Planung Neubau der St. Franziskus Grundschule in Halle

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1 Planung Neubau der St. Franziskus Grundschule in Halle Abschlussbericht über ein Planungsprojekt, gefördert unter dem AZ: von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt von der des Bistums Magdeburg Magdeburg, April 2011

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3 06/02 Projektkennblatt der Deutschen Bundesstiftung Umwelt Az Referat 25 Fördersumme ,00 Antragstitel Stichworte Integrale Planungsphase eines Neubaus der St. Franziskus-Grundschule Halle als Passivhaus mit innovativer Holzkonstruktion Laufzeit Projektbeginn Projektende Projektphase(n) 12 Monate Zwischenberichte halbjährlich Bewilligungsempfänger Tel des Bistums Magdeburg Fax Max-Josef-Metzger-Str. 1 Projektleitung Magdeburg Steffen Lipowski Bearbeiter Kooperationspartner Zielsetzung und Anlaß des Vorhabens Die Ausführung des Schulneubaus soll CO2 neutral, zukunftsweisend komplett mit Holz sowie weiteren CO 2 bindenden Materialien ausgeführt werden. In der integrale Planungsphase sollen bisherige Bauweisen nicht nur für Schulen hinsichtlich energetischer, ökologischer, bautechnischer und bauphysikalischer Ausführung überarbeitet, mit neuen Erkenntnissen wissenschaftlich untermauert und zu Neuentwicklungen mit allgemeiner Praxistauglichkeit mit Pilotwirkung geführt werden. Dabei spielen Wirtschaftlichkeit und ökologische Gesichtspunkte zum Klimaschutz und der CO 2 Reduzierung eine wesentliche Rolle. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden Erarbeitung der Entwürfe für die Gesamtgestaltung unter Einhaltung der gültigen Baustandards und eines effektiven Bau- und Betriebskostenmanagements entsprechend dem pädagogischen, ökonomischen und ökologischen Nutzungskonzept. Es werden Variantenvergleiche zur Baustoffauswahl unter Beachtung der jeweiligen CO 2 -Bindung, Recyclingfähigkeit und Einsatz recycelter Materialien sowie dem Nachwuchs der Rohstoffe gegenübergestellt im Massivbau, Massivbau- Holzbau, reiner Holzbau mit Dämmstoff. Interdisziplinär erfolgt die Detail- und Ausführungsplanung zur Vermeidung von Wärmebrücken und zur Realisierung der Luftdichtheit für die Konstruktionen nach Passivhausstandard (Plusenergiestandard).Bezüglich brandschutztechnischer Besonderheiten zur Gewährleistung des Einsatzes von Dämmstoffen aus Recycling und nachwachsenden Baustoffen der Baustoffklasse B erfolgt die Abstimmung mit Prüfingenieuren für Brandschutz und Statik. Erstellung der Konzepte als Null- bzw. Plusenergieschule für den Hilfsstrom und den Strombedarf für die Küchen, für die Photovoltaik- und Windenergienutzung, für die Wasserver- und Entsorgung, Abwärmenutzung inclusive der Prüfung einer möglichen Fernwärmerücklaufnutzung des benachbarten Schulgebäudes. Variantenvergleiche zum optimalen sommerlichen Wärmeschutz und ein modernes, energieeffizientes Beleuchtungskonzept. Deutsche Bundesstiftung Umwelt An der Bornau Osnabrück Tel 0541/ Fax 0541/

4 Ergebnisse und Diskussion Ein wichtiger Schritt in die Richtung CO 2 -neutrale Schule mit Plusenergiestandard in Holzbaukonstruktionen von Naumann&Stahr wurde durch Gespräche zum Planungskonzept bei Bauamt und Feuerwehr in Halle, dem zukünftigen Standort für den Schulneubau, erreicht. Das Ingenieurbüro N&S unterlegte in einer Präsentation vor Feuerwehrleuten die durch verschiedene Brandschutzversuche erzielten Ergebnisse. Als Folge der Beratungen entstand für Bauämter und Feuerwehr ein sogenanntes Vorprojektes mit konstruktiven brandschutztechnischen Details und Erläuterungen. Für die Analyse und ökologische Bewertung wurden umfangreiche technische und ökologische Daten in einer Tabelle aufgelistet. Basis für die Datensammlung sind die Produktdeklarationen des Instituts Bauen und Umwelt e.v., das Bewertungssystem zum Nachhaltigen Bauen des Bundesministerium für Verkehr,Bau- und Stadtentwicklung sowie die Datenblätter der Hersteller bzw. deren Zuarbeit. Neueste Bewertungskriterien wurden dabei berücksichtigt. Die Untersuchungen und Berechnungen zur Tragwerksplanung, zum Brandschutz und Schallschutz bezogen auf die Ausführung mit dem Bausystem N&S erfolgten sowohl für den ursprünglich geplanten Entwurf als auch für eine weitere aus Gründen der Kostenentwicklung minimierten Entwurfsplanung. Es erfolgte eine genaue auf die Details feinabgestimmte U-Wert-Berechnung von verschiedenenen Außenwänden, Dach und Boden. Dabei wurden Werte von 0,1W/m²K ererreicht. Für die Fenstereinbindung wurde die Feinplanung für die Varianten Massivbau und Holzbau erarbeitet. Die Unterlagen wurden beim Passsivhausinstitut zur Prüfung eingereicht. Bei der Prüfung der entkoppelten Holzbalkendecke, die im Schulneubau zum Einsatz kommen soll, wurden hervorragende Schallschutzwerte erreicht. Z.B. beträgt der Luftschalldämmung zwischen den Decken 71 db und die Trittschallübertragung liegt unter 44 db. Die Brandschutzprüfzeugnisse zu der entkoppelten Holzbalkendecke sind bei der MfPA in Arbeit. Gleiches gilt für die Schwingungsuntersuchungen. Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation -Verschiedene Vortragsserien u. a. bei den Firmen EGGER, Sto AG und Gutex GmbH über Holzbau allgemein und in Verbindung mit Brandschutz sowie Plusenergiegebäude z. B. die geplante Grundschule St. Franziskus. -Informelle Gespräche beim Bauamt Halle/Saale, beim Hochbauamt Nürnberg über bauen mit ökologisch bewerteten Baustoffen -Es entstanden Modellbauten für Solarwand, Passivhauswand als Außenwand und mit integriertem Fenster in Originalgröße. Die Modelle sind so gestaltet, dass alle Materialien der Konstruktion gut sichtbar sind. Dazu gibt es eine Materialcollage mit Beschriftung. Analoge Ausstellungen mit entsprechenden Vorträgen und Erklärungen erfolgen zum Richtfest im Rohbau sowie zur Fertigstellung und Übergabe des Gebäudes. Fazit Die seit Jahrzehnten andauernde Entwicklungsarbeit des INS in Richtung energieeffizientes Bauen erreicht mit dem Schulneubau St. Franziskus einen vorläufigen Höhepunkt, der in die derzeitige gesellschaftspolitische und wirtschaftliche Landschaft paßt. Sie ermöglicht den zukünftigen Nutzern der Schule gesunde Lern- und Arbeitsbedingungen und erfüllt die Forderungen der Nachhaltigkeit für die kommenden Jahre. Deutsche Bundesstiftung Umwelt An der Bornau Osnabrück Tel 0541/ Fax 0541/

5 1 Inhaltsverzeichnis 1 Inhaltsverzeichnis Bild- und Tabellenverzeichnis Bildverzeichnis Tabellenverzeichnis Formel- und Abkürzungsverzeichnis Formelzeichen Abkürzungen Zusammenfassung Durchgeführte Untersuchungen Erzielte Ergebnisse Ausblick Weiterentwicklung Kooperationspartner Anlass und Zielsetzung des Projektes Hauptteil Bildung, Klima und Umweltschutz Vergleich von Schulbauten der Vergangenheit, bestehender Schulbauten in PH- Bauweise und CO 2 -neutraler Schule in Holzbauweise Einfluss pädagogischer, ökonomischer und ökologischer Nutzungskonzepte auf die Gesamtgestaltung des Schulneubaus Pädagogische Erfordernisse und Erfahrungen Ökonomische und ökologische Bauweise und Nutzung Variantenvergleich der Bau- und Dämmstoffe Bauweisen Nachhaltigkeit und ökologische Bewertung CO 2 -Bindung Recyclingfähigkeit Einsatz recycelter Materialien Energieinhalt und CO 2 -Bilanz verschiedener Bauteile im Vergleich von Massivund Holzbauweise Statische Betrachtungen verschiedener Ausführungsvarianten (Massiv-, Misch- und Holzbauweise) für den geplanten Schulneubau Untersuchungen verschiedener Holzbalkendecken sowie der von INS und EGGER entwickelten entkoppelten Holzbalkendecke Brandschutztechnische Besonderheiten beim Einsatz von Dämmstoffen aus Recycling bzw. nachwachsenden Rohstoffen der Baustofklasse B für den Schulneubau Abstimmungsgespräche

6 10 Bauphysikalische Ausführungs- und Detailplanung zur Wärmebrückenvermeidung und Variantenuntersuchung verschiedener Konstruktionsdetails Variantenuntersuchung Haustechnik Heizung Warmwasserheizung mit Heizkörpern Luftheizung Elektrische Strahlungsheizung Heizungssystem der St. Franziskusschule Thermische Solarenergienutzung Schichtenspeicher mit zentraler Nachheizung Schichtenspeicher und dezentrale Nachheizung Solare Heizungsunterstützung Solaranlage der St. Franziskusschule Lüftung Rekuperative Wärmerückgewinnung Regenerative Wärmerückgewinnung Wärmerückgewinnungssysteme der St. Franziskusschule Regelungskonzept der Lüftungsanlagen Erdwärmetauscher Wirtschaftlicher Variantenvergleich Stand der Technik ( EnEV 2009) Passivhaus Plusenergiehaus Zusammenfassung Öffentlichkeitsarbeit Schlussfolgerungen Literaturverzeichnis Anhang Tabellen Tragkonstruktionen verschiedener Bauweisen Massivbauweise Mischbauweise (Massiv/Holz) Holzbauweise Untersuchung der von INS und EGGER entwickelten entkoppelten Holzbalkendecke Tragfähigkeit Schwingungsverhalten Schallschutz Brandschutz...162

7 16.4 Simulation der Temperatur- und Wärmeströme Wirtschaftlichkeitsberechnungen

8 2 Bild- und Tabellenverzeichnis 2.1 Bildverzeichnis Bild 1 Vergleich von Heizenergie und Stromverbrauch ausgewählter Passivhauschulen...23 Bild 2 Heizenergiebedarf flächenbezogen...24 Bild 3 Heizenergiebedarf personenbezogen...24 Bild 4 Stromverbrauch flächenbezogen...24 Bild 5 Stromverbrauch flächenbezogen...24 Bild 6 Wasserverbrauch flächenbezogen...25 Bild 7 Wasserverbrauch flächenbezogen...25 Bild 8 Nachhaltigkeitsdreieck bezogen auf Schulneubau...27 Bild 9 Ursprünglich geplanter Grundriss in Schmetterlingsform...29 Bild 10 Angepasste Form des künftigen Schulgebäudes...30 Bild 11 Produktauswahl massiver Baustoffe...34 Bild 12 Wandkonstruktion N&S...36 Bild 13 Produktauswahl Dämmstoffe...37 Bild 14 Inhalte der Hauptkriteriengruppe Ökologische Qualität...41 Bild 15 Inhalte der Hauptkriteriengruppe Ökonomische Qualität...42 Bild 16 CO 2 -Kreislauf im Holz...44 Bild 17 Holz und Natur-Dämmstoffe als CO 2 -Senken...45 Bild 18 Absaugen der Zelluloseflocken...47 Bild 19 Zellulose zwischengelagert...47 Bild 20 Konstruktion nach dem Absaugen...47 Bild 21 Vergleich Primärenergieverbrauch inkl. EOL am Beispiel einer Kellerdecke...48 Bild 22 Vergleich Primärenergieeinsatz nicht erneuerbar pro m²- Fläche AW...51 Bild 23 Vergleich Primärenergieeinsatz nicht erneuerbar pro m²- Fläche Geschossdecke..52 Bild 24 Treibhauspotentialvergleich AW...52 Bild 25 Treibhauspotentialvergleich Decke...52 Bild 26 Wirkungskategorien-Vergleich Außenwand...53 Bild 27 Wirkungskategorien-Vergleich Geschossdecke...53 Bild 28 Auszug aus dem Prüfbericht MfPA PB 3.2/ Tabelle Bild 29 Auszug aus Prüfbericht MfPA PB 3.2/ Besondere Hinweise...58 Bild 30 Schreiben der MfPA zur Überarbeitung des AbP SAC 02 / III Bild 31 Schreiben der MfPA zur Überarbeitung des AbP SAC 02 / III Bild 32 Schema thermische Solaranlage mit zentraler Nachheizung...74 Bild 33 Schema thermische Solaranlage mit dezentraler Nachheizung...75 Bild 34 Simulationsergebnis für Solaranlage mit WWB und Heizungsunterstützung

9 Bild 35 Simulationsergebnis für Solaranlage mit WWB...77 Bild 36 CO 2 -Konzentrationen in einem Schulraum je nach Belüftungsvariante...79 Bild 37 Schema mit WRG ohne zusätzliches Lüftungsgerät...83 Bild 38 Schema mit zusätzlichem Lüftungsgerät...83 Im Anhang Bild A 1 Grundriss Massivbauweise - Erdgeschoss Bild A 2 Grundriss Massivbauweise - 1. Obergeschoss Bild A 3 Teilgrundriss Erdgeschoss statische Werte Bild A 4 Skizze Fenstersturz Bild A 5 Skizze Fundamentplatte Bild A 6 alternative Fundamentplatte Bild A 7 Detail AW.De.02a Bild A 8 Ermittlung Schwerpunkt Wand Bild A 9 P01-Var.Schmetterling - Bodenplatte + Fundamente Bild A 10 P01-Var.Schmetterling Decke über EG Bild A 11 P03-Var.Schmetterling - Decke über 1. OG Bild A 12 P04-Var.Schmetterling - 2.OG + Dach Bild A 13 Grundriss aktuell - Erdgeschoss Bild A 14 Grundriss aktuell - 1. Obergeschoss Bild A 15 Grundriss aktuell 2.Obergeschoss Bild A 16 Skizze zur Gründung Bild A 18 Aufbau einer entkoppelten Holzbalkendecke Bild A 19 Beratungsprotokoll Bauamt Halle - Seite Bild A 20 Beratungsprotokoll Bauamt Halle - Seite Bild A 21 Beratungsprotokoll Bauamt Halle - Seite Bild A 22 Beratungsprotokoll Feuerwehr Halle Seite Tabellenverzeichnis Tabelle 1 Heizenergie in kwh/m²a unabhängig von Bauart und Sanierung...23 Tabelle 2 Für die verschiedenen Bauweisen zutreffenden DIN-Vorschriften...39 Tabelle 3 CO 2 -Bindung St. Franziskus Schule...44 Tabelle 4 Bauteilvergleich hinsichtlich Gewicht, PEne und CO 2 -Äquivalent...54 Tabelle 5 ausgewählte Details zur Wärmebrückenberechnung...63 Tabelle 6 Heizlastberechnung

10 Im Anhang Tabelle A1 Übersicht der verwendeten Bauprodukte...92 Tabelle A 2 Schulvergleich sortiert nach wärmedämmenden Maßnahmen und Versorgungsvarianten...93 Tabelle A 3 Vergleich von Dämmstoffen...94 Tabelle A 4 Übersicht Holzbalkendecken Teil Tabelle A 5 Übersicht Holzbalkendecken Teil Tabelle A 6 Übersicht Holzbalkendecken Teil Tabelle A 7 Gegenüberstellung 1. Eigenfrequenz f 1 über Durchbiegungsmessung/ f 1 aus Schwingungsversuch Tabelle A 8 Näherungsweise Ermittlung 1. Eigenfrequenz f 1 für maßgebende Laststufen unter Beachtung DIN 1052: , DIN : und DIN : Tabelle A 9 Übersicht der verschiedenen Prüfungs-Versuchsbauten und deren Ergebnisse

