Beispielhafte Umsetzung einer energetisch aktiven und wandelbaren Klimahülle zur Sanierung der Kita Tabaluga in Blankenfelde-Mahlow
Projektdurchführung
sbp Sonne GmbH
Schwabstr. 43
70197 Stuttgart
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
In Rahmen eines Folgeprojektes sollte das bereits bestehende und im ersten Teil erarbeitete Wissen im spezifischen Kontext vertieft, weiterentwickelt und für die Objektplanung und Realisierung der Klimahülle am Standort der Kita Tabaluga in Blankenfelde-Mahlow eingesetzt werden. Dieser Antrag ist der direkt
an das erste Forschungsprojekt anschließende Folgeantrag. Die Ergebnisse des ersten Berichtes dienten hierbei als Grundlage und Richtlinie für die weitere Ausarbeitung und Entwicklung dieses auf ver
schiedenen Ebenen umwelttechnisch innovativen sowie modellhaften Bauprojektes.
Der Anspruch war hierbei die zielgerichtete Weiterentwicklung des integrativen Entwurfsansatzes, der
sowohl die klima- als auch schallschutztechnischen Anforderungen an das Gebäude und seine Nutzung nicht nur erfüllt, sondern darüber hinaus sowohl städtebaulich, räumlich-funktional, konstruktiv und energietechnisch durch innovative Entwicklungen eines ganzheitlichen Klimahüllenkonzeptes neue Maßstäbe im Bereich einer nachhaltigen Bauweise setzt und somit auch als Vorbild für weitere Anwendungen im
Bauwesen dienen kann.
Gemeinsames Ziel aller Planungspartner im Folgeprojekt war hierbei die qualitative und planerische Weiterentwicklung des bisherigen Vorentwurfes als Basis für die konkrete Objektplanung der Klimahülle.
Im Vergleich zur ursprünglichen Fassung des Forschungsantrages gab es aufgrund der Situation mit
dem 2020 in Betrieb gegangenen BER-Flughafens und vor allem wegen des stark steigenden Bedarfs
an Kita-Plätzen den dringenden Bedarf eines zusätzlichen Kita-Neubaus in der Gemeinde des Projekt
partners Blankenfelde-Mahlow.
Daher entschied sich die Gemeindevertretung Blankenfelde-Mahlow den Neubau einer Kindertagesstätte an der Richard-Wagner-Chaussee mit dem im Forschungsprojekt für den Standort Kita Tabaluga entwickelten Konzept einer Klima- und Lärmschutzhülle dieses Forschungsprojektes umzusetzen. Dies wurde von der Fördermittelgeberin befürwortet und bestätigt.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden
Dieses Folgeprojekt gliedert sich in die Projektphase 1 am Standort der Kita Tabaluga und die Pro
jektphase 2 für den Neubau einer Kita mit Klimahülle in der Richard-Wagner-Chauseé in Blankenfelde-Mahlow. In beiden Projektphasen stand sowohl die qualitative und planerische Weiterentwicklung des
Vorentwurfes des Projektes (AZ 31535/01) im Fokus. Die hierauf aufbauende Evaluation und Analyse
der hierfür relevanten Forschungsaspekte der Themen Tragwerk, Energie und Schallschutz war die Ba- sis für die Entwicklung eines präzisen integrativen Entwurfes sowohl für die Klimahülle in Projektphase 1 am Standort der Kita Tabaluga und in einem weiteren Iterationsschritt für den Neubau einer Kita mit Klimahülle in der Richard-Wagner-Chaussee in Projektphase 2 in Blankenfelde-Mahlow.
Basierend auf den Ergebnissen des ersten Teils des Forschungsprojektes wurden die drei Haupt-The
menbereiche Tragwerk, Energie und Schallschutz als Basis für die geplante Realisierung der Klimahülle in einem interdisziplinären als auch integrativen Planungsprozess weiter vertieft untersucht und zielge
richtet weiter bearbeitet und erforscht. Die Klimahülle funktioniert als ein sensibel auf die jeweiligen Gebäudeteile abgestimmter Organismus, welcher aus einem integrativen Tragwerks-, Energie und Schallschutzkonzept besteht. Die multiplen Anforderungen an das Innenklima - insbesondere die thermische
Behaglichkeit und den Schallschutz in der Klimahülle - bedingen eine präzise Abstimmung und Steuerung der einzelnen Komponenten und Gewerke untereinander.
