Heizen und lüften mit Grips

Ausgehend von Werten von weit über 500 kWh/(m²a) für den Energiebedarf waren die alten, unsanierten Gebäude der Montessori-Schule in Berlin-Köpenick wahre „Energiefresser“. Das Sanierungskonzept sah vor, die fünf Altbauten des acht Gebäude umfassenden Ensembles zunächst effektiv gegen Wärmeverluste zu schützen. Die Bauwerke sollten so gut „verpackt“ werden, dass sie mit einem niedrigen Energiebedarf von rund 20 kWh/(m²a) auskommen. Die Energieversorgung sollte über ein ressourcenschonendes Niedertemperatur-System erfolgen und aus erneuerbaren Quellen gespeist werden. Zudem sollte durch eine kontrollierte Lüftung das Raumklima so gesteuert werden, dass die Energie unabhängig vom Nutzerverhalten optimal genutzt werden kann.

Die eingesetzte Wärmepumpe von Stiebel Eltron sorgt für die Wärmeproduktion aus oberflächennaher Geothermie. Das Cuprotherm-Flächenheizsystem der Wieland-Werke mit wärmeleitfähigen Kupferrohren verteilt diese thermische Energie in den Gebäuden gleichmäßig und mit geringer Vorlauftemperatur. Diese beiden harmonierenden Niedertemperatur-Systeme bilden die heiztechnische Basis. Das Wärmedämm-Verbundsystem (WDVS) von Knauf hält die Heizenergie im Inneren des Gebäudes. Dazu kommt die kontrollierte Lüftung von Swegon mit ihren Rotationswärmetauschern – für ein gutes Raumklima und eine effektive Wärmerückgewinnung (WRG).

Dämmung der Gebäudehülle als Grundlage für Wärmeschutz

Zu Beginn wurde zunächst das Mauerwerk freigelegt und getrocknet, gefolgt von der Abdichtung und Dämmung der Außen- und teils Innenwände sowie des Dachstuhls. Die Knauf AG lieferte als Dämmspezialist die Komponenten für die Sockel- und Außenwanddämmung. Letztere besteht aus einer 260 mm dicken Mineralwolle-Schicht.

Eine technische Herausforderung war das Anpassen der Dämmstoffplatten an die Führungsleisten der Sonnenschutzrollos. Doch auch bei diesen anspruchsvollen „Über-Eck-Situationen“ gelang es den Monteuren, die Platten exakt zuzuschneiden. Sie wurden so behutsam eingepasst, dass die kritischen Übergänge sauber gelöst werden konnten.

Besonders anspruchsvoll war die Dämmung im Bereich der Raffstorekästen. Es wurde die Hochleistungs-Dämmplatte aus Phenolharz PF Slimtherm 022 mit der Wärmeleitgruppe 0,25 Lambda eingebracht. Im Bereich der Stahlaußentreppe wurde sogar eine VIP-Platte mit einem Lambda von 0,007 eingebaut. So konnten die Wärmebrücken eliminiert werden.

Erdsonden und Sole/Wasser-Wärmepumpe

Parallel zu den Dämmmaßnahmen ging es um die Frage, woher die thermische Energie im „neuen“ System kommen soll. Der Bauherr wünschte sich eine erneuerbare Energiequelle. Gleichzeitig wollte er die Abhängigkeit von externen Lieferanten reduzieren. Für eine wirtschaftliche und finanzierbare regenerative Energieversorgung kam am Standort deshalb nur eine Elektro-Wärmepumpe mit der Energiequelle Erdwärme in Frage – gewonnen über Erdsonden. „Diese favorisierte Art der Energieversorgung erforderte zuerst eine Untersuchung des Erdreichs“, so Architekt Ulrich Zink. „Denn es musste zunächst die unklare geologische Grundlage am Standort geklärt werden. Auf Basis dieser Analyse konnten die Dimensionierungen der Bohrungen erfolgen und der Antrag auf Genehmigung zur Nutzung von Erdwärme gestellt werden.“

