Entwicklung eines Konzeptes für den Neubau der Karl-Treutel-Grundschule mit offenen Lernlandschaften unter Einsatz eines netzdienlichen Plusenergiekonzeptes mit nachhaltiger Energieerzeugung und gesunder Lernumgebung
Projektdurchführung
Stadt Kelsterbach
Magistrat
BÜRGERMEISTER
Mörfelder Str. 33
65451 Kelsterbach
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
Die Stadt Kelsterbach beabsichtigte, als Ersatz für die bestehende Karl-Treutel-Grundschule am Standort der Integrierten Gesamtschule in Kelsterbach ein neues Schulgebäude mit Sporthalle für ca. 500 Schüler als 5-zügige Schule zu errichten und damit einen gemeinsamen Schulcampus zu schaffen.
Mit dem Neubau der Karl-Treutel-Grundschule in Kelsterbach hat die Stadt Kelsterbach das Ziel verfolgt, ein zukunftsweisendes Schulgebäude mit einem hohen pädagogischen, ökologischen und wirtschaftlichen Anspruch zu realisieren. Hierbei spielten auch die Wirtschaftlichkeit und die Praxistauglichkeit des Energiekonzepts eine wesentliche Rolle.
Der Neubau der Karl-Treutel-Schule will sich nicht nur pädagogisch von konventionellen Schulen abheben, sondern wurde als erste nachhaltige Plusenergieschule mit einem Stromspeicher und thermischen Speichern zum Zwecke der Netzdienlichkeit geplant. Neben diesen anspruchsvollen Zielen wurden Innovationen im Bereich der mechanischen Lüftungsanlagen (Fassadenintegrierte Zulufteinheit mit dezentralen KVS-Wärmetauschern) angestrebt. Der Gebäudebetrieb für Lüftung, Heizung, Nachtlüftung und Kühlung wird hierzu raumweise ausschließlich durch diese hierfür entwickelten, innovativen dezentralen Fassadenlüftungsgeräte (FLG) sichergestellt, wobei die Abluft der Taglüftung zonenweise platz- und kostensparend über eine zentrale Abluftanlage mit Wärme-/Kälterückgewinnung (KVS-System) geführt wird.
Ziel war es, ein Gebäude zu schaffen, das den Nutzerinnen und Nutzern nicht nur funktional hochwertige Bedingungen für den Schulalltag bietet, sondern zugleich einen Beitrag zu Ressourcenschonung, Innenraumgesundheit und schadstoffreduzierten Bauweise leistet. Das pädagogische Konzept, das eng mit dem architektonischen Konzept verknüpft ist, soll den Schülerinnen und Schülern einen Ort der Zugehörigkeit, Identifikation und räumlichen Orientierung bieten.
Durch einen konsequenten kontinuierlichen Dialog zwischen Nutzer, Bauherr und dem Planungsteam sollte hierfür ein alltagstaugliches Schulgebäude entstehen.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden
Im Rahmen des Vorhabens wurden folgende Arbeitsschritte bei wesentlichen Themenschwerpunkten durchgeführt:
Hybridgebäude
Ziel war es, die Schule so zu konzipieren, dass unter den besonderen klimatischen Bedingungen, eine aus ökologischer und ökonomischer Sicht, optimale Lösung hinsichtlich der statischen Struktur (Bauart) gefunden wird. Dazu wurde die Wahl der grundsätzlichen Konstruktionsart beleuchtet und im Hinblick auf das Kriterium Nachhaltigkeit mittels Ökobilanz bewertet. Die gewählte Fassadenkonstruktion wurde in Zusammenarbeit mit dem Generalunternehmer in der Ausführung weiterentwickelt. Die getroffenen konstruktiven Grundentscheidungen wurden dabei in mehreren Bereichen so weiterentwickelt, dass die Vorteile eines Hybridgebäudes in der Ausführung genutzt werden.
Ressourcenschonender Einsatz von Baustoffen
Im Projekt wurden mögliche Anwendungsbereiche für Recycling-Baustoffe wie RC-Beton, die auch über die bestehenden Vorschriften hinausgehen können, identifiziert und durch ökologische und ökonomische Überlegungen zur Bewertung der Ergebnisse ergänzt.
