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Schulen der Zukunft: nachhaltig, energieeffizient, ganzheitlich

Wie viel Technik benötigen Plus-Energie-Gebäude? Klimaneutrale, öffentliche Gebäude mit minimiertem technischen Aufwand zu schaffen, ist die Herausforderung, der sich Ingo Lütkemeyer, IBUS Architekten und Ingenieure und Professor der Hochschule Bremen, stellt. Anhand der Grundschule Niederheide in Hohen Neuendorf erläutert er die Herangehensweise einer integrierten, architektonisch-technischen Konzeption für eine Plus-Energie-Schule.

(Foto: S. Cornils / IBUS Architekten)

"Wenn wir als Architekten über das Thema Plus-Energie-Schule sprechen, dann müssen wir uns bewusst sein, dass dies nicht nur das Energiekonzept beinhaltet, sondern die Planung von Gebäuden mit relativ komplexen Anforderungen betrifft. Der Schulbau weist ein vielschichtiges Nutzungsprofil mit sich verändernden Nutzungsanforderungen auf. Aktuell sprechen wir über neupädagogische Konzepte, über neue Anforderungen an den Raum, den Raum als "dritten Pädagogen", über Beteiligungsprozesse und wir sprechen über die Schule als Lebensort. Weiterhin müssen Aspekte der Baukultur berücksichtigt werden, der städtebaulichen und der architektonischen Einbindung sowie der Vernetzung im Quartier. Als weitere Themenschwerpunkte kommen die ökologischen und ökonomischen Anforderungen hinzu, die Fragen nach Klimaschutz, Umweltschutz, Energieeffizienz, Gesundheit, Werthaltigkeit und Wirtschaftlichkeit“, erläutert Lütkemeyer das vielschichtige Spektrum an Anforderungen.

Anforderungen an die Schule der Zukunft (Quelle: Lütkemeyer, IBUS Architekten)

Die Umsetzung aller Aspekte demonstriert Ingo Lütkemeyer an der Grundschule Niederheide in Hohen Neuendorf, einer Stadt mit 25.000 Einwohnern im Speckgürtel Berlins. „Die Idee, eine Plus-Energie-Schule zu errichten, entstand aus dem Wunsch der Kommune, Kosten zu sparen. Die kleine Stadt wollte ein Objekt, das langfristig nur minimale Kosten verursacht, also niedrige Lebenszykluskosten erzeugt. Zusätzlich sollte das Gebäude flexibel und umnutzbar sein, es sollte ein neues pädagogisches Konzept umgesetzt werden, das Gebäude sollte gesund und komfortabel sein und selbstverständlich eine hohe energetische Qualität haben“, lautete die Zielsetzung. Aus diesen Anforderungen entwickelte sich die Idee ein Plus-Energie-Gebäude zu errichten. Der Hauptbeweggrund lag dabei jedoch auf den wirtschaftlichen Aspekten.

(Foto: IBUS Architekten)

Die neue Schule hat 24 Klassen- und Fachräume, eine Aula mit Mensa und Küche sowie eine Dreifachsporthalle. Das zweigeschossige Gebäude besteht aus einer einfachen Struktur und wird über zwei Eingänge erschlossen. Die Klassenzimmer sind in Jahrgangsbereiche mit jeweils drei Klassen unterteilt. Zusätzlich wurden Fachräume, eine kleine Stadtteilbibliothek, eine Aula und die Sporthalle angeordnet. Die Funktionen fanden in einem differenzierten Gebäude mit vielen Vor- und Rücksprüngen Platz. Konstruktiv handelt es sich um einen Stahlbetonbau mit einem zweischaligen Mauerwerk mit Kernbindung. Das Erscheinungsbild wird durch ein aufgestelltes Dach geprägt, das die Technik verbirgt und gleichzeitig als Fläche für die Photovoltaikanlage fungiert.