11 3 Formel- und Abkürzungsverzeichnis 3.1 Formelzeichen Formelzeichen Bezeichnung Maßeinheit A Fläche m² n 50 Luftwechsel h -1 CO 2 Kohlendioxid kg/m³ NO x Stickoxid ppm PEI Primärenergiegehalt kwh/m³ R w Schalldämm-Maß db SO 2 Schwefeldioxid kg/m³ U Wärmedurchgangskoeffizient W/m²K u Holzfeuchte % V Volumen m³ µ Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl --- ρ Rohdichte kg/m³ λ Wärmeleitfähigkeit W/mK ψ Wärmebrückenverlustkoeffizient W/mK α Wärmeübergangskoeffizient W/(m²K) σ Wärmespeicherfähigkeit kj/(m³k) R Wärmedurchlasswiderstand (m²k)/w ύ Wärmeeindringkoeffizient kj/(m²h 0,5 K) η Phasenverschiebung h Ω Wärmespeicherkennwert W/(m²K) ρ Wärmeträgheitswert --- R T Wärmedurchgangswiderstand (m²k)/w 9

12 Formelzeichen Bezeichnung Maßeinheit R T Oberer Wärmedurchgangswiderstand (m²k)/w R T Unterer Wärmedurchgangswiderstand (m²k)/w v Sicherheitsbeiwert --- H T Transmissionsverluste W/K d Spannung N/m² θ a Temperaturamplitudendämpfung, außen --- θ i Temperaturamplitudendämpfung, innen Abkürzungen Kurzzeichen kn t kg m Bezeichnung Kilonewton Tonne Kilogramm Meter m² Quadratmeter m³ Kubikmeter kw kwh db Pa l Kilowatt Kilowattstunde Dezibel Pascal Liter C Grad Celsius F-90 Feuerwiderstandsklasse PE HWL-Platte PH Polyethylen Holzwolleleichtbauplatte Passivhaus 10

13 Kurzzeichen NEH OSB A/V-Verhältnis EnEV HOAI HAR DIN ESG INS N&S B/L MfPA DIBT HBD FG SG STB EEG TJI-Träger MUF-Harz ADP AP BNB DGNB DGNB EP Bezeichnung Niedrigenergiehaus Oriented Strand Board Aussenwandvolumenverhältnis Energieeinsparverordnung Honorarordnung für Architekten und Ingenieure Hausanschlussraum Deutsche Industrienorm Einscheiben-Sicherheitsglas Ingenieurbüro Naumann & Stahr Naumann & Stahr Verhältnis Breite zu Länge Gesellschaft für Materialforschung und Prüfanstalt Deutsches Institut für Bautechnik Holzbalkendecke Foamglas Schaumglas Stahlbeton Erneuerbare-Energien-Gesetz Doppel-T-Träger Melamin-Harnstoff-Formaldehydharz Abiotic Depletion Potential (Abiotischer Ressourcenverbrauch) Acidification Potential (Versauerungspotential) Bewertungsmethode Nachhaltiges Bauen für Bundesgebäude Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen e.v. Deutsches Gütesiegel für Nachhaltiges Bauen Eutrophication Potential (Überdüngungspotential) 11

14 Kurzzeichen EOL EPD EPS GWP LCA LEED ODP OPCD PCR (PKR) PEe PEne Bezeichnung End of life Environmental Product Declaration (Umwelt-Produktdeklaration) Expandiertes Polystyrol Global Warming Potential (Treibhauspotential) Life Cycle Assessment (Lebensdauerbetrachtung) Leadership in Energy and Environmental Design Ozone Deplation Potential (Ozonschichtabbaupotential) Photochemical Tropospheric Ozon Creation Potential Product Category Rules (Produktkategorienregel) Primärenergiebedarf erneuerbar Primärenergiebedarf nicht erneuerbar d. h. das heißt vgl. bzw. Tab. vergleiche beziehungsweise Tabelle z. B. zum Beispiel z. Z. zur Zeit i. R. in der Regel lt. Mio. gem. dgl. laut Million gemäß dergleichen e. V. eingetragener Verein Jh. TW AW Jahrhundert Trinkwasser Abwasser 12

15 Kurzzeichen AW Std. ca. AB BA Bezeichnung Außenwand Stunden circa Baustoffklasse (nichtbrennbare Konstruktion) Baustoffklasse (brennbare Konstruktion) 13

16 4 Zusammenfassung 4.1 Durchgeführte Untersuchungen Lastprüfung und Schwingungsmessungen an der Tragdecke an der HTWK Leipzig durchgeführt Schallschutzmessungen an einer entkoppelten Holzbalkendecke in der Konstruktion des Bausystems N&S zur Ermittlung der Luftschalldämmung bei MFPA Leipzig e.v. durchgeführt (06/2010) Brandschutzprüfungen an einer entkoppelten Holzbalkendecke in der Konstruktion des Bausystems N&S mit o Beflammung von innen und o Beflammung von außen o zur Feststellung der maximal möglichen Feuerwiderstandsdauer bei MFPA Leipzig e.v. durchgeführt (04/2010) Trägerprüfungen neuer Wandträger 4.2 Erzielte Ergebnisse Verbesserer Brandschutz (von F90B zu F120B) bei der entkoppelten Decke ermöglicht technisch den Holzbau mit Spannweiten bis 7 m. Bei Verwendung des Bausystems N&S können im Brandfall innerhalb von 2 Stunden Menschen gerettet bzw. evakuiert werden ohne dass eine drastische Temperaturerhöhung oder Rauchgase eine Gefährdung darstellen. Die statische Funktion des Systems bleibt voll erhalten und die Konstruktion bleibt reparabel. 4.3 Ausblick Weiterentwicklung Die Erfahrungen mit den entwickelten Bauteilen und Materialien müssen für die energetische Altbausanierung erschlossen werden. 14

17 Die Fenster werden nochmals weiterentwickelt, so dass ein U-Wert von 0,5 W/m²K erreicht wird. Damit können für die Außenwände Dämmdicken von derzeit ca. 49 cm auf ca. 45 cm und später auf ca. 25 cm reduziert werden. Unabhängig von der Industrie müssen die Möglichkeiten der Kostenreduzierung konsequent weiter verfolgt werden, da die Industrie kaum Interesse daran hat weniger Material zu verkaufen. 4.4 Kooperationspartner Ingenieurbüro A. Naumann & H. Stahr GbR Steinblock Architekten Magdeburg EGGER Holzwerkstoffe Wismar GmbH & Co. KG o bezüglich Materialeinsatz und Materialeigenschaften für die entkoppelte Holzbalkendecke und die Trägerentwicklung MFPA Leipzig e.v. o Prüfungen zu Schall- und Brandschutz HTWK Leipzig o Tragprüfungen und Schwingungsmessungen der Tragdecke Hochschule Wismar o Belastungsprüfung der Träger Zimmerei DAFA GmbH Leipzig o Bau von Versuchsmodellen für Statik, Schall- und Brandschutz Baugeschäft Lehmann Chemnitz o Bau von Versuchsmodellen für Statik, Schall- und Brandschutz Bauunternehmen Eißner Frohburg o Bau von Versuchsmodellen für Statik, Schall- und Brandschutz 15

18 Fachliche Unterstützung erfolgte durch: Isofloc Wärmedämmtechnik GmbH MOLL bauökologische Produkte GmbH Promat GmbH GUTEX Holzfaserplattenwerk H. Henselmann GmbH + Co KG Fermacell GmbH Adolf Würth GmbH u. Co. KG SIMPSON STRONG-TIE GmbH ALUJET GmbH Amroc Baustoffe GmbH Knauf Insulation Heraklith GmbH P-D Glasseiden GmbH Oschatz 5 Anlass und Zielsetzung des Projektes Die betreibt in Halle seit 1991 ein Gymnasium, welches sich seit 1997 in einem eigenen Neubau an der Murmansker Straße befindet. Im Jahr 2001 wurde eine Grundschule gegründet, die seit 2003 in der unmittelbaren Nachbarschaft ihr Zuhause gefunden hat. Im Jahr 2008 wurde ebenfalls dort der Betrieb einer Sekundarschule aufgenommen. Dadurch ist am Rande von Halle-Süd, in unmittelbarer Nähe zum Stadtteil Silberhöhe, ein katholisches Schulzentrum entstanden. Dieser Schulstandort in einem sozialen Brennpunktgebiet wird von vielen Menschen als positives Zeichen wahrgenommen. Die anerkannte Grundschule und die genehmigte Sekundarschule befinden sich zurzeit noch in einem von der Stadt Halle angemieteten Plattenbau aus der DDR- Zeit. Auf Grund des baulichen Zustandes ist die Nutzung der Räumlichkeiten nach brandschutzrechtlichen Auflagen nur eingeschränkt möglich. Darüber hinaus sind die Heizkosten in diesem Gebäude dreimal so hoch, wie in vergleichbaren Gebäuden der. Die Stadt Halle sieht sich finanziell nicht in der Lage die notwendige Sanierung des Gebäudes zu veranlassen. 16

19 Aus diesem Grund sollen beide Schulen perspektivisch in einem Neubau ihre endgültige Bleibe finden. Zunächst ist der Neubau der Grundschule mit gemeinsamen Funktionsräumen geplant, die Räume der Sekundarschule sollen in einem späteren Bauabschnitt angefügt werden. Das vorgesehene Grundstück in unmittelbarer Nähe des Elisabeth-Gymnasiums wurde bereits von der erworben. Die Schulen sind als Schulen in Trägerschaft des Bistums Magdeburg von überregionaler Bedeutung; der Einzugsbereich erstreckt sich auf die Stadt Halle und den gesamten Saalkreis. Grundsätzlich sollen Gebäude, die heute geplant und errichtet werden die Probleme des Klimawandels und der zunehmenden Ressourcenverknappung nicht verschärfen sondern durch kluge Konzepte zur Lösung der globalen Probleme beitragen. Der Bischof von Magdeburg Dr. Gerhard Feige hat auf der Bistumswallfahrt im vergangenen Jahr Folgendes ausgeführt: Der Mensch ist dazu beauftragt, wie Gott die Pflanzen und die Tiere zu hegen und zu pflegen. Es ist der Auftrag zu einer liebevollen Fürsorge, so dass alle Lebewesen das bekommen, was sie zum Leben brauchen. Oder noch anders formuliert, gewissermaßen als biblisches Leitbild für unseren Umgang mit der Erde und ihren Gütern: Die Schöpfung ist Gottes Werk und damit sein Eigentum. 1 Uns wurde alles lediglich als Leihgabe überlassen. Mit Geliehenem aber geht man achtsam und ehrfürchtig um. Wir sind nicht der Schöpfer, sondern ebenfalls Geschöpf, aber mitverantwortlich für alles Geschaffene. Wenn wir das nicht begreifen und entsprechend umkehren, bringen wir die Erde schon bald an den Rand apokalyptischer Selbstzerstörung. 2 Bislang haben wir Menschen auf vielerlei Weise unsere Sonderstellung in der Schöpfung missbraucht. Dazu gehört auch der maßlose Umgang mit den natürlichen 1 Vgl. Ps 24,1: Dem Herrn gehört die Erde und was sie erfüllt ; oder auch Ps 8. 2 Patriarch Dimitrios I. von Konstantinopel, Botschaft über die Einführung eines Tages zur Bewahrung der Schöpfung (1. September 1989), in: Michael Kappes, a.a.o.,

20 Ressourcen unserer Erde, als ob sie unerschöpflich seien. Wir brauchen einen tief greifenden Kurswechsel, in dem ökologisches Denken und soziale Gerechtigkeit zusammen gesehen werden. Die Verantwortung für die Schöpfung ist auch eine Grundaufgabe der Kirchen ja, sie ist ein Zeichen der Zeit. Wir alle stehen in der Pflicht zu handeln. Das sind wir sowohl den Opfern des Klimawandels schuldig als auch den künftigen Generationen und der außermenschlichen Kreatur, die uns anvertraut ist vor allem aber Gott selbst, dem Schöpfer der Welt. Das geplante Gebäude würde für Sachsen-Anhalt ein Novum darstellen. Die Schule soll im Passivhausstandard als Holzbau errichtet werden. Die Wärmedämmung der Bauteile geht damit deutlich über die Anforderungen nach EnEV hinaus. Ein inhaltlicher Schwerpunkt der Schule ist u. a. die Umwelterziehung. Hier werden z. B. durch die Schüler selbst altersgemäß die Messwerte des Neubaus im energetischen Bereich im Alltag begleitend beobachtet, ausgewertet und mit herkömmlicher Bauweise verglichen. Außerdem soll in diesem Zusammenhang auf die Klimapolitik Sachsen- Anhalts und der EU eingegangen werden. Die pädagogische Konzeption der St. Franziskus-Grundschule basiert auf dem Marchtaler Plan, einem Bildungs- und Erziehungsplan katholischer freier Schulen im Bistum Rottenburg-Stuttgart. Das ganzheitliche Konzept (Zur Freiheit berufen, Gal 5,15) wird maßgeblich durch die Reformpädagogik auf der Grundlage des katholischen Glaubens bestimmt. Ein inhaltlicher Schwerpunkt der St. Franziskus-Grundschule ist die Umwelterziehung: Lernfeld Energie und Klima: Hier werden z. B. durch die Schüler selbst altersgemäß die Messwerte des Neubaus im energetischen Bereich Alltag begleitend beobachtet, ausgewertet und mit herkömmlicher Bauweise verglichen. Außerdem soll in diesem Zusammenhang auf die Klimapolitik Sachsen-Anhalts und der EU eingegangen werden. 18

21 6 Hauptteil 6.1 Bildung, Klima und Umweltschutz Bildung und Erziehung beginnt mit der Geburt des Menschen und dauert sein Leben lang. Wie und in welcher Weise Bildung dazu beiträgt, dass sich Fähigkeiten und Anlagen des Menschen ganzheitlich entfalten, dass selbstständige und verantwortungsbewusste Persönlichkeiten mit sozialen Werten und Kompetenzen die Gesellschaft bereichern, ist Bildungs- und Erziehungsauftrag von Elternhaus, Schule und Gesellschaft. Das eigene Verhalten zu sich selbst, zur Umwelt, und vor allem auch für die, nicht nur eigene, Zukunft ist eng mit der Art und Weise der Bildung und Erziehung und dem damit erlangtem Wissen verbunden. So ist auch das eigene Verhalten zum Umwelt- und Klimaschutz stark beeinflussbar durch Wissensvermittlung und Erfahrungen. Die Naturkatastrophen der ersten Wochen und Monate des Jahres 2011 führen uns sehr deutlich vor Augen, dass es ein Umdenken und Handeln zur Verbesserung der globalen Klimaentwicklung, zum Wohle der Umwelt und damit auch der Menschen geben muss. Die für Menschen tragischen, technisch bedingten Folgen solcher Katastrophen, wie die Probleme mit den Atomreaktoren nach dem schweren Erdbeben in Japan, zeigen deutlich, dass zukünftig umweltfreundlichere und vor allem nachhaltigere Energiequellen den Energiebedarf decken müssen. Eine wesentliche Rolle kommt dabei dem bewusst sparsamen Umgang mit Energie zu. Gebäude, die heute geplant und errichtet werden, sollten also grundsätzlich die Probleme des Klimawandels und der zunehmenden Ressourcenverknappung nicht verschärfen, sondern durch besondere Konzepte zur Lösung dieser globalen Probleme beitragen. Die St. Franziskus-Grundschule sieht sich dabei in der Tradition ihres Schulpatrons und Patrons des Umweltschutzes, des Heiligen Franziskus von Assisi. Er ist bekannt für seine Achtung vor der Schöpfung Gottes, seiner Liebe zur Natur, zu den Pflanzen und Tieren. Daraus resultiert die Entscheidung die Schule im Passivhausstandard in Holzbauweise zu errichten und würde für Sachsen-Anhalt ein Novum darstellen. In Sachsen-Anhalt gibt es noch keine Passivhaus- Schule. 19