Emissionsminimiertes WLAN
Hierzu wurde zunächst in der Planungsphase im Rahmen einer WLAN-Planung die Lage und Anzahl der Access Points ermittelt und nach Fertigstellung die realisierte Funkversorgung im Gebäude messtechnisch überprüft und bedarfsgerecht nachgesteuert.
Schallschutz/ Akustik Möblierung
Im Projekt sollen die erhöhten Anforderungen an die Raumakustik des pädagogischen Konzepts und des darauf aufbauenden Raumkonzepts durch eine effiziente Kombination von baulichen schallabsorbierenden Maßnahmen und der akustischen Aktivierung von Mobiliar erreicht werden. Dazu wurde das entwickelte schallabsorbierende Deckenfries („Kantenabsorber“) im Labor im Maßstab 1:1 überprüft und optimiert, und es wurden die akustischen Berechnungen und Simulationen verfeinert und hierbei die Möblierung (feste Möblierung/ Einbaumöbel) im raumakustischen Modell untersucht und bewertet.
Zur Verifizierung wurden in einem Musterraum im Maßstab 1:1 (Nachhallzeit, Schalldämmung, Schalldruckpegel) notwendige Akustikmessungen nach Abschluss des Innenausbaus durchgeführt.
Energiekonzept /Entwicklung Prototyp Fassadenlüftungsgerät
Für die KTS wurde als alternativer Lösungsansatz zu konventionellen technischen Anlagen ein hoch innovatives Lüftungskonzept mit dezentralen Fassadenlüftungsgeräten entwickelt, welches Wärme-, Kälte- und Luftversorgung in einem System verbindet. Für das Projekt wurde dazu von der Firma BS2 der Prototyp für ein solches Fassadenlüftungsgerät (weiter-) entwickelt. Dazu wurden für das Projekt erforderliche Anforderungen durch die Fachplaner mit BS2 abgestimmt und für die Entwicklung vorgegeben. Zudem wurden kalorische und akustische Messungen für den entwickelten Prototyp des Fassadenlüftungsgerätes auf den Prüfstand durchgeführt.
Im Anschluss wurden die dezentralen Fassadenlüftungsgeräte in Raum, Ausbau und Möblierung eingebunden und entsprechende Details entwickelt.
Netzdienliches Plusenergiegebäude/ Energieplanung/Thermischer Komfort
Ziel ist den gesamten Primärenergiebedarf des Gebäudes (Haustechnik und nutzerinduzierte Bedarfe) in einer Jahresbetrachtung geringer zu bilanzieren als der durch Eigenerzeugung substituierte Primärenergieeinsatz. Die gleiche Anforderung ergibt sich an die CO2-Emissionen. Dazu wurde ein energetisches Pflichtenheft aufgestellt, in dem Mindestanforderungen definiert wurden.
Zur Sicherstellung des Raumluftkomforts ist eine detaillierte thermisch-dynamische Simulationsrechnung durchgeführt worden, um die Sensitivität des sommerlich thermischen Komforts auf unterschiedliche baulich-technische Maßnahmen zu untersuchen. Ziel ist, dass eine maximale gewichtete Überschreitungshäufigkeit über einer Empfindungstemperatur von 27 °C von 100 Kh/a nicht überschritten werden soll.
Zusätzlich wird dem Aspekt der Netzdienlichkeit besondere Beachtung geschenkt. Zunächst wird untersucht, wie stark mittels sinnvoll dimensionierter Speicher der Eigenverbrauchsanteil des erzeugten PV-Stroms gegenüber dem Szenario ohne Speicher gesteigert werden kann. Dafür ist eine stundenaufgelöste Jahres-Lastkurve des Ensembles aus Schulgebäude und Sporthalle nötig, welche auf der Basis thermisch-dynamischer Simulationsläufe des gesamten Gebäudes und der gesamten Sporthalle sowie der zeitlich sinnvoll verteilten Bilanzsummen der erzielbaren Primärenergiebilanz generiert wird.
Weiterhin wurden Heiz- und Kühllastverläufe ermittelt und in Kombination mit den übrigen Bedarfsverläufen für z.B. Beleuchtung und Luftförderung zur Dimensionierung der Speichertechnologien und für Untersuchungen zur Netzdienlichkeit verwendet.
