Projekt 23991/01

Wissenschaftliche Begleitforschung zur Innovationsoffensive Energieeffiziente Schulsanierung

Projektdurchführung

Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) Institutsteil Holzkirchen
Fraunhoferstr. 10
83626 Valley

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Internationale Untersuchungen wie die PISA-Studie stellen durch einen Leistungsvergleich der Schüler die Lern-Bedingungen an Schulen in Deutschland in Frage. Die Ausbildung der heranwachsenden Ge-neration muss in einer Wissensgesellschaft den höchsten Stellenwert besitzen, da nur so eine internationale Wettbewerbsfähigkeit des Standorts Deutschland erhalten werden kann. Die gesellschaftliche Bedeutung einer optimalen Ausbildung wird allenthalben betont. Neben der Qualität der Lehre rücken dabei zunehmend die Lehr- und Lernbedingungen in den Bildungseinrichtungen ins Blickfeld. Nicht nur der Verbesserung des energetischen Standards soll die Sanierung dienen, vor allem soll sie auch die Lern- und Lehrbedingungen der Schüler und Lehrer optimieren. Das Wohlbefinden von Personen in ihrem Umfeld und ihre Leistungsfähigkeit werden durch eine große Anzahl von Faktoren beeinflusst. Einer dieser Faktoren ist das Raumklima, das sich wiederum aus thermischem, akustischem, visuellem und olfaktorischem (Luftqualität) Raumklima zusammensetzt. Von bauphysikalischer Seite kann hier ein wesentlicher Beitrag geleistet werden. Dieses bauphysikalisch sinnvolle energetisches Sanierungskonzept mit dem Fokus der Effizienz der Nutzer sollte an Hand der Angelaschule in Osnabrück gemeinsam mit dem Träger der Schule sowie der Deutschen Bundesstiftung Umwelt umgesetzt werden. Bei der Schule handelt es sich um ein ca. 1900 errichtetes Gebäude inkl. mehrerer später erfolgter Anbauten.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas gesamte Projekt teilte ich in zwei Phasen auf, wobei zuerst nur die erste Phase beantragt wurde. Diese umfasste folgende Arbeitspakete:
Phase I
AP1: Entwicklung eines gemeinsamen Leitmotivs
AP2: Definition des Sanierungszieles und der Anforderungen
AP3: Bauphysikalische Bestandsaufnahme
AP4: Erarbeiten von Sanierungskonzepten
Phase II
AP5: Wissenschaftliche Begleitung des Objekts nach der Sanierung; Aufbereitung didaktischer Konzepte
AP6: Dokumentation, Evaluierung und Kommunikation

Dieses integrale bauphysikalische Sanierungskonzept mit dem Fokus auf die Effizienz der Nutzer soll am Beispiel der Angelaschule erfolgen. Ziel war, dass mit den wissenschaftlich erarbeitete Daten modellhaft Auskunft über die bauphysikalische Situation von Sanierungsmaßnahmen zu geben. Das Projekt unterscheidet sich inhaltlich u. a. durch die umfangreiche Datenerfassung und Dokumentation von bisherigen Projekten. Daraus ableitend können modellhaft Auskünfte über die bauphysikalische Situation dieses Gebäudekomplexes vor der Sanierungsmaßnahmen geben werden.
Im Laufe der Arbeiten stellte sich heraus, dass die geplante Sanierung nicht mehr umgesetzt werden sollte. Dies führte dazu, dass gerade die detaillierte Ausarbeitung von Sanierungskonzepten nicht fortgeführt wurde und dafür aufgrund des Ergebnisses der umfangreiche Literaturauswertung zum Thema Raumklima und Schülerleistung die kontinuierliche Messung der raumklimatischen Parameter sowie der Raumluftqualität über den ursprünglichen Rahmen hinaus deutlich erweitert erfasst wurden. Hieraus sind Datensätzen über den verfügbaren Zeitraum von einem repräsentativen Schuljahr (Messdaten alle 15 Min.) entstanden. Diese werden zukünftig als Randbedingungen für hygrothermische und energetische Berechnungen dienen.