22 Das Gebäude wird energetisch zu einem Vorreiterprojekt für Sachsen-Anhalt als mehrgeschossiges Gebäude in einer modernen Holzbauweise im Passivhaus- bzw. Nullenergie-/Plusenergiestandard ohne Heizungsanlage. Zielstellung ist u. a. eine ökologisch-ökonomische Bilanzierung der entwickelten Gebäude- und haustechnischen Konzepte. Die zu verwendenden Materialien wurden bezüglich, Energieinhalt, Einsatz nachwachsender Rohstoffe, Recyclingfähigkeit und den sich daraus ergebenden Besonderheiten und im Bezug auf Gewährleistung der Brandschutzforderungen mit anderen Bauausführungen verglichen. Ein Gebäude in Holz zu errichten, bedeutet langfristig ökonomische und ökologische Vorteile. So kann durch die geringe Eigenlast der Holzbauteile bei Vorfertigung und Montage mit leichteren Geräten gearbeitet werden, die Gründungskonstruktionen sind einfacher herstellbar. Ein weiterer Vorteil der Holzbauweise ist das günstige Verhältnis zwischen Bruttogeschossfläche und Nutzfläche, da z. B. die Dämmstoffe, die bereits Recyclingprodukte sind, sich vollständig in der Wandkonstruktion befinden. Der Energieaufwand für die Erstellung eines Hauses in Holztafelbauweise beträgt im Vergleich zur konventionellen Bauweise nur 2/3. Zudem schont der nachwachsende Rohstoff Holz endliche Ressourcen. Holz kann nach entsprechender Aufbereitung problemlos als Sekundärrohstoff genutzt werden. Am Ende des Gebäudelebenszyklus sind ein einfacher Rückbau und eine Wiederverwendung der Materialien möglich. Zudem sind Holz und Holzprodukte nach dem Gebrauch energetisch verwertbar. Holz, nicht nur als lebender Baum, sondern in vielen Bereichen unserer Gesellschaft verwendet und verarbeitet u. a. in Bauwerken, Möbeln, als Papier und Spielzeug ist ein wertvoller Kohlenstoffspeicher, der wesentlich zu einer Reduktion des CO 2 - Gehaltes der Atmosphäre beiträgt. Eine CO2-neutrale Schule, in Holzbauweise ist demnach das Sinnvollste was in Bezug auf Umweltentlastung und die Zukunft unserer Kinder gebaut werden kann. 20

23 6.2 Vergleich von Schulbauten der Vergangenheit, bestehender Schulbauten in PH-Bauweise und CO 2 -neutraler Schule in Holzbauweise Schulbauten zu vergleichen ist schwierig. Abgesehen von den standardisierten Plattenbau-Schulen aus DDR-Zeiten, die in diesem Vergleich keine Rolle spielen, sind Schulbauten sowohl in Bauhülle, als auch durch ihre Funktion als Grund-, Haupt-, Real- oder Mittelschule, Gymnasium, Gesamtschule und als spezielle Form die Berufsschule, selten vergleichbar. Die jeweilig unterschiedliche Schülerzahl und deren Altersstruktur, haben Einfluss auf Größe und Innenausstattung. Dazu kommen zeitgemäße technische Entwicklungen und Erkenntnisse sowie gesellschaftspolitische Einflüsse, wie Ganztagsschule und Integration von Horteinrichtungen, Fachunterricht und verschiedene Pädagogik- Konzepte, die nicht unerheblich sind. Neben der ökonomischen Beurteilung ist die ökologisch langfristige Betrachtung hinsichtlich der CO2-Bilanz bei der Baustoffauswahl und bei Betreibung des Baukörpers maßgebend. Eine gute CO2-Bilanz erreicht man beim Bau eines Schulgebäudes nur mit dem Einsatz von nachhaltigen Baustoffen und in den Kriterien zur Errichtung und zum Betrieb mit einen sehr niedrigen Jahresheizwärme- und Jahresprimärenergiebedarf. Diese beiden Verbrauchswerte wurden in den vergangenen Jahren mit Normativen festgelegt, um so eine Vorgabe für Neubau und Sanierung der Bauwerke zu haben. In Passivbauweise wurden u. a. in Deutschland folgende Schulen gebaut: Gymnasium Weddingstraße 21, Nürnberg Justus von Liebig Schule, 79761Waldshut Passivhausschule Dualingo, Jena in Österreich: Klaus Weiler Schule Fraxern und Schule in Klaus(Vorarlberg) Schulgebäude mit Passivhausstandard in Mischbauweise, Massivbau und Holzbau, sind u. a.: 21

24 Waldorfschule Bremen, Bremen Riedbergschule Frankfurt, Frankfurt Albert-Schweitzer-Schule, Alsfeld Volksschule Aufkirchen, Berg Es wurden auch Schulen in Holzständerbauweise nach dem jeweils gültigen EnEV - Standard errichtet und bestehende Schulen auf Passivhausstandard saniert. In den Publikationen zu diesen Schulen wurde grundsätzlich die günstige betriebswirtschaftliche Energiebilanz aufgeführt und eventuell eine Einsparung von Öl oder Gas beim Passivhaus gegenüber Niedrigenergiestandard in CO2 umgerechnet. Es wurden jedoch keine konkreten Angaben zu CO2-Bilanzen bei der Auswahl der Baustoffe gegeben. Die entscheidende Rolle im Vergleich spielten die Schulen mit PH-Standard immer auch unter Beachtung, dass ein 1:1 Vergleich nicht möglich ist, da, wie oben erwähnt, jede Schule andere Schülerzahlen, Unterrichtsinhalte, Räumlichkeiten und Energieanforderungen hat. Im Anhang in Tabelle A1 wurden die Angaben (Zuarbeiten) der Schulen nach verschiedenen Kriterien, wie Heizenergie in kwh/m² bzw. kwh/p*a, Heizenergiebedarf kwh/a bzw. kwh/m²*a, Stromverbrauch in kwh/m² bzw. kwh/p*a sowie der Wasserverbrauch pro m³ und Person im Jahr verglichen. Tabelle 1 zeigt unabhängig von Bauart und Sanierung den Heizenergiebedarf in kwh/m 2 *a. Unschwer ist erkennbar, dass die Schule in Schwerin, unsaniert und ohne Wärmedämmung, die meiste Heizenergie benötigt. Bereits eine Wärmedämmung, wie bei der A.S. Makarenko, reduziert den Heizenergiebedarf beachtlich. Aber auch bei den betrachteten Passivhaus-Schulen gibt es Unterschiede. 22

25 Tabelle 1 Heizenergie in kwh/m²a unabhängig von Bauart und Sanierung Bild 1 zeigt vor allem, dass es große Unterschiede in der flächen- bzw. personenbezogenen Auswertung gibt. Es wird dabei erkennbar, dass bei solchen Vergleichen unterschiedliche Kriterien betrachtet werden müssen. Bild 1 Vergleich von Heizenergie und Stromverbrauch ausgewählter Passivhauschulen In den Bildern 2 und 3 wird der Gesamt-Heizenergiebedarf zum einen flächen- und zum anderen personenbezogen dargestellt. 23

26 Bild 2 Heizenergiebedarf flächenbezogen Bild 3 Heizenergiebedarf personenbezogen Die Bilder zeigen dabei am Beispiel der Waldschule deutlich, dass der Vergleich des Heizenergiebedarfs pro Person und pro m² zu unterschiedlichen Aussagen und Wichtungen führt. Die Waldschule Grimma, eine Schule für schwerst- und mehrfachgeschädigte Kinder, benötigt neben mehr Raum für den einzelnen Schüler auch einen völlig anderen Betreuungsaufwand und erfüllt damit nicht unbedingt die Vergleichskriterien. Auch in den Bildern 4 und 5 zum Stromverbrauch wird deutlich, dass nicht allein der flächenbezogene Vergleich betrachtet werden kann, da bezogen auf Personen das Ergebnis und die Klassifizierung eine andere ist. Bild 4 Stromverbrauch flächenbezogen Bild 5 Stromverbrauch personenbezogen Ganz deutlich wird das beim Vergleich des Wasserverbrauchs. 24

27 Bild 6 Wasserverbrauch flächenbezogen Bild 7 Wasserverbrauch personenbezogen Zurzeit ist die Energiesparverordnung vom mit ihren energetischen Anforderungen zum Wärmeschutz bei Errichtung und Sanierung von Gebäuden gültig. Für normative Passivhäuser gelten noch niedrigere Energiestandards, um das Ziel eines Passivhausgebäudes (ein Gebäude nur mit passiven Wärmequellen nutzbar zu machen) zu erreichen. Das bedingt auch eine dichte Gebäudehülle mit einer Lüftungsanlage zur kontrollierten Lüftung mit Wärmerückgewinnung. Eine Nachheizung zur Kompensation zeitweise fehlender innerer Wärmequellen und zur Deckung des Energiebedarfs der Trinkwarmwasserversorgung soll mit regenerativen Energien erfolgen. Durch eine Weiterentwicklung der Bauteile sowie der Anlagentechnik wird der Nullheizenergiestandard angestrebt. Die spürbare Verknappung von Ressourcen, die zur Bereitstellung von Energie nötig sind, wird zukünftig eine immer größere Bedeutung für alle Gebäude haben. Davon betroffen sind sowohl Bereiche der Ökologie, als auch die wirtschaftliche Errichtung und Nutzung der Gebäude. Ausschlaggebend dabei ist beim Neubau, wie auch bei der Sanierung der Energiebedarf der eingesetzten Bau- und Dämmstoffe, wobei Baukörper aus Holzwerkstoffen einen geringeren Energiebedarf besitzen. Ein Grund dafür ist, dass mit dem Einsatz des nachwachsenden Baustoffs Holz, als tragendes, dämmendes und verkleidendes Material kurze Transportwege und eine Nutzung des Baustoffs nach dem Rückbau des Gebäudes möglich werden. 25

28 6.3 Einfluss pädagogischer, ökonomischer und ökologischer Nutzungskonzepte auf die Gesamtgestaltung des Schulneubaus "Nachhaltig denken heißt in Generationen denken, damit nicht nur zum eigenen Nutzen, sondern zum Nutzen des Fortbestandes unserer Erde, mit neuen Ideen und Zielen für die Zukunft." 3 Der von der Bundesregierung berufene Rat für nachhaltige Entwicklung beschreibt es wie folgt: Nachhaltige Entwicklung heißt, Umweltgesichtspunkte gleichberechtigt mit sozialen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu berücksichtigen. Zukunftsfähig wirtschaften bedeutet also: Wir müssen unseren Kindern und Enkelkindern ein intaktes ökologisches, soziales und ökonomisches Gefüge hinterlassen. Das eine ist ohne das Andere nicht zu haben. Ein Schulneubau, bedeutet also nicht nur die Errichtung eines Gebäudes in dem Kinder mit dem ABC und Einmaleins vertraut gemacht werden. Es bedeutet auch, dass die Erbauer und Betreiber sich Gedanken machen, wie soziale und erzieherische Aspekte mit modernen ökologischen Erkenntnissen und den stetigen, notwendigen Forderungen nach Wirtschaftlichkeit verbunden werden können, ohne das Gleichgewicht zu Gunsten einer Komponente zu verschieben und dies nicht nur für den aktuellen Zeitpunkt, sondern auch und vor allem für die Zukunft. 3 Dr. Heinrich Graf von Bassewitz, Mitglied des Rates für Nachhaltigkeit (http://www.nachhaltigkeitsrat.de/nachhaltigkeit/) 26

29 Bild 8 Nachhaltigkeitsdreieck bezogen auf Schulneubau Pädagogische Erfordernisse und Erfahrungen Die pädagogische Konzeption der St. Franziskus-Grundschule zur Gewährleistung einer ganztägigen Bildung und Erziehung basiert auf der Grundlage der freien Willensentscheidung der Eltern, Lehrer/Lehrerinnen und Erzieher/Erzieherinnen sowie unter Wahrnehmung des demokratischen Rechts auf eigenverantwortliche Gestaltung von Bildung und Erziehung durch kirchliche Institutionen. Dabei wird die St. Franziskus-Grundschule von folgenden Leitprinzipien getragen: Orientierung am christlich-humanistischen Menschenbild Schaffung einer Atmosphäre der Offenheit, Geborgenheit und Zuwendung zu den anvertrauten Schülerinnen und Schülern Gestaltung einer Schulgemeinschaft, in der der Geist des Evangeliums in Freiheit lebendig ist Der Machtaler Plan, Bildungs- und Erziehungsgrundlage katholischer freier Schulen im Bistum Rothenburg-Stuttgart, enthält wesentliche Elemente der Montessori- Pädagogik, die das Kind als Baumeister seines Selbst betrachtet. Daraus ergeben sich für den Unterricht u. a. Morgenkreis, freie Stillarbeit und projektorientiertes Lernen. Aber auch vernetzter Unterricht und Fachunterricht sind Inhalt der Struktur, die damit entsprechende räumliche Anforderungen an den Neubau stellt. 27

30 Neben den Klassenräumen sind multifunktionale Teilungsräume für die freie Stillarbeit und für die Gruppenarbeit vorgesehen. In diesem Bereich sollen auch die jahrgangsübergreifenden Morgen- und Mittagskreise stattfinden. Außerdem gibt es einen Bereich für den Hort, weitere Unterrichtsräume (Hauswirtschaft, Werken, Kunst, Computer), einen Mehrzweckraum (Aula, Speiseraum, Küche), den Lehrerbereich, einen Raum der Stille, einen Raum für Schulseelsorge sowie eine Hausmeisterwohnung. Die Klassenräume sollen jeweils für zwei Jahrgänge in Lernnestern angeordnet werden. Es gilt auf dem Weg der Bildung und Entwicklung alle Kinder, auch die mit Beeinträchtigungen, mit Migrationshintergrund genauso wie die mit höherer Begabung, mitzunehmen und das Mit- und Füreinander zu fördern und zu leben. Auf diesem Weg spielt, neben der Stoffvermittlung des sachsen-anhaltinischen Lehrplans auch die musikalische Förderung und im besonderem Maße die Gesundheitsförderung, durch Bewegung und bewusste Ernährung eine nicht unbedeutende Rolle, denn ein gesunder Geist kann sich nur in einem gesunden Körper voll entfalten. Die altersgerechte Rhythmisierung des Tagesablaufs, dem Lernen eines ausgewogenen Verhältnisses zwischen Leistungsphase, Bewegung und Pausen für den Körper, ist ein Baustein des Konzeptes. Die Einrichtung einer Kinderküche bietet darüber hinaus Möglichkeiten in altersgerechter Weise gemeinsame Mahlzeiten vorzubereiten, zu kochen und zu backen. Die Grundsätze einer gesunden Ernährung werden so ohne erhobenen Zeigefinger vermittelt und fördern das ganzheitliche Denken und Handeln. Die gemeinsamen Mahlzeiten, wie Frühstück und Mittagessen in den Klassengemeinschaften, das Tischdecken und Abwaschen des Geschirrs in der Kinderküche entwickeln und fördern darüber hinaus das soziale Verhalten der Kinder untereinander. Eine besondere Rolle im pädagogischen Konzept nimmt das Natur- und Umweltverständnis ein. Wie eingangs bereits erwähnt ist der Schulpatron St. Franziskus, der Umweltschutzpatron. Seine Achtung vor der Schöpfung Gottes, seine Liebe zur Natur, zu Pflanzen und Tieren ist ein wesentlicher Bestandteil der Bildungs- und Erziehungsarbeit an der Schule. Es findet in den Themen des vernetzten Unterrichts und Angeboten des projektorientierten Lernens seinen Ausdruck. So werden das Baugeschehen, die Auswahl der dabei verwendeten natürlichen Baustoffe und die Auswirkungen auf die Umwelt, in das projektorientierte Lernen einge- 28

31 bunden. Die Bedeutung nachhaltiger, natürlicher Bauweise wird nicht nur den Kindern vermittelt, sondern darüber hinaus auch an Eltern und Interessierte weitergegeben. Weitere Themen wie Mülltrennung und Entsorgung, der Umgang mit dem Element Wasser, Klimaschutz und Klimawandel und umweltfreundliche Energien aus Wind, Wasser und Sonne, Bestandteile bei der Errichtung der Schule, werden darüber hinaus im Unterricht und Projektarbeiten Gegenstand der Auseinandersetzung sein. Durch Experimente, Versuche und Modellbauten wird das Wissen darum praktisch vermittelt und gefestigt Ökonomische und ökologische Bauweise und Nutzung Die Frage Ist der Neubau einer Schule kostengünstiger als die Sanierung und Betreibung eines mehr als sanierungsbedürftigen Gebäudes? wurde im Vorfeld der Planung bereits entschieden. Die Planentwürfe wurden in Abstimmung mit den Funktionsanforderungen der durch die Steinblock Architekten erarbeitet. Die Vorstellungen, den Neubau vorwiegend in Holzbauweise und Passivhausstandard auszuführen und damit dem Prinzip der Nachhaltigkeit und dem Schulpatronat St. Franziskus zu folgen, standen dabei im Vordergrund. Es sollte Bild 9 Ursprünglich geplanter Grundriss in Schmetterlingsform 29