Integrale Planung und Qualitätssicherung
In der Planungsphase wurde eine modellbasierte Planung realisiert, um die Planungsschnittstellen effizienter zu gestalten. Im Rahmen der Genehmigungs- und Ausführungsplanung wurde der „OpenBIM-Ansatz“ weiterverfolgt. Das in Planung und Ausführung verfolgte integrale Konzept wurde in der Bauphase durch Maßnahmen der Qualitätssicherung fortgeführt. Ein besonderer Schwerpunkt lag dabei auf dem Bereich der technischen Anlagen sowie auf der Sicherstellung derjenigen Qualitäten, die für Komfort, Energieeffizienz und Nachhaltigkeit im späteren Betrieb von wesentlicher Bedeutung sind.
Ergebnisse und Diskussion
Ressourcenschonende Konstruktion und Gestaltungsqualität:
Umsetzung Hybridgebäude
Ein wesentliches Ergebnis des Vorhabens ist die Umsetzung eines hybriden Konstruktionsansatzes, bei dem die eingesetzten Baustoffe entsprechend ihrer jeweiligen konstruktiven, bauphysikalischen, ökologischen und gestalterischen Eigenschaften differenziert verwendet wurden.
Im Zuge der weiteren Planung und Ausführung konkretisierte sich dieser Ansatz jedoch nicht zu einer klassischen Holz-Beton-Hybridbauweise, sondern zu einer Kalksandstein-Beton-Hybridkonstruktion, die gegenüber dem Stand des Entwurfs in dieser Form weiter präzisiert und qualifiziert wurde.
Während die erforderliche Speichermasse, Robustheit und Aussteifung des Gebäudes im Wesentlichen durch Stahlbetonbauteile und Kalksandsteinmauerwerk sichergestellt werden, wurde Holz gezielt dort eingesetzt, wo seine Vorteile hinsichtlich Gewichts, Vorfertigung, Raumwirkung und Akustik besonders wirksam sind.
Die Verwendung von Holz-Elementdecken im Bereich des Mehrzweckraums hat sich hinsichtlich der Einsparung von Gebäudehöhe und der Unterbringung von Installationsebenen ohne Verlust an Raumhöhe bewährt. Durch die Verlegung der Decke konnte der betreffende Gebäudeteil in einem Zug von oben geschlossen werden. Gleichzeitig vermittelt die sichtbare Holzoberfläche im Innenraum ein angenehmes Raumgefühl und unterstützt über ihre gelochte Ausbildung zugleich die raumakustischen Anforderungen.
Auch die Sporthalle wurde mit massiven Deckenelementen aus Holz eingedeckt. Dadurch konnten geringe Aufbauhöhen zur Einhaltung der Vorgaben des Bebauungsplans bei gleichzeitig maximal nutzbarer Hallenhöhe realisiert werden. Die sichtbaren Holzoberflächen tragen auch hier zur Aufenthaltsqualität bei und erfüllen zugleich raumakustische Anforderungen.
Im Innenausbau wurde Holz darüber hinaus gezielt bei tragenden und raumbildenden Elementen eingesetzt, etwa bei der Oberlichtkonstruktion in der Aula sowie bei den Absturzsicherungen an den Treppen. Der Einsatz erfolgte dabei nicht allein aus gestalterischen Gründen, sondern auch zur Förderung der Behaglichkeit und Materialqualität im Schulgebäude.
Im Ergebnis zeigt sich, dass abweichend zum geplanten Holz-Beton-Hybridkonzept ein alternativer hybrider Konstruktionsansatz mit Kalksandstein in der Ausführung zum Einsatz kam. Diese Präzisierung erwies sich unter konstruktiven, bauphysikalischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten als folgerichtig. Insbesondere die gezielte Reduzierung schwerer massiver Bauteile zugunsten leichterer, funktional präziser eingesetzter Konstruktionen sowie die konsequente Vorfertigung und Systematisierung wesentlicher Bauteile haben dazu beigetragen, Materialverbrauch, Bauzeit, Lastabtragung und architektonische Qualität in ein schlüssiges Gesamtverhältnis zu bringen.
