Die Sanierung der Hauptschule II und Polytechnischen Schule Schwanenstadt war die erste Sanierung eines öffentlichen Gebäudes in Österreich, die den energetischen Standard eines Passivhauses mit einem Heizwärmebedarf von 15 kWh/m²a verfolgte. Damit sollte die Machbarkeit einer großvolumigen Passivhaussanierung zu vertretbaren Mehrkosten aufgezeigt werden, wovon man sich eine große Vorbildwirkung versprach.
Um dieses Ziel zu erreichen, wurden verschiedene Ausführungsvarianten vorab in einem Forschungsprojekt im Rahmen des Programms "Haus der Zukunft" des österreichischen Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie miteinander verglichen.
Es wurden unterschiedliche Sanierungsvarianten mit dem Berechnungstool "Passivhaus-Projektierungs-Paket – PHPP" berechnet und analysiert und in der thermischen Gebäudesimulation mit dem Programm TRNSYS überprüft. Zudem wurde die Tageslichtplanung mit dem Programm ADELINE optimiert.
Auf Basis dieser Ergebnisse wurde etwa ein Jahr vor Baubeginn eine Musterklasse zur Erprobung und weiteren Optimierung der theoretischen Ergebnisse eingerichtet und für den weiteren Umsetzungsprozess des Demonstrationsprojektes ausgewertet.
Die Sanierung wurde anschließend von 2005 – 2007 realisiert. Durch den hohen Vorfertigungsgrad der Bauteile konnte die Sanierung mit nur geringfügiger Beeinträchtigung des Schulbetriebs und unter minimalem Transport- und Verkehrsaufkommen realisiert werden.

 

Das Grundstück liegt direkt an der Mühlfeldstraße nahe der B 135.
Die Entfernung zum Bahnhof Schwanenstadt und zum Stadtzentrum beträgt ca. 400 m.

Der gesamte Baukörper hatte durch eine Vielzahl von Erweiterungsanbauten ein schlechtes Oberflächen/Volumen-Verhältnis, beide Schulen bildeten zusammen einen offenen Würfel.

 

Die Die bestehende Ausführung erfolgte in Skelettbauweise. Die tragenden Stahlbetonstützen ragten dabei in einem Raster von 5 Metern jeweils 40 cm aus der Fassade heraus.

Zwischen den Stützen waren Fassadenelemente aus Waschbetonfertigteilen mit Innendämmung auf Konsolen gelegt und bildeten so den Fenstersturz und die Fensterbrüstung. Die Fenster waren als durchgehendes Band hinter den Stahlbetonstützen angeordnet.

Der Gebäudekomplex wurde mit Erdgas beheizt. In der Summe wurde ein Verbrauch von rund 450.000 kWh pro Jahr (bzw. 136 kWh/m²a bezogen auf 3.300 m² Nutzfläche) an Erdgas nur für die Raumwärme benötigt.

 

Die Stahlbetonstützen durchdrangen die thermische Hülle im Randbereich der Bodenplatte und gründeten im Grundwasser, das direkt unter dem Gebäude fließt.

Das ursprüngliche Flachdach wurde auf Grund permanenter Undichtheiten im Zuge späterer Umbauten mit einer flach geneigten Dachkonstruktion mit Blecheindeckung versehen.
Diese nachträgliche Dachkonstruktion und weitere diverse Anbauten, sowie kleine Fenstergrößen verschlechterten die Tageslichtqualität erheblich, wodurch in weiten Bereichen durchgehend Kunstlicht benötigt wurde.
Die früher öffenbaren Fenster mussten zwischenzeitlich großteils verschraubt werden wegen der Gefahr des Eindrückens in die Räume bei Sturm. Der dadurch entstandene mangelhafte Luftaustausch führte zu einer extrem schlechten Luftqualität in den Klassenräumen.
Auf Grund der beengten Platzverhältnisse mussten mehrere Schulklassen in zwei Ausweichquartiere im Umkreis von zwei Kilometern untergebracht werden und über die Jahre ständig pendeln.

