachdämmung, wärmeschutzverglaste Fenster mit Holzrahmen
-	neue Heizungsregelung (Nacht- und Wochenendabsenkung), tageslichtabhängige Kunstlichtregelung

Lage

Standort der Schule in Deutschland

Die Bertolt-Brecht-Schule liegt im Stadtbereich von Dresden, der Hauptstadt des Bundeslandes Sachsen im Osten Deutschlands.

Breitengrad	51,0 °N
Längengrad	13,9 °O
Höhenlage	106 m über NN
Mittlere Jahrestemperatur	8,9 °C
Mittlere Temperatur im Winter	0 °C
Klima - Beschreibung	Sonnig, gemäßigt
Klima - Beschreibung	Braunschweig Testreferenzjahr (TRY)

Gebäudetyp / Baujahr
Das Gebäude wurde in den 70er Jahren im Schusterstil gebaut. Es besteht aus zwei Blöcken, die einzeln betrachtet in die Kategorie Seitengangschule eingeordnet werden können, und die durch drei Treppenhäuser miteinander verbunden sind. Nach der Sanierung und der Umgestaltung der Innenhöfe zu Atrien könnte das Gebäude als Haupthallenschule bezeichnet werden. Die Schule wird derzeit als Oberschule genutzt.

Gebäudetyp		Baujahr
Gebäudetyp		vor 1910	1910-1930	1930-1950	1950-1970	1970-1990	nach 1990
Dorfschule
Mehrgeschossige Schule	Mittelflur-Schule
Mehrgeschossige Schule	Seitenflur-Schule				X
Pavillon-Schule
Hallen-Schule							nach San.
Zentral-Schule
Kammform-Schule
Offenes-Konzept-Schule
Cluster-Schule
Sonstige

Ausgangszustand
Hüllflächen Die Giebelwände wurden aus Leichtbeton gefertigt, die Brüstungen aus Beton mit Holzwolle zwischen den zwei Betonschichten. Der Dachaufbau beinhaltete nur 3 cm Dämmung. Die Fenster bestanden aus Zweifach-Verglasung in Holzrahmen. Die Kellerdecke und die Kellerwände besaßen keine Dämmung. Alle Hüllflächen wiesen relativ hohe U-Werte auf.	Grundriss der Schule nach der Sanierung

Heizung / Lüftung und Beleuchtungsanlage
Das Gebäude ist an die städtische Fernwärmeversorgung angeschlossen. Die Räume wurden und werden immer noch über Radiatoren mit Thermostaten beheizt. Die Lüftung erfolgte über die Fenster und die Luftundichtheiten.
Das Gebäude wurde über die großflächigen Fenster auf beiden Seiten gut mit Tageslicht versorgt.

Mängel / Schäden
Der Schule fehlte es an Gemeinschafträumen wie z. B. einer Aula vor der Sanierung. Die Transmissionswärmeverluste waren hoch und die alten Fenster undicht. Das Erscheinungsbild der Schule entsprach nicht den Erwartungen der Nutzer.

Sanierungskonzept

Neben Standardmaßnahmen, wie der Verbesserung der Wärmedämmung an der Fassade, konzentrierte sich die Sanierung auf die Umwandlung der Innenhöfe zu Atrien, um damit diese Räume als Gemeinschaftsräume nutzen zu können. Eine zusätzliche Nutzfläche von ca. 400 m² wurde somit gewonnen, die jetzt als überdachter Schulhof, Aula und Lesebereich genutzt wird. Im Westen wurde für weitere Klassenzimmer ein dreistöckiger Gebäudeblock angebaut.

Zusammenstellung der U-Werte der Gebäudehüllflächen vor und nach der Sanierung

Bauteil	U-Wert [W/m²K]
Bauteil	Vor der Sanierung	Nach der Sanierung
Außenwand	1,82	0,28
Kellerwand	3,03	0,43
Fenster	2,6	1,5
Atriumglasdach	---	1,6
Dach	0,95	0,25
Kellerdecke	3,50	0,44

Hüllflächen
Die Außenwände wurden durch ein 12 cm starkes Wärmedämmverbundsystem mit Polystyrolhartschaum gedämmt. Das Dach erhielt eine zusätzliche 15 cm starke Dämmung, die Kellerdecke und die Kellerwände wurden mit 8 cm Dämmung thermisch verbessert. Die Fenster wurden ersetzt durch Fenster mit Wärmeschutzverglasung in Holzrahmen. Durch die Einbeziehung der Innenhöfe in das beheizte Volumen wurden das A/V-Verhältnis verbessert und die wärmetauschende Hüllfläche verringert.