Erschließung von Ressourceneffizienzpotentialen in Baustoffen/ ressourcenschonender Einsatz von Baustoffen
Bereits in der Entwurfsplanung wurden die Einsatzmöglichkeiten von Recyclingbeton untersucht. Zu diesem Zeitpunkt wurde der Einsatz von R-Beton noch nicht als wirtschaftlich und ökologisch ausreichend belastbar bewertet und die Verfügbarkeit war nur eingeschränkt gegeben. Im weiteren Projektverlauf verbesserten sich jedoch sowohl die Verfügbarkeit geeigneter rezyklierter Gesteinskörnungen als auch die Erfahrungen in Beschaffung und Verarbeitung und der Einsatz von RC-Beton bis zu einer Betonfestigkeitsklasse C30/37 wurde im Rahmen von aktualisierten DIN-Normen geregelt. Dadurch konnte im Rahmen der Ausführung erfreulicherweise ein relevanter Anteil konventionellen Betons durch Recyclingbeton ersetzt werden. Auch im Bereich der mineralischen Erdbaustoffe konnte ein sehr wesentlicher Teil der technisch und logistisch verfügbaren Einsatzmöglichkeiten von Recycling-Baustoffen tatsächlich ausgeschöpft werden.
Das Projekt zeigt damit, dass insbesondere in mineralischen Massenanwendungen bereits heute erhebliche Beiträge zur Ressourcenschonung und Kreislaufführung realisierbar sind.
Auch beim Einsatz von Bewehrungsstahl wurde bereits in der Entwurfs- und Ausführungsplanung besonderes Augenmerk auf mögliche Einsparpotenziale gelegt. Konstruktiv und sicherheitsbedingt erforderliche Anpassungen während der Ausführung insbesondere aus der Prüfstatik, der Erdbebenzone 1 sowie der Rissbreitenbeschränkung in der Sporthalle führten zu einer höheren endgültigen Materialmenge als zunächst angenommen. Im Ergebnis kann zusammengefasst festgehalten werden, dass das Projekt auch im Bereich des Bewehrungsstahls eine ressourcenorientierte Planung und Ausführung verfolgt hat.
Im Hinblick auf das ganzheitliche Ziel einer Optimierung ressourcenintensiver Materialien ist das Ergebnis somit zwar differenziert, insgesamt jedoch sehr positiv zu bewerten.
Ökobilanz
Die Ökobilanz wurde planungsbegleitend zur Unterstützung von konkreten Entscheidungen z.B. im Hinblick auf die Konstruktionsart eingesetzt und im Planungsverlauf fortgeschrieben. Dabei erfolgte eine Trennung zwischen Schule und Sporthalle. Es hat sich gezeigt, wie sensibel die Ökobilanz auf unterschiedliche Modellierungen eines Projekts reagiert und dass bereits kleinere Änderungen z.B. bei der Wärmepumpenauswahl oder den Flächen deutlich ergebnisrelevant sind. Erschwerend kam hinzu, dass durch die Entscheidung zur Durchführung ausgewählter Zertifizierungen im Zusammenhang mit der Beantragung von Fördermitteln unterschiedliche Rechenregeln der Systeme BNB und QNG zu berücksichtigen waren, die auch zu deutlich voneinander abweichenden Ergebnissen geführt haben.
Für die beiden Indikatoren (PENR und Treibhausgaspotenzial) werden die Anforderungswerte unterschritten. Für den Indikator Primärenergie nicht erneuerbar wird QNG-Premium erreicht, für den Indikator Treibhausgaspotenzial wird QNG Plus erreicht.
Alltagstaugliches Schulgebäude mit Gestaltungs- und Innenraumqualität:
Integration des Freiraums in das Schulleben
Das Projekt zeigt, dass der Außenraum nicht als bloße Ergänzung des Gebäudes, sondern als integraler Bestandteil des pädagogischen Konzepts verstanden wurde. Schulhof, Marktplätze, Bewegungsflächen, Wegebeziehungen und Aufenthaltsbereiche wurden so angelegt, dass sie das Schulleben aktiv unterstützen, den Tagesablauf strukturieren und unterschiedliche Formen von Bewegung, Aufenthalt, Begegnung und informellem Lernen ermöglichen. Auch die barrierefreie Erschließung und die Verknüpfung mit Sporthalle und benachbarter Integrierter Gesamtschule stärken die Alltagstauglichkeit des Gesamtensembles.
