Gebäude 3 - Erweiterung,
Lern- und Verwaltungstrakt,
Blick von Nordwest

 

Projektübersicht

Die Gebäude der Berufskollegs "Felix-Fechenbach" und "Dietrich-Bonhoeffer" in Detmold sollen durch die energetische Gebäudesanierung den Plusenergiestandard erhalten. Die Zielsetzung umfasst die deutliche Verbesserung der Energieeffizienz bei gleichzeitiger Komfortverbesserung. In der Jahresbilanz soll mehr Primärenergie erzeugt werden, als für Beheizung, Trinkwarmwassererwärmung, Lüftung und Beleuchtung einschließlich Hilfsenergie verbraucht wird. Ebenso sollen die Vorgaben "3-Liter-Schule" sowie "Passivhausstandard (nach Passivhaus Institut Darmstadt)" eingehalten oder unterschritten werden.

Bereits 2010 wurde mit der Konzepterstellung, dem Umbau und den Erweiterungsmaßnahmen begonnen und seit 2014 erfolgt die bauliche Umsetzung der Sanierung zur Plusenergieschule. Dabei leistet die Verwendung von nachhaltigen Materialen und vorgefertigter Elemente einen wichtigen Beitrag zum wirtschaftlichen und ökologischen Bauen.

 

Gebäudetyp / Baujahr

 

Von insgesamt fünf Schulgebäuden stehen die Gebäude 1 bis 3 aus den Jahren 1957 bis 1962 zur grundlegenden Sanierung an. Sie sind in etwa parallel zueinander angeordnet und durch Verbindungstrakte miteinander verknüpft. An den Verbindungsbau zwischen Gebäude 2 und 3 ist die ca. 150 m² große "Kleine Turnhalle" angegliedert.
Das Felix-Fechenbach-Berufskolleg wurde 1977 durch ein weiteres Schulgebäude (Gebäude 4) erweitert. Dieses Gebäude sowie die Sporthalle auf dem Campus gehören nicht zum Umfang der Sanierungsmaßnahmen. Gegebenenfalls wird für Gebäude 4 ein Anschlusskonzept beantragt.

 

 

 

Gebäude 1

Das dreigeschossige Gebäude ist als Seitenflurschule errichtet worden. Die Klassen- und Fachräume im Erd- und Obergeschoss orientieren sich in südöstlicher Richtung. Im Untergeschoss befinden sich Lager- und Abstellräume. An die auf der nordöstlichen Giebelseite gelegene Eingangshalle erschließt sich eine Rundtreppe, die den Zugang zu allen Geschossen gewährleistet. Ein südwestlicher Nebeneingang ermöglicht den Zutritt zu einem weiteren Treppenhaus. Den oberen Gebäudeabschluss bildet der nicht ausgebaute Dachraum unter einer ziegelgedeckten Walmdach-Holzkonstruktion.
Der Verbindungsbau zum Gebäude 2 ist ein mit einer Satteldachkonstruktion überdeckter und unterkellerter Arkadendurchgang. Hier ist eine Toilettenanlage untergebracht; im Untergeschoss sind Abstell- und Lagerräume.

Gebäude 2

Wie Gebäude 1 wurde auch das Gebäude 2 als dreigeschossiger Seitenflurtyp erbaut, ebenfalls mit der Ausrichtung der Haupträume nach Südost. Das Untergeschoss liegt jedoch nur teilweise im Erdreich, so dass in diesem Fall ein Souterrain vorliegt, das sowohl Klassen- wie auch Fachräume der Schule beherbergt. Im Erdgeschoss sind neben den Klassenräumen zusätzliche Räume für die Verwaltung und das Lehrpersonal untergebracht; sowie auf der nördlichen Giebelseite die Hausmeisterwohnung mit separatem Zugang. Im Obergeschoss befinden sich weitere Klassenräume. Das Haupttreppenhaus liegt nahezu zentral im Gebäudekern. Auch in diesem Gebäude ist der Dachraum unter dem Walmdach nicht ausgebaut.
Ein zweigeschossiger Flachdachbau bildet den Verbindungstrakt zu Gebäude 3. Im Erdgeschoss befinden sich hier entlang des Durchgangs die Toilettenanlagen und in etwa mittig ist die "Kleine Turnhalle" mit ihren beiden Zugängen angegliedert.