32 ursprünglich ein architektonisch ansprechendes Gebäude in einer Art Schmetterlingsform entstehen. Ökonomische Erfordernisse und Zwänge machten jedoch eine mehrfache Überarbeitung der Entwürfe und Grundrisse unumgänglich. So wurde darum gerungen, bei gegebenem Finanzrahmen, ohne große Abstriche Funktionalität und architektonische Hülle zu einer trotzdem ansprechenden Symbiose zu verbinden. Bild 10 Angepasste Form des künftigen Schulgebäudes Ein Gebäude kostengünstig zu errichten, ist stets eine Überlegung für einen Neubau. Es betriebswirtschaftlich effektiv und kostengünstig über einen langen Zeitraum zu nutzen erfüllt neben dem ökonomischen Verhältnis von Aufwand und Nutzen die Forderungen der Nachhaltigkeit. Das ökologische Nutzungskonzept beinhaltet, als innovatives Gesamtkonzept für die Gebäudehülle den Einsatz von ökologisch und gesundheitlich unbedenklichen Baustoffen aus nachwachsenden Rohstoffen mit nachgewiesener CO2-Bindung in konstruktiv sauberen Lösungen für Brand-, Schall- und Wärmeschutz. Die Forderungen zur Einhaltung des Brandschutzes, gerade für öffentliche Gebäude wie eine Schule, werden mit dem Holzbausystem N&S in hervorragender Weise erfüllt (Siehe Pkt. 9. und Anhang Pkt.16.3). Gleiches gilt für die Beachtung des Schallschutzes. Erfahrungsgemäß ist der Geräuschpegel im kindlichen Miteinander gerade auch an Schulen recht hoch. Messungen ergaben z. B. in nicht schallgedämmten Klassenräumen bis zu 100 db. Das sind Lärmpegel, unter denen Konzentration und Aufnahmefähigkeit leiden und die bei dauerhafter Belastung u. a. zu Hörschäden wie Tinnitus führen. Auch für die Lehrkräfte ist ein adäquater und guter Schallschutz und eine entsprechende Akustik ein Kriterium für gute, gesunde Arbeitsbedingungen. Ist er zu extrem, erreicht die Stimme des Lehrers womöglich nicht alle Schüler und er muss die Stimme erheben und strapazieren. Ist der Schallschutz nicht entsprechend oder schlecht ausgebildet führt 30

33 das gegebenenfalls zu Hörschäden, psychischen Beeinträchtigungen u. a. gesundheitlichen Störungen. Deshalb ist innovativer Schallschutz (Siehe Anhang Pkt. 16.3), wie er mit dem Bausystem N&S erfüllt wird, eine weitere wichtige Komponente für gesundes Lehren, Lernen, gesunde Entwicklung und damit auch sozialer Aspekt der Nachhaltigkeit. Herstellungsenergie und Primärenergie spielen auch als Kostenfaktor eine wesentliche Rolle bei der Auswahl der Produkte. Holz bindet nicht nur während dem Wachstum große Mengen CO2, sondern auch als natürlicher Baustoff in Gebäuden. Das verhindert die von der Politik angedachte CO2 -Verbringung (pumpen) in die Erde. Alternative Energie- und Abwärmenutzung reduzieren die CO2-Bilanz wie die Lebensdauer und Nutzung der Gebäude erheblich. Auch die Möglichkeit der Wiederverwertung der Baustoffe führt zu einer positive Energiebilanz. Die Planung und Ausführung des Holzbaus (alle Wände und Decken sowie Dach) erfolgt nach den neuesten Erkenntnissen und DIN-Vorschriften (Schwingungen). Eine hohe Luftqualität, ohne Schadstoffe (aus Baustoffen, Belägen und Möbeln) in den Klassenzimmern führt zu besseren Lernergebnissen und ein extrem guter Schallschutz erhöht die Konzentrationsfähigkeit. Das Versorgungskonzept für die zukünftige Nutzung ist wesentlicher Planungsansatz für den Schulneubau. Hier werden Grundlagen für eine kostensparende Nutzung geschaffen. Einer der größten Kostenposten ist die Energieversorgung, in Form von Wärme und Strom. Bereits durch die Holzpassivhausbauweise wird erreicht, dass Wärme nicht bzw. nur in Ausnahmen (z. B. nach Winterferien) zugeführt werden muss. Luftvorwärmung erfolgt durch Fenster, Erdwärmetauscher und Solar-Flächen. Durch integrierte Solarwände wird eine Reduzierung der Wand- und Dämmstoffdicken erreicht und darüber hinaus ergibt sich der Effekt, dass die Temperaturen der Außenwände (innen) ca C höher als die Außentempe raturen liegen. Dadurch ergibt sich ein Vorteil für die Wärmeversorgung im Winter. Zusätzlich wird im Sommer das starke Aufheizen vermindert. Entsprechend zusätzliche Reflektionsflächen an Fenstern und Solaranlage werden installiert, um eine bessere Nutzung der Strahlungsleistung und höherer Solarbeiträge zu erzielen. 31

34 Restenergie (Wärme) wird aus der Abluft gewonnen. Solarenergie erzeugt (thermisch) warmes Wasser und Strom mittels PV-Anlage und Windenergie wird ebenfalls zur Stromgewinnung genutzt. Mit wenig Energie auszukommen, ohne Qualitätseinbußen, ist ein Lernprozess für die Schule. Sie besitzt damit das Potential bei entsprechender Spartechnik (Strom) quasi autark zu werden. Die eigene Energieerzeugung (regenerativ) kompensiert die eigenen Verbräuche sowie die erforderliche Energie zur Herstellung des Baukörpers. 6.4 Variantenvergleich der Bau- und Dämmstoffe Bauweisen In Deutschland sind etwa 90 % aller Neubauten massiv gebaut. Fertighäuser und Holzhäuser in Leichtbauweise sind seltener 4. Beide Bauweisen haben jedoch ihre Vor- und Nachteile, welche bei der Entscheidung für jedes einzelne Projekt zu berücksichtigen sind. Massivbauweise Im Massivbau sind die raumabschließenden Elemente statisch tragend und aus massiven Baustoffen und Materialen. Die Wände bestehen aus Kalksandstein, Porenbeton, Ziegel, Beton oder Leichtbeton. Dabei gilt: umso kleiner die Rohdichte, also umso leichter der Stein, umso schlechter die Wärmeleitfähigkeit und desto besser der Wärmeschutz. Da der überwiegende Teil dieser Baustoffe den Wärmeschutz alleine nicht gewährleisten kann, ist es üblich z. B. Außenwände zusammen mit einer außenliegenden Wärmedämmung auszubilden. Diese Konstruktionen können einoder mehrschalig ausgeführt werden. Das Bekannteste ist das Wärmedämmverbundsystem (WDVS), bei dem auf die Innenschale die Wärmedämmung aufgeklebt oder gedübelt und anschließend verputzt wird. Auch Holz findet Verwendung im Massivbau. Als Holztafelwand wirkt die gesamte Massivholzwand als statische Scheibe. Diese wird dann ebenfalls gedämmt und verschalt. 4 (Trauthwein, Volkenant, Wolff, & Goldmann, 2008) 32

35 Vorteile Wertbeständigkeit Hoher Brandschutz Hohe Wärmespeicherkapazität der Wände, Hohes Schalldämmmaß, da hohe flächenbezogene Masse der Baustoffe Kurzfristige Änderungen möglich, im Gegensatz zum Fertighaus Hohe Stabilität und Belastbarkeit Luftdichte Baustoffe Geringe Planungszeit Nachteile Hohe Wärmeleitfähigkeit der Baustoffe Dicke Wärmedämmschichten und somit große Wandstärken nötig Verringerung der Nutzflächen Eventuell erhöhter Arbeitsaufwand bei zwei Dämmschichtlagen schlechte Luftdichtheit der Fugen einer Ziegelwand - Ausgleich durch Innenputz nötig Lange Bauzeit Lange Austrocknungszeit Geringere Vorfertigungsmöglichkeiten Zusätzlich Mörtel zum Mauern und Verputzten notwendig 33

36 Bild 11 Produktauswahl massiver Baustoffe Leichtbauweise In den meisten Fällen kommt in der Leichtbauweise Holz als Baustoff zur Anwendung. Die gängigste Bauweise ist die Holzrahmenkonstruktion. Grundelement ist ein tragendes Holzgerüst, welches mit Baustoffplatten beidseitig beplankt ist. Dazwischen wird Wärmedämmung eingebracht. Dazu zählen die zwei Konstruktionen Western-Frame und Balloon-Frame aus den USA. Dort sind mehr als 90% aller Einfamilienhäuser in Leichtbauweise gebaut. Auch mehrgeschossige Gebäude werden auf diese Weise erbaut. Neben der Holzrahmenbauweise gibt es noch die Fachwerkund die Skelettbauweise. Diese wird entweder aus Stahl oder einer Stahl-Holz- Kombination hergestellt. Der nachfolgende Vergleich geht jedoch nur auf die reinen Holzkonstruktionen ein. Vorteile Kurze Bauzeit Einfache Dämmung der Fugen möglich Große gestalterische Freiheit nachwachsende Rohstoffe 34

37 Ökologisch Hoher Vorfabrikationsanteil Geringer organisatorischer Transportaufwand Um- und rückbaufähig Geringere Abmessungen der Wände Holz atmet diffusionsoffen Nachteile Hohe Planungszeit Hohe Montageanforderungen Konstruktiver Holzschutz muss beachtet werden Zusammenfassung Beide Bauweisen haben eine lange Tradition. Abhängig von den regionalen Rohstoffvorkommen, sind z.b. Fachwerkhäuser, Häuser aus Ziegelstein oder Reetdachhäuser zu finden. Abhängig von den Anforderungen an das Gebäude und den Rahmenbedingungen ist der optimale Baustoff auszuwählen. Mit den heutigen Herstellungsverfahren werden verschiedene Baustoffe aus Holz angeboten. In Sachen Langlebigkeit, Wärmespeicherfähigkeit, Brand- und Schallschutz steht der Holz- dem Massivbau in nichts nach. Im Passivhausbau konnten beide in den letzten Jahren gute Ergebnisse erzielen. Mit einer sorgfältigen Auswahl ist es möglich gesund, umweltschonend und nachhaltig zu bauen. 35

38 Holzbausystem Naumann & Stahr Bild 12 Wandkonstruktion N&S Die unter ökologischen Gesichtspunkten optimierte Konstruktion genügt hohen und ganzheitlich ökologischen Ansprüchen, und ist passivhauszertifiziert. Sie besteht aus einem Rahmensystem, welches mit den über alle Geschosse durchlaufenden Trägern nach dem Skelettprinzip funktioniert. Sie erreicht damit das weltweit größte Rastermaß für Holzrahmenkonstruktionen. Zwischen die Doppel-T-Träger werden OSB/4top-Platten von EGGER gefügt, somit entsteht eine Scheibenwirkung, die gleichzeitig die Funktion eines Fachwerkes in die Konstruktion einbringt. Das Bausystem hat hervorragende statische Eigenschaften. Es ist in der Lage, sehr große vertikale und horizontale Kräfte aufzunehmen. Hierzu erfolgten statische Versuche, die zeigen dass erstaunlich große Kräfte übertragen werden können. Die Konstruktion verformt sich auch bei sehr großer Lasteintragung nur gering, so dass bewiesen ist, dass die luftdichte Ebene (EGGER-OSB) und die Pressfuge aus Butylon- Klebeband dauerhaft erhalten bleiben. Das sind Voraussetzungen die ermöglichen, dass die geprüfte Rohbauwand, ohne die statische Funktion der Innen- wie auch der Außenbeplankung mit zu beanspruchen, alle Kräfte aufnehmen und entsprechend in die Gründung weiterleiten kann. Natürlich übernimmt die Außenschale auch alle Funktionen des Witterungsschutzes. Die Diffusionsoffenheit bleibt dabei sehr gut erhalten. Der Vollholzanteil der Wände ist durch den Einsatz von OSB-Platten sehr gering und damit für die Wärmebrückenfreiheit von entscheidender Bedeutung. Der Nachweis 36

39 der Wärmebrückenfreiheit bis 5-Geschosse ist geführt und vom Passivhausinstitut Darmstadt zertifiziert. Alle Konstruktionsdetails sind als passivhaustauglich bewertet. Die ökologische Bewertung aller eingesetzten Baustoffe ist Voraussetzung für ihren Einsatz. Die verschiedenen Bauweisen, Massiv-, Massiv-Holz- und Holzbau, die miteinander verglichen wurden, sind nicht nur in der Materialauswahl unterschiedlich sondern haben auch Vor- und Nachteile hinsichtlich Funktionalität und Technik, der Nachhaltigkeit und der ökologischen Bewertung. Die Vielzahl und Unterschiedlichkeit der Dämmstoffe, aus anorganischen oder aus organischen Materialien, auf natürlicher Basis gewachsen oder synthetisch erzeugt und daraus resultierende Eigenschaften und Verträglichkeiten sind Entscheidungskriterien für oder gegen ihren Einsatz. Auch der Energieeinsatz und die Kostenstruktur für Erzeugung, Transport und gegebenenfalls Entsorgung sind genauso, wie ökologische Betrachtungen zur Umweltbelastung und Nachhaltigkeit maßgebende Entscheidungsfaktoren. Bild 13 Produktauswahl Dämmstoffe 37

40 Eine Entscheidungshilfe hierfür sind u. a. die Produktdeklarationen der Hersteller und Industrieverbände, die in zunehmenden Umfang zur Verfügung stehen. Es gibt jedoch keine einheitlich verbindlich festgelegten Regelungen zu ihrer Darstellung, so dass ein Vergleich oftmals sehr schwierig ist. Aus diesem Grund wurden im Rahmen des Förderprojektes und einer Diplomarbeit die zu vergleichenden Daten mit hohem Aufwand zusammengetragen (Siehe Anhang Tabelle A1). Diese bilden die Grundlage für die Variantenvergleiche. Die einzuhaltenden Vorschriften sind für die verschiedenen Bauweisen nicht zwangsläufig unterschiedlich. DIN Bezeichnung Massiv- Massiv-Holz Holzbau DIN , Ausg. 06/2002 Wichten von Baustoffen x x x DIN , Ausg. 03/2006 Nutzlasten für Hochbauten x x x DIN , Ausg. 03/2005 Windlasten x x x DIN1055-5, Ausg. 07/2005 Schneelasten x x x DIN , Ausg. 03/2001 Einwirkungen auf Tragwerke x x x DIN 1054, Ausg. 01/2005 Baugrund x x x DIN 4102/04, Ausg. 03/1994 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen x x x DIN 1053/01 Mauerwerk x x DIN 1045/1,2, Ausg. 08/2008 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton, Spannbeton x x x DIN 1052, Ausg. 12/2008 Holzbauwerke x DIN ; Aug. 07/1994 DIN 4074 Nichttragenden innere Trennwände Baumschnittholz nach Tragfähigkeit Nadelholz C24; KVH C24 x x Bauaufsichtliche Zulassungen u. Normen für Gips- und Holzwerkstoffe x 38

41 DIN Bezeichnung Massiv- Massiv-Holz Holzbau Zulassung Z für OSB-Platten x Tabelle 2 Für die verschiedenen Bauweisen zutreffenden DIN-Vorschriften Auf der Grundlage der Holzbauweise wurde eine, von zwei wesentlichen Eigenschaften bestimmte, Vergleichsebene mit der Massivbauweise hergestellt. Die Bauteilkonstruktionen mit Verbindung zu einem unbeheizten Raum, werden über einen annähernd gleichen Wärmedurchlasskoeffizienten (U-Wert) berechnet. Die Dimensionierung der Innenwände und Geschossdecken der Massivbauweise erfolgt über nahezu gleiche Schalldämm-Maße und Norm-Trittschallpegel. Die in den gesamten Bauteilkonstruktionen zu verwendeten Produkte werden anhand der berechneten Rohdichten und Baustoffstärken bestimmt Nachhaltigkeit und ökologische Bewertung Was bedeutet Nachhaltigkeit in unserer doch eher vom Konsum und Wegwerfen geprägten Gesellschaft? Bereits in früheren Jahrhunderten wurde Nachhaltigkeit praktiziert, auch wenn es nicht unter diesem Begriff erfolgte. In der Forstwirtschaft wurde zu Beginn des 18.Jahrhunderts im Zuge der zunehmenden Waldvernichtung der Begriff Nachhaltigkeit geprägt. Es sollte nur so viel Wald eingeschlagen werden wie unter Beachtung entsprechender Zeit nachwächst und sich regeneriert. Nachhaltige Bewirtschaftung bedeutet die Betreuung von Waldflächen und ihre Nutzung auf eine Weise und in einem Maß, dass sie ihre biologische Vielfalt, Produktivität, Verjüngungsfähigkeit und Vitalität behalten. Dabei soll ihre Fähigkeit bewahrt werden, gegenwärtige und in Zukunft wichtige ökologische, wirtschaftliche und soziale Funktionen auf lokaler, nationaler und globaler Ebene zu erfüllen. Zusätzlich darf die nachhaltige 39