Erweiterung der Risikostoffbegrenzung auf die Möblierung
Ein besonderer qualitativer Mehrwert des Projekts liegt in der Ausweitung der Anforderungen zur Risikostoffbegrenzung auf die feste und lose Möblierung. Die Anforderungen an schadstoffarme und emissionsgeprüfte Materialien wurden damit nicht auf klassische Bauprodukte beschränkt, sondern auf das gesamte Innenraumsystem erweitert. Durch gewerkespezifische Vorgaben, Materialfreigaben, ergänzende Nachweise und projektspezifische Prüfungen konnte sichergestellt werden, dass auch die Möblierung zur angestrebten Innenraumqualität beiträgt und nicht zu einer nachträglichen Belastungsquelle wird.
Die nach Abschluss der Innenausbauarbeiten ohne Möblierung sowie zusätzlich nach Einbringung der losen Möblierung durchgeführten Raumluftmessungen zeigen, dass auch die Möblierung durchaus Einfluss auf die Raumluftqualität hat.
Akustisches Potential bei der Möblierungsauswahl
Die Auswahl und Ausbildung der Möblierung wurden nicht nur unter funktionalen und gestalterischen Gesichtspunkten betrachtet, sondern auch unter akustischen Aspekten. Insbesondere in Lernlandschaften, Gruppenräumen und offenen Aufenthaltsbereichen beeinflussen Möblierung, Oberflächen und Raumgliederung die Nachhallzeiten und die Sprachverständlichkeit wesentlich mit. Durch die bewusste Abstimmung von Möblierung, Oberflächenmaterialien und raumakustisch wirksamen Bauteilen konnten lärmmindernde und raumakustisch günstige Bedingungen unterstützt werden.
Anforderungen, insbesondere an Sprachverständlichkeit und Verringerung des Schallpegels, sind in den im Gebäudekonzept umgesetzten Lernclustern höher als im Regelfall, da hier unterschiedliche Unterrichtsmethoden wie Gruppenarbeit oder Einzelarbeit parallel mit Kommunikation auf kurze und lange Distanz sowie mehreren Sprechern gleichzeitig funktionieren muss. Die Nachhallzeit darf hier 0,4 Sekunden nicht überschreiten. Dies wird durch die spezielle Anordnung und Verteilung der schallabsorbierenden Flächen (Decke, Seitenwände, Stirnwand) sowie durch akustisch aktiviertes Mobiliar (zum Beispiel Sideboards und Staufächer) erreicht. Insbesondere die Details zur Ausführung des notwendigen Deckenfries haben umfangreiche Abstimmungen zwischen den Projektbeteiligten in der Planungsphase erforderlich gemacht. Durch ausführungsbegleitende Messungen in einem Musterraum konnte die Erreichung der angestrebten Zielwerte belegt werden.
Emissionsminimiertes WLAN in pädagogischer Architektur
Das Projekt erfüllt im Rahmen der tatsächlichen Umsetzung die wesentlichen Anforderungen an das gesetzte Ziel eines emissionsminimierten WLANs. Die im Projekt durchgeführten Messungen und Konfigurationen bestätigen, dass eine leistungsfähige und zugleich bedarfsgerecht abgestimmte WLAN-Infrastruktur umgesetzt wurde. Die Verbindung aus messtechnischer Überprüfung, gezielter Nachjustierung und adaptiver Steuerung begrenzt unnötige Funkreserven, ohne die praktische Nutzbarkeit in den Hauptbereichen einzuschränken.
Transparente und funktionale Gestaltung der Lernhäuser
Im Mittelpunkt standen im Planungsprozess die Schaffung zusätzlicher Flächen für die Schulkindbetreuung, die Mehrfachnutzung zentraler Bereiche sowie die konsequente Berücksichtigung von Inklusion und Barrierefreiheit gemeinsam mit den Nutzern.
Die Lernhäuser erhielten natürlich belichtete Atrien, offene Sichtbeziehungen und robuste, nachhaltige Materialien. Besondere Aufmerksamkeit galt der integralen Einbindung der dezentralen Fassadenlüftungsgeräte und der Überströmelemente in Raum, Möblierung und Türkonstruktionen, sodass technische Anforderungen mit Gestaltungsqualität, Wartungsfreundlichkeit und Alltagstauglichkeit verbunden wurden. Insgesamt konnte so ein wesentlicher Beitrag zu einer gesunden, nachhaltigen und pädagogisch qualitätsvollen Lernumgebung geleistet werden.