Das Konzept der ökologischen und nachhaltigen Sanierung zum Passivhaus-Standard baute auf einer bereits vorhandenen Planung aus dem Jahr 2002 auf, die eine konventionelle, kostengünstige Sanierung vorsah. Dadurch stand eine Vergleichsbasis zur Verfügung, anhand derer die Effizienz der vorgeschlagenen Eingriffe bewertet werden konnte.
Die Ausführungsvarianten wurden mittels PHPP in ihrem Energieverbrauch bewertet und das Raumklima in dynamischen Simulationen überprüft.
Entgegen der Ursprungsplanung, welche zusätzliche Anbauten vor allem im östlichen Teil des Gebäudekomplexes vorsah, wurden diese bei der Neuplanung so angeordnet, dass ein kompakter, rechteckiger Gesamtbau entstand. Die Gesamtnutzfläche wurde so auf 6.214 m² vergrößert.

 

Um zu überschaubaren und ablesbaren Einheiten zu gelangen, wurde der Komplex in Hauptschule und Polytechnische Schule gegliedert.
In dem bestehenden Gebäudeteil wurden sämtliche 12 Klassenzimmer der Hauptschule untergebracht. Daran schließt ein weiterer Erweiterungsbau an, in welchem alle Sonderunterrichtsräume, eine Aula und im Erdgeschoss die Verwaltung angeordnet wurden.
Die zentralen Erschließungsflächen werden über neu angelegte Oberlichter belichtet.

Durch den Erweiterungsbau für die Polytechnische Schule wurde der Innenhof geschlossen, sowie gemeinsam genutzte Sonderunterrichtsräume in die Verbindungsebene im Erdgeschoss gelegt.
Des Weiteren entstanden gemeinsame Übergangsbereiche, das sogenannte "Info-Zentrum", die Cafeteria, Räume für den Hausmeister und eine großzügige Schulküche.
Die Durchführung der Sanierung erfolgte ohne wesentliche Beeinträchtigung des Schulbetriebes durch Vorfertigung und kurze Montagezeiten auf der Baustelle.

Neben der Erhöhung der Kompaktheit des Gebäudes wurden sämtliche Außenflächen in ihrer baulichen Substanz verbessert:

Zur Dämmung der Bodenplatte wurde im Forschungsprojekt der Einsatz von Vakuumdämmplatten vorgesehen, um den hohen Anforderungen an eine zusätzliche geringe Aufbaustärke von 8 cm gerecht zu werden. Als jedoch während der Sanierung unter der Bodenplatte 50 bis 70 cm tiefe Hohlräume vorgefunden wurden, wurde stattdessen auf ein neues Einblasverfahren mit konvetionellem Schaumglasschotter zurückgegriffen. Neben der günstigen Ökobilanz und guten Wärmedämm-Eigenschaften nimmt dieses Material kein Wasser auf und ist frostbeständig, was angesichts des hohen Grundwasserstandes beachtet werden musste.

Das in der konventionellen Sanierungsplanung vorgesehene Wärmedämmverbundsystem mit Steinwolle und einer Dämmstärke von 8 cm (U-Wert = 0,37 W/m²K) wurde durch eine Passivhaus-Leichtfassadenkonstruktion mit Zellulose (U-Wert = 0,08 W/m²K) ersetzt. Die gesamte Fassade inklusive der Fensterbänder wird so in einer Ebene vor den Stahlbetonstützen vorbeigeführt.

Ursprüngliches Sanierungskonzept ...	und verwirklichtes Passivhauskonzept mit Einpassdämmung

Trotz des rund sechsfachen Volumens ist diese Variante ökologisch vertretbar, da fast ausschließlich auf nachwachsende Rohstoffe zurückgegriffen wird, womit die Ökobilanz der Herstellung positiver ausfällt als bei heute konventionellen Sanierungsmaßnahmen. Wird der geringere Bedarf an Heizenergie beachtet, so vergrößert sich dieser Vorsprung erheblich.
Zum Einsatz kamen vorgefertigte Holz-Wandelemente in Passivhausqualität, die außen vor die bestehenden Beton-Fertigteilelemente gesetzt wurden. Etwa ein Jahr vor Baubeginn wurde ein Musterklassenraum zur Erprobung und weiteren Optimierung der theoretischen Ergebnisse errichtet.

