Hinsichtlich des Primärenergieverbrauchs der beiden energetisch zu sanierenden Schulgebäude aus den Jahren 1954 und 1955 formulierten die das Projekt begleitenden Energieberater Zielwerte von maximal 164 kWh/m2 pro Jahr (Haus 4) sowie jährlich 173 kWh/m2 (Haus 8), was zugleich den Höchstwerten nach EnEV 2009 für Bestandsbauten dieses Alters entsprach. So ist etwa eine Wärmedämmung der Bodenplatten der jeweils über 40 m langen Gebäude nicht möglich gewesen, da eine solche Maßnahme in den 1950er Jahren noch nicht üblich war und auch nachträglich nicht mehr durchgeführt werden konnte. Dementsprechend bedurfte es zur Erreichung der Verbrauchsziele auch des Einsatzes besonders energieeffizienter Heiz- und Lüftungstechnik.
Hybridlüftungssystem“ mit dezentraler mechanischer Grundversorgung
Bei der Konzeption des lüftungstechnischen und den geltenden Standards und Normen des Jahres 2009 entsprechenden Systems galt es, sowohl bauliche Gegebenheiten in den Klassenräumen als auch nutzerspezifische Aspekte mit einzubeziehen. Aufgrund der niedrigen Deckenhöhen und des daraus resultierenden Platzmangels für entsprechende Kanalführungen war der Einsatz eines zentralen Lüftungssystems von vornherein ausgeschlossen. Darüber hinaus wäre eine zentral gesteuerte Außenluftversorgung mit erhöhten Kosten hinsichtlich der hohen Brandschutzauflagen verbunden gewesen. Hier hätte beispielsweise jede Bauteildurchführung mit einer Brandschutzklappe gesichert werden müssen. Die Projektverantwortlichen entschieden sich daher für ein dezentrales Lüftungssystem, das im Brüstungsbereich der Fenster eingebracht werden sollte. Der Einsatz von Deckenlüftungsgeräten war aufgrund der geringen Raumhöhe nicht realisierbar und die zum damaligen Zeitpunkt auf dem Markt verfügbaren Standgeräte entsprachen nicht den lüftungstechnischen Anforderungen im Gebäude.
Da der Luftwechsel in den Klassenräumen bisher über eine natürliche Fensterlüftung erfolgt war, sollte diese Option aus psychologischen Gründen auch in das Gesamtkonzept integriert werden. Man wollte den Lehrkräften und Schülern das manuelle Fensteröffnen nach wie vor ermöglichen, zugleich jedoch bei geschlossenen Fenstern eine angemessene Raumdurchlüftung garantieren. Aus diesem Grund konzipierte man ein Hybridlüftungssystem“ aus dezentraler mechanischer Grundlüftung, ergänzt durch gezielte Fensterlüftung während der Unterrichtspausen. Um das Lehrpersonal mit dem Lüftungskonzept vertraut zu machen, wurden eigens hierfür einberufene Veranstaltungen durchgeführt. Zudem können die Lehrer ein Handbuch zur korrekten Lüftung über den internen Zugangspfad der Schulwebsite abrufen.
Hohe Anforderungen an die dezentrale Lüftungstechnik
Das mit der Formulierung der Zielvorgaben für die energetische Sanierung der Schule beauftragte Institut stufte die Schulbauten in Kategorie II nach DIN EN 15251 ein und errechnete daraufhin unter der Annahme eines Flächenbedarfs von 2 m2 pro Personeine Gesamtlüftungsrate von 17,6 m3/h bzw. m2 je Raum. Des Weiteren führte das Institut aus, dass zur Sicherstellung einer guten Raumluftqualität eine Mindestlüftungsrate von 0,7 m3/h bzw. m2 pro Raum während der belegungsfreien Zeit notwendig ist. In diesem Zusammenhang empfahlen die Experten eine anteilige Übernahme der Grundlüftung durch mechanische Lösungen.
