Blick von der Murmansker Straße aus auf die Südseite des Neubaus

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Projektübersicht

Mit dem Bau der neuen Grundschule realisiert die Edith-Stein-Schulstiftung einen weiteren Baustein ihres Konzeptes "Bildungsstandort Murmansker Straße" in Halle. Das vom christlichen Menschenbild getragene Bildungsangebot beinhaltet dort bereits zum einen das Elisabeth-Gymnasium und zum anderen gemeinsam in einem weiteren Gebäude in der näheren Nachbarschaft die St. Franziskus-Schule sowie die St. Mauritius-Sekundarschule. Für beide Schulen ist es im Laufe der Jahre in dem auch zunehmend maroden Gebäude zu eng geworden, so dass nun auf dem Grundstück gegenüber dem Elisabeth-Gymnasium in mehreren Bauabschnitten eine Grundschule mit Hort, eine Sekundarschule und eine Einfeld-Sporthalle erstellt werden.
Der Bauträger legt bei der Durchführung der Neubauprojekte erheblichen Wert auf deren Nachhaltigkeit und Ökologie, deshalb sollen alle Gebäude im Passivhaus-Standard und daraus resultierend im Plusenergie-Standard errichtet werden. Zusätzlich soll das Projekt für andere Schulträger als Vorbild dienen.
Den Anfang macht der Neubau der Grundschule mit integriertem Hort "St. Franziskus" als nahezu vollständige Holzkonstruktion und somit weitestgehend aus nachwachsenden Rohstoffen in CO2-neutraler Bauweise. Darüber hinaus soll, begleitet von einer zweijährigen Monitoringphase, die Verwendung von einer Reihe innovativer Baukomponenten untersucht werden.

 

Gebäudetyp / Baujahr

Europäischer Fond für regionale Entwicklung (EFRE)

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie:
EnOB-Programm EnEff-Schule

Land Sachsen-Anhalt

Stadt Halle

Lageplan zu den Neubauprojekten

 

Deshalb soll die Ausführung des Schulneubaus CO2-neutral, zukunftsweisend komplett aus Holz und weiteren CO2-bindenden Materialien verwirklicht werden. Bisherige Bauweisen sollen – nicht nur für Schulen – hinsichtlich energetischer, ökologischer, bautechnischer und bauphysikalischer Ausführung überarbeitet, mit neuen Erkenntnissen wissenschaftlich untermauert und zu Neuentwicklungen mit allgemeiner Praxistauglichkeit mit Pilotwirkung geführt werden. Dabei spielen Wirtschaftlichkeit und ökologische Gesichtspunkte zum Klimaschutz und der CO2-Reduzierung eine wesentliche Rolle.

 

Architektur

Die Umsetzung des Bildungsstandort-Konzepts wurde begonnen mit dem Bau der Grundschule und dem darin integrierten Hort im südwestlichen Bereich des Areals und den dafür notwendigen Außenanlagen wie zum einen die Flächen zur Erschließung zur Murmansker Straße im Süden und zum anderen die Freiflächen für die Spiel-, Freizeit- sowie Gartenanlagen entlang der Westseite des Grundstücks.
Das dreigeschossige, nicht unterkellerte Schulgebäude besteht aus zwei zueinander versetzt angeordneten Gebäudeteilen.
Der östliche Teil A des Gebäudes, über den die Haupt-Erschließung des Gesamtgebäudes mitsamt dem Aufzug erfolgt, ist als Seitenflur-Schultyp konzipiert. Neben dem Eingangsbereich mit Garderoben befinden sich darin im Erdgeschoss die sich über zwei Etagen erstreckende Aula mit einer Galerie im 1. OG und die daran angebundenen Bereiche der Küche sowie Lager- und Technikräume. Das 1. Obergeschoss beherbergt in diesem Gebäudeteil die Räumlichkeiten der Schulverwaltung und den gemeinschaftlich genutzten Raum der Stille. Darüber im 2. Obergeschoss sind hier die Fachräume für "Kunst" und "Werken" der Grundschule zu finden; ebenso die Hausmeister-Wohnung und der "Energieraum" der Gebäudetechnik.