42 Bewirtschaftung einer Waldfläche anderen Ökosystemen keinen Schaden zufügen. 5 Übersetzt auf unsere ganze Gesellschaft bedeutet das, das Prinzip der Nachhaltigkeit auf allen Gebieten der Umwelt, der Ökonomie und des sozialen Bereichs durchzusetzen, danach zu leben und unseren nachfolgenden Generationen eine intakte Zukunft zu ermöglichen. Nachhaltigkeit und ökologische Bewertung bilden dabei eine Einheit und haben Auswirkungen auf die soziale Gerechtigkeit. Den Begriff Ökologisch nur, wie so oft, mit Umweltbewusstsein gleichzusetzen und auf landwirtschaftliche Produkte zu projizieren ist unzureichend. Ökologische Produktion bedeutet alle Produktionsprozesse auf den Prüfstand zu stellen. Das beginnt bei der Rohstoffgewinnung, dem Transport und dem Energieeinsatz und der Frage, wie wurde diese erzeugt. Weiter sind Treibhaus- (GWP), Ozonabbau- (OPD), Versauerungs- (AP), Eutrophierungs- (EP), photochemische Oxidationsbildungspotential (POCP) und der Abiotische Ressourcenverbrauch (ADP) zu betrachten, möglichst gering zu halten oder ganz auszuschließen. 5 (http://de.wikipedia.org/wiki/nachhaltigkeit_(forstwirtschaft) 40

43 Bild 14 Inhalte der Hauptkriteriengruppe Ökologische Qualität Auch die Ökonomie ist eine Säule der Nachhaltigkeit, nicht jeder aktuell gesparte Euro trägt zur Nachhaltigkeit bei, und nicht jedes teure Produkt erfüllt die Anforderungen an diese. Ein ausgewogenes Gleichgewicht ist notwendig. 41

44 Bild 15 Inhalte der Hauptkriteriengruppe Ökonomische Qualität Gebäude sind keine kurzlebigen Bauten. Wir möchten diese möglichst lange nutzen und sie sollten auch nach Jahrzehnten eine möglichst gesunde Nutzung zulassen. Deshalb gilt es hier ganz besonders darauf zu achten, das gesunde, unbelastete Baustoffe eingesetzt werden. Das gleiche gilt für die Dämmstoffe und natürlich für die Inneneinrichtung. Dazu kommt: je länger Gebäude eine gesunde und effektive Nutzung zulassen, desto besser genügen sie dem Grundsatz der Nachhaltigkeit. Nachhaltiges Bauen und Wirtschaften bedeutet auch darüber nachzudenken: Was passiert nach Ende der Nutzungszeit mit dem Gebäude? Wie lange kann es genutzt werden? Kann es gegebenenfalls umgenutzt werden, z. B. eine nicht mehr benötigte Schule zu einem Seniorenheim? Lässt es sich zurückbauen, und was passiert mit den Materialien? Lassen sich diese Fragen positiv beantworten, ist Nachhaltigkeit keine leere Worthülse. 42

45 Für die zu errichtende Neubauschule St. Franziskus in Halle sind solche Überlegungen und Vergleiche der verschiedenen Bau- und Dämmstoffe durchgeführt wurden, Siehe dazu beispielgebend nachstehenden Tabellen-Auszug und weitere Tabellen im den Anhang. Auszug der Tabelle A3 Vergleich von Dämmstoffen Damit kann hier von der Erfüllung des Nachhaltigkeitsgrundsatzes gesprochen werden CO 2 -Bindung Über die natürliche Menge hinaus freigesetztes CO 2 schädigt unsere Umwelt und hat negative Auswirkungen auf Klima und Ozonschicht. Deshalb gilt es, verstärkt CO 2 - Vermeidung zu praktizieren. Eine Möglichkeit zur CO 2 -Vermeidung ist die verstärkte Verwendung von Holz als Bau- und Dämmstoff. Holz ist ein natürlicher CO 2 - Speicher. Es speichert das in seiner Wachstumsphase aufgenommene CO 2 und 43

46 setzt es erst bei Verbrennung oder Verrottung wieder frei. Egal, wie Holz genutzt wird, sein Kohlenstoffgehalt bleibt für die Lebensdauer des Produkts darin gebunden und beträgt ca. 1 t/m³, wie untenstehende Skizze zeigt. Bild 16 CO 2 -Kreislauf im Holz Tabelle 3 zeigt die ermittelte CO 2 -Bindung für die in Holzbauweise zu errichtende St. Franziskus-Schule. Flächen (aus PHPP) Dicken Volumen CO 2 Speicherung CO 2 Speicherung und Architektur [m 2 ] [m] [m 3 ] pro m³ [kg] gesamt [t] Außenwände 1753,28 0, ,43 796,54 608,90 Innenwände 2025,24 0, ,98 737,66 295,06 Dach 1254,98 0, ,49 818,91 513,86 Decke 2509,96 0, ,45 802,44 850,96 Boden 1254,98 0, ,04 827,47 374,89 Summe: 2.643,67 Tabelle 3 CO 2 -Bindung St. Franziskus Schule 44

47 Das erzielte Ergebnis der CO 2 -Speicherung von rund 2643 t lässt sich u. a. folgendermaßen interpretieren und veranschaulichen. Eine Tonne CO 2 kostet zwischen 12 und 20. Nimmt man als Mittelwert 15 /Tonne an ergibt das bei ca.2643 t CO 2 einen Wert von rund Bei km Fahrt mit einem Auto (6,5l Benzin/100 km) werden 1560 kg CO 2 freigesetzt. Rechnet man mit 160g CO 2 /km ergeben die t CO 2 demzufolge eine mit dem Auto gefahrene Strecke von km. Bei einem angenommen Benzinpreis von 1,50 /l und 6 l/100 km ergibt sich ein Wert von Weitere stetige Preissteigerungen nicht berücksichtigt. Jeder Deutsche produziert im Jahr 10 t CO 2. Bezogen auf die o.g. CO 2 - Speicherung würde das der Jahresproduktion von rund 265 Personen oder 265 Jahre/pro Person entsprechen. Bild 17 Holz und Natur-Dämmstoffe als CO 2 -Senken Holz ist also durchaus ein nicht zu unterschätzender Baustoff, nicht nur vergangener Jahrhunderte, sondern auch und gerade für das 21. Jahrhundert. Seine positiven 45

48 Eigenschaften zu erkennen und wieder vermehrt in den Fokus unserer Entscheidungen zu rücken, ist nicht nur eine wichtige ökologische Notwendigkeit, sondern birgt auch ökonomisches Potential. Bild 17 zeigt weitere Argumente für Holz als Baumaterial der Zukunft und zu CO 2 -Senken Recyclingfähigkeit Recycling, also Aufbereitung und Wiederverwendung von Baustoffen, war keine Episode und Notwendigkeit nach dem 2. Weltkrieg, wo Trümmerfrauen mit Steine klopfen dafür sorgten, dass der Wiederaufbau begann, sondern ist aktuelle Forderung des nachhaltigen Bauen. Daraus ergeben sich bereits bei der Planung zwingende Überlegungen: Prüfung von Einsatzmöglichkeiten recycelter Bau- und Dämmstoffe Überlegungen zur Umnutzung des Bauwerkes Aufwand und Kosten für Abbruch und Entsorgung der Abbruchmaterialien Recycling nach Ende der Nutzungszeit Durch die Wiederverwendung lassen sich natürliche Rohstoffressourcen schonen und für die Zukunft länger verfügbar halten. Abbruch-Mauerwerk und Beton sind mineralische Baustoffe, die vielfach zu Granulat verarbeitet zum überwiegenden Teil im Straßenbau, im Erdbau oder zur erneuten Herstellung, allerdings für nicht konstruktiven Beton, verwendet werden. Grundvoraussetzung ist dafür unbedingt die Umweltverträglichkeit der Stoffe, denn es dürfen keinerlei Schadstoffe freigesetzt werden und die bautechnischen Eigenschaften müssen gleichwertig zu Primärrohstoffen sein. Damit werben die verschiedenen Zulieferer für den Massivbau, wie Zement- und Betonindustrie genauso wie die Hersteller von Kalksandstein. Trotzdem fallen hier nicht unerhebliche Kosten für Abbruch, Transport und Deponie an. Die Recyclingmöglichkeiten von Holz als natürlichen Baustoff sind vielfältiger Art. Betrachtet man Holz aus Rückbau, ist dieses oftmals einfach wiederverwendbar, vorausgesetzt es ist nicht mit chemischen Holzschutzmitteln kontaminiert. Intakte 46

49 Balken, Holztüren, Bretter u. a. können ohne Probleme in anderen Bauwerken wieder eingebaut werden. Im Rahmen einer Versuchsdurchführung zur Schallschutzprüfung wurde z. B. die Demontage einer gesamten Deckenkonstruktion probeweise mit folgendem Ergebnis durchgeführt. Der Rückbau erfolgte dabei von oben nach unten. Fußboden-, Trittschallmaterialien und Beläge konnten vollständig wiedergewonnen werden. Dabei wurde die Verklebung vollständig aufgeschnitten. Eventuelle Fließbeläge währen natürlich verloren. Die verschraubten OSB-Scheiben konnten zu ca. 90 % wiederverwertbar zurückgebaut werden. Bei Verklammerungen konnten die gesamten Teile auseinandergeschnitten und dann zu neuen Teilen zusammengeschraubt werden. Die Zellulose-Dämmung (Isofloc) wurde zu 100 % abgesaugt, in Säcken zwischengelagert und zur Weiterverwendung abtransportiert. Bild 18 Absaugen der Zelluloseflocken Bild 19 Zellulose zwischengelagert Bild 20 Konstruktion nach dem Absaugen Die Unterdecke aus Gipsfaserplatten (Fermacell) konnte zu 50 % zurückgebaut werden. Ein eingeschränkter Neueinbau für untergeordnete Bauteile ist möglich. 47

50 Die Hölzer (Balken, Lattung) der Ober- und Unterdecke konnten vollständig wiederverwertbar ausgebaut werden. Verschraubungen und Balkenschuhe sind ebenfalls ohne Beschädigungen und somit wiederverwendbar. Daraus lässt sich schlussfolgern: Grundsätzlich besteht die Möglichkeit fast alle Materialien ohne große Zerstörungen wiederzugewinnen und für den Neubau einzusetzen. Problematisch sind verklebte Fußbodenaufbauten (Beläge) sowie verklammerte Konstruktionen. Holzbestandteile, die für einen Wiedereinbau nicht geeignet sind, können am Ende ihres Lebenszyklusses (bei einer thermischen Verwertung) zur Wärme- und Energiegewinnung, genutzt werden. Verglichen mit der Massivbauweise verbraucht die Holzkonstruktion nur 60% an nicht erneuerbarer Primärenergie. Werden also am Ende des Lebenszyklus die Holzbestandteile thermisch verwertet, beläuft sich der Unterschied an nicht erneuerbarer Primärenergie auf Grund der Verbrennungsgutschriften auf über 100%. Bild 21 Vergleich Primärenergieverbrauch inkl. EOL am Beispiel einer Kellerdecke Eine andere Art der Wiederverwendung ist die Umnutzung des Bauwerkes. Natürlich plant man ein Schulgebäude in erster Linie für die Unterrichtung von Kindern, aber sowohl technische als auch demographische Entwicklungen der Vergangenheit zeigen, dass es durchaus notwendig ist, bereits bei der Planung weiter in die Zukunft zu 48

51 denken als nur für einen Zeitraum von 10, 20 oder 50 Jahren. Das Gebäude in seiner Holzbauweise im Passivhausstandard und mit Plusenergieeigenschaften bietet beste Voraussetzungen, um durch geringe Umbauten gegebenenfalls auch eine andere Nutzung als die einer Schule zuzulassen Einsatz recycelter Materialien Der Einsatz recycelter Materialien ist nicht nur eine Kostenfrage sondern eine ökologisch sinnvolle Forderung und ist für den Neubau der St. Franziskus-Schule ein weiterer Baustein im Sinne der Nachhaltigkeit und des gelebten Umweltschutzes. Es kommen verschiedene Recycling-Materialien zum Einsatz. Neben Nadelholzspänen in Form von OSB-Platten werden Sägespäne, als Abfallprodukt aus Sägewerken, in Form von Holzweichfaserplatten verbaut. Diese Produkte sind neben der Tatsache, dass sie recycelte Materialien sind, darüber hinaus selbst wieder recycelbar. So können Restabschnitte oder aus Rückbau gewonnene Platten, die nicht mit Fremdstoffen kontaminiert sind, wieder dem Produktionskreislauf zugeführt werden. Damit entsteht ein ökologischer Produktkreislauf. Außer Holzwerkstoffen wird auch Zellulose als Dämmmaterial mit hervorragenden Schallschutzeigenschaften für die Erreichung des Passivhausstandards eingesetzt. Zelluloseflocken, die in das Holzbausystem eingeblasen werden, bestehen zu 100% aus recyceltem Zeitungspapier und sind somit ein kostengünstiges, umweltfreundliches Material. Die Herstellung der Flocken erfolgt energieeffizient und zum überwiegenden Teil unter Verwendung erneuerbarer Energie. Auch die Bereitstellung der Zelluloseflocken für die Verarbeitung auf den Baustellen ist ökologisch durchdacht. Entsprechend den einzublasenden Mengen kann die Lieferung Sackweise bzw. im Container zur Baustelle erfolgen Energieinhalt und CO 2 -Bilanz verschiedener Bauteile im Vergleich von Massiv- und Holzbauweise Primärenergieinhalt und CO 2 -Bilanz ergaben in Vergleichen verschiedener Bauteile sehr unterschiedliche und differenzierte Ergebnisse. Holz besitzt, bereits durch sein natürliches Wachstum und die Photosynthese bedingt, zum überwiegenden Teil er- 49

52 neuerbare Primärenergie. Wird auch für Produktionsprozesse, wie Sägen, Hobeln usw., Energie aus erneuerbaren Quellen als sekundäre Primärenergie z. B. durch Einsatz von Altholz- oder Holzstaubverbrennung eingesetzt, verbessert sich diese Bilanz zusätzlich. Bauteilbezogen und in absoluten Zahlen ausgedrückt, zeigen die Energieinhalte bezogen auf 1 m², vor allem in ihrer Zusammensetzung, für die Holzbauweise deutliche Vorteile gegenüber vergleichbaren Bauteilen in Massivbauweise. 1m² Außenwand : Die verglichene massive Außenwand besteht aus Kalksandsteinen, deren Stirnflächen als Nut-Feder-System ausgebildet sind. Die Steine werden in Dünnbettmörtel gesetzt, diese einfache Verarbeitung spart Zeit und Mörtel. Die Wärmedämmung erfolgt durch ein vorgesetztes Wärmedämmverbundsystem. Als Dämmmaterial kommt Steinwolle zum Einsatz. Die Innenseite ist mit Kalk-Gips-Putz versehen, die Außenoberfläche ist mineralischen Kratzputz. Die Außenwand aus Holz setzt sich zusammen aus den Bauplatten, dem Dämmmaterial Zellulose, sowie einer Holzlattung zur Befestigung der Bauplatten, die aus Holz oder Gipsfasern bestehen. Die tragende Funktion wird von Brettschichtholz und OSB-Platte (als Doppel-T-Träger montiert) übernommen. Die zementgebundene Holzfaserplatte und die Thermowall-Platten bilden den Hauptbestandteil am nicht erneuerbaren Primärenergiebedarf. Durch die Gutschriften aus dem End of Life bei Holz und OSB-Platten wird dieser Primärenergiebedarf zu 75% kompensiert, sodass gegenüber der Massivbauweise nur rund 7% nicht erneuerbarer Primärenergiebedarf stehen. Der Primärenergiebedarf für die Holzkonstruktion beträgt nur 53% des für eine Massivkonstruktion erforderlichen Primärenergiebedarfs. Dazu kommt das 1m² AW in Holzbauweise (N&S) weniger als ein Fünftel des Gewichts einer entsprechenden Massivwand aufweist. 50