Querschnitt Gebäude 2

 

Im Untergeschoss dieses Verbindungsbaus sind die Umkleideräume untergebracht. Die Turnhalle selbst ist nicht unterkellert. Im Vergleich zum Verbindungsbau wurde die Halle höher gebaut, wodurch auf der Südwest-Seite ein Oberlicht-Fensterband eingesetzt werden konnte. Die nord-östliche Hallenwand ist vollflächig verglast. Ein ziegelgedecktes Walmdach bildet den oberen Abschluss des Turnhallenbaukörpers.

 

 

Gebäude 3

Zwei zueinander versetzt erstellte Baukörper bilden entlang des Flures in ihrer Mittelachse das Gebäude 3 des Gesamtkomplexes. In diesem Mittelflur-Gebäudetyp sind die Haupträume der Schule zu beiden Seiten – Nord-West und Süd-Ost – ausgerichtet. Die Geschosse werden jeweils auf der nordöstlichen und südwestlichen Seite des Gesamtgebäudes von einer U-Treppe mit Halbpodesten erschlossen. Nur die Gebäudehälfte zur Nord-Ost-Seite ist unterkellert. Hier befinden sich Technik- und Lagerräume sowie Klassenzimmer. Im Erdgeschoss darüber sind die Büroräume der Verwaltung sowie Unterrichtsräume für den Gastronomiebereich. In den beiden Obergeschossen verteilen sich weitere Fach- und Klassenräume. Wie bei den beiden anderen Gebäuden ist auch hier ein nicht ausgebauter Dachraum unter dem ziegelgedeckten Walmdach der obere Gebäudeabschluss.

Querschnitt durch den nord-östlichen Teil von Gebäude 3

 

Entsprechend ihrer Entstehungszeit zwischen 1957 und 1962 liegen bei den Massivbauten der Gebäude 1 bis 3 baujahrestypische Konstruktionen vor.
Die tragende Konstruktion besteht im Wesentlichen aus 38,6 cm dicken verputzten Mauerwerkswänden und 20 cm dicken Stahlbetondecken. Die obersten Geschossdecken sind auf ihrer Oberseite zum ungenutzten Dachraum hin nicht gedämmt wie auch die Holzsparren-Unterkonstruktionen der mit Hohlziegeln gedeckten Walmdächer mit keinerlei Dämmung versehen wurden. Auch die 20 cm dicken Stahlbetonbodenplatten der Gebäude zum Erdreich haben keine Dämmung.
Die veralteten Holzfenster, die im Laufe der Jahre teilweise durch Aluminiumfenster ersetzt wurden, führen mit ihren hohen U-Werten zu besonders ungünstigen Transmissionswärmeverlusten.

 

 

Die Beheizung der Gebäude erfolgte über einen Fernwärmeanschluss . Zur Abdeckung der Spitzenlasten wurde auf einen Gasheizkessel zugegriffen.

 

Aufteilung der spezifischen Verbrauchswerte bezogen auf die beheizte Nettogrundfläche

 

Bei der Planung der Maßnahmen findet ein integraler Planungsprozess statt. Dabei werden verschiedene Einzeldisziplinen zu einem sinnvollen Ganzen vereint, so dass komplexe fachspezifische Aufgaben effektiv gelöst werden können.

Die Innen- und Außenräume sollen durch gestalterische, klimatische, licht- und farbkonzeptionelle Akzente zu einer positiven Atmosphäre in den Gebäuden beitragen.

Der Einsatz von nachhaltigen Baumaterialien bei möglichst sparsamen Materialeinsatz unterstreicht den bewussten Umgang mit Ressourcen bei der Herstellung bzw. Umsetzung der Ziele der Sanierung. Durch die modulare Bauweise kann die Bauphase wirtschaftlich kurz gehalten werden.

Farbkonzept für die Fassadengestaltung des Gesamtkomplexes

Das Erscheinungsbild des zu sanierenden Gebäudekomplexes wird nicht grundlegend verändert. Die Außenwände der Gebäude erhalten vorgebaute Fertigteil-Fassadenelemente in Holzbauweise.
Die nahezu durchgehenden Fensterbänder der Geschosse enthalten Verbundelemente, die entsprechend dem Farbkonzept für das jeweilige Gebäude bestimmte Akzente setzen.