Die Holzelemente sind mit Passivhaus-Fenstern mit Holz/Alurahmen und 3-Scheiben-Wärmeschutzverglasung ausgestattet. Die Befestigung der Wandelemente erfolgte in nur vier Tagen über flexible Befestigungspunkte, wodurch eine rasche, kostengünstige Montage ohne Gerüst und ohne größere Nutzerbeeinträchtigung ermöglicht wurde. Um die Wärmedämmung an die Unebenheiten und Fugen des Bestandes anpassen zu können, wurde eine 58 cm starke Einpassdämmung (Zellulosedämmung) vor Ort ausgeführt. Eine Hinterlüftung war aufgrund des hohen Dampfdiffusionswiderstands der Stahlbetonbrüstung nicht notwendig und aus brandschutztechnischen Gründen nicht erwünscht.

Photovoltaik-Elemente in der Glasfassade des Verbindungstrakts

Im gläsernen Verbindungstrakt wurde eine Photovoltaik-Anlage mit einer Leistung von 6 kWp in die Fassade integriert.

Das Dach erhielt einen Warmdachaufbau aus Holzriegelfertigteilen mit 40 cm Zellulosedämmung.

Als Wärmeerzeuger wurden die Systeme Holzpelletanlage und Erdgasanlage auf ihre Betriebswirtschaftlichkeit und ökologischen Auswirkungen hin untersucht und verglichen. Die Entscheidung fiel zugunsten der Holzpelletanlage mit einer Nennheizleistung von 110 kW.
Im Bestand erfolgt die Wärmeverteilung zum Großteil über die bestehenden Sanitärschächte, wobei im Erdgeschoss eine horizontale Ringleitung an der Decke verlegt wurde und von dort die Leitungen jeweils vertikal in die Räume geführt werden.
Die Wärmeabgabe erfolgt über eine thermostatisch regelbare Radiatorenheizung, wobei pro Klassenraum ein Heizkörper ausreicht, der nicht direkt vor der Verglasung platziert werden musste, wodurch ein relativ kleines Heizungsnetz realisiert werden konnte.
Für den zentralen Bereich wird Warmwasser bereit gestellt über eine nachrüstbare Solaranlage mit 15 m² Nettofläche. Räume, die weiter entfernt sind, werden – falls notwendig – durch dezentrale elektrisch beheizte Kleinspeicher gespeist.
Im Bereich der Lüftung wurden drei Varianten miteinander verglichen. Dabei handelte es sich um die Systeme: zentrale Lüftung des gesamten Gebäudes, semizentrale Lüftung von Gebäudeabschnitten und dezentrale Lüftung der einzelnen Räume. Aufgrund der beschränkten Platzverhältnisse im Erschließungsbereich stellte sich die Variante "dezentrale Lüftungsanlagen" als praktikabelste heraus, und es wurden Geräte mit variabler Luftmenge von 100 bis 500 m³/h in den Klassenräumen installiert.

Für größere Bereiche wurden zwei Geräte oder Geräte mit einer höheren Luftmenge gewählt. Die Luftmenge ist dabei abhängig von Nutzeranwesenheit und Luftfeuchte. Zudem besteht die Möglichkeit der Nachtlüftung. Die Geräte sind mit Schalldämpfer, energieeffizienten Ventilatoren und einer hocheffizienten Wärmerückgewinnungseinheit (80 – 90 %) ausgestattet.
Die Außen- und Fortluft wird direkt an der Außenwand über Gitter angesaugt bzw. ausgeblasen. Entgegen den ersten Entwürfen wurden keine aufwendigen Durchbrüche in den bestehenden Stahlbetonelementen ausgebildet, sondern die Lüftungskanäle nach unten verzogen, über die Fensterdurchbrüche vor die bestehende Fassade und von dort durch die vorgefertigten Holzriegelelemente nach außen geführt. Die Kanaldurchdringungen konnten so ebenfalls schon in der Montagehalle vorinstalliert werden.

Montage der Wandelemente mit den Anschlüssen für die Lüftungskanäle

Im Sommer kann von den Nutzern die Lüftungsanlage ausgeschaltet und der Raum somit über die Fenster gelüftet werden. Außerhalb der Betriebszeiten werden bei Raumlufttemperaturen über 23 °C die automatisch öffenbaren Fensterflügel so lange geöffnet, bis die Temperatur auf 21 °C abgesunken ist.