Durch die in diesem Projekt weiterentwickelte Klimahülle und eine geeignete Auslegung der technischen Gebäudeausstattung (Solarkollektoren, PV, Eisspeicher, Betonkernaktivierung) sowie wandelbaren Tragwerkselementen zur Verschattung und Lüftung würde sowohl die Kita Tabaluga im Bestand als auch die Klimahülle für den Kita-Neubau in der Richard-Wagner Chaussee zum Niedrigenergiehaus mit minimalem Heizenergiebedarf.
Basierend auf den in diesem Forschungsprojekt erfolgreich und vollumfänglich erarbeiteten Projekt- und Forschungsergebnissen wurde von der Gemeinde Blankenfelde-Mahlow schließlich die Objektplanung der Kita mit Klimahülle an eine ARGE aus Architekten, Tragwerksplanern und Klimaingenieuren und
Akustikingenieuren beauftragt. Um zu gewährleisten, dass die im Rahmen dieses DBU-geförderten Forschungsprojekts gewonnenen Erkenntnisse und Forschungsergebnisse zum großen Teil berücksichtigt und sinnvoll integriert werden, haben die Kooperationspartner des Forschungsprojektes die ARGE bei der Planung des Realisierungsprojektes begleitet und die Ergebnisse in diesem Abschlussbericht bewertet.
Ergebnisse und Diskussion
Der überarbeitete Klimahüllenentwurf dieses Projektes reagiert in seiner Form, Größe und technischen Ausprägung einerseits auf die künftig exponierte Fluglärmsituation, andererseits auf die spezifische und sensible Ensemble-Situation mit Kitagebäude, sowie Klimahüllen- und Außenbereich am Standort der
Richard-Wagner-Chaussee in 15827 Blankenfelde-Mahlow. Im Bericht wird die von den Autoren emp
fohlene Variante hergeleitet und die städtebaulichen und architektonischen Vorzüge gegenüber der Vor
gänger-Varianten erläutert. Es wird empfohlen, den ursprünglich zweigeschossigen Kita-Gebäuderiegel ohne Dachgarten in drei räumlich zueinander versetzten Baukörpern aufzulockern und somit zwei für die Kinder zum Spielen und Pflanzen nutzbare Dachgärten zu schaffen. Es entstehen offene, helle und
großzügige Kita-Innenräume, in denen die verschiedenen Nutzungsbereiche von Krippe und Kita mitei
nander verschmelzen. Somit können sich die verschiedenen Bereiche der Klimahülle zu einer gemein
sam nutzbaren und räumlich ganzheitlich erfahrbaren Verbindung von Innen- und Außenräumen zusam
menfügen. Der Einsatz eines leichten und wandelbaren Tragwerks in Kombination mit einer speziell da
rauf abgestimmten Gebäudetechnik spielt bei der Gebäudekonzeption eine zentrale Rolle. Die Klima
hülle funktioniert hierbei ganzheitlich als ein funktional, räumlich und technisch sensibel aufeinander abgestimmter Gebäudeorganismus.
Die Kombination aus manueller und automatischer Lüftung stellt eine ausreichende Versorgung mit
Frischluft sicher und steigert das Wohlbefinden. Großflächige Lüftungsöffnungen garantieren einen guten Luftaustausch mit der Umgebung. Fußbodenheizung und Kühldecken sorgen aufgrund von Strahlungswärme für ein angenehmes Raumklima. Dabei können die Temperaturen im Heiz- bzw. Kühlkreislauf niedrig gehalten werden, weshalb sich dieses System gut für die Kombination mit Absorptionskältema
schine und thermischem Speicher eignet. Ein intelligentes, wandelbares Sonnenschutzsystem sorgt im Sommer für günstige Verschattung, während im Winter die solare Wärme genutzt wird, um die Klima
hülle natürlich zu heizen. Photovoltaik-Elemente erzeugen elektrische Energie, während thermische Solarkollektoren der Erzeugung thermischer Energie dienen. Die von Photovoltaik und thermische Solarkollektoren erzeugte Energie wird im Technikraum gespeichert. So können zeitliche Differenzen zwischen Erzeugung und Bedarf ausgeglichen werden.
