Schulzentrum, Kirchberg am Wagram – Umgesetzt

Executive Summary

Das Gebäude aus dem Jahre 1950 des pädagogischen Zentrums in Kirchberg am Wagram, in welchem die Volks-, Haupt- und Polytechnische Schule untergebracht sind, wird erweitert und einer thermischen Sanierung in Passivhausqualität unterzogen.

Das Dach des Altbestands wird mit EPS-Plus (Polystyrol) gedämmt und erreicht nach der Sanierung einen U-Wert von 0,076 W/(m²K). Die Holzriegelwände des 1. und 2. OG werden mit einer ökologischen Zellulosedämmung gedämmt, und die Stahlbetonwände im Erdgeschoss mit XPS/EPS Plus um einen passivhausgerechten U-Wert von 0,12 W/(m²K) zu erreichen. Der Fußboden erreicht nach der Sanierung einen U-Wert gleich dem Dach. Bei den neuen Fenstern kommen Isoliergläser mit 3-Scheibenverglasung und Argonfüllung zum Einsatz.

Im Zuge der Sanierung wird in das Gebäude eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung eingebaut. Das Lüftungsgerät entspricht den Anforderungen an den Passivhausstandard mit einem Wärmerückgewinnungsgrad von 85%.

Die Wärmeerzeugung wird von einer bestehenden Ölheizung auf eine Biomassenahwärmeanlage umgestellt. Die im Zuge der Heizungserneuerung optimierte, außentemperatur-gesteuerte Mess-, Steuer-, Regelungstechnik spart jährlich 3.000 kWh an Heizwärme. Unterstützt wird die Wärmeerzeugung durch eine neue solarthermische Anlage mit einer Fläche von 8,4m².

Um die sommerlichen Höchsttemperaturen in dem Schulgebäude zu mildern, wird ein Free Cooling System errichtet. Dieses versorgt mit über 500m² Erdkollektoren das Heizregister der Lüftungsanlage und ermöglicht eine Reduktion der Zulufttemperatur um bis zu 5°C.

Zusätzlich wird eine 132,77 m²- Photovoltaikanlage mit einer Peak-Leistung von 19,6 kW Strom für den Eigenbedarf produzieren.

Die Stromeinsparungen durch die Beleuchtungsoptimierung, die Installation einer Free Cooling Anlage anstelle einer herkömmlichen Kältemaschine und durch die neue Photovoltaikanlage kann der Netz-Strombezug um ca. 22 MWh/a reduziert werden.

Ausgangszustand

Eigentümer/ Betreiber:

• Volksschulgemeinde Kirchberg am Wagram

Ansprechpartner / Kontaktpersonen:

• Volksschule: VD SR Helga NimmervollGemeinde: Vzbgm. Hubert Fiegl

Architekt:

• ah3 architekten zt gmbh
• Johannes Kislinger
• Hauptplatz 3, 3580 Horn
• office@ah3.at

techn. Planer:

• HKLS:
• Technisches Büro Hammer,
• Steinamangerstraße 23/6, 7423 Pinkafeld
• office@tbh.at

Standort:

• A- 3470 Kirchberg am Wagram, Auf der Schanz 5

Gebäudetyp:

• Schule – Volksschule

Errichtungsjahr Bestandsgebäude:

• Die Volksschule wurde im Jahr 1972 bezogen.

Größe (BGF):

• 1.396m² auf 2.392 m² erweitert.

Zustand/ Ausstattung Bestand:

• Der Zustand des Volksschulgebäudes war desolat. Der Bau aus den 70er- Jahren war nicht gedämmt bzw. mit 7cm Heraklith- Dämmplatten am Fußboden und 6cm des Dämmstoffs Rockwool an der obersten Geschossdecke nur sehr schwach gedämmt.Die Heizkosten der Volksschule mit 9 Klassen waren hoch und an den Mahagoni-Fenstern war es aufgrund des schlechten U-Wertes unangenehm zu arbeiten bzw. sich aufzuhalten.
• Der Bestand war finster und kalt. Dies beeinflusste das Wohlbefinden der Vorschüler, Schüler und Angestelltem stark.
• Der Bestand entsprach nicht mehr den Anforderungen eines modernen Schulbetriebs. Die Gebäudesubstanz ist jedoch erhaltenswert und auf Wunsch des Bauherrn wollte man diese erhalten.

Motiv für die Sanierung

Mängel/ Schwachstellen/ Probleme im Bestand:

• Der schlechte Wärmeschutz des Gebäudes führte zu hohen Betriebkosten und einem unangenehmen Wohnklima.Die Raumaufteilung, die Gebäudeinfrastruktur und der Platzmangel waren die Hauptmotive der Sanierung.