Mit planerischer Unterstützung von Stiebel Eltron berechnete der TGA-Ingenieur, wie viele Erdsonden nötig sind, um die ermittelte maximale Heizleistung zu gewährleisten. Nach einer Probebohrung stand fest, dass für die erforderliche Heizleistung von 65 Kilowatt (kW) mindestens 20 Sonden je 90 Meter Tiefe benötigt würden. Das zuständige Tiefbauamt erteilte nach Auswertung der Probebohrungen die Genehmigung.

Nach der Erstellung der Erdsonden wurden zwei Wärmepumpen von Stiebel Eltron (WPF 27 HT und WPF 40) installiert. Sie arbeiten im Niedertemperatur-Kaskadenbetrieb und im Hochtemperatur-Einzelbetrieb. Sie decken die Heizungs- und die Trinkwarmwasserversorgung komplett ab. Im Sommer werden die kühlen Temperaturen in den Erdsonden genutzt, um das Objekt mit Kühlleistung zu versorgen („natural cooling“).

Wärmeverteilung über Flächenheizsystem

Durch die geringe Heizungs-Vorlauftemperatur, die das Wärmepumpen-System vorhält, kam für die Wärmeverteilung nur eine Fußbodenheizung in Frage. Die große technische Herausforderung bestand darin, dass eine Neuinstallation aufgrund der Aufbauhöhe des Fußbodens nicht möglich war. Hier bot sich das cuprotherm-Flächenheizsystem der Wieland-Werke AG in der Variante „Mini“ an. Bei dieser Fußbodenheizung und Verlegemethode werden von spezialisierten Monteuren zunächst Rillen in den bestehenden Estrich gefräst. In diesen gerillten Altbau-Estrich werden die flexiblen „CTX“-Kupferrohre von Wieland in der Abmessung 14 x 2 mm eingebracht und mit dem Bodenbelag überdeckt. So bietet das System „null Millimeter“ Aufbauhöhe. Dieses System ermöglicht eine einfache und schnelle Form der Sanierung von Altbauten mit Fußbodenheizung.

Bevor jedoch die Flächenheizung – dort wo möglich – auf den über 4600 m² im Altbau installiert wurde, bestand der Architekt Ulrich Zink zunächst auf einer Bemusterung im Objekt. Auch diese zusätzlich geforderte Vor-Ort-Prüfung wurde erfolgreich absolviert, sodass daraufhin das System großflächig eingesetzt werden konnte. Rolf Werner, Leiter Technisches Marketing Haustechnikrohre bei den Ulmer Wieland-Werken, erläutert die System-Vorzüge: „Da der vorhandene Estrich genutzt werden kann, wird der bauliche Aufwand zur Sanierung auf ein Minimum reduziert. Es wird lediglich der alte Oberbelag entfernt, sodass das staubfreie Fräsen und der anschließende Einbau der Niedertemperatur-Fußbodenheizung innerhalb von nur wenigen Tagen realisiert werden kann – einschließlich der Verlegung eines neuen Bodenbelages. Estrich-Trocknungszeiten entfallen somit komplett.“

Kontrollierte Lüftung mit Wärmerückgewinnung

Um die Heizenergie maximal nutzen zu können und gleichzeitig ein gutes Raumklima vorzuhalten, entschied sich der Architekt für den Einsatz einer kontrollierten Lüftung. Er setzte auf die „Gold“-Serie des schwedischen Lüftungssystem-Herstellers Swegon. Die Besonderheit am Swegon-System ist die vom skandinavischen Hersteller maßgeblich weiterentwickelte „Demand controlled ventilation“ (DCV). Es handelt sich um eine bedarfsgesteuerte und dadurch energetisch effiziente Lüftungsmethode.