Heizung / Lüftung / Beleuchtung
Das Heizungssystem blieb bestehen. Defekte Bestandteile wurden ersetzt und ein neues Regelungssystem wurde installiert. Dadurch ist jetzt eine Nacht- und Wochenendabsenkung möglich. Drei örtliche Warmluftkonvektoren wurden pro Atrium in einer Höhe von 3,5 m angebracht. Das Lüftungskonzept basiert auf den neuen Atrien. Im Sommer wird durch Nachtlüftung kühle Luft durch die Außenfassade in die Klassenzimmer und von dort aus in die Atrien gezogen. Dieser Prozess wird durch Ventilatoren unterstützt, die automatisch mit den Öffnungsfenstern im Atriumdach und in den Klassenzimmern verbunden sind, damit kein Überdruck entstehen kann. Im Winter wird die Luftströmung umgedreht und die in den Atrien vorgeheizte Luft in die Klassenzimmer weitergeleitet. Ein manuell gesteuerter Segeltuchsonnenschutz wurde unter dem Atriumdach angebracht, um die Überhitzung zu reduzieren. Die Tageslichtversorgung der Klassenzimmer wird durch die Atriendächer verschlechtert, besonders, wenn das Segeltuch geschlossen ist. Trotz dieser Verschlechterung wird das Tageslichtangebot im Klassenzimmer als zu¬friedenstellend beurteilt. In einigen ausgewählten Räumen wurden tageslichtabhängige Kunstlichtregelungen installiert.

Erzielte Energieeinsparung

Heizung
Der Heizenergieverbrauch konnte um mehr als 75 % verringert werden. Der erwartete Heizenergieverbrauch von 55 kWh/m²a wurde jedoch in beiden Messperioden überschritten, da die Nutzung der Atrien vom Plan abwich. Der Unterschied zum Energiekonzept besteht darin, dass die Atrien die gesamte Heizperiode über beheizt werden, da die Nutzer nach der Sanierung beschlossen, die Atrien auch im Winter durchgängig zu nutzen. Ursprünglich war geplant, die Atrien im Winter nur für besondere Anlässe zu beheizen.

Heizenegieverbrauch vor und nach der Sanierung

Heizenergieverbrauch [kWh/m²a]
Vor der Sanierung	Gemäß Energiekonzept	Nach der Sanierung (gemessen)
		1996/1997	1997/1998
283	55	69	69

Strom
Die Tageslichtqualität blieb weiterhin gut, mit einem etwas geringeren Tageslichtangebot in den Klassenzimmern im Erdgeschoss aufgrund der Atriumdächer. Der Vergleich der Räume mit und ohne tageslichtabhängige Kunstlichtregelung zeigte, dass ungefähr 77 % Energieeinsparung erreicht werden konnten, andererseits war das eingesetzte System teuer. Durch die geänderte Nutzung der Atrien gab es auch Probleme mit dem Lüftungskonzept. Die geplante Lüftung im Winter, für die die Ventilatoren vorerwärmte Luft aus den Atrien in die Klassenzimmer bringen sollten, funktionierte nicht, weil die Nutzer die Öffnungen in den Atrien schlossen, um Komfortprobleme (Kaltluftströme in den Atrien) zu verhindern. Die Ventilatoren arbeiteten trotzdem und transportierten so Luft aus den Korridoren in die Atrien und von dort in die Klassenzimmer. Dadurch konnte nur verbrauchte Luft gewonnen werden und Strom für die Ventilatoren wurde verbraucht. Die Nutzer müssen wie früher die Fenster öffnen, um Frischluft zu erhalten. Also konnte die Winterlüftungsstrategie nicht realisiert werden. Die automatische Nachtlüftung durch die Atrien im Sommer funktioniert gut.