Ziele

Wünsche / Ziele Bauherr Ökologie/ Energieeffizienz/ Komfort:

• Optimale Innenraumverhältnisse, werden unter anderem durch große Fenster in Passivhausqualität erreicht. Den Bauherrn und vor allem der Direktorin ist es wichtig die Natur zu sehen und ihren Schülern durch viel Licht, gute Luft und Sonne eine Naturverbundenheit zu vermittelt.
• Ein Vorzeigeobjekt schaffen, welches für die nächsten 25 bis 30 Jahre einem modernen Schulbetrieb gerecht wird.
• Schüler sollen am eigenen Objekt lernen, welche Vorteile es mit sich bringt in solch einem Gebäude zu leben und sich aufzuhalten. Die Initiative des Schuljahres „Gesund Leben“ und der Sachunterricht sollen dabei vermitteln.
• Ein energieeffizienter Betrieb wird durch
  • Energiesparlampen,
  • die Architektur (viel Glas im Innenraum um Gänge und nördlich gelegene Klassenzimmer natürlich zu belichten),
  • einem Verschattungskonzept im Sommer
  • und einer PV-Anlage zur Stromerzeugung,
  • sowie einer Solarthermie- Anlage zur Warmwassererzeugung erreicht.
• Die Sanierung der Fassade, des Dachs, der Fenster und der Heizungsanlage trägt ebenfalls zur Energieeinsparung bei. Die beste Energie ist die nicht verbrauchte Energie.
• Durch die Sanierung sollen Angestellte und auch Kinder das Gebäude schätzen und lieben lernen. Öffentlichkeitsarbeit der Gemeinde, sowie eine Anzeigetafel des erzeugten PV-Stroms im Eingangsbereich machen dem Besucher die Qualität und die Funktion des Hauses bewusst.
• Energieabläufe werden mit einem Monitoringsystem beobachtet. Gegebenenfalls sollen die Innenraumtemperaturen und die Regelungstechnik noch angepasst werden.
• Verwendung von Materialien aus der Region, wie das Holz für den Holzriegelbau waren den Bauherrn ebenso wichtig, wie der Dämmstoff Zellulose als Alternative zu herkömmlichen Dämmstoffen.
• Die Brutto-Grundfläche wird wegen der erhöhten Platzbedarfs erweitert von 1.396m ² auf 2.392 m². Durch die Nutzung des ehemaligen Kellers als Bürofläche kann für jeden Lehrer ein eigener Arbeitsplatz ermöglicht werden.

Ziele Planer:

• Optimaler Komfort, durch ein Quelllüftungskonzept sowie durch möglichst viel natürliche Belichtung.Das Sonnenlicht wird über große Glasflächen auf der Südfassade ins Gebäude gebracht. Im Gebäude selbst wird das Licht über große Glasflächen in den Gangbereich und die Klassenräume auf der Nordseite geleitet.
• Durch eine Verringerung der Parapethöhe können größere Glasflächen geschaffen werden, welche auch auf der Nordseite zu mehr natürlicher Belichtung und zu einer Naturverbundenheit und das Verständnis ökologischer Zusammenhänge führen.

Maßnahmen

Gebäudehülle

Bauteilaufbauten:

• Außenwände 1. und 2. OG: Holzriegelwände mit 30cm ökologischer Zellulosedämmung. U-Wert = 0,12 W/(m²K).Außenwände KG: Stahlbetonwände mit 37cm XPS/EPS Plus. U-Wert = 0,093 W/(m²K)
• Dach des Altbestands mit EPS-Plus Gefälledämmung (Polystyrol). U-Wert von 0,076 W/(m²K).
• Fußboden mit XPS gedämmt und erreicht einen U-Wert nach der Sanierung wie das Dach.

Baustoffe:

• XPS, EPS zur Dämmung am Bestandsgebäude und Zellulosedämmung in den vorgefertigten Holzriegel-Fertigteilwänden.Holz als regionaler und umweltfreundlicher Baustoff als Grundmaterial der Holzriegelwände.

Fensterqualität:

• 3 Scheibenverglasung mit Argonfüllung und einem U-Wert von 0,64 W/(m²K). Pfosten-Riegel Konstruktion mit teilweise öffenbaren Elementen.

Vermeidung von Wärmebrücken, Anschlussdetails:

• In der Energieausweis- Berechnung pauschal 89 W/K.Optimierte Wärmebrücken um Passivhausqualität zu erreichen.