Zukunftsweisendes und ressourcenschonendes ganzheitliches Energiekonzept:
Ganzheitliches ressourcenschonendes Energiekonzept
Für den Plusenergieneubau der Karl-Treutel-Schule in Kelsterbach (KTS) wurde ein ganzheitliches, innovatives Konzept für die Gebäudekonstruktion, das pädagogische Konzept und das Energiekonzept einschließlich der erforderlichen technischen Gewerke umgesetzt. Letzteres beinhaltet den netzdienlichen Betrieb einer Eigenversorgung mit PV-Anlagen, Stromspeicher, Luft-Wärmepumpen, thermischen Speichern und Heizpatronen sowie thermischer Masse. Außer Strom werden keine weiteren Energieträger eingesetzt. Ein zentraler Bestandteil dieses Konzepts ist die hybride Lüftung mit dezentralen, in die Fassade integrierten Zuluftgeräten.
Der Gebäudebetrieb für Lüftung, Heizung, Nachtlüftung und Kühlung wird raumweise ausschließlich durch hierfür im Projekt entwickelte, innovative dezentrale Fassadenlüftungsgeräte (FLG) sichergestellt, wobei die Abluft der Taglüftung zonenweise platz- und kostensparend über eine zentrale Abluftanlage mit Wärme-/Kälterückgewinnung (KVS-System) geführt wird. Die Luftführung erfolgt dabei überwiegend mit Überströmungen über Flure und Garderoben. Die gesamte Gebäudetechnik wird von der Gebäudeautomation gesteuert, in die ein Energiemanagementsystem integriert ist.
Bei der Entwicklung des Prototyps für die umgesetzten FLGs waren umfangreiche Abstimmungen zur Klärung der notwendigen technischen Anforderungen und die Bestätigung durch Messungen auf dem Prüfstand erforderlich. Eine besondere Herausforderung im Projektverlauf hat die Integration des FLGs in die weitere Fassaden-, Ausbau- und detaillierte Möblierungsplanung dargestellt. Dazu gehörte insbesondere die Abstimmung der Einbausituation des Zuluftgeräts mit der angrenzenden Möblierung und die Zugänglichkeit für Wartungszwecke (Filterwechsel).
Netzdienliches Plusenergiegebäude unter Einsatz von Speichertechnologien
Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Entwicklung eines zukunftsweisenden Energiekonzepts mit Blick auf einen netzdienlichen und ressourcenschonenden Betrieb. Die Kopplung von Energieerzeugung, Verbrauch und Speichertechnologien sollte dazu beitragen, Lastspitzen zu reduzieren, den Eigenverbrauch zu erhöhen und die energetische Gesamtperformance des Gebäudes zu verbessern.
Das umgesetzte baulich-technische Energiekonzept bedingt einen äußerst niedrigen spezifischen Primärenergiebedarf (spezifischer Primärenergiebedarf inkl. nutzerinduzierte Bedarfe: 37,4 kWh/ [m² KGF a]). Die Prüfung des Plusenergiekriteriums hat die sehr gute Erreichung des Plusenergiestandards im Rahmen der getroffenen Definition bestätigt.
Zur sachgerechten Dimensionierung der elektrischen und thermischen Speicher musste dem Bedarfsprofil des Gebäudes das Stromangebot aus der PV-Anlage gegenübergestellt werden. Die Untersuchungen haben gezeigten, dass sinnvoll dimensionierte Speichersysteme eine Steigerung des Eigenverbrauchsanteils ermöglichen und darüber hinaus in erheblichem Maße netzdienlich sein können.
Das im Projekt integrierte thermische Management steuert u. a. die Wärmepumpen, die thermischen Speicher und ein einziges Wasser/Glykol-System, mit dem hauptsächlich die Fassadenlüftungsgeräte mit Wärme und Kälte versorgt werden. Weiterhin wurde das System mit einer Taupunktregelung und einer Kondensatüberwachung ergänzt.
Die tatsächliche Bewertung dieser Zielerreichung durch das Zusammenspiel der gebauten Speicherdimensionierungen sowie der PV-Anlage wird durch die begleitende Monitoring- und Betriebsphase weiter zu konkretisieren sein, da die Regelstrategien hierzu noch nicht vollständig implementiert sind.