Die Raumaufteilung in Gebäude 1 und 2 wurde nicht verändert. Brandschutztechnische Gründe erforderten bei Gebäude 2 und 3 den Anbau von Fluchttreppen in den Außenbereich.

In die Dachflächen der Gebäude visuell bündig integrierte Photovoltaik-Module tragen maßgebend zur Energieversorgung bei.

 

Umsetzung der Farbgestaltung am Beipiel von Gebäude 2
(oben: Südost-Ansicht - unten: Nordwest-Ansicht)

 

Die wesentlichen baulichen Veränderungen erfährt der Gesamtkomplex einerseits im Verbindungstrakt zwischen Gebäude 1 und 2 und zum anderen in den Erweiterungen von Gebäude 3.

Umgestaltung und Erweiterung des Verbindungstrakts zwischen Gebäude 1 und 2

 

Erdgeschoss-Grundriss

 

Obergeschoss-Grundriss - die "Lernlandschaft"

 

Im Erdgeschoss bleibt die Toilettenanlage erhalten. Der vorher offene Arkadengang ist jetzt durch eine Glasfassade vom Außenbereich abgetrennt, wodurch eine Pausenhalle entstanden ist.

Blick in die "Lernlandschaft" im Obergeschoss

Im Geschoss darüber entwickelt sich die Lernlandschaft: Entlang eines breiten Flures reihen sich ein Computerraum sowie Gruppen-, Seminar- und Individual-Arbeitsraum, die in ihrer Raumaufteilung flexibel zu gestalten sind.

Erweiterung Gebäude 3

 

 

Auf der südwestlichen Seite wurde das Lehrrestaurant in den neuen, pavillonartigen Anbau im Erdgeschoss verlegt. Die neue räumliche Situation bot die Möglichkeit zur Erweiterung der Lehrküche.

 

 

Über alle Geschosse erstreckt sich auf der nord-östlichen Gebäudeseite der neue Anbau des Verwaltungs- und Lerntrakts. Im Erdgeschoss befinden sich hier die umgestalteten Bereiche der Schulverwaltung und -leitung. In den Geschossen darüber entstanden neue Klassen- und Fachräume.

Auch in diesem Anbauteil wurde eine Aufzugsanlage eingebaut mit der die behindertengerechte Erschließung von Gebäude 3 gewährleistet wird.

 

Um das Plusenergie-Niveau erreichen zu können, müssen die Transmissions- und Lüftungswärmeverluste der Gebäude reduziert werden.

 

 

Aufgrund der Vorfertigung verkürzt sich der Zeitaufwand für die Sanierung deutlich. Ebenso können relativ einfach innerhalb der thermischen Hülle Lüftungs- und weitere Verteilleitungen verlegt werden.

 

 

Für die Fensterflächen kommen neu entwickelte Passivhausfenster mit 3-facher Wärmeschutzverglasung in schmalen glasleistenlosen Rahmenprofilen aus Holz mit einer Aluminiumabdeckung zum Einsatz.

Die Dämmung der obersten Geschossdecke erfolgt, wie bei den Außenwänden, durch den Einbau vorgefertigter Holztafelelemente. Auch in diesen Modulen sind die Zwischenräume mit Zellulose- Einblasdämmung befüllt.

Die statisch notwendigen wärmebrückenrelevanten Stahlbeton-Widerlager der Sparrendachkonstruktion erhalten einen Schott aus Vakuumdämmung.

Auf die bestehende Bodenplatte wird Vakuumdämmung aufgebracht und darauf der neue Fußbodenaufbau aus Holzweichfaser, Estrich und Linoleumbelag.

 

Die Verbesserung der Gebäudehülle allein ist nicht ausreichend, um das Plusenergie-Niveau erreichen zu können. Auch der Einsatz moderner Gebäudetechnik ist dafür unumgänglich.