Luftdichtigkeitskonzept:

•  Ein Luftdichtheitstest ist für ein zertifiziertes Passivhaus vorgeschrieben. Lt. PHPP wird mit einem Drucktest- Ergebnis von 0,4 1/h gerechnet.

Haustechnik

Heizung:

• Das Heizsystem basiert zurzeit auf einem Ölkessel, welcher das Schulzentrum beheizt. Im Zuge einer weiteren Sanierungsmaßnahme soll, auch im Hinblick auf die Verwendung von erneuerbaren Energieträgern, dieser Ölkessel auf einen Biomassekessel umgestellt werden. Der Biomassekessel soll dann zukünftig über ein Nahwärmenetz das Schulzentrum, bestehend aus Volksschule, neue Mittelschule und Polytechnische Schule, sowie die Gemeindegebäude versorgen.
• Die Zuluft wird im Winter über 500 m² Erdkollektoren vorgewärmt. Bevor sie in das Gebäude eingeblasen wird erwärmt die Ölheizung die Luft zusätzlich.
• Der Heizkörperbestand und die Heizungsverteilung wurden auf dem alten Bestand belassen. Eine Sanierung liegt hier erst 5 Jahre zurück.

Kühlung:

• Die Kühlung der Zuluft im Sommer erfolgt über 500 m² Erdkollektoren. Dieses FreeCooling System erreicht bei günstiger Erdqualität eine Reduzierung der Außenlufttemperatur um 5K.

Lüftung:

• Einbau einer kontrollierten Be- und Entlüftung mit einer Rückfeuchtezahl von 78% und Speichermassenmanagement trägt zu einem komfortablen Innenraumklima bei.

Sanitär:

• Eine Solaranlage, bestehend aus 8,4m² Flachkollektoren dient der Trinkwassererwärmung und der Warmwasserbereitung. Die installierte Kollektorleistung beträgt 5,88 kW. Die gewonnene Wärmeenergie beträgt 3.176 kWh.

Elektrik:

• Eine 132,77m² PV-Anlage mit einer Leistung von 19,6kWp wird Strom für den Eigenbedarf produzieren. Energiesparlampen im gesamten Gebäude reduzieren den Strombedarf. Die gewonnene Energie der PV-Anlage deckt sich bilanzmäßig über das Jahr mit der verbrauchten Energie. Da die Sonne dann scheint, wenn die Kinder in der Schule sind, wird auch eine hohe Eigenbedarfsdeckung erreicht. Der restliche Strombedarf wird durch einen Ökostromanbieter gedeckt.
• Im Eingangsbereich ist eine Visualisierung der aktuellen Energieerzeugung der PV-Anlage vorhanden, welche den interessierten Besucher, Mitarbeiter oder Familienmitglied über die aktuelle Energieerzeugung informiert.

Regelungstechnik:

• Die Lüftung wird über CO2-Melder bedarfsgerecht geregelt. In der Nacht wird die Schule mit einer minimal notwendigen Luftmenge belüftet. Durch eine manuelle Querlüftung kann die Nachtkühle im Sommer genützt werden um das Gebäude zu kühlen.

Solaranlage:

• Die Sonnenenergie wird durch eine PV-Anlage in Strom und durch eine solarthermische Anlage in Wärme umgewandelt.

Energieeffizienz

Maßnahmen zur Effizienzsteigerung:

• Eine Gebäudeleittechnik erfasst alle relevanten Werte und regelt außentemperaturgeführt die Heizung des Passivhauses. Mit dieser Maßnahme ist es möglich weitere 10% an Heizenergie einzusparen.

Abwärmenutzung:

• Die Wärme der Abluft wird mit einem Wärmetauscher im Lüftungsgerät zurückgewonnen und der Zuluft zugeführt.

Nutzung Erneuerbarer Energiequellen:

• Die Nutzung erneuerbarer Energiequellen ist gegeben durch eine PV- sowie ST-Anlage am Dach sowie zukünftig durch einen Biomassekessel zur Wärmeversorgung.