 

Grundriss Erdgeschoss

 

Grundriss 1. Obergeschoss

 

Grundriss 2. Obergeschoss

 

Der westliche Teil B des Gebäudes wurde als Mittelflur-Schultyp umgesetzt. Im Erdgeschoss sind hier die Räume für den Kinderhort, während sich in den beiden Geschossen darüber die Klassenräume der Grundschule befinden. Zentral gelegen im Übergangsbereich zum Gebäudeteil A sind hier in allen Geschossen die sanitären Anlagen untergebracht. In jedem Gebäudeteil befindet sich an der Schmalseite ein Fluchttreppenhaus.

Querschnitt durch den westlichen Gebäudeteil

 

Um den gewünschten Passivhausstandard zu erfüllen, gilt es, eine hochwärmedämmende und wärmebrückenfreie Gebäudehülle herzustellen. Zusätzlich sind die Grundsätze der Bauherrschaft nach einer nachhaltigen und ökologischen Bauweise zu erfüllen. Mit diesen Anforderungen an die Gebäudehülle entschieden sich die Fachplaner für eine Holzbaukonstruktion, die zu 80 % aus dem nachwachsenden Rohstoff besteht.

 

Außenwand

 

 

 

Das Tragwerk der Außenwand besteht aus Doppel-T-Holzträgern. Zwischen diesen befinden sich aussteifende Wandscheiben aus OSB-Platten, die als Dampfsperre eine luftdichte Ebene bilden. Die Wandscheiben werden an der Innenseite des Gurtes befestigt. Die freiliegenden Zwischenräume sind vollständig mit Zellulose (Isofloc) ausgefüllt. Dabei werden die Gurte der Träger überdämmt, um die Wärmebrücken des Ständerwerkes zu minimieren. Die dem Innenraum zugewandten Gipsfaserplatten sind an der horizontalen Lattung fixiert und schalltechnisch von der Restkonstruktion entkoppelt.

 

 

Holzkonstruktion der Außenwand

Die Farbpalette der Fassadenplatten

 

 

Solarthermische Außenwand

Außenwandbereich mit Solarthermie-Elementen

 

Fenster

 

Kastenfenster-Detail:
Horizontalschnitt

 

 

Die Fenster in den Schulräumen sind nach Passivhausstandard entwickelte und zertifizierte Kastenfenster mit einer 2-fach-Verglasung jeweils im inneren und äußeren Fensterflügel. Um die Wärmeleitfähigkeit der Fensterrahmen zu reduzieren, wurde Thermoholz verwendet.
Auf der Außenseite sind die Fensterrahmen durch die Konstruktion der Fassadenbeplankung völlig überdämmt. In dem Raum zwischen den beiden Fensterflügeln entsteht eine Pufferzone, die im Lüftungs-/Beheizungssystem für die Räume eine Rolle spielt.

 

 

 

 

Als Sonnenschutz ist mit automatischer Steuerung innerhalb des Kastenfenster-Zwischenraums auf dem raumseitigen Fensterflügel ein Lammellensystem angebracht, das mit zwei verschiedenen Oberflächen ausgestattet ist: im Sommer wird die metallisch reflektierende Oberfläche zur Außenseite hin gerichtet, um den Wärmeeintrag zu verhindern, während im Winter die umgedrehten Lamellen mit ihrer schwarzen absorbierenden Seite als Luftkollektor die solaren Wärmegewinne generieren.

 

 

 

Im Bereich des Haupteingangs und für die Aula konnten aufgrund der Großflächigkeit der Fensterflächen keine Kastenfenster bewerkstelligt werden, weshalb hier eine Pfosten-Riegel-Konstruktion mit Dreifachverglasung erstellt wurde. Auch hier befinden sich zwischen der äußeren und der mittleren Glasscheibe drehbare Lamellen mit unterschiedlich beschaffenen Oberflächen.