Nutzerbewertung

Die Atrien sind sehr beliebt als Aufenthaltsräume und Ort für soziale Aktivitäten. Sie werden auch als Klassenzimmer genutzt. Durch das Lüftungskonzept durch die Atrien gibt es eine Geräuschweiterleitung, die zu Lärmbeeinträchtigung führt. Das Tageslicht in den Klassenzimmern ist befriedigend, die Handhabung der Regelsysteme wurde von den Nutzern akzeptiert. Das manuell bedienbare Sonnenschutzsystem am Atriumdach wurde nur sporadisch eingesetzt und ist deshalb unbefriedigend. Ursprünglich wurde geplant, den Sonnenschutz automatisch zu steuern, dies wurde aber aus Kostengründen eingespart. Die Lüftung war aufgrund des veränderten Nutzungskonzepts nicht so effektiv wie erwartet. Dadurch mussten weitaus öfter die Fenster zu Lüftungszwecken geöffnet werden als ursprünglich geplant.

Das neue Atrium

Zusammenfassung

Der Heizenergieverbrauch wurde um 75 % reduziert, der Stromverbrauch für Beleuchtung in einzelnen Klassenzimmern um bis zu 77 %. Trotz der veränderten Nutzung der Atrien konnten die erwarteten Energieeinsparungen fast komplett realisiert werden. Die Atrien wurden als fast immer unbeheizte Pufferzonen entworfen. Die Realität zeigte, dass sie als Aufenthaltsräume sehr beliebt sind, so dass sie im Winter im Gegensatz zum Konzept häufig beheizt werden. Deshalb konnten die Atrien nicht die zugedachte Rolle im Lüftungskonzept für die Klassenzimmer übernehmen. Durch die Einrichtung von Atrien kann die Nutzfläche von Schulen erhöht werden. In Schulen ohne Aula (wie z. B. im sogenannten Schuster-Typ) erscheint es unvermeidbar, dass Lehrer und Schüler die Atrien ganzjährig als helle und gefällige Umgebung für unterschiedliche Zwecke nutzen. Deshalb sollten Atrien nicht als Zonen zur Vorerwärmung der Zuluft im Lüftungskonzept eingeplant werden, da sie fast immer beheizt werden.

Planungshilfen

-	Die Nutzung von Innenhöfen als Atrium ist die energieeffizienteste Art um die Nutzfläche der Schule zu erweitern.
-	Da die Atrien sehr gerne genutzt werden und deshalb auch beheizt werden müssen, sollten sie nicht als Vorerwärmzonen im Lüftungskonzept eingeplant werden.
-	Tageslichtabhängige Beleuchtungskonzepte führen zu hohen Energieeinsparungen – sind aber sehr teure Maßnahmen.
-	Im Sommer führen die Lüftungsmaßnahmen in der Nacht, zusammen mit den effizienten Sonnenschutz-Konzepten am Tag, zu behaglichen Raumbedingungen.

Zusätzliche Informationen

Literatur

[1]	Petzold, K. et al.: Energetische Sanierung und energieökonomische Erweiterung unter Verbesserung des sozial-kulturellen und des pädagogisch-funktionellen Niveaus von Typenschulbauten, Bericht zur Phase 1. Berlin, Dresden, Stuttgart, April 1994.
[2]	Petzold, K., Meinhold, U.: Energetische Untersuchungen an einem Schulgebäude. KI – Luft- und Kältetechnik 11/1999.
[3]	Petzold, K. et al.: Energetische Sanierung und energieökonomische Erweiterung unter Verbesserung des sozial-kulturellen und des pädagogisch-funktionellen Niveaus von Typenschulbauten, Phase II, Schlussbericht. Berlin, Dresden, Stuttgart, November 1998.

Projektpartner

Architekt	Institut für Bau- Umwelt- und Solarforschung – IBUS, Berlin
Bauphysik + Projektleitung	Technische Universität Dresden – TUD, Institut für Bauklimatik
Atrium Planung	Institut für Kernenergetik und Energiesysteme (IKE), Universität Stuttgart
Tageslicht	Technische Universität Berlin – TUB, Fachgebiet konstruktives Entwerfen und klimagerechtes Bauen
Messung	Langzeit: TUD unterstützt durch IBP; Kurzzeit: IBP
Förderprogramm	Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), Projektträger Jülich (PTJ)

Links

Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie: www.bmwi.de

Projektträger Jülich: www.kfa-juelich.de/ptj/

Technische Universität Dresden, Institut für Bauklimatik: tu-dresden.de/die_tu_dresden/fakultaeten/fakultaet_architektur/ibk

Institut für Umwelt und Solarforschung: www.ibus-berlin.de

Fraunhofer-Institut für Bauphysik: www.ibp.fraunhofer.de

Technische Universität Berlin, Fachgebiet klimagerechtes Bauen: www.a.tu-berlin.de/hascher/index.php