Die Verschattung wird außerhalb der Klimahülle angebracht. Es handelt sich dabei um eine Kombination aus fest installierten und variablen Elementen, die sich entsprechend einstellen lassen. In einem weite
ren Schritt wurden die Verschattungselemente aktualisiert, so dass eine komplette Verschattung durch die Hecken im Sommerfall simuliert wurde und die Verschattungselemente im Dach keine Solarstrahlung
transmittieren. Als Lüftungskonzept ist durchgehend natürliche Lüftung vorgesehen. Zusätzlich kann die
Steuerung mit Temperaturmessgeräten kombiniert werden, so dass intelligent gesteuert werden kann,
wodurch die benötigte Kühl- und Heizenergie minimiert wird.
Zur Stromversorgung der Klimahülle und der Schulräume sind PV-Module auf den Süd-Sheds der Klima
hülle vorgesehen. Die PV-Module sind mit 20 cm Abstand zum Dach installiert, um eine ausreichende
Hinterlüftung zu gewährleisten. Durch die Ausrichtung in Richtung Süd-Ost mit 45° Neigung ergibt sich
eine sehr gute Effizienz von 95 % der theoretisch möglichen Ausbeute bei optimaler Ausrichtung. In ei
nem durchschnittlichen Jahr können demnach 38 MWh elektrischer Energie erzeugt werden. Der Bedarf an elektrischer Energie für die Wärmepumpe liegt in den betrachteten Fällen unter der Jahreserzeugung: (71 MWh Heiz- + Kühlbedarf) / 3,2 JAZ = 22 MWh.
Mit den im Forschungsprojekt entwickelten schalltechnischen Maßnahmen, wie etwa den unterhalb der Photovoltaikelemente platzierten Lüftungsöffnungen und der Verwendung hoch absorbierender Materialien und Vegetation im Innenraum der Klimahülle ist es möglich eine signifikante Reduzierung des Schalleintrages durch Fluglärm in die Hülle zu bewirken.
Ein intelligentes Außenschallschutzkonzept ermöglicht das Erreichen von max 33,7 db im Überflugmo
ment (Klimahülle Fenster geschlossen) und max 53,9 db im Überflugmoment (Klimahülle Fenster geöffnet). Zwar reflektieren die Glaswände den Schall, allerdings ist die Situation eine ganz andere als z. B. in einem halligen Schwimmbad. Die “Naturböden” um das Haus und auf dem Flachdach absorbieren den Kinderlärm praktisch vollständig. Auch die Außenwände der Kita sind hochabsorbierend, und schließlich schlucken auch die geplanten Akustik-Kühl-Lamellen unter der Decke sehr effektiv den Schall. Insge
samt liegt in der Klimahülle ein hoch diffuses Schallfeld vor, welches effektiv die absorbierenden Wirkungen der Schluckflächen optimiert und somit die Geräuschkulisse auf ein ruhiges und höchst akzeptables Maß deckelt. Dies bedeutet lärmgeschütztes und ruhiges Spielen bei Frischluftqualität.
Zusammenfassend ermöglichten die Ergebnisse dieses Forschungsprojektes der Gemeinde Blanken-
felde-Mahlow eine erweiterte Ausschreibungsgrundlage der Planungsleistungen für eine effektiv vor
Fluglärm schützende, CO2-neutrale sowie für Kinder und Erzieher raumklimatisch gesunde und didak
tisch inspirierende Kitaneubauvariante mit Klimahülle.
Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation
Es fanden während der gesamten Zeit diverse Vorstellungen der Projektergebnisse im Rahmen von Gemeinderatssitzungen in der Gemeinde Blankenfelde-Mahlow statt. Dies wurde auch stets in der örtli
chen Presse (MAZ und MAZ online) veröffentlicht und kommentiert.
Fazit
Insgesamt konnte das ganzheitliche Konzept einer energetisch aktiven und wandelbaren Klimahülle im Vergleich zum Vorgängerprojekt erfolgreich weiterentwickelt und in eine konkrete Objektplanung über
setzt werden. Die energie- und bautechnische Effizienz der neu entwickelten Klimahülle für eine Kita
wurde durch eine Vielzahl von Energie-, Tragwerks- und Klimasimulationen erfolgreich belegt.