Dach

 

First- (Nord-)seitig

 

Trauf- (Süd-)seitig

 

Details zu den Attika-Dachanschlüssen

 

Blick aus dem Flurbereich auf die Dachkonsruktion

 

 

Das Dach des Schulgebäudes ist eine Flachdachkonstruktion mit einem leichten Gefälle in Nord-Süd-Richtung, was neben der Entwässerung auch die Aufstellung der PV-Elemente für das Solarfeld begünstigt.
Den oberen Abschluss bilden Kunststoffdachbahnen mit einer Auflastschüttung aus Kies. Wie bei den Außenwänden besteht die tragende Dachkonstruktion aus Holzbauelementen (Holzträger mit OSB-Platten-Beplankung), deren Gefache mit Einblasdämmung ausgefüllt sind. Darunter schließt sich daran eine zweite Holz-Deckenebene an, in der die Installationen verlegt sind und die horizontal in den Räumen das Dachgefälle ausgleicht. Auch die Zwischenräume in dieser Decke sind mit Einblasdämmung verfüllt.

 

 

Bodenplatte

Detail: Randausbildung der Bodenplatte

 

Um für das Schulgebäude das Plusenergie-Niveau erreichen zu können, wird, neben dem hohen Wärmedämm-Standard der Gebäudehülle, auf effiziente Anlagentechniken zugegriffen. Hierbei kommen Photovoltaiksysteme und eine kleine Windkraftanlage zum Einsatz.

 

 

PV-Anlage auf dem Dach der Grundschule

 

 

 

Eine Photovoltaikanlage mit 441 m² Modulfläche befindet sich auf dem Dach der Grundschule. Die Rückseite der Solarflächen ist mit Glasfasergewebe beschichtet. Mit der dadurch vergrößerten Oberfläche sollen die Erträge optimiert werden. Der mit dieser Anlage gewonnene Strom dient vorwiegend der Eigennutzung. Überschüssige Anteile werden in das öffentliche Netz eingespeist.

Eine weitere Photovoltaikanlage mit ca. 58 m² Größe ist auf dem Dach des Carports errichtet und zusätzlich erzeugt eine Windenergiekleinanlage (vertikales Windrad) vor dem Haupteingang der Schule Strom.
Am Carport wurde ein Raum für die Batterie geschaffen, die den gewonnenen Strom der beiden Kleinanlagen speichert. Mit der gespeicherten elektrischen Energie soll die Außenbeleuchtung mit Solarleuchten weitestgehend autark betrieben werden.

Vertikal-Windrad vor dem Haupteingang

 

Temperierung / Lüftung

Kastenfenster mit gekippten Innenflügeln

 

 

 

 

Ein Teil der Klimatisierung der Räume erfolgt mittels natürlicher Belüftung durch die Kastenfenster.
Im Sommer, wenn die Überhitzung der Räume durch die Sonneneinstrahlung vermieden werden muss, wird die überschüssige Wärme im Fensterflügel-Zwischenraum durch Ankippen des äußeren Fensterflügels abgeführt. Dabei verhindern die Lamellen des Sonnenschutzes auf dem Innenflügel mit ihrer metallisch reflektierenden Oberfläche den Wärmeeintrag in den Raum.

Im Winter ist dieser Effekt jedoch erwünscht: Durch Öffnen des Innenflügels können die solaren Wärmegewinne in den Raum geleitet werden. Das zusätzliche Drehen der Sonnenschutz-Lamellen auf ihre "absorbierende Seite" mit der schwarzen Oberfläche erhöht den Wärmeeintrag.