 

Blick über die Dachlandschaft mit den integrierten PV-Modulen

 

In die Dachflächen der Gebäude 1 bis 3 und der kleinen Turnhalle ist mit einer Gesamtmodulfläche von 2.768 m² die Solarstrom-Anlage mit 352 kWp installiert.

"Plusenergie" erfordert das Erwirtschaften eines Energieüberschusses in der Jahresbilanz. Um das gewährleisten zu können, wurde das integrierte Solardach mit kristallinen PV-Modulen entwickelt.

 

Dach von Gebäude 3 (Nordost-Ecke)

 

Zur verbesserten Hinterlüftung der PV-Module über Luftkonvektion sind sie mit einem vergrößerten Luftspalt-Abstand auf das Unterdach aus Holzweichfaserplatten montiert.

Für die PV-Anlage wurde anhand des Visualisierungsprogramms "EnerCalc-Bilanzierung" ein möglicher Jahresertrag von 285.630 kWh/a errechnet. Demgegenüber steht ein Strombedarf von 122.263 kWh/a, der in erster Linie durch selbsterzeugten Strom gedeckt werden soll. Der hohe Stromüberschuss in den Sommermonaten – erwartet werden etwa 185.000 kWh – wird über die bereits vorhandene Trafostation ins öffentliche Stromnetz eingespeist, während die im Winter auftretende Defizite über das Stromnetz ausgeglichen werden.

 

Wärmeversorgung

Die sanierten Gebäude werden, trotz des um 94 % reduzierten Heizwärmebedarfs, weiterhin über die Fernwärme der Stadtwerke Detmold versorgt. Dies wirkt sich positiv auf die Primärenergiebilanz aus, da das dortige Fernwärmenetz überwiegend mit Biomasse und in Kraft-Wärme-Kopplung betrieben wird.

Anlagenschema Heizung

 

Die Fernwärmeleitungen auf dem Campus wurden im Zuge der Tiefbauarbeiten erneuert und mit einer verbesserten Dämmung versehen, was zusätzlich zur Effizienzsteigerung beigetragen hat.

 

Lüftung
Zur Belüftung der Klassenzimmer kommt ein hybrides Lüftungskonzept zum Einsatz. Dies besteht überwiegend aus der Kombination dezentraler Lüftungsgeräte und einer manuellen Fensterlüftung. Der Wärmerückgewinnungsgrad der Anlagen liegt bei ca.85%. Vereinzelte Klassenräume, die sich im Gebäude 3 befinden sowie die Lernlandschaft im Verbindungstrakt werden von zentralen Lüftungsanlagen versorgt. Besprechungs-, Lehrerzimmer sowie Büroräume werden mit dezentralen Fugenlüftern ausgestattet, die eine Wärmerückgewinnung von ca. 62% ermöglichen.
Statt herkömmlicher Lüftungsschläuche sind unterhalb der Altbaudecken in vereinzelten Räumen neu entwickelte textile Materialien montiert. Zusammen mit dem im Lüftungssystem enthaltenen Überdruck werden in den waschbaren Schläuchen die Staubablagerungen reduziert. Zusätzlich unterstützen die Gewebeleitungen die geräuscharme Luftverteilung und verbessern somit gemeinsam mit den bereits vorhandenen schallabsorbierenden Deckenflächen die akustischen Verhältnisse in den Räumen.
Die Regulierung der Lüftungsanlage erfolgt bedarfs- und aumbezogen. Die dezentralen Lüftungsgeräte werden sowohl Zeit- als auch CO2- gesteuert betrieben. Dabei wird der Wunsch der Nutzer nach natürlicher Fensterlüftung berücksichtigt. Ein manueller Betrieb der Lüftungsanlage über Regelungsschalter wird derzeit nicht genutzt; ist aber prinzipiell möglich. Eine energieeffiziente Grund-Luftumwälzung verbessert die Raumhygiene.
Weiter wird der Einfluss von Deckenventilatoren zur Verbesserung der Behaglichkeit während den Sommermonaten untersucht. Hierzu sind zwei Monitoring-Klassenräume mit Ventilatoren ausgestattet. Die erhöhte Luftgeschwindigkeit am Tag soll den konvektiven Wärmeübergang am menschlichen Körper unterstützen. Die Bedienung der Ventilatoren erfolgt manuell.
Der einfache und nachträgliche Einbau ist damit besonders für Sanierungsobjekte geeignet. Die Ventilatoren werden mit Messgeräten ausgestattet, um später eine Auswertung vornehmen zu können.