Eine Besonderheit des architektonisch-pädagogischen Konzepts sind drei separate „Häuser“ mit den Klassenzimmern, die an der "Schulstraße" stehen. Innerhalb der Häuser hat jede Klasse ihren eigenen sogenannten "Heimatbereich". Dieser besteht aus einem Unterrichtsraum mit einem direkt angeschlossenen Gruppenraum, einer erweiterten Flurzone, einer Garderobe und einem WC. Durch den unmittelbaren Bezug der Kinder zu ihrer eigenen Einheit gibt es bei diesem Konzept kein Problem mehr mit Vandalismus. Ein "Flexraum" ermöglicht es, den Unterricht in verschiedenen Gruppen zu gestalten. Die Architektur ist durch eine hohe Transparenz geprägt, damit Lehrkräfte alle Bereiche gleichzeitig einsehen können.

Heimatbereich: Pädagisches Konzept, Nutzungsvarianten (Quelle: Lütkemeyer, IBUS Architekten)

Das Plusenergiekonzept basiert auf verschiedenen Bestandteilen, wobei der Fokus auf dem architektonisch-technischen Konzept liegt. Das Gebäude entspricht dem Passivhausstandard. Eine optimierte Tageslichtbeleuchtung mit hoher Tageslichtautonomie, ein hybrides Lüftungskonzept mit Nachtlüftung, die Nutzung thermischer Massen, ein alternatives raumakustisches Konzept und eine regenerative Energieerzeugung basierend auf einem Pellet-Blockheizkraftwerk und einer Photovoltaikanlage ergänzen das architektonische Konzept. Unter der „integriert architektonisch-technischen Lösung“ versteht Ingo Lütkemeyer die baulichen Möglichkeiten zunächst voll auszuschöpfen, um die energetischen Anforderungen zu erfüllen. Die zum Einsatz kommende Technik gleicht lediglich die Differenz zwischen Ist- und Soll-Zustand aus. „Durch die Bauweise selbst muss bereits ein minimierter Energiebedarf vorgegeben sein, mit dem Ziel, ein schlankes Technikkonzept zu ermöglichen – einfach und leicht regelbar mit reduzierten Wartungskosten.“

(Foto: Tomek Kwiatosz)

Für die Fassade wurde ein einfaches Prinzip entwickelt, das bei jeder Tageslichtsituation und ohne Wartung funktioniert. Hierzu wurden feststehende Sonnenschutzelemente angeordnet, die die Fassade bei einem Einstrahlungswinkel von 50 Grad zu 100 Prozent verschatten, also auch keinen Wärmeeintrag zulassen. Zusätzliche Markisen können vom Nutzer gesteuert werden, um auch flache Sonnenstände auszublenden. In den Oberlichtbereichen kamen eine lichtstreuende Verglasung und eine lichtlenkende Sonnenschutzverglasung zum Einsatz. Als einzige technische Raffinesse wurde im Rahmen eines Forschungsprojekts an der Fassade der Aula eine elektrochrome Verglasung eingesetzt. Per Knopfdruck kann der Licht- und Solartransmissionsgrad dieser Fassade verändert werden, so dass sich die Glasfassade innerhalb von 15 Minuten bläulich verdunkelt. Die Gebäudehülle in Passivhausqualität wird durch ein umfassendes Tageslichtkonzept unterstützt, das eng mit dem pädagogischen Konzept verknüpft ist. Das gesamte Gebäude ist mit natürlichem Licht beleuchtet, es gibt keine innenliegenden Flure. Es ist alles transparent und hell, teilweise auch über zwei Geschosse geöffnet.