„Integrale Planung“ in der Bauausführung und Qualitätssicherung:
Integrales Planungskonzept mit Fokus Bauphase
Ein wesentliches Ergebnis des Vorhabens ist die konsequente Fortführung des integralen Planungsansatzes in der Ausschreibungs-, Ausführungs- und Bauphase. Die ambitionierten Ziele hinsichtlich Nachhaltigkeit, Gestaltungsqualität, Innenraumgesundheit und Nutzerkomfort wurden nicht nur planerisch formuliert, sondern über Vorbemerkungen, Leitdetails, Materialfreigaben und projektspezifische Prüfprozesse bis in die Umsetzung abgesichert. Dadurch konnte eine hohe Konsistenz zwischen Planung, Ausschreibung und Ausführung erreicht werden.
Qualitätssicherung mit Schwerpunkt im Bereich der technischen Anlagen
Der Qualitätssicherung kam insbesondere im Bereich der technischen Anlagen große Bedeutung zu. Dies betrifft vor allem die Integration und Einregulierung der dezentralen Lüftungsgeräte, die Qualität der Luftführung, die Überströmungskonzepte sowie die Wechselwirkungen zwischen technischer Ausstattung, Innenausbau und Möblierung. Gerade in diesen Bereichen zeigt sich, dass die tatsächliche Funktionsfähigkeit innovativer Lösungen nicht allein durch Planung und Einbau gesichert werden kann, sondern einer fortlaufenden Überprüfung und Optimierung bedarf.
Weiterentwicklung Monitoringkonzept
Die Weiterentwicklung des Monitoringkonzepts stellt einen entscheidenden Schritt dar, um die in Planung und Bau gesetzten Ziele im realen Betrieb zu bewerten. Der Fokus liegt dabei sowohl auf dem vielseitigen Einsatz der innovativen fassadenintegrierten Zuluftgeräte als auch auf dem Zusammenspiel der technischen Gewerke im Rahmen der netzdienlichen Fahrweise über das Energiemanagementsystem. Das Monitoring dient damit nicht nur der Dokumentation des Erreichten, sondern zugleich als Grundlage für die betriebliche Optimierung und für die Einordnung, inwieweit die ambitionierten Nachhaltigkeits- und Energieziele im Schulalltag tatsächlich eingelöst werden.
Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation
Das Projekt stieß während der rund zweieinhalbjährigen Bauphase auf großes Interesse in der Öffentlichkeit. Die Projektkommunikation begleitete den Baufortschritt kontinuierlich und nutzte sowohl digitale als auch analoge Formate, um Transparenz zu schaffen und die Schulgemeinde sowie die Bürgerschaft frühzeitig einzubinden.
Zahlreiche Begehungen durch Stadtverordnete, Gremienmitglieder und künftige Nutzerinnen und Nutzer fanden in regelmäßigen Abständen statt. Bereits zu Beginn der Baumaßnahme wurde mit den künftigen Schülerinnen und Schülern ein Malwettbewerb veranstaltet, um den Bauzaun mit den Vorstellungen, Erwartungen und Ideen der Kinder an ihre neue Schule zu gestalten. Auf diese Weise wurde das Projekt schon früh im Bewusstsein der Schulgemeinde verankert und identitätsstiftend begleitet.
Zusätzlich konnten die Bauarbeiten über eine eigens eingerichtete Internetseite mit Webcam-Funktion täglich von allen Interessierten verfolgt werden. Dadurch war der Baufortschritt fortlaufend öffentlich nachvollziehbar. Zum Abschluss des Projektes wurde ein Kurzfilm erstellt, der die gebaute Schule erlebbar macht und die Qualität der Umsetzung transparent darstellt.
Fazit
Nach rund zweieinhalbjähriger Bauzeit konnte mit Abschluss der baulichen Umsetzung und Aufnahme des Schulbetriebs eine insgesamt positive Bilanz gezogen werden. Die im Rahmen des Vorhabens verfolgten Zielsetzungen konnten in den wesentlichen Themenfeldern untersucht, planerisch vertieft und mit weitestgehend positiven Ergebnissen in die Umsetzung überführt werden. Dies betrifft insbesondere den ressourcenschonenden Materialeinsatz, die hybride Konstruktion, die Innenraumqualität, die Risikostoffbegrenzung, die Qualität des Innenausbaus und der Möblierung sowie die integrale Verknüpfung von Architektur, Technik und pädagogischem Konzept.