Besondere Lösungen:

• Das Gebäude ist sehr offen gestaltet. Dadurch wird erreicht, dass das Tageslicht die Räumlichkeiten optimal belichtet. Dies ergibt vor allem eine Reduktion der Energiekosten für Strom. Auch die tief stehende Sonne im Winter dringt tief in das Gebäude ein und unterstützt dadurch das Heizsystem. Im Sommer wird die Einstrahlung reduziert durch einen außen liegenden Sonnenschutz.
• Die Zuluft wird in den Klassenzimmern über Quellluftauslässe in den Raum gebracht. Dabei dienen „Lüftungsmöbel“ die Kanäle und Auslässe optisch zu kaschieren. Geringe Luftgeschwindigkeiten und keine Zugerscheinungen sind der wesentliche Vorteil dieses Belüftungskonzeptes.
• Die Belüftung der Räume ist CO2-geregelt.
• Das tiefe Fensterparapet, welches sich durch die Sanierung und der vorgesetzten Holzriegelwand ergeben hat, wird gestalterisch genutzt und gut angenommen.

Ergebnisse

Kennzahlen

Der spezifische Heizwärmebedarf beschreibt die erforderliche Wärmemenge pro Quadratmeter beheizte Bruttogeschossfläche, die ein Gebäude an einem bestimmten Ort (Klima) oder bei einem Referenzklima pro Jahr benötigt, um die Innenraumtemperatur auf 20 Grad Celsius zu halten.

Der Kühlbedarf ist diejenige Nutzenergie, die nötig ist, um die Räume eines Gebäudes beim Auftreten von Überwärmung auf die gewünschte Soll-Temperatur zu kühlen.

Als Heizlast versteht man jene Wärmemenge die notwendig ist, um den Wärmeverlust von Räumen auszugleichen.

Die Kühllast ist eine aus einem Raum abzuführende Wärmelast, die notwendig ist, um einen vorgegebenen Raumluftzustand zu erreichen oder zu erhalten.

Heizwärmebedarf/ vorher:

• 36,05 kWh/(m³a)
• bzw. 120,02 kWh/(m²a)

Heizwärmebedarf/ nachher:

• 3,13 kWh/(m³a)
• bzw. 12,47 kWh/(m²a)

Kühlbedarf/ vorher:

• 1,78 kWh/(m³a)

Kühlbedarf/ nachher:

• 0,28 kWh/(m³a)
• Reduktion um 84

Folgende Werte gelten für das sanierte Gebäude:

Spezifische Heizlast:

• Vorher: 62,12 W/(m²BGF) bei BGF von 1.396m ²
• Nachher: 17,30 W/(m²BGF) bei BGF von 2.392 m²

Erwartete CO2 – Einsparung:

• 165,58 t/a

Erwartete Kosteneinsparung im Betrieb:

• Durch die Wärmerückgewinnung der Lüftungsanlage und das Vorhaben das Gemeinde- sowie Schulzentrum an ein Nahwärmenetz anzuschließen, wird der Ölkessel bald obsolete. Die Wärme soll zukünftig mit einem Biomassekessel erzeugt werden.Bezogen auf die Volksschule können somit 586.819,00 kWh/a an Öl gespart werden.
• Das FreeCooling System spart jährlich 2.850 kWh Stromkosten.
• Mit der Photovoltaikanlage wird bilanzmäßig der Bedarfsstrom auch erzeugt. Der Reststrom wird durch einen Ökostromanbieter gedeckt.
• Gesamte kalkulierte Energiekosteneinsparungen in 3 Jahren: € 138.282,00)

Kosten

Investitionskosten:

• Beantragte Investitionskosten: € 1.275.364,00
• Gesamtkosten: ca. € 3.700.000,00

Einsparungen im Betrieb:

• Erwartete Einsparung an Brennstoff:
  • durch die thermische Hülle des Gebäudes in Passivhausqualität,
  • die Wärmerückgewinnung der Lüftungsanlage und
  • die Solaranlage am Dach.
• HWB sinkt von 364.484 kWh auf 33.315 kWh

Stromeinsparungen:

• • Beleuchtungsoptimierung (1.538 kWh/a)
  • Installation einer FreeCooling Anlage (807 kWh/a)
  • PV-Anlage
• Gesamte kalkulierte Energiekosteneinsparungen in 3 Jahren: € 138.282,00

Förderungen:

• Beantragte Investitionskosten: € 1.275.364,00
• Umweltrelevante Investitionskosten: € 1.160.646,00
• Förderbasis: € 1.022.364,00
• Förderungen: € 306.681,00 (bei Fördersatz von 30%)

Kosten je m2 BGF:

• 1.546,00 €/m² BGF bezogen auf die Gesamtkosten

Performance

Messungen im Rahmen der Qualitätssicherung Herstellung:

• Blower-Door-Test (Luftdichtheitstest)
• n50 = 0,29 h-1

Dokumentation

Bauphase

Chronologie/ Bautagebuch:

