Prototype energetische Klassenraumsanierung Denkmal Otto Haesler Schule Celle
Projektdurchführung
Landkreis Celle Amt für zentrale Dienste, Liegenschaften und Sportförderung - Kreiseigener HochbauPostfach 3211
29232 Celle
Zielsetzung
Die Stadt Celle möchte die Altstädter Schule von Otto Haesler, die seit ihrer Fertigstellung 1928 bis heute durchgängig als Schule genutzt wird, denkmalgerecht Instand setzen. Ziel soll es sein, die bauzeitliche Bausubstanz zu schonen und mit möglichst minimalen Eingriffen das Gebäude für die Zukunft zu ertüchtigen, und dabei die Dinge zu verbessern, die von den Nutzern im Schulbetrieb bemängelt wurden, wie beispielsweise die Raumakustik oder die unzureichende Heizung/Beheizung der nördlichen Klassenräume.
Wesentlicher Bestandteil sowohl der denkmalgerechten Instandsetzung als auch des Energiekonzeptes sind die ursprünglich in den Klassenräumen eingebauten Holzkastenfenster.
Bauhistorisch und gestalterisch sind sie eine Besonderheit, weil in den dreißiger Jahren in Gebäuden im Stil der klassischen Moderne mehrheitlich Einscheiben-Metallrahmenfassaden verwendet wurden. An der Otto-Häsler-Schule wurden die für das Gebäude typischen Holzkastenfenster in den 80er Jahren durch Leichtmetallfenster mit Isolierverglasung ersetzt. Wieder Holzkastenfenster einzusetzen, würde dem Haus viel Identität zurückgeben und wäre deshalb im Rahmen einer denkmalgerechten Instandsetzung eine wünschenswerte Maßnahme.
Energetisch sind die Holzkastenfenster besonders, weil der Zwischenraum der beiden Scheiben gleich mehrere Aufgaben einer Fassade übernehmen kann: Blend- und Sonnenschutz können in diesem Zwischenraum untergebracht werden und durch ihr Schließen von unten nach oben die optimale Nutzung von Tageslicht ermöglichen. Solare Gewinne durch Sonneneinstrahlung können im Zwischenraum gesammelt und im Winter zur Vortemperierung der Zuluft genutzt werden.
Bevor die Sanierung des gesamten Gebäudes durchgeführt wird, soll vorab eine prototype energetische Klassenraumsanierung erfolgen. Diese sah vor, einen der Klassenräume im zweiten OG an der Westfassade in den Sommerferien 2019 zu sanieren und dann über ein Jahr lang meßtechnisch zu erfassen und mit einem Bestandsraum zu vergleichen. Die Umnutzung der Schule in eine Sprachschule sowie der Befund von asbesthaltigen Verspachtelungen hat zu Verzögerungen geführt, so dass erst im Sommer 2022 in die nun leere Schule im Testraum die neue Fassade installiert werden konnte. Seit September 2022 laufen die Messungen.
Projektumfang ist die Planung , Erstellung und Messdurchführung dieses Prototypraumes sowie die Ausstattung eines Referenzraumes im Istzustand für Messungen hinsichtlich Heizwärmebedarf, Luftqualität, thermischem und v
Arbeitsschritte
Projektumfang ist die Planung , Erstellung und Messdurchführung dieses Prototypraumes sowie die Ausstattung eines Referenzraumes im Istzustand für Messungen hinsichtlich Heizwärmebedarf, Luftqualität, thermischem und visuellem Komfort sowie Tageslichtversorgung. Bisher konnten wegen Problemen mit der Sonnenschutzsteuerung noch keine Messungen zum visuellen Komfort gemacht werden.
Die Möglichkeit, über einen Prototypraum Funktions- und Kostensicherheit bei der Instandsetzung eines Denkmals zu erreichen, macht das Projekt exemplarisch in seiner Herangehensweise.