Im Bedarfsfall wird das Gebäude durch eine sommerliche Nachtlüftung gekühlt. Hierzu benötigt die Lüftungsanlage keine zusätzlichen Kühlaggregate. Dabei speichern die massiven Bauteile im Sommer die kühlere Temperatur der Nachtluft und geben sie am Folgetag ab. Im Umkehrfall kann die von den internen Wärmequellen abstrahlende Wärme gespeichert und zeitversetzt abgegeben werden.

 

Belichtung
Für den optimalen Tageslichteintrag sorgen 3-fach wärmeschutzverglaste Fenster in schmalen Holzrahmenprofilen, wodurch die größtmögliche Belichtungsfläche bei bestehender Mauerwerksöffnung entsteht. Im Bereich der Fensterpfeiler verhindert die Verwendung von Vakuumdämmpaneelen die Entstehung von tiefen Fensterleibungen und ihren daraus resultierenden Verschattungen.
Darüber hinaus begünstigen helle Anstriche mit hohem Reflexionsgrad von Wand- und Deckenflächen die Tageslichtnutzung und die Aufenthaltsqualität in den Räumen.
Als Sonnen-, und Blendschutz sowie als Schutz vor unerwünschter Raumaufheizung im Sommer regulieren, bereits in den vorgefertigten Wandmodulen eingelassene, Elemente aus Glasfasergewebe den Tageslicht- bzw. Wärmeeintrag.

 

Beleuchtung
Bereits in den Vorjahren wurde größtenteils die Beleuchtung durch präsenz- und tageslichtgesteuerte Leuchtmittel (T5-Leuchten) ersetzt. Deshalb werden nur in den bisher noch nicht sanierten Bereichen, wie in der kleinen Turnhalle und in einigen Fluren, neue LED-Leuchten verbaut.

 

Gebäudeleittechnik
Das Gebäudeleitsystem ist online zugänglich und liefert zugleich die Daten für das wissenschaftliche Monitoring. So können im laufenden Gebäudebetrieb jederzeit weitere Optimierungen vorgenommen und überwacht werden.

 

Durch die bauliche und anlagentechnische Optimierung werden Einsparungen von bis zu 85% der Heizenergie erwartet. Durch das energiesparende Gesamtkonzept wird nach der Sanierung ein Primärenergiebedarf (ohne Berücksichtigung der PV-Strom Eigennutzung) von 31,6 kWh/m²a berechnet. Wird die PV-Stromerzeugung, die sich nach DIN V 18599 berücksichtigen lässt, mit dem Primärenergiebedarf nach DIN V 18599 verrechnet, können ca. 280.200 kWh/a PV-Strom dem Gebäude gutgeschrieben werden, wodurch sich ein Primärenergiebedarf von 37.660 kWh/a (3,7 kWh/m²a) ergibt.
Anhand der nach DIN V 18599 erstellten Prognose produziert die PV-Anlage rund 265.000 kWh Endenergie pro Jahr, wodurch sich nach Abzug des Eigenverbrauchs eine rechnerische Einspeisung (Ãœberschuss) von 157.400 kWh/a ergibt.

 

Zusammenstellung der berechneten Energiebedarfswerte bezogen auf die beheizte Nettogrundfläche

 

Um das "Plus" an Energie zu erreichen, muss die erzeugte Energie höher sein als die Energie, die für die Beheizung, Trinkwarmwassererwärmung, Belüftung, Kühlung und Beleuchtung einschließlich der benötigten Hilfsenergie notwendig ist. Die folgende Tabelle zeigt den Vergleich der berechneten Werte für Bedarf und Erzeugung der Primärenergie. Hier ergibt sich durch die PV-Anlage ein Plus von 36,9 kWh/m²a.

 

 

 

Schematische Darstellung der Energieversorgung

 

 

Zusammenstellung der absoluten und nettogrundflächenbezogenen Kosten
der Kostengruppe 300 und 400 (NGF = 9.373 m²)

 

 

PDF-Datei, 245 KB