53 M a s s iv - K S S , , , , , ,0 0 0, , ,3 8 V e r g le ic h P E n e z w is c h e n M a s s iv u n d H o lz ( A W ) p r o m ² [M J /m ²] A W H o lz Bild 22 Vergleich Primärenergieeinsatz nicht erneuerbar pro m²- Fläche AW 1 m² Geschossdecke: Die massive Geschossdecke besteht aus einer Stahlbetonplatte mit oben aufliegender Trittschalldämmung. Ein schwimmend verlegter Zementestrich bildet die Deckschicht. Beton (40%), Zementestrich (16%) und Bewehrungsstahl (35%) verursachen den Hauptanteil an PEne. Die Holzdecke besteht aus Deckenbalken, Querlattung, OSB- und Gipsfaserplatten, sowie der Zellulosedämmung. Die oberen 3 Plattenlagen tragen wesentlich zum Erreichen des erforderlichen Trittschallschutzes und des benötigten Schalldämmmaßes der Geschossdecke bei. Die Holzkonstruktion liegt gegenüber der Stahlbetondecke beim nicht erneuerbaren Primärenergieinhalt bei 83%. Die in den regenerativen Rohstoffen gebundene Primärenergie und die Möglichkeit deren thermischer Verwertung am Ende des Lebenszyklusses mit einzubeziehen verbessert die ökologische Bilanz erheblich. Außerdem hat die Holzdecke nur ein Sechstel an Gewicht gegenüber der Betondecke. 51

54 1000,0 900,0 800,0 700,0 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 959,1 802,5 V ergleic h P E ne z wis c hen M as s iv und Holz (Dec k e) pro m ² [M J/m ³] M as s iv (S tahlbeton) Holz (entk. HB D ) Bild 23 Vergleich Primärenergieeinsatz nicht erneuerbar pro m²- Fläche Geschossdecke In der CO 2 Bilanz und dem Treibhauspotential ist die Holzbauweise der Massivbauweise, durch ihre Möglichkeit CO 2 binden und über den gesamten Lebenszyklus speichern zu können, jedoch weit überlegen. Auch die anderen Kategorien der ökologischen Bilanzierung sprechen deutlich zu Gunsten der Holzbauweise. Bild 24 Treibhauspotentialvergleich AW Bild 25 Treibhauspotentialvergleich Decke Durch die Deckenbalken in der Holzkonstruktion wird der Verbrauch von abiotischen Ressourcen, gegenüber der Massivkonstruktion, um 50% erhöht. Der Anteil der KVH-Deckenbalken in der Decke bestimmt dabei das Ergebnis, da der ADP von Nadelholz pro m³, im Gegensatz zu den restlichen Baustoffen, keinen besonders hohen Wert aufweist. 52

55 Bild 26 Wirkungskategorien-Vergleich Außenwand Bild 27 Wirkungskategorien-Vergleich Geschossdecke Bei der massiven Bauweise überwiegt das Aufkommen an Haldengut und Abraum um 40% gegenüber der Holzbauweise. Die Grundlagen für die Vergleichsanalysen finden sich im Anhang in Tabelle A1. 53

56 Nachstehende Tabelle zeigt am Beispiel von Außenwand und Geschossdecke die Unterschiede zwischen Massiv- und Holzbauweise. Bauteil Gewicht Primärenergieinhalt ne CO 2 -Bindung kg/m² % MJ/m² % kg CO 2 Äquiv./m² Holz Massiv Holz Massiv Holz Massiv Holz Massiv AW Bausystem N&S KSS 91,94 521,46 17,63 184, ,93 16,56-35,92 114,11 Decke HBD entk. STB 106,76 679,00 15,72 802,50 959,10 83,67-116,52 79,32 Tabelle 4 Bauteilvergleich hinsichtlich Gewicht, PEne und CO 2 -Äquivalent 7 Statische Betrachtungen verschiedener Ausführungsvarianten (Massiv-, Misch- und Holzbauweise) für den geplanten Schulneubau Die statischen Betrachtungen zu den Tragkonstruktionen der verschiedenen Ausführungsvarianten mit entsprechenden Lastannahmen und Berechnungen sind ausführlich im Anhang 16.2 beschrieben. 8 Untersuchungen verschiedener Holzbalkendecken sowie der von INS und EGGER entwickelten entkoppelten Holzbalkendecke Wie im Anhang in Tabelle A4 Holzdeckenelemente ersichtlich wurden verschiedene Holzbalkendecken untersucht und verglichen. Im Rahmen eines Entwicklungsprojektes vom INS und der Firma EGGER entstand eine entkoppelte Holzbalkendecke, die vor allem für größere Projekte, wie den geplanten Schulneubau oder mehrgeschossigen Wohn- und Gesellschaftsbau, geeignet ist. Eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung dieser Holzbalkendecke spielte neben der Tragfähigkeit, sowie dem Brand- und Schallschutz auch das Schwingungsverhalten. Berechnungen und Ergebnisse dazu sind im Anhang unter Pkt.16.3 zu finden. 54

57 Im Rahmen der Entwicklung dieser Deckenkonstruktion wurde ein Deckenelement, mit den Abmessungen 7 m x 2,5 m, prüfstandbedingt als Einfeldträger ohne Unterdecke an der HTWK Leipzig geprüft. Die brandschutztechnischen Prüfungen, zu der auch Vertreter von Bauämtern, Feuerwehren und Auftraggebern eingeladen waren, erfolgten durch die MfPA Leipzig,. Die Schallschutzprüfungen der Decken-Grundkonstruktion und Fertigdecken mit verschiedenen Deckenaufbauten wurden ebenfalls durch die MfPA Leipzig vorgenommen. Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind in Tabelle A7 im Anhang zu finden. 9 Brandschutztechnische Besonderheiten beim Einsatz von Dämmstoffen aus Recycling bzw. nachwachsenden Rohstoffen der Baustoffklasse B für den Schulneubau 9.1 Abstimmungsgespräche Es erfolgten rechtzeitige Abstimmungen im Bauamt Halle bei der Ressortleiterin Bauaufsicht 63.1, Frau Förster am Siehe dazu im Anhang Bild A19-21 Beratungsprotokoll Hier wurde im Beisein des Vertreter des Bauherrn, Herrn Lipowski, des Architekten, Herrn Tietze und des INS die Thematik Schulneubau in Holzbauweise und als Nullheizenergiehaus besprochen. bei der Feuerwehr Halle am Siehe Beratungsprotokoll im Anhang Bild A22 Es wurde eine Informationsveranstaltung durch Herrn Naumann zum Thema Brandschutz im Holzbau vor Mitarbeitern der Feuerwehr Halle vereinbart. Informationsveranstaltung Feuerwehr Halle am Teilnehmer: Feuerwehr Halle - Team vorbeugender Brandschutz o Herr Heber 55

58 o Herr Sossna o Herr Seehawer o Herr Hoffmann Herr Hörner HLFS Herr Naumann, Herr Starke, INS o Im Rahmen der Informationsveranstaltung wurden die Besonderheiten des Holzbaues erläutert, u. a zu nachfolgenden Schwerpunkten: Erläuterungen zum Passivhaus Erläuterungen zu Außenwandaufbau N&S und Brandversuch Erläuterungen zum, von Träger und Unterdecke entkoppelten, Deckenelement und zum Ablöschen und Entfernen der Zellulosedämmung. Film u. Erläuterung zum Brandversuch Deckenelement Film und Erläuterung zum Brandversuch Außenwand Film und Erläuterung zur statischen Prüfung Außenwandkonstruktion Als Feedback gab es Hinweise von Kollegen der Feuerwehr zur Installation zu Mediendurchführungen durch die Decke, zur Art der Abschottung zum Bedarf an Einweisung der Einsatzkräfte in die Holzkonstruktionen 56

59 Bild 28 Auszug aus dem Prüfbericht MfPA PB 3.2/ Tabelle1-57

60 Bild 29 Auszug aus Prüfbericht MfPA PB 3.2/ Besondere Hinweise 58

61 Bild 30 Schreiben der MfPA zur Überarbeitung des AbP SAC 02 / III

62 Bild 31 Schreiben der MfPA zur Überarbeitung des AbP SAC 02 / III Bauphysikalische Ausführungs- und Detailplanung zur Wärmebrückenvermeidung und Variantenuntersuchung verschiedener Konstruktionsdetails Ein großes Problem, dass sich vor allem bei schlecht sanierten Gebäuden einstellt ist, dass die Wände eigentlich gut gedämmt sind und auch den Anforderungen des Wärmeschutzes entsprechen, es aber in manchen Bereichen trotzdem zu Problemen durch Schimmelbefall kommt Ein Grund dafür sind Wärmebrücken. Durch sie wird die innere Wärme des Gebäudes schneller nach außen transportiert als bei anderen Bauteilen. Durch diesen, verstärkt auftretenden Wärmestrom nach außen sind die Innenoberflächen der Bauteile kälter als die Oberflächen von ungestörten Bauteilen. Es gibt drei Arten von Wärmebrücken: Konstruktive, geometrische und stoffliche. Konstruktive Wärmebrücken entstehen, wenn Konstruktionen aus unterschiedlichen Materialien und damit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten aneinander liegen. Geometrische Wärmebrücken liegen vor, wenn die Innenoberfläche eines Bauteiles einen anderen Wert als die Außenoberfläche hat. Bei einer Hausecke z. B. ist die Innenoberfläche kleiner als die Außenoberfläche. Der großen und kalten Außenober- 60

63 fläche steht eine kleine warme Innenoberfläche gegenüber. Dadurch sinkt die Temperatur an der Innenoberfläche. Stoffliche Wärmebrücken liegen vor, wenn in einem Bauteil Materialien mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten zum Einsatz kommen. Wie bei der konstruktiven Wärmebrücke leiten dann Materialien mit höheren Wärmeleitfähigkeiten als deren Umgebung besser die Wärme von der Innenoberfläche nach Außen. Sinkt die raumseitige Oberflächentemperatur an einer Wärmebrücke unter den Wert von 12,6 C kann es zu Tauwasserausfall und dadurch zur Bildung von Schimmelpilz kommen. Die Bildung von Tauwasser und Schimmelpilz ist zu verhindern, da neben Bauschäden auch Gefährdungen für die Gesundheit der Bewohner auftreten können. Eine Konstruktion gilt als Wärmebrückenfrei, wenn der außenmaßbezogene Wärmebrückenverlustkoeffizient Ψ außen kleiner als 0,01 W/(m*K) ist. In der nachfolgenden Untersuchung wurden für ausgewählte Detaillösungen die Temperaturverläufe, sowie die innen- und außenmaßbezogenen Wärmebrückenverlustkoeffizienten Ψ außen und Ψ innen ermittelt. Die Simulation der Temperatur- und Wärmeströme erfolgte mit dem Programm Heat, die Ergebnisse sind in Pkt dargestellt. Detailbezeichnung Ψaußen Ψinnen θsi Außenwand Schnitt vertikal -0,113-0,113 19,860 Außenwand Schnitt horizontal -0,106-0,106 19,851 Brandwand Schnitt vertikal -0,111-0,111 19,703 Brandwand Schnitt horizontal -0,091-0,091 19,874 Außenwandecke -0,068 0,029 19,430 Brandwandecke -0,068 0,029 19,436 Ecke Außenwand/Brandwand -0,056 0,043 19,353 Anschluss Außenwand/Innenwand -0,006 0,010 19,752 Anschluss Außenwand/Innenwand Bereich Fenster -0,473-0,400 19,063 Anschluss Außenwand/Decke Giebelseite -0,003 0,040 19,416 61

64 Detailbezeichnung Ψaußen Ψinnen θsi Anschluss Außenwand/Decke Traufseite 0,005 0,048 19,337 Bodenplatte Längsrichtung -0,113-0,113 19,817 Anschluss Bodenplatte/Außenwand Giebelseite -0,150-0,015 19,350 Anschluss Bodenplatte/Außenwand Traufseite -0,147-0,012 19,061 Fundament F ,144-0,009 19,402 Fundament F 13-0,152-0,016 19,165 Anschluss BP/Innenwand -0,095-0,065 19,770 Anschluss BP Bereich Aufzugsschacht 10 cm FG -0,228-0,140 19,791 Anschluss BP Bereich Aufzugsschacht 4 cm FG -0,191-0,104 19,711 Anschluss BP Bereich Aufzugsschacht ohne SG unter STB 4 cm FG Anschluss BP Bereich Aufzugsschacht ohne SG unter STB 6 cm FG Anschluss BP Bereich Aufzugsschacht ohne SG unter STB 10 cm FG Anschluss BP STB Bereich Aufzugsschacht ohne SG unter STB 4 cm FG Anschluss BP STB Bereich Aufzugsschacht ohne SG unter STB 10 cm FG 0,012 0,099 19,612-0,066 0,017 19,688-0,159-0,086 19,731-0,456-0,310 19,720-0,597-0,462 19,942 Anschluss BP STB Bereich Aufzugsschacht 4 cm FG -0,550-0,414 19,796 Anschluss BP STB Bereich Aufzugsschacht 10 cm FG -0,516-0,401 19,818 Anschluss BP Bereich Eingangstür 4 cm FG -0,783-0,157 18,162 Anschluss BP Bereich Eingangstür 10 cm FG -0,779-0,093 19,359 Dach Längsrichtung -0,095-0,095 19,913 Anschluss Dach Außenwand Traufe niedrige Attika -0,067 0,084 18,916 62

65 Detailbezeichnung Ψaußen Ψinnen θsi Anschluss Dach Außenwand Traufe hohe Attika -0,057 0,094 19,091 Anschluss Dach Außenwand Giebel niedrige Attika -0,056 0,095 18,743 Anschluss Dach Außenwand Giebel hohe Attika -0,057 0,095 18,841 Anschluss Dach/Innenwand -0,006 0,013 19,469 Fenster Draufsicht -0,470-0,470 19,355 Fenster Ansicht -0,471-0,471 19,215 Tabelle 5 Ausgewählte Details zur Wärmebrückenberechnung Min Ψaußen: -0,783 Max Ψaußen: 0,012 Min Ψinnen: -0,471 Max Ψinnen: 0,095 Min θsi: 18,162 C Max θsi: 19,942 C U Werte der Bauteile: Bauteil U-Wert in W/m²K Außenwand 0,107 Brandwand 0,106 Bodenplatte N&S 0,151 Bodenplatte STB ohne FG 0,621 Bodenplatte STB + 4 cm FG 0,544 Bodenplatte STB + 6 cm FG 0,512 63

66 Bauteil U-Wert in W/m²K Bodenplatte STB + 10 cm FG 0,458 Kastenfenster N&S 0,610 Fenster mit Dreifachverglasung 1,100 Dach 0,097 Bewertung der Ergebnisse: Der maximale Ψ Wert liegt bei den untersuchten Details mit 0,012 W/(mK) über den geforderten 0,01 W/(mK). Dieser Wert wird an der Bodenplatte im Bereich des Aufzugsschachtes erreicht, wenn unter der Bodenplatte kein Schaumglas eingebracht wird und eine Foamglasschicht von nur 4 cm am Fundament anliegt. Es wird daher empfohlen eine Foamglasschicht von mindestens 6 cm auszuführen, wenn kein Schaumglas unter dem Stahlbetonfundament liegt. Alle anderen untersuchten Wärmebrücken liegen unter dem maximal zulässigen Ψ Wert von 0,01 W/(mK). Weiterhin liegt die minimale Innenoberflächentemperatur mit 18,162 C über den, für die Passivhauszertifizierun g einzuhaltenden 17,0 C. Es kann daher bei Einhaltung der oben genannten Empfehlungen davon ausgegangen werden, dass die untersuchte Konstruktion als Wärmebrückenfrei gilt. 11 Variantenuntersuchung Haustechnik 11.1 Heizung Durch die starke Wärmedämmung der Außenhülle ergeben sich besondere Anforderungen an die Heizungstechnik in Passivhäusern. Die Transmissionswärmeverluste sind minimiert und können durch innere Wärmequellen fast vollständig ausgeglichen werden. Ein Wärmebedarf besteht nur bei extrem niedrigen Außentemperaturen oder wenn innere Wärmequellen über längere Zeit ausfallen. Bei einer Schule sind dies Nutzungspausen z.b. an Wochenenden oder in Winterferien. 64