• Durch die Bauweise mit Holzriegel-Fertigteilen konnte die Bauzeit wesentlich verkürzt werden.
• Juli 2011 – September 2011: Abbrucharbeiten, Kernbohrungen, Ausmauerungsarbeiten, Estrich, Trockenbauarbeiten, Rohinstallationen des Bestands
• August 2011 – April 2012: Rohbauarbeiten Zubau, Fenster, Trockenbau, Innenausbau, Kanalisierungsarbeiten
• August 2012: Gesamtfertigstellung

Persönliche Erfahrungen

Bauphase

Bericht zum Planungsprozess (Zusammenarbeit der Akteure, Schwierigkeiten, best practice Beispiele):

• Die Wirtschaftlichkeit des Bauvorhabens war ein großes Thema. Durch 5 Jahre Vorlaufzeit und die Rezession durch die Wirtschaftkrise führten zu geringeren öffentlichen Einnahmen. Das hatte ein Umdenken bzgl. Raumaufteilung und eine Reduzierung der BGF zur Folge. Einige Klassenzimmer und ein Musiksaal konnten wegen Einsparungen schlussendlich nicht realisiert werden.
• Den Begriff „Passivhaus“ haben zwar schon viele gehört, es wissen allerdings die Wenigsten was ein Passivhaus von einem Niedrigenergiehaus unterscheidet.
• Durch ein gutes Planungsteam angefangen vom Architekten bis hin zu den Bauherrn konnte nun ein ökologisches, energiebewusstes Gebäude errichtet werden, welches in der Region als Musterschule gilt. Durch Veranstaltungen konnte man bereits Werbung für die Schule machen und auch Interesse bei anderen Gemeinden wecken.
• Der Einbau einer Fußbodenheizung, somit einem Niedertemperaturheizsystem, wurde im Zuge der Planung untersucht, schied allerdings aus, da das bestehende System aus Radiatoren erst 5 Jahre alt ist.
• Durch die gut geplante Durchführungsphase und die verkürzte Bauzeit wegen der Holzriegelbauweise war die Lärmbelästigung für Anrainer und Schüler der nebenliegenden Schulen begrenzt. Auch konnte durch diese kurze Bauzeit eine Auslagerung der Klassen auf sehr kurze Dauer erfolgen.

Hindernisse im Planungsprozess (Genehmigungen/ Behörden/ Anrainer/…):

• Die Wirtschaftskrise hatte eine Verringerung der BGF zur Folge.

Empfehlungen:

• Eine genaue zeitliche Planung des Bauvorhabens war wegen des Schulbetriebs unbedingt erforderlich. Die Klassen mussten zunächst teilweise und dann ganz ausgelagert werden. Eine Auslagerung der Klassen zu Beginn des Umbaus ist zu empfehlen, da es dann zu einer geringeren Lärmbelästigung kommt. Auch die Temperaturen in den Klassen, welche während der Bauphase noch benutzt wurden, waren nicht optimal für einen Schulbetrieb.Lieber etwas mehr Geld investieren um einerseits das Gebäude optimal zu gestalten und andererseits die Bauphase für die Beteiligten angenehmer zu gestalten. (Früheres Auslagern aller Klassen)
• Durch die aktive Einbindung der Lehrkräfte in den Planungsprozess konnten viele Ideen von diesen auch umgesetzt werden.

Nutzungskomfort/ Erfahrungen:

• Der erhöhte Nutzungskomfort wird von Angestellten und sogar von den Schulkindern immer wieder positiv erwähnt. Vor allem die anfänglichen Bedenken bzgl. Zugerscheinungen wegen der Lüftungsanlage bestätigten sich nicht. Dies ist vor allem auf die geringen Luftgeschwindigkeiten eines Quelllüftungssystems mit CO2- Regelung zurückzuführen.Durch die offene Raumgestaltung dringt sehr viel natürliches Licht tief in die Räume ein. Das führt zu erhöhtem Wohlbefinden und bringt die Natur in die Räume.
• Kinder verhalten sich weniger aggressiv und allgemein ruhiger als früher, was von den Lehrpersonen zurückgeführt wird auf die offenere, hellere Bauweise und die farbangepasste Raumgestaltung.
• Die Schule wirkt positiv auf Eltern und Personen, welche sich aufgrund von Veranstaltungen im Gebäude befinden. Aktivitäten wie Adventkranzbinden führen zu einem längeren Aufenthalt im Gebäude und sollen zur Bewusstseinsbildung beitragen.
• Ohne die Förderung vom Klima- und Energiefonds wäre die Sanierung nicht in diesem Umfang möglich gewesen.

Planung – Schema Energiekonzept & Energieausweise