Ergebnisse und Diskussion

Die Ergebnisse aus AP 1 und AP2 zeigen, wie wichtig ein gutes Raumklima in Klassenzimmern ist. Schulkinder und Lehrer verbringen ca. 30%-50% ihrer Tageszeit an Schulen. Die Auswertung zeigt, dass ein gesundes und angenehmes Raumklima und eine entsprechend gute Luftqualität die Schülerleistung steigern kann. Eine gesunde und hygienische Innenraumluftqualität in Gebäuden war und ist daher zurecht Gegenstand aktueller öffentlicher Diskussionen. Neben einer Qualitätssicherung in der Lehre muss auch das Schulgebäude als ein Baustein der Verbesserung der Ausbildungssituation begriffen werden. Neben einer anregenden architektonischen Gestaltung des Gebäudes wirken sich insbesondere die thermische und akustische Behaglichkeit sowie die empfundene Luftqualität auf die Leistungsfähigkeit der Schüler aus.
Viele Schulen in Deutschland weisen eine alte Bausubstanz und alte Fenster auf. Die Messungen an der Angelaschule können als repräsentativ für verschiedene Bauweisen der Schulen angesehen werden. Die unterschiedlich gut gedämmten Außenbauteile und die von Gebäudeteil zu Gebäudeteil variierenden Fenster ermöglichen eine gute Abschätzung des Einflusses dieser Parameter auf das in Schulräumen herrschende Raumklima.
Wie an der Angelaschule besteht bei allen älteren Schulen erhöhter Sanierungsbedarf. Bei einer energetischen Betrachtung fallen vor allem die schlecht gedämmten Bauteile und die zum Teil noch vorhandene Einfachverglasung auf. Durch diese an das Außenklima grenzenden Bauteile verlieren die Gebäude viel Energie. Um die Kosten für die Heizung in Grenzen zu halten, werden an der Angelaschule verschiedene Strategien angewandt. Hauptsächlich wird versucht, durch Nachtabsenkung eine Einsparung zu erzielen. Die Außenbauteile sind jedoch so schlecht, dass die Temperaturen während moderat kalter Winterwochen über Nacht bis unter 15 °C fallen. Dies führt dazu, dass allein die Heizung nicht in der Lage ist, die Klassenzimmer in der kurzen Vorlaufzeit zwischen Heizbeginn und Schulbeginn auf akzeptable Temperaturen zu heizen.
Die kalten winterlichen Raumlufttemperaturen wurden auch das Lüftungsverhalten durch Fensterlüftung beeinflussen. Da weniger gelüftet wurde, werden noch höhere Kohlendioxidgehalte der Raumluft er-reicht. Die CO2-Konzentration in den Klassenräumen ist jedoch auch sehr stark von der Belegung abhängig. Wie sich zeigt ist die Fensterlüftung kaum geeignet, die Kohlendioxidkonzentration im Raum auf akzeptable Werte zu begrenzen. Die Öffnung der Fenster hängt hauptsächlich von der Raumlufttemperatur ab. Obwohl in den Messräumen Kohlendioxidsensoren eingebaut waren, die den aktuellen Messwert anzeigen, wurde auf eine Einhaltung annehmbarer Werte nicht geachtet. Gerade in den Wintermonaten mit kalter Außentemperatur verursacht die Fensterlüftung einen zusätzlichen Energieverlust und eine Absenkung der Raumlufttemperatur. Will man einen Luftwechsel aufrecht erhalten, der eine Begrenzung der CO2-Konzentration auf akzeptable Werte ermöglicht, ist eine kontinuierliche Lüftung erforderlich.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse der Literaturstudie werden neben der online Veröffentlichung in einem Buch des Fraunhofer-IBP zum Thema Schulsanierung veröffentlicht. Zusätzlich erscheint in einem der nächsten Hefte der Zeitschrift Bauphysik ein Beitrag zu den Untersuchungen an der Angelaschule.


Fazit

Die im Rahmen dieses Projektes gewonnen Daten dienen zukünftigen Planern als Randbedingungen für Simulationen. Diese wurden in der Vergangenheit immer wieder angefragt. Bisher gibt es sowohl national als auch international keine Langzeitmessungen über das Raumklima und Raumluftqualität in Klassenzimmern. Die gewonnenen Ergebnisse helfen sowohl bei zukünftigen wissenschaftlichen Arbeiten als auch bei Sanierungsobjekten.