Arbeitsschritte:
- Planung der Testfassade in Abstimmung mit dem Denkmalschutz
- Erstellung eines Messplanes zur Erfassung der notwendigen Parameter zur Bewertung insbesondere des thermischen und luftqualitätsmäßigen Verhaltens der natürlichen Lüftung über das weiterentwickelte historische Kastenfenster
- Erstellung eines Regelungsplans mit Sensoren und Aktoren einer CO2 gesteuerten natürlichen Lüftung
- Abstimmung mit Architektur, Tragwerksplanung, dem Fensterbauer und der Schule
- Nach Fertigstellung der Testfassade Aufbau Meßeinrichtung und Inbetriebnahme der Messungen
- Infrarotmessungen zur Betriebsprüfung
- Auswertung von Kurzzeitmessungen zur Bewertung der Funktion
- Anpassung der Steuerung
- Umbau Sonnenschutz für eine bessere Durchlüftung des Kastenfenster
- Versuche mit erhöhter Raumfeuchte zur Überprüfung von Kondensatbildung im Kastenfenster
- Auswertung von Betriebswochen im Herbst, Winter, Frühling und Sommer
- Testbetrieb mit erhöhtem CO2 Eintrag und Stoßlüften
- Auswertung des thermischen Komfort der natürlichen Lüftung über das Kastenfenster bei Aussentemperaturen um 0°C.
- Umbau für vereinfachten Klappenantrieb und vereinfachte Steuerung
- Zusammenfassung in einem Abschlußbericht
Ergebnisse
Gesamtfazit
Mit einer CO2 abhängigen Klappensteuerung läßt sich ein Klassenzimmer mit dem weiterentwickelten Kastenfenster von Otto Hässler bei einer typischer Belegung von 20 Schülern und einem Lehrer ausreichend natürlich be- und entlüften und maximale CO2 Werte von 1200 ppm sicherstellen.
In der Winterstellung mit reduzierter Fassadendurchlüftung auf Grund der geschlossenen oberen äußeren Fassadenklappe steigen die maximalen CO2 Konzentration auf 1400 ppm an, wobei eine Stoßlüftung über die zeitweise Aktivierung der oberen äusseren Klappen während der kurzen und langen Pausen einen guten Reset zum Start der nächsten Unterrichtsstunde zuläßt.
Die reduzierte Lüftungseffizienz in der Winterstellung der Lüftung – Klappen aussen unten offen und Klappen innen oben offen – die zu diesen erhöhen CO2 Niveaus unter dem MAK Wert von 1500 ppm führt, beruht auf einer Durchmischung von Fortluft- und Zuluft im Kastenfenster, die allerdings auch ein grosses Komfortproblem der natürlichen Lüftung löst. Mit dieser Vermischung erfolgt eine Art «Wärmerückgewinnung», die das Komfortproblem der natürlichen Lüftung bei niedrigen Aussentemperaturen löst. Trotz Aussentemperaturen am Gefrierpunkt konnten als Eintrittstemperatur aus dem Kastenfenster in den Raum keine Temperaturen unter 14°C gemessen werden, die somit auch kein Komfortproblem für Personen in Fassadennähe darstellen.
Auch im Sommer zeigt das weiterentwickelte Kastenfenster mit dem integrierten Sonnenschutz und der manuellen Sommerklappe innen unten, auch in Hitzeperioden mit über 35°C aussen nur maximale Raumtemperaturen mit 26°C. Die ist sicher auch auf die hohen thermischen Massen in der Altstädter Schule zurückzuführen, die sich mit den gesteuerten Fassadenklappen über eine Nachtlüftung auch aktivieren lassen. Dies sollte in der Spezifizierung der Klappensteuerung noch berücksichtigt werden.
Eine Vereinfachung der Steuerung des System sollte unbedingt berücksichtigt werden, genauso wie eine visuelle Lüftungsampel für Lehrer und Schüler um manuell eingreifen zu können.
Öffentlichkeitsarbeit
Vortrag KIT Karlsruhe, Architekturfakultät
Podcast Bauwesen https://www.baustelle-bauwesen.de/podcast
Transsolar Webpage
Fazit
Mit einer CO2 abhängigen Klappensteuerung läßt sich ein Klassenzimmer mit dem weiterentwickelten Kastenfenster von Otto Hässler bei einer typischer Belegung von 20 Schülern und einem Lehrer ausreichend natürlich be- und entlüften und maximale CO2 Werte von 1200 ppm sicherstellen.
In der Winterstellung mit reduzierter Fassadendurchlüftung auf Grund der geschlossenen oberen äußeren Fassadenklappe steigen die maximalen CO2 Konzentration auf 1400 ppm an, wobei eine Stoßlüftung über die zeitweise Aktivierung der oberen äusseren Klappen während der kurzen und langen Pausen einen guten Reset zum Start der nächsten Unterrichtsstunde zuläßt.