Es wurde trotz der limitierten Fenstergrößen des Altbaus versucht, einen möglichst hohen Tageslichtkoeffizient für die Arbeitsflächen des tiefen Baukörpers zu erreichen. Deshalb wurden zusätzlich zum Einbau von Oberlichtern sehr helle Decken und Fensterbrüstungen, sowie Reflexionswände und reflektierende Bodenbeläge verwendet.

Treppenhaus im Schulgebäude vor und nach der Sanierung

Der außenliegende Sonnenschutz erhielt je nach Orientierung eine einstrahlungsgeregelte Automatik, die raumweise durch den Nutzer übersteuert werden kann. Bei 400 W/m² Globalstrahlung wird der Sonnenschutz automatisch geschlossen, unter 200 W/m² wieder geöffnet. Im oberen Bereich ermöglicht eine variable Lamellenstellung den unverminderten Lichteintrag. Dadurch kann ein Kompromiss zwischen Lichteintrag und Schutz vor sommerlicher Überhitzung gefunden werden.
Diese Maßnahmen erzielten eine Reduktion des Energieverbrauchs für die künstliche Beleuchtung und Hilfsstrom um etwa die Hälfte. Die Beleuchtung funktioniert halbautomatisch: Das Anschalten erfolgt manuell über Lichtschalter. Über einen Präsenzfühler und Tageslichtsensor wird die künstliche Beleuchtung automatisch abgeschaltet.

Durch die beschriebenen Maßnahmen konnte der berechnete Endenergiebedarf der Schule um 76 % auf 33,6 kWh/m²a und der Primärenergiebedarf um 68 % auf 59,3 kWh/m²a reduziert werden.

Der Heizwärmeverbrauch konnte bereits im ersten Jahr nach der Sanierung auf 14,1 kWh/m²a um nahezu den Faktor 10 reduziert werden, und somit der geplante Passivhausstandard gemäß Berechnung nach PHPP mit 14,1 kWh/m²a erreicht werden. Der Wert ist damit um 88 % geringer als vor der Sanierung und um 82 % geringer als bei einer konventionellen Sanierung.

Es wird über eine hohe Nutzungsqualität berichtet, mit guter Frischluftversorgung in den Klassenräumen, verbesserter Tageslichtsituation und erheblich verbessertem thermischen Komfort. Die dezentralen, in den Unterrichtsräumen stehenden Lüftungsgeräte, können, wenn sie auf höchste Stufe eingestellt sind, durch ihren Geräuschpegel den Unterricht stören. Auch Schallprobleme zwischen den Klassenräumen werden erwähnt und bemängelt.

 

Kumulierte Annuitäten und Energiekosten der Gemeinde mit Sonderförderung

Das Projekt wurde im Rahmen der Programmlinie "Haus der Zukunft" – einer Kooperation des österreichischen Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie mit der Forschungsförderungsgesellschaft – unterstützt.
Vom Land Oberösterreich wurde es in das "Gebäudevorbildprogramm" aufgenommen und wurde als "Best Practice Beispiel" für thermische Altbausanierungen zusätzlich finanziell unterstützt.
Innerhalb von 20 Jahren Betriebszeitraum ist diese Passivhaussanierung sogar ohne Förderungen wirtschaftlich.

Die hohen Ziele der Sanierung der Hauptschule II und Polytechnischen Schule Schwanenstadt wurden erreicht. Der Heizwärmebedarf wurde mit 14,1 kWh/m²a projektiert und ist damit um 88 % geringer als vor der Sanierung. Der von den Wärmemengenzählern im Jahr 2007 gemessene Wert für Nutzenergie von 11,9 kWh/m²a unterbietet die Projektierung. Das Bauvorhaben ist somit wegweisend für zukünftige Sanierungen.

 

Positiv vermerkt wurde auch der Ablauf der Sanierungsmaßnahmen, da durch Vorfertigung und kurze Montagezeiten auf der Baustelle und minimiertem Transport- und Verkehrsaufkommen die Beeinträchtigungen für den Schulbetrieb gering gehalten werden konnten.
Unter dem Motto "Praxis lernen – Wissen von Morgen erweitern" arbeiteten die Schüler der Polytechnischen Schule unter Anleitung der ausführenden Unternehmen an der Renovierung mit.