(Foto: IBUS Architekten)

Das technische Konzept der „Heimatbereiche“ orientiert sich am Wohnungsbau. Gemeinsam mit BLS Energieplan wurde ein hybrides Lüftungskonzept entwickelt, dessen Funktionsweise denkbar einfach ist. Frischluft wird über den Klassenbereich eingebracht, dann über die Flure geführt und über die Garderobe und das WC wieder abgeführt. Diese Grundlüftung ist immer vorhanden. Um die CO2 Konzentration in den Klassenzimmern niedrig zu halten, findet zusätzlich eine natürliche Lüftung der Klassenzimmer statt. Das System ist an das Passivhausprinzip angelehnt. Diese natürliche Lüftung über schmale Fensterflügel findet automatisch in jeder Pause statt. Zusätzlich können auch manuell zu bedienende Fenster nach Bedarf geöffnet werden. Bezüglich des thermischen Komforts wurde ebenfalls eine Low-Tech-Strategie verfolgt, in der die massive Betondecke als Speichermasse fungiert. Die Nutzung der thermischen Massen widerspricht der üblichen Strategie im Schulbau Akustikabsorbermaterialien an den Decken zu verbauen, weshalb ein alternatives raumakustisches Konzept an den Wänden entwickelt wurde.

Primärenergiebilanz (Quelle: BLS Energieplan; Stand Ausführungsplanung)

Ziel aller Maßnahmen war es, kosteneffizient zu denken und die Investitions- und Lebenszykluskosten gering zu halten. Es zeigte sich, dass die Plus-Energie-Schule nicht teurer ist als ein normales Schulgebäude. Im Vergleich mit einem ähnlichen Referenzgebäude nach EnEV 2009, über einen Zeitraum von 50 Jahren berechnet, zeigte sich, dass die Investitionskosten zwar anfangs etwa um zehn Prozent höher waren (ca. 0,9 Mio Euro), dass die Einsparungen für den Betrieb, für Reinigung, Wartung und Instandsetzung des Gebäudes jedoch erheblich waren (bei ca. 7,3 Mio). Insgesamt sind die Lebenszykluskosten um etwa 21 % niedriger als bei dem Vergleichs-EnEV-Gebäude. Bei der Betrachtung der Energiebilanz zeigte sich, dass der Bedarf gedeckt werden kann. In Summe bleibt durch die Erzeugung aus Pellet-BHKW und Photovoltaikanlage eine Kilowattstunde im Plus. Das Schulprojekt wurde bisher als einzige Schule mit dem Gütesiegel für Nachhaltiges Bauen in Gold ausgezeichnet.

Projektbeteiligte

Bauherr: Stadt Hohen Neuendorf
Nutzer: Schulleitung Grundschule
Architektur: IBUS Architekten und Ingenieure
Energiekonzept und TGA: BLS Energieplan
Tragwerksplanung: STB Döhren Sabottke Triebold und Partner
Begleitforschung, Koordination: sol·id·ar planungswerkstatt
Ökobilanz, Lebenszyklusanalyse: Ascona GbR
Raumakustik: D. Hennings, Köln
Monitoring: HTW – Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin
Förderung: EnOB Forschung für Energieoptimiertes Bauen, BMWi 

Vortrag von Prof. Ingo Lütkemeyer, Hochschule Bremen, IBUS Architekten, im Rahmen der fünfteiligen Veranstaltungsreihe „Die Zukunft des Bauens“, veranstaltet von DETAIL research und der Forschungsinitiative Zukunft Bau des BMUB und BBSR am 22. Mai in Frankfurt zum Thema "Ganzheitliche Konzepte zur Erstellung von Plusenergiehäusern

Zur Person

Prof. Ingo Lütkemeyer ist Geschäftsführender Gesellschafter der IBUS Architektengemeinschaft und des Instituts für Bau-, Umwelt und Solarforschung mit Sitz in Berlin, Hamburg und Bremen. Er ist Mitglied im wissenschaftlichen Beirat des Bremer Zentrums für Baukultur sowie Mitglied im Vorstand des BDA, Bund Deutscher Architekten, im Land Bremen. Seine wissenschaftliche Laufbahn begann nach dem Architekturstudium an der TU Berlin als wissenschaftlicher Assistent, ebenfalls an der TU Berlin. Parallel war Lütkemeyer bereits als freischaffender Architekt tätig. Im Jahr 1999 übernahm er die Professur für Entwerfen, Baukonstruktion und Technischen Ausbau an der Hochschule Bremen. Er hält regelmäßig Fachvorträge und ist Verfasser zahlreicher Publikationen.

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