„Der Gebäude-Komplex verfügt über 500 ,Arbeitsplätze‘, aber nur 300 Schüler“, skizziert Jens Musigk-Thum von der Berliner Swegon-Niederlassung, die Ausgangslage. „Deshalb leitet unsere Anlage dank Präsenzmeldern die Luftströme immer dorthin, wo sich die Menschen befinden. Zudem wird über VOC-Sensoren die Luftgüte permanent erfasst. Bei Unterschreiten der definierten Grenzwerte liefert die Anlage umgehend mehr Frischluft nach.“ Eine solche kontrollierte Lüftung sei an deutschen Schulen noch die absolute Ausnahme, so Musigk-Thum, „denn bei öffentlichen Gebäuden mit Fenstern in außen liegenden Räumen ist ein Lüftungssystem nicht vorgeschrieben“.

Anders in Schweden, wo die kontrollierte Lüftung nachweislich für mehr Konzentration und Leistungsfähigkeit bei den Schülern sorge. „Die Lüftungsanlage nivelliert die Luftqualität und bringt sie auf einen konstanten Level“, so der Swegon-Projektleiter. Swegon arbeitet nach eigenen Angaben bisher als einziger Hersteller mit einer Methode basierend auf variablem Systemdruck, der in einzelnen Zonen durch Volumenstrom-Regler zusätzlich vorgeregelt wird. Diese Methode sorgt für eine hohe Energieeffizienz, da die Ventilatoren als Hauptenergieverbraucher im Lüftungssystem stets mit der nur minimal notwendigen Leistung arbeiten. Verstärkt wird dieser Effekt durch eine WRG mit Rotationswärmetauschern, die mit 85 % Wirkungsgrad arbeiten.

Fazit

Die energetische Sanierung der Freien Montessori Schule in Berlin-Köpenick mit einer Endenergie-Reduktion von 95 % unterstreicht die Potenziale der Gebäudemodernisierung. Durch den ganzheitlichen Planungsansatz, den Einsatz zahlreicher Produktinnovationen von Unternehmen wie Swegon, Wieland, Knauf und Stiebel Eltron wird das Bauvorhaben seinem Anspruch als Modellprojekt gerecht. Diese Vorbildfunktion wurde auch von der öffentlichen Hand anerkannt. Rund 70 % des Bauvolumens von 3,6 Millionen – immerhin 2,5 Millionen Euro – wurden über Fördergelder finanziert.

So kam es zur Förderung

Der Einstieg in das Projekt erfolgte über eine Bestandsanalyse: Thermografie-Untersuchungen der Gebäudehülle, Blower-Door-Tests sowie die von der Planungsfirma Integra entwickelte „idi-al“-Baudiagnose-Methode. Auf dieser Grundlage gelang der Schule mit Unterstützung des Architekten Ulrich Zink, den Antrag für die finanzielle Förderung zu erstellen, der zu einem positiven Förderbescheid führte. Über den Berliner Senat und mit Koordination der B. & S.U. mbH wurde eine Mischfinanzierung organisiert, bestehend aus EFRE-Mitteln der EU, Landesmitteln aus dem UEP II sowie Fördermitteln des Bundes. So konnten rund 70 % der 3,6 Millionen Baukosten über Fördergelder finanziert werden – immerhin 2,5 Millionen Euro.

Bauherr: Freie Montessori-Schule Berlin, Köpenzeile 125, Berlin-Köpenick

Architektur Umbau: Integra Planen und Gestalten GmbH, Berlin

Thermische Bauphysik: Ulrich Zink, freier Architekt, Experte Energieeffizienz, Berlin

Bauleitung: Ralf Bednarz, Berlin

TGA-Fachplanung: KPI Planungsgesellschaft GbR, Berlin

Bruno Lukas ist Niederlassungsleiter der Press’n Relations GmbH in 10115 Berlin, Telefon (0 30) 5 77 00-3 25, Telefax (0 30) 5 77 00-3 24, E-Mail: blu@press-n-relations.de