67 Es sollte deshalb ein Heizsystem gefunden werden, dass relativ kleine Energiemengen effizient und kostengünstig zur Verfügung stellen kann Warmwasserheizung mit Heizkörpern Bei diesem System werden in jedem zu beheizenden Raum Heizkörper installiert, die über ein Rohrleitungssystem mit Heizwasser gespeist werden. Vorteile Raumweise Temperaturregelung mit Thermostatventilen an den Heizkörpern auf zu geringe oder stark wechselnde innere Wärmequellen kann reagiert werden als Heizquelle können kostengünstige Energieträger wie Fernwärme oder Erdgas eingesetzt werden solare Heizungsunterstützung ist möglich Nachteile hoher Investitionsaufwand für Installation zusätzliche Energieverluste des Leitungs- und Verteilnetzes in den Verteilleitungen zirkuliert in der Heizperiode ständig heißes Wasser, auch wenn in den Räumen keine Wärme benötigt wird Luftheizung Die Raumheizung erfolgt bei diesem System über die Zuluft der Lüftungsanlage. Die Erwärmung der Luft erfolgt mit wassergeführten Heizregistern im Lüftungsgerät oder im Zuluftkanal. Dabei können mehrere Heizregister installiert werden, um die Beheizung verschiedener Bereiche getrennt voneinander regeln zu können. Vorteile Wärmeverteilung über vorhandene Lüftungskanäle Zusätzlicher Installationsaufwand relativ gering 65

68 Keine Verluste durch Zirkulation Nachteile Keine raumweise Temperaturregelung Durch die geringe Wärmekapazität der Luft nur begrenzt übertragbare Wärmemenge Elektrische Strahlungsheizung Die Raumheizung erfolgt über elektrisch beheizte Strahlungsheizkörper aus Stahlblech. Vorteile Geringe Investitionskosten Flexibler Einsatz, gute Regelbarkeit Trägheitsarmer Betrieb Kein Leitungssystem, keine Leitungsverluste Nachteile Hoher Primärenergieverbrauch Hohe Verbrauchskosten Heizungssystem der St. Franziskusschule Aufenthaltsräume mit einer hohen Personenbelegung wie z. B Unterrichtsräume heizen sich im Passivhaus durch die inneren Wärmequellen selbst, wenn Lüftungswärmeverluste z. B. durch eine hocheffiziente Wärmerückgewinnung ausgeglichen werden. Auch in der Aula, die auch als Kantine genutzt wird, reicht die Abwärme der Personen aus, um während der Nutzung die Innentemperatur zu halten. Der Heizbedarf in den Räumen beschränkt sich auf eine Aufheizphase nach Nutzungspausen. Durch die minimierten Transmissionswärmeverluste kann der Heizbetrieb über Nacht 66

69 und übers Wochenende eingestellt werden. Die Aufheizung soll jeweils vor dem Betrieb der Schule stattfinden. Die Wärme soll über die Zuluft der Lüftungsanlage eingebracht werden. In Tabelle A6 sind die Ergebnisse der Heizlastberechnung aufgeführt. Für die Unterrichtsräume und die Aula wurde eine zusätzliche Aufheizleistung für eine Temperaturerhöhung von 5 K in 3 Stunden berechnet. Die Luftvolumenströme, die zum hygienischen Luftwechsel für diese Bereiche nötig sind, reichen aus, um die gesamte Heizlast zu übertragen. Durch die relativ gleichmäßige Verteilung der Heizlast ist bereichs- oder raumweise Regelung der Heizung nicht erforderlich. In Räumen mit geringer oder nur sporadischer Personenbelegung reichen bei sehr niedrigen Außentemperaturen die inneren Wärmequellen nicht aus um die Heizlast über den Tag zu decken. In diesen Bereichen sollen elektrische Infrarot- Strahlungsheizkörper eingesetzt werden. Über eine entsprechende Regelungstechnik soll gewährleistet werden, dass die Heizkörper nur dann in Betrieb gehen, wenn sich Personen im Raum befinden. Da die Strahlungsheizkörper sehr flink arbeiten ist dies möglich und der geringe Energieverbrauch rechtfertigt den Einsatz von Elektroenergie. Raumnummer Transmissionswärmeverlust /W Infiltrationswärmeverlust/ W Lüftungswärmeverluste/ W Netto Heizlast /W Aufheizleistung 3 h /W Aufheizleistung 10 min /W Zuluftvolumenstrom /m³/h Heizlast Zuluft /W Übertragbare Heizlast bei 15K Übertemp./ W mögliche Deckung mit Zuluft Heizleistung Zusatzheizkörper /W EG 001 Hort , Hort , Kindercafe ,37 67

70 Raumnummer Transmissionswärmeverlust /W Infiltrationswärmeverlust/ W Lüftungswärmeverluste/ W Netto Heizlast /W Aufheizleistung 3 h /W Aufheizleistung 10 min /W Zuluftvolumenstrom /m³/h Heizlast Zuluft /W Übertragbare Heizlast bei 15K Übertemp./ W mögliche Deckung mit Zuluft Heizleistung Zusatzheizkörper /W 007 Büro , Mitarbeiter , Flur , Hort , Hort , Hort , Hort , Halle , , Aula , Beh.WC Küche Personal OG 101 Klasse , Klasse , Lehrer , Flur , Klasse , Klasse , Halle , , Raum d.stille , Besprechung ,

71 Raumnummer Transmissionswärmeverlust /W Infiltrationswärmeverlust/ W Lüftungswärmeverluste/ W Netto Heizlast /W Aufheizleistung 3 h /W Aufheizleistung 10 min /W Zuluftvolumenstrom /m³/h Heizlast Zuluft /W Übertragbare Heizlast bei 15K Übertemp./ W mögliche Deckung mit Zuluft Heizleistung Zusatzheizkörper /W 122 Schulleiter , Sekretariat , OG 201 Klasse , Klasse , Lehrer , Flur , Klasse , Klasse , Halle , Kunst , Vorbereitung , Werken , Bad Abstellraum Schlafen , Kind , Kind , Wohnzimmer , Küche Summe Klassenzimmertrakt

72 Raumnummer Transmissionswärmeverlust /W Infiltrationswärmeverlust/ W Lüftungswärmeverluste/ W Netto Heizlast /W Aufheizleistung 3 h /W Aufheizleistung 10 min /W Zuluftvolumenstrom /m³/h Heizlast Zuluft /W Übertragbare Heizlast bei 15K Übertemp./ W mögliche Deckung mit Zuluft Heizleistung Zusatzheizkörper /W Summe Aulatrakt Summe Flur Aula Tabelle 6 Heizlastberechnung 11.2 Thermische Solarenergienutzung Durch die Küche, die täglich bis zu 500 Portionen Essen zubereiten soll, ist ein stetiger hoher Bedarf an Warmwasser vorhanden. Pro Tag werden durchschnittlich ca l Warmwasser benötigt. Eine thermische Solaranlage kann den Energieverbrauch und damit die Erzeugungskosten für die Warmwasserbereitung erheblich senken. Bei einer thermischen Solaranlage wird ein Pufferspeicher mittels thermischer Solarkollektoren aufgeheizt. Die Solarkollektoren können entweder auf dem Dach aufgeständert oder in die Südfassade integriert werden. Eine Fassadeninstallation hat den Vorteil, dass die Solarstrahlung übers Jahr gleichmäßiger verteilt auftritt. Im Sommer trifft im Vergleich zur Dachinstallation durch den hohen Sonnenstand weniger, und im Winter durch niedrigere Sonnenstände vergleichsweise mehr Solarstrahlung auf die Wandkollektoren. Dies kann übers Jahr zu höheren Deckungsraten führen. Außerdem wirken sich wandintegrierte Kollektoren positiv auf den U-Wert der Außenwand im Winter aus. Durch eine Wand mit bestrahltem Solarkollektor geht praktisch keine Wärme mehr verloren. Um möglichst hohe Solarerträge zu erzielen muss das Temperaturniveau des Speichers möglichst gering sein. Es sollte deshalb ein Speicher eingesetzt werden, der in der Lage ist eine Temperaturschichtung auszubilden. Dabei werden solare Gewinne im oberen Teil gespeichert, während der untere Bereich relativ kühl bleibt. Für einen 70

73 energetisch sinnvollen Betrieb einer Solarthermieanlage sind verschiedene Speichersysteme denkbar Schichtenspeicher mit zentraler Nachheizung Ein mögliches System ist in Bild 32 dargestellt. Der obere Bereich des zentralen Schichtenspeichers wird durch eine Heizquelle auf einem Temperaturniveau gehalten, dass für die Warmwasserbereitung benötigt wird. Die Warmwasserbereitung erfolgt mit einer Frischwasserstation im Durchlaufprinzip. Dadurch wird die Gefahr der Legionellenbelastung im Trinkwasser minimiert und zusätzliche Wärmeverluste vermieden, die durch das sonst zum Legionellenschutz erforderliche Aufheizen des Trinkwassers auftreten. Um eine lang anhaltende Temperaturschichtung im Speicher zu erreichen sollte dieser über ein System zur Beladung verfügen, welches das solar erwärmte Wasser aber auch den Rücklauf aus Heizung und Warmwasserbereitung im Bereich des entsprechenden Temperaturniveaus einspeisen kann. Die Frischwasserstation sollte über einen Zirkulationspuffer verfügen oder zumindest gut wärmeisoliert sein, da sonst durch ständige Zirkulation auf der Primärseite der Frischwasserstation die Schichtung im Speicher zerstört werden kann. Vorteile primärenergetisch und kostengünstige Energieträger zur Nachheizung Nachteile Verluste durch Zirkulation 71

74 Solarkollektor m² Schichtenspeicher ca Liter Frischwasserstation Warmwasser Zirkulation Kaltwasser Heizung über: Zuluft Wandheizflächen Heizkörper Fernwärmeanschluss Wärmepumpe Gas-Brennwerttherme Bild 32 Schema thermische Solaranlage mit zentraler Nachheizung Schichtenspeicher und dezentrale Nachheizung Im Bild 33 ist der Aufbau einer thermischen Solaranlage mit dezentraler Nachheizung dargestellt. Der zentrale Speicher wird nur durch den Solarkollektor beheizt. Wenn die Temperatur des Speichers zu gering ist wird für die Warmwasserbereitung dezentral mit elektrischen Durchlauferhitzern nachgeheizt. Die Raumheizung erfolgt dann über eine zusätzliche Heizquelle. Die Warmwasserbereitung erfolgt in dem Fall nicht über eine externe Frischwasserstation, sondern durch einen Wärmeübertrager im Pufferspeicher, da die Regelung handelsüblicher Frischwasserstationen immer ein ausreichendes Temperaturniveau im Pufferspeicher voraussetzt und damit ein Vorwärmen des Trinkwassers bei Temperaturen unter 60 C nicht möglich ist. 72

75 Solarkollektor m² Schichtenspeicher ca Liter elektrische Durchlauferhitzer Warmwasser Kaltwasser Heizung über: Zuluft Wandheizflächen Fernwärmerücklauf Wärmepumpe Gas-Brennwerttherme Bild 33 Schema thermische Solaranlage mit dezentraler Nachheizung Vorteile optimale Ausnutzung der solaren Wärmegewinne Keine Zirkulationsverluste Nachteile Nachheizung mit elektrischem Strom Solare Heizungsunterstützung Der jahreszeitliche Versatz zwischen hohen Solarerträgen im Sommer und Heizwärmebedarf im Winter, erschweren die Solarenergienutzung zur Heizungsunterstützung. Legt man die Größe der Solaranlage auf einen relativ hohen Deckungsanteil für die Heizung im Winter aus, gibt es im Sommer einen Überschuss an Solargewinnen, der allein von der Warmwasserbereitung nicht verbraucht werden kann. Wird 73

76 die Größe der Solaranlage auf den Bedarf der Warmwasserbereitung ausgelegt ist die solare Deckungsrate zur Heizungsunterstützung sehr gering. In Bild 31 und 32 sind Ergebnisse der Simulation (mit T-SOL) einer Anlage mit und ohne Heizungsunterstützung mit den Nutzungsparametern der Franziskusschule dargestellt. Daraus wird deutlich, dass die genutzte Solarenergiemenge beim System mit Heizungsunterstützung kaum größer ist als ohne. Die für die Heizung genutzte Solarenergiemenge wird von Leitungs- und Bereitschaftsverlusten durch die zusätzliche Installation zum großen Teil aufgebraucht. WWB und Heizungsunterstützung kwh % Feb Apr Jun Aug Okt Dez Zeitraum Einsp. Fernwärme HKW Gas kwh Deckung Ges. 10,7 % Deckung WW 45 % Deckung Hzg 3,5 % E-Kess WW kwh E-Kess Hzg kwh E-Solar kwh Bild 34 Simulationsergebnis für Solaranlage mit WWB und Heizungsunterstützung 74

77 WWB kwh % Feb Apr Jun Jul Aug Okt Dez Zeitraum Einsp. Fernwärme HKW Gas kwh Deckung Ges. 55 % E-Kess WW kwh E-Solar kwh Bild 35 Simulationsergebnis für Solaranlage mit WWB Wenn höhere solare Deckungsraten zur Heizungsunterstützung erzielt werden sollen müssen Solarspeicher verwendet werden, die eine saisonale Speicherung erlauben, d. h. deren Kapazität entsprechend groß ist, um Überschüsse im Sommer zu speichern und im Winter zu nutzen. Folgende Speichersysteme sind dafür geeignet: große Wasserspeicher Latentwärmespeicher PCM (Phase Change Materials)- Speicher Eisspeicher Solaranlage der St. Franziskusschule In der Franziskusschule soll ein Schichtenspeicher eingesetzt werden, der von einer Fernwärmestation nachgeheizt werden kann. Der Hauptwarmwasserverbraucher ist die Küche. Diese hat festgelegte Nutzungszeiten von Uhr. Um die So- 75

78 larerträge zu optimieren soll der Speicher nur in diesem Zeitraum bei Bedarf nachgeheizt werden. Für die Hausmeisterwohnung, die am Morgen kurzzeitig Warmwasserbedarf hat, wird ein elektrischer Durchlauferhitzer installiert, der im Bedarfsfall das solar vorgewärmte Wasser auf Nutztemperatur bringt. Dadurch muss der Speicher erst vor Beginn des Küchenbetriebs nachgeheizt werden und Solarerträge am Morgen können besser genutzt werden. Außerdem kann dadurch auf eine Zirkulation zur Hausmeisterwohnung verzichtet werden Lüftung Der Raumluftwechsel zur Gewährleistung einer ausreichenden Frischluftzufuhr kann grundsätzlich durch natürliche (freie) oder mechanischen (Ventilator gestützte) Lüftung realisiert werden. Die natürliche Lüftung kann über eine Fensterlüftung, eine Fugen- oder Selbstlüftung, beziehungsweise über Dachaufsatz- und Schachtlüftungen erfolgen. Dabei findet der Luftwechsel ausschließlich über den natürlichen Druckunterschied statt. Dieser entsteht z. B. bei Temperaturunterschieden zwischen Raumluft und Außenluft, die einen thermischen Auftrieb verursachen. Die Lüftung über den Winddruck ist von geringer Bedeutung, da Windrichtung und Windgeschwindigkeit sehr variieren können und nicht vorhersagbar sind. Aufgrund der Dichtheit der Gebäudehülle von Passivhäusern kann zudem der Luftwechsel über Infiltration durch die Gebäudehülle vernachlässigt werden. Um trotzdem einen ausreichend hygienischen Luftwechsel bei freier Lüftung zu gewährleisten, braucht es eine gut durchgeführte Fensterlüftung. Dies ist jedoch in der Praxis oft schwierig. Vom anwesenden Lehrer wird verlangt, aktiv und regelmäßig den geforderten Luftwechsel zu realisieren, was sich schon auf Grund der ständigen Raumwechsel in den meisten Schulen kaum bewerkstelligen lässt. Wie wichtig ein ausreichender Luftwechsel ist, wird im Diagramm in Bild 34 deutlich gemacht. Es zeigt wie schnell die CO 2 -Belastung in einem Klassenraum ansteigen kann. Das Diagramm wurde mit der Software des Niedersächsischen Landesgesundheitsamts (www.nlga.niedersachsen.de) erstellt. Damit wurde ein typischer Schultag mit sechs Unterrichtseinheiten von 7:30 bis 13:15 Uhr simuliert. Diese Software orientiert sich 76