Ein wesentliches Ergebnis des Vorhabens ist die Umsetzung eines hybriden Konstruktionsansatzes, bei dem die eingesetzten Baustoffe entsprechend ihrer jeweiligen konstruktiven, bauphysikalischen, ökologischen und gestalterischen Eigenschaften differenziert verwendet wurden. Hierbei wurde keine klassische Holz-Beton-Hybridbauweise, sondern eine Kalksandstein-Beton-Hybridkonstruktion umgesetzt. Während sich beim RC-Beton und bei den RC-Erdbaustoffen im Verlauf des Projekts zusätzliche bzw. größere Umsetzungsoptionen eröffneten, wurde beim Bewehrungsstahl deutlich, dass Ressourceneffizienz stets im Spannungsfeld mit Anforderungen an Standsicherheit, Gebrauchstauglichkeit und Genehmigungsfähigkeit steht. Gerade vor diesem Hintergrund ist die im Projekt erreichte Entwicklung jedoch als sachgerecht und ressourcenbewusst zu bewerten. Die verschiedenen Berechnungsergebnisse der planungsbegleitenden Ökobilanz zeigen die zunehmende Bedeutung von Einzelentscheidungen bezüglich der Ergebnisse für bestimmte LCA-Indikatoren.
Besonders hervorzuheben bei der KTS ist, dass die Nachhaltigkeitsziele nicht auf einzelne technische oder energetische Maßnahmen beschränkt blieben, sondern in einem ganzheitlichen Ansatz bearbeitet wurden. Durch die Verbindung von Ausschreibungsanforderungen, Materialfreigaben, ergänzenden Nachweisen, Messungen und baubegleitender Qualitätssicherung konnten die angestrebten Anforderungen an Schadstoffarmut, Innenraumgesundheit, Ressourcenschonung und Nutzerqualität wirksam in die Realisierung überführt werden.
Für den Plusenergieneubau der Karl-Treutel-Schule in Kelsterbach (KTS) wurde ein ganzheitliches, innovatives Energiekonzept umgesetzt, dass wirtschaftliche Vorteile gegenüber konventionellen technischen Lösungen bietet.
Bei den eingesetzten FLGs, der thermischen Versorgung und den Betriebsmodi handelt es sich nicht um eine marktübliche Standardlösung, sondern um eine neue für das Projekt entwickelte und integrativ in Architektur, Möblierung und Gebäudetechnik eingebundene Innovation. Der wesentliche Mehrwert dieser umgesetzten Fassadenlüftungsgeräte liegt darin, dass sie mehrere Funktionen in einem kompakten, fassadenintegrierten System vereinen: Bedarfsgerechte Frischluftversorgung, Heizen und Kühlen. Gleichzeitig bedingt das Energiekonzept einen äußerst niedrigen spezifischen Primärenergiebedarf (spezifischer Primärenergiebedarf inkl. nutzerinduzierte Bedarfe: 37,4 kWh/ [m² KGF a]) und Kosteneinsparungen durch bauliche und technische Vorteile.
Das entstandene und umgesetzte Energiekonzept bedingt gemäß den durchgeführten thermisch-dynamischen Simulationsrechnungen sowohl einen äußerst niedrigen spezifischen Primärenergiebedarf (spezifischer Primärenergiebedarf inkl. nutzerinduzierte Bedarfe: 37,4 kWh/ [m² KGF a]) als auch weitere wirtschaftliche Vorteile durch Baukosteneinsparungen aufgrund baulicher und technischer Vorteile gegenüber herkömmlichen Standardlösungen. Die Prüfung des Plusenergiekriteriums hat die sehr gute Erreichung des Plusenergiestandards im Rahmen der getroffenen Definition bestätigt. Auch das angestrebte Ziel einer BNB-Zertifizierung Bronze und die QNG-Förderung wird erreicht.
Weitere Erkenntnisse und Optimierungspotenziale sind aus der begleitenden Monitoringphase im laufenden Betrieb zu erwarten. Diese wird dazu beitragen, die tatsächliche energetische Performance, die Funktionsfähigkeit der technischen Anlagen sowie den Nutzerkomfort weiter zu bewerten und gegebenenfalls nachzuschärfen. Insbesondere das Monitoring der Fassadenlüftungsgeräte ist ein notwendiger und fachlich folgerichtiger nächster Schritt, um die im Vorhaben verfolgten ökologischen und wirtschaftlichen Ziele im Realbetrieb zu überprüfen.