Zur Sicherstellung eines ungestörten Unterrichtsbetriebs forderten die Verantwortlichen entsprechend der DIN EN 13779 darüber hinaus eine Lüftungslösung mit einem sehr niedrigen Schalldruckpegel von maximal 35 dB(A). Die EnEV 2009 gab zudem beim Einbau von Lüftungs- und Klimaanlagen die Ausstattung der Geräte mit einer Wärmerückgewinnung gemäß der Klassifizierung H 3 nach DIN EN 13053 (Stand 2007/09) vor, um den für die Raumtemperierung notwendigen Energieeinsatz zu reduzieren. Demnach mussten die Komponenten einen Wärmerückgewinnungsgrad von mindestens 60 Prozent vorweisen.
Objektbezogene Umsetzung
Ein entsprechendes System lieferte der Hersteller emco Klima aus Lingen mit den de-zentralen Fassadenlüftungsgeräten emcovent FLH, von denen in jedem Raum in der Regel drei Ausführungen jeweils versetzt gegenüberliegend (Haus 4) bzw. nebeneinander (Haus 8) im Brüstungsbereich der Fenster installiert wurden. Auf eine besondere Herausforderung stießen die Projektbeteiligen dabei in Haus 8, in dem der Einbau der Geräte eine Sonderlösung erforderte. Der Luftaustausch im Erdgeschoss findet hier mithilfe einer speziellen Konstruktion unterhalb der aus dem Jahr 1955 bestehenden Betonaufkantung der Fensterreihe statt.
Die Montage der Lüftungsgeräte erfolgte direkt über den in den Räumen angebrachten Heizkörpern. Auf diese Weise wird die aus der nach unten gerichteten Ausblasöffnung strömende Zuluft während der Heizperiode durch Konvektion nachgewärmt. Der Zuluftstrom tritt hierbei bereits mit einer Temperatur von etwa 15/16 °C aus dem Lüftungsgerät aus, da die kalte Außenluft im Vorfeld durch die integrierte Wärmerückgewinnung vorgewärmt ist. Zusätzlich hat man die Heizkörperleistung um maximal 4 K gegenüber der ursprünglich gemäß DIN EN 12831 erfolgten Heizlastberechnung erhöht, um die vorgegebene Raumtemperatur auch an besonders kalten Tagen gewährleisten zu können. Insgesamt wurden im Zuge der Sanierung in den Häusern 4 und 8 etwa 50 Fassadenlüftungsgeräte installiert.
Nutzerorientierter Gerätebetrieb
Für die Reinigung der Zu- und Abluft sorgen gemäß VDI 6022 ein F 7- bzw. ein G 3-Filter, die für Wartungs- und Revisionsarbeiten leicht über die Geräteblende entnommen werden können. Auf diese Weise ist eine wirksame Vorbeugung sowohl gegen Schadstoffbelastungen im Raum als auch gegen Verunreinigungen im Gerät selbst sichergestellt. Die Steuerung erfolgt über die Gebäudeleittechnik, wobei sich die Geräte automatisch beim Überschreiten einer CO2-Konzentration von 800 ppm im jeweiligen Raum einschalten. Die entsprechenden Sensoren befinden sich im Deckenbereich. Es findet auch eine busgesteuerte Überwachung der Fenster statt. Heizung und Lüftung stellen ihren Betrieb ein, sobald ein Fenster geöffnet wird. Nach dem Schließen des Fensters schalten sich im Winter die Heizung und bei entsprechender CO2-Konzentration in der Raumluft auch die Lüftungsgeräte wieder ein.
Der Auslegungsvolumenstrom von 90 m3/h je Gerät wird künftig über eine Nachregulierung der CO2-Sensoren als Maximalwert begrenzt, um als Teil der Hybridlüftung, vor allem auch in Zeiten erhöhter Konzentration – etwa während der Klassenarbeiten – ein geräuscharmes Empfinden aufrechtzuerhalten.
Dipl.-Ing. Frank Bolkenius,
Geschäftsführer der emco Bau- und Klimatechnik GmbH & Co. KG, 49807 Lingen (Ems)