79 am Referenzwert nach Pettenkofer, der bei 1500ppm liegt (rote Linie). Nach der derzeitigen gültigen DIN EN 13779, werden die verschiedenen Referenzwerte (IDA 1- IDA 3) im Diagramm dargestellt, um deren Abhängigkeit mit der Raumluftqualität aufzuzeigen. An dem Diagramm wird weiterhin deutlich, welchen Einfluss die Stosslüftung auf die Luftbelastung hat, wenn sie einmal im Unterricht durchgeführt wird. Nach Auswertung des vorliegenden Diagramms können folgende Aussagen getroffen werden: An der grünen Messkurve, die den CO 2 -Anstieg bei einer ausschließlichen Pausenlüftung simuliert, liegt die Überschreitungswahrscheinlichkeit des Referenzwertes bei 58%. Hingegen weißt die blaue Messkurve, die eine Stoßlüftung im Unterricht und in der Pause simuliert, auf eine Überschreitungswahrscheinlichkeit des Referenzwertes von etwa 27%. Bild 36 CO 2 -Konzentrationen in einem Schulraum je nach Belüftungsvariante Um weiter unterhalb des Referenzwertes zu bleiben, bedarf es der Simulation zufolge einer zweifachen Stoßlüftung im Unterricht. Diese sollte beide Male für je fünf Minuten durchgeführt werden. Trotzdem kann es vorkommen, dass die Fensterlüftung nicht genutzt wird, und der Raumnutzer die sogenannte abgestandene Luft der 77

80 Frischluft vorzieht. Grund dafür kann, vor allem bei einer Stadtlage der Schule, die vorhandene Lärm- und Schmutzbelastung durch Straßenverkehr, Baustellen oder nahe gelegene Industriegebiete sein. Mechanische Lüftungsanlagen bei denen frische Außenluft automatisch mit Ventilatoren in die Räume befördert wird sind bei entsprechender Dimensionierung in der Lage eine gleichbleibend gute Raumluftqualität zu gewährleisten. Folgende Typen mechanischer Lüftungen sind möglich: reine Zu- bzw. reine Abluftanlagen oder kombiniert als Zu- und Abluftanlage. Diese können entweder zentral oder dezentral betrieben werden. Für ein besseres Verständnis der einzelnen Anlagentypen, wird im Folgenden die Arbeitsweise der verschiedenen Anlagen beschrieben. Zuluftanlage saugt Außenluft an und versorgt die zu belüftenden Räume Entstehung eines Überdruckes, überschüssige Luft muss über Öffnungen in die Umgebung oder ins Freie entweichen können Anwendungsbereiche: o Räume, in denen keine starke Luftverschlechterung stattfindet wie z. B. Werkstätten, Verkaufsräume oder Ausstellungshallen Abluftanlagen saugt die Raumluft an und befördert sie ins Freie Nachströmen der Luft über Öffnungen aus benachbarten Räumen oder aus dem Freien Entstehung eines Unterdrucks Anwendungsbereiche o Räume mit starker Luftverschlechterung z. B. Küchen, WCs, Laboratorien oder Tierställe Zu- und Abluftanlage kombiniert die Eigenschaften der Ab- und Zuluftanlage für eine gut kontrollierte Lüftung der Räume 78

81 je nach Bedarf, Erzeugung eines Über- oder Unterdruckes oder einer Luftmengenbalance Anwendungsbereiche o bestgeeignete Lüftung für alle größeren Räume o Wärmerückgewinnung o z. B. Schulen, Theater, Büros oder Fabrikhallen Durch die gute Wärmedämmung der Außenbauteile bei der Passivhausbauweise wird der Transmissionswärmebedarf des Gebäudes extrem verringert. Der Lüftungswärmeverlust würde bei ausreichendem Luftwechsel ca. 70% des noch erforderlichen Heizwärmebedarfs ausmachen. Um den Passivhauskennwert für den Heizwärmebedarf einhalten zu können ist eine Wärmerückgewinnung, welche die Wärme der Abluft auf die Zuluft überträgt, unabdingbar. Für die Wärmerückgewinnung aus der Abluft stehen verschiedene Systeme zur Verfügung Rekuperative Wärmerückgewinnung Bei rekuperativen Wärmerückgewinnungssystemen strömen Zu- und Abluft durch einen Plattenwärmeüberträger. Die Wärmeübertragung erfolgt dabei über Wärmeleitung durch die Lamellen des Wärmeüberträgers. Zu- und Abluft bleiben dabei vollständig voneinander getrennt. In modernen Lüftungsgeräten können mit dreistufigen Plattenwärmetauschern Wärmerückgewinnungsgrade von bis zu 80% erreicht werden Regenerative Wärmerückgewinnung Regenerative Wärmerückgewinnungssysteme bedienen sich einer Speichermasse, die abwechselnd von Zu- und Abluft durchströmt wird und dabei Wärme aufnimmt bzw. abgibt. 79

82 Als Speicher kommen entweder Rotations- oder Umschaltspeicher zum Einsatz. Bei entsprechend niedrigen Außentemperaturen kommt es zur Wasserdampfkondensation aus der Abluft. Dieses Wasser wird von der Außenluft wieder aufgenommen. Durch diese Feuchterückgewinnung können zu trockene Raumluftzustände im Winter verhindert werden, ohne dass eine zusätzliche Dampfbefeuchtung im Lüftungsgerät installiert wird. Durch die zusätzliche Nutzung der Latentwärme des Wassers können bei regenerativen Wärmerückgewinnungssystemen Wärmerückgewinnungsgrade von über 90% erreicht werden. Der Nachteil regenerativer Wärmerückgewinnung ist eine konstruktionsbedingte Leckage. Durch den damit verbundenen Stoffübergang können Gerüche aus der Abluft in die Zuluft gelangen. Deshalb können solche Geräte für Toiletten und Küchen nicht eingesetzt werden. Außerdem wird für die Bewegung der rotierenden Speichermasse bzw. für den Umschaltvorgang beim Umschaltspeicher zusätzliche Elektroenergie verbraucht Wärmerückgewinnungssysteme der St. Franziskusschule Für die Franziskusschule sind Lüftungsanlagen mit WRG in regenerativer und auch rekuperativer Bauweise vorgesehen. Für ein mögliches Lüftungskonzept werden Varianten vorgeschlagen, die eine Kombination der erläuterten Arten von WRG aufzeigen Mit dieser Art der Befeuchtung ist es möglich die Luftqualität in den Wintermonaten gegenüber natürlicher Belüftung oder rekuperativer WRG zu verbessern. Mit einer Feuchterückgewinnung im Winter kann zwar, rein rechnerisch, die Behaglichkeitsgrenze nach DIN EN nicht immer eingehalten werden, aber eine aktive Befeuchtung bedeutet einen hohen zusätzlichen Energieaufwand. Daher sollte ein Kompromiss zwischen Energieeinsparung und Raumluftqualität eingegangen werden. 80

83 100 x2200 mm 700 x700 mm D125 mm D200 mm 700 x700 mm 250 x500 mm Klassenzimmer 2.OG 2600 m³/ h 100 x2200 mm Klassenzimmer 1.OG 2600 m³/ h 450 x450 mm 600 x600 mm F7 F9 Lüftungsgerät 8300 m³/ h mit regenerativem Wärmeübertrager (92%) F7 700 x700 mm WC 2.OG 120 m³/ h WC 1.OG 120 m³/ h D160 mm D125 mm Aula 7500 m³/ h F7 F9 Lüftungsgerät m³/ h mit rekuperativem Wärmeübertrager (75%) 800 x800 mm F7 R.d.St.,Werken,Kunst 1500 m³/ h D400 mm D200 mm Verwaltung,Flur 1350 m³/ h Hort 3080 m³/ h WC EG 120 m³/ h Küche, Toiletten 360 m³/ h Bild 37 Schema mit WRG ohne zusätzliches Lüftungsgerät 100 x2400 mm 700 x700 mm D125 mm 700 x700 mm 250 x500 mm Klassenzimmer 2.OG 2600 m³/ h 100 x2400 mm 450 x450 mm 600 x600 mm F7 F9 Lüftungsgerät 8300 m³/ h mit regenerativem Wärmeübertrager (92%) F7 700 x700 mm WC 2.OG 120 m³/ h D125 mm D160 mm F7 F9 Lüftungsgerät m³/ h mit regenerativem Wärmeübertrager (92%) F7 R.d.St.,Werken,Kunst 1500 m³/ h D400 mm 800 x800 mm Klassenzimmer 1.OG 2600 m³/ h D200 mm WC 1.OG 120 m³/ h Aula 7500 m³/ h D200 mm Verwaltung,Flur 1350 m³/ h F7 F9 F7 F7 F9 F7 Hort 3080 m³/ h Lüftungsgerät 360 m³/ h mit rekuperativem Wärmeübertrager (80%) WC EG 120 m³/ h Lüftungsgerät 360 m³/ h mit rekuperativem Wärmeübertrager (80%) Küche, Toiletten 360 m³/ h Bild 38 Schema mit zusätzlichem Lüftungsgerät 81

84 Regelungskonzept der Lüftungsanlagen Begrenzung der Luftmengen geringere Luftmengen als DIN, Vermeidung von Wärme- und Feuchteprobleme CO 2 -Regelung, zeitgesteuerte Regelklappen, Präsenzmelder Druckregelung der Lüftungsgeräte Betrieb während der Schulzeit Die Anlagen arbeiten zeitgesteuert o nur in Betrieb, wenn Personen in der Schule sind ( Uhr) Während der Betriebszeit wird die Luftmenge in den Unterrichtsräumen, in der Aula und im Besprechungsraum bedarfsorientiert gesteuert o CO 2 -Fühler oder Präsenzmelder In Fluren, Toiletten und Verwaltungsräumen wird während der Betriebszeit mit Nennvolumenstrom gelüftet Betrieb während der Ferien Die Anlagen werden nur dann komplett ausgeschaltet, wenn keine Personen in der Schule sind Bei Hortbetrieb werden die Anlagen wie zur Schulzeit betrieben Betrieb im Winter Bei Heizbedarf werden die Räume über die Zuluft beheizt. Dabei gibt es eine Aufheizphase am Morgen bevor die Schüler da sind. Dabei wird die Zuluft bis auf 35 C erhitzt. Die Lüftungsklappen oder Volumenstromregler in den Unterrichtsräumen werden ganz geöffnet. Die Zulufttemperatur wird über die Ablufttemperatur oder einen Referenzraumfühler geregelt. Wenn Schüler anwesend sind wird die Zulufttem- 82

85 peratur auf max. 25 C begrenzt. Die Wärmeabgabe v on Personen und Beleuchtung reicht dann aus um die Heizlast der Räume zu decken. In den Fluren vor der Aula reichen die inneren Quellen nicht aus um tagsüber die Heizlast zu decken, deshalb kommt hier ein zusätzliches Heizregister im Lüftungskanal zum Einsatz, welches ermöglicht diese Flure den ganzen Tag zu beheizen. Betrieb im Sommer Im Sommer soll die Lüftungsanlage genutzt werden um ein Abkühlen der Räume durch Lüftung in der Nacht zu erreichen. Die Einschaltzeit wird aus dem Vergleich von Außen- und Raumtemperatur ermittelt. Siehe Bild 33 Schema thermische Solaranlage mit dezentraler Nachheizung Erdwärmetauscher Erdwärmetauscher sind luftdurchströmte, erdverlegte Rohrregister, welche die Außenluft im Winter vorwärmen und im Sommer abkühlen können. In der Schule soll vor allem der Abkühleffekt genutzt werden. Durch die gut gedämmte Gebäudehülle sind zwar die Transmissionsverluste durch Wände und Fenster relativ gering, durch Personenabwärme und die Beleuchtung entsteht trotzdem ein Kühlbedarf in den Räumen. Dieser Kühlbedarf kann zwar durch einen Erdwärmetauscher nicht direkt gedeckt werden, aber durch eine Nachtkühlung mit der Lüftungsanlage kann das Überhitzen der Räume am Tag hinausgezögert werden. Dadurch kann auf eine energieintensive aktive Kühlung der Zuluft verzichtet werden. 12 Wirtschaftlicher Variantenvergleich In der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung werden 3 Varianten verglichen Stand der Technik (EnEV2009) Passivhaus 83

86 Plusenergiehaus Die Wirtschaftlichkeitsberechung wurde auf der Basis des Passivhausberechungstools der Stadt Frankfurt am Main durchgeführt, dabei werden mit dem Annuitätenverfahren alle vergleichsrelevanten Kosten der verschiedenen Gebäudetypen verglichen. Die Energiebedarfswerte wurden mit dem Passivhaus Projektierungspaket des Passivhausinstituts Darmstadt berechnet. Im folgenden werden die Annahmen zu den einzelnen Gebäudetypen erläutert Stand der Technik ( EnEV 2009) Für die Vergleichsvariante wurde ein massiver Wandaufbau aus Kalksandstein mit 15 cm Wärmedämmverbundsystem gewählt. Der genaue Wandaufbau ist im Anhang 16.5 in Tabelle 2.1 beschrieben. Die Fenster haben Wärmeschutzverglasung mit einem Uw-Wert von 1,3 W/m²K. Die Haustechnik der EnEV-Variante besteht aus: Abluftanlage für Sanitärbereiche Heizung mit Heizkörpern Energieträger Fernwärme Warmwasserbereitung mit Trinkwasserspeicher 12.2 Passivhaus Für die Gebäudehülle wurde mit dem Holzbausystem N&S gerechnet. Die Außenwand ist aus Doppel-T-Holzträgern mit zwischenliegenden OSB-Platten aufgebaut. Die Wärmedämmung besteht aus Zellulose-Einblasdämmung. Der genaue Wandaufbau ist im Anhang 16.5 in Tabelle 2.1 beschrieben. Die Fenster sind Kastenfenster nach N&S. 84

87 Die Haustechnik der Passhausvariante besteht aus: Lüftungsanlage mit zwei Lüftungsgeräten mit regenerativer Wärmerückgewinnung, wie unter Punkt beschrieben Heizung über Zuluft Energieträger Fernwärme Solarspeicher zur Warmwasserbereitung, wie unter Punkt beschrieben 12.3 Plusenergiehaus Für diese Variante wurde der Wandaufbau und das Versorgungskonzept der Passivhausvariante übernommen und um eine Photovoltaikanlage erweitert, welche übers Jahr betrachtet mehr Solarstrom erzeugt als Energie im Gebäude verbraucht wird. Bei der Berechnung wurde von einer 30%igen Eigennutzung des Solarstroms und damit von einer entsprechend höheren Einspeisevergütung ausgegangen. Die Haustechnik der Plusenergiehausvariante besteht aus: Lüftungsanlage mit zwei Lüftungsgeräten mit regenerativer Wärmerückgewinnung wie unter Punkt beschrieben Heizung über Zuluft Energieträger Fernwärme Solarspeicher zur Warmwasserbereitung wie unter Punkt beschrieben Fotovoltaikanlage 12.4 Zusammenfassung Im Anhang sind die Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsberechnung zusammengefasst. Die Passiv- und Plusenergiehausvarianten zeichnen sich im Vergleich zur EnEV- Variante durch relativ hohe Investitions- und Wartungskosten und niedrige Heizkos- 85

88 ten aus. Je höher die angenommene Energiepreissteigerung bei konstant bleibendem Kapitalzins desto eher kann eine Wirtschaftlichkeit erreicht werden. Ab einer Energiepreissteigerung von 11% sind die Gesamtkosten von Passivhaus- und Plusenergiehausvariante niedriger als die der EnEV-Variante. Die Plusenergiehaus- Variante ist aufgrund der Nutzung des erzeugten Stroms bei 11% Energiepreissteigerung günstiger als die Passivhausvariante. Angenommen wurde ein Betrachtungszeitraum von 20 Jahren. Bei längeren Betrachtungszeiträumen kann die Wirtschaftlichkeit schon bei geringeren Energiepreissteigerungsraten erreicht werden. In der Praxis wird sich die Wirtschaftlichkeit der Energiesparhäuser noch günstiger darstellen, da der reale Heizenergieverbrauch erfahrungsgemäß geringer ausfällt als in der Berechnung. 13 Öffentlichkeitsarbeit Der Neubau der St. Franziskusschule und seine Bauausführung als Plusenergieschule in Holzbauweise ist sowohl in Halle, als auch in Sachsen-Anhalt ein Novum. Um von Anfang an eine Akzeptanz und Identifikation mit dem Bauwerk zu erreichen ist es nur folgerichtig vor allem die Kinder und Lehrer, als zukünftige Nutzer, aber auch die Eltern, Interessenten aus Industrie und Handwerk, Politik und Gesellschaft über den Neubau zu informieren. So erfolgten bereits zahlreiche Aktivitäten von Seiten INS Informationen an die Materiallieferanten über das geplante