In der Folge wurde auf Basis der Forschungsergebnisse die Leistungsbeschreibung für die Ausschreibung und Vergabe der Planungsleistungen durch den Kooperationspartner die Gemeinde Blankenfelde-Mahlow erarbeitet und schließlich beauftragt. Die Grundidee des Projektes, mit minimalem Material-
und Energieaufwand einen vor extremen äußeren Umwelteinflüssen geschützten Raum zu schaffen, der einen Kitaneubau für 120 Kinder und einen verglasten Spielhof unter einer großen, gemeinsamen, kompakten und transparenten Hülle vereint, sollte auch im Planungsprojekt der ARGE übernommen werden. Im Anschluss an die Arbeiten in diesem Forschungsprojekt wurden die Planungen der Kita mit Klimahülle von der ARGE überarbeitet. Dabei wurden Geometrie, Materialien und das Betriebskonzept leicht vari
iert. Der größte konzeptionelle Unterschied der ARGE-Variante besteht darin, dass die reduzierte Klimahülle des ARGE-Planungsprojektes die Kita nicht mehr umfasst, sondern auf einer Seite angekoppelt ist.
Dadurch verringert sich der klimatische Schutz für das Hauptgebäude. Die Planung der Kita in Leistungsphase 2 des ARGE-Projektes nimmt zwar das wesentliche Konzept des Forschungsprojektes auf:
- Heller, schallgeschützter Raum
- Moderates Klima in der Klimahülle durch regulierte Lüftung, Verschattung und Kühlung
Jedoch ist der Baukörper der Kita im Gegensatz zum Forschungsprojekt von der Klimahülle nicht mehr umschlossen, sodass sich für die Fassade neue Anforderungen ergeben.
Die energetischen Unterschiede liegen im erhöhten Kühlungsbedarf wegen verstärktem Lichteintrag
(Shed-Geometrie, Außen/Innen-Verschattung) im Sommer, der die Wärme auf Boden und Grundwasser überträgt. Das LP2-Konzept verzichtet auf Solarthermie und erzielt dafür höhere PV-Stromerträge.
Die innenräumliche Maxime eines freien und stützenfreien Klimahülleninnenraumes als Spiel- und Kommunikationsfläche wurde im Planungsprojekt der ARGE zugunsten eines Tragwerks aus Baumstützen
und Freitreppen aufgegeben. Die subjektive Beurteilung des architektonischen Konzeptes obliegt dem/der Leser/in. Schließlich wurde der von der Gemeinde Blankenfelde-Mahlow in Auftrag gegebene Planungsauftrag nach der durch die Planungs-ARGE ausgeführte Leistungsphase 2 aus Kostengründen durch die Gemeindevertretung nicht mehr weiterverfolgt.
Abschließend kann vom Projektteam der Kooperationspartner dennoch ein positives Fazit des Folgeprojektes gezogen werden:
Sämtliche Arbeitspakete wurden sogar in 2 Projektphasen vollumfänglich erarbeitet.
Denn die innovative Weiterentwicklung von der passiven zur aktiven und wandelbaren Klimahülle konnte in jedem der Bereiche Tragwerk, Energie und Schallschutz erreicht und deutlich verbessert werden. Der Aspekt der Wandelbarkeit macht die Klimahülle nutzerfreundlicher und deutlich nachhaltiger im Betrieb. Der Aspekt des Lärmschutzes erhöht den Grad des Wohlfühlfaktors und konnte in dem Projekt konstruktiv verbessert, analytisch nachgewiesen und ganzheitlich deutlich weiterentwickelt werden. Das verbesserte Raumklima und die verbesserte Luftqualität, welche durch einen steten Luftaustausch und Frischluftzufuhr ermöglicht wird, verhindert zudem die Ausbreitung von Krankheiten und die Ansteckungsge
fahr der Kinder in der Kita. Die aktive Nutzung der Solarenergie senkt nachgewiesenermaßen die Be
triebskosten und entlastet die Umwelt.
Somit konnte der Gemeinde Blankenfelde-Mahlow insgesamt ein überzeugendes Forschungskonzept
mit entsprechenden Ergebnissen für eine erfolgreiche Ausschreibung der Planungsleistungen erarbeitet und zur Verfügung gestellt werden. Diese Ergebnisse können in ihrer in dieser Form einmaligen ganz
heitlichen Betrachtung von Klimahüllen für emissionsbelasteter Nutzungen wie Kitas, Schulen und Seniorenheimen als explizites Vorbild und Basis für weitere spezifische Studien und Projekte dienen.