In der Aula werden Wand- und Deckenelemente aus Phasenwechselmaterial (PCM) eingesetzt, um die die Wärmespeicherfähigkeit zu steuern und um somit den sommerlichen Wärmeschutz im Raum zu verbessern. Tagsüber speichert dieses Material die Wärme, indem es von der festen in die flüssige Phase übergeht. Dadurch steigt die Raumlufttemperatur langsamer an. Wenn nachts intensiv gelüftet und dabei die Raumlufttemperatur gesenkt wird, gibt das Phasenwechselmaterial die Wärme an den Raum ab und nimmt dabei wieder den festen Zustand an.

 

 

Die mechanischen Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung und Erdwärmenutzung vervollständigen das Konzept zur Klimatisierung der Schulräume.

 

 

Schematische Darstellung der Anlagentechnik

 

Für den Klassentrakt (Gebäudeteil A) und den Aulatrakt (Gebäudeteil B) steht für die Raumlüftung jeweils ein Zentralgerät mit einer Wärmerückgewinnung von 90 % bereit. Hierin besteht das Wärmetauschersystem aus wärmesensiblen Speichermassen, sogenannten Wärmeakkumulatoren, die in der Lage sind, Wärme schnell aufzunehmen und sie wieder ebenso schnell an den durchziehenden kalten Luftstrom abzugeben. Der stetige Wechsel zwischen Außen- und Abluft gewährleistet auch eine hohe Feuchterückgewinnung, die im Sommer bei ca. 20 % und im Winter bei ca. 70 % liegt.
Die Küchengrundlüftung sowie die Wohnungslüftung der Hausmeisterwohnung werden jeweils über ein Zentralgerät mit Gegenstrom-Kanal-Wärmetauscher (320 m³/h Zuluft) versorgt. Für die Kochhauben- und Spülmaschinenlüftung wird ein getrenntes Zu- und Abluftgerät verwendet.
Die Sanitärräume verfügen zusätzlich über eine Abluftanlage mit 360 m³/h (Zuluft aus Nachströmung der Raumlüftung).

 

Im Winter wird die Temperatur der kühlen Außenluft über den Erdwärmetauscher angehoben und zu den Lüftungsanlagen geführt. Im umgekehrten Fall kann die warme Sommeraußenluft durch die kühlere Umgebung im Erdreich heruntertemperiert werden.
Durch diese energiefreie Vortemperierung der Außenluft werden die mechanischen Wärmetauscher entlastet.

Rohrsystem der Erdwärmetauscher-Anlage

 

Ist die zugeführte Außenluft nicht ausreichend temperiert, so ist ein Nachheizen durch Fernwärme möglich. Hierzu wird auf das Fernwärme-Rücklaufsystem des benachbarten Gymnasiums zugegriffen.
Die Lüftungsanlagen sind temperaturgeregelt über die Ablufttemperatur, überlagert von Einzelraumtemperaturen ungünstiger Räume. Zusätzlich sind raumweise Präsenzmelder installiert, die zur Steuerung der jeweiligen Volumenstromregler beitragen.

 

 

Trinkwarmwasserversorgung

 

 

 

Die benötigte Energie zur Bereitung des Trinkwarmwassers wird über die drei Solarmodulfelder mit ca. 5, 12 und 18 m² Größe in der nach Süden gerichteten Außenwand des Gebäudeteils A gewonnen. Die darin durch die Sonnenenergie erwärmte Trägerflüssigkeit wird einem Solarschichtenspeicher (2.000 l) mit integrierter Trinkwarmwassererwärmung zugeführt. Ist die angebotene Energiemenge aus der Solarwand nicht ausreichend, kann in dem Langzeitspeicher mittels Heizstab nachgeheizt werden. Wenn über längere Zeit die Energie nicht aus der Solarwand geholt werden kann, wird auf Fernwärme zugegriffen. Für die Versorgung der Hausmeisterwohnung ist ein weiterer 200 l fassender Solarspeicher vorhanden.

 

Überschüssige Energie aus der Solarwand wird verlustfrei in einer Thermospeicheranlage eingelagert. Die Anlage besteht aus einem Salzspeicher und vier Speicherzellen die jeweils vier mit Natriumacetat-Trihydrat (Natriumsalz der Essigsäure) gefüllte Thermospeicherzylinder umfassen. In den Zylindern dienen Aluminiumlamellen als Wärmetauscher, die die Wärme an Edelstahlrohre übertragen. Die Wärmespeicherung erfolgt über den Phasenumwandlungsprozess: Hierzu wird über etwa 3 Stunden das Speichermedium Salz mit heißem Wasser erwärmt. Es beginnt zu schmelzen und gibt sensible, sofort nutzbare Energie frei. Ausgelöst durch einen mechanischen Impuls wird die Kristallisierung des flüssigen Salzes in Gang gesetzt. Bei diesem Erstarrungsprozess wird latente Wärme abgegeben, die langfristig gespeichert werden kann. Die Kapazität des Thermospeichers setzt sich aus 1/3 sensibler und 2/3 latenter Wärme zusammen. Die Nutzung der thermodynamischen Zustandsänderung ist noch in der Erforschungsphase und somit gilt diese Anlage als Pilotprojekt.

 

Belichtung / Beleuchtung

Für eine angenehme Lernatmosphäre sind optimale Lichtverhältnisse notwendig. Hierzu erfassen Lichtsensoren die Helligkeit im Klassenraum, die sich aus dem Tageslicht und dem Kunstlicht zusammensetzt. Der erfasste Wert wird mit dem vom Nutzer festgelegten Sollwert verglichen und bei einer Abweichung über den Einsatz von Kunstlicht nachgeregelt.

Um eine höhere Tageslichtausbeute im Innenraum zu erzielen, wurden sowohl die Gestaltung sowie die Ausstattung der Räume in hellen, reflektierenden Farben ausgeführt.

Abhängig von der Raumnutzung und -größe kommen verschiedene Leuchten zum Einsatz.
In den Klassenräumen wurden überwiegend stabförmige Anbauleuchten eingebaut. Für die Außenbeleuchtung sowie für einige innenliegende Flurabschnitte wurden Solarleuchten vorgesehen.

 

Räume in Kinderhort und Schule

 

 

Gemäß dem grundlegenden ökonomischen Energiekonzept des Gesamtprojekts werden stromsparende LEDs als Leuchtmittel verwendet.

 

 

 

Flure im Schulgebäude

 

Steuerung

Lichtmenge, Lichtqualität, Lichtstärke und Lichtfarben werden in verschiedenen Räumen gemessen und automatisch geregelt. Es wird die Simulation eines natürlichen Tagesrhythmus durch eine dynamische Lichtsteuerung verfolgt. Die Regulierung der Lichtfarben und Lichtstärken soll die Behaglichkeit erhöhen und die Tageslichtversorgung optimieren.

 

Anzeige der von der Wettersation der Schule erfassten
Werte zu den Umgebungsbedingungen

Neben der Regelung und Steuerung der technischen Installationen wie Lüftung, Beleuchtung sowie Verschattung übernimmt die Gebäudeautomation auch die Messwerterfassung für das Monitoring

 

Die Tabelle zeigt die berechneten Energiekennwerte nach DIN V 18599 für die Nutz-, End- und Primärenergie. Um möglichst realistische Werte zu erhalten, wurden Anpassungen der standardisierten Randbedingungen an die Gegebenheiten vor Ort durchgeführt. Jedoch gab es Einschränkungen da der Erdwärmetauscher wie der Salzhydratspeicher nicht abgebildet werden konnten:

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 Tabelle zeigt den Vergleich der berechneten Werte für Bedarf und Erzeugung der Endenergie. Hier ergibt sich durch die PV-Anlage ein Plus von 14 kWh/m²a.

 

 

 

Zusammenstellung der auf die Nettogrundfläche bezogenen Kosten der Kostengruppen 200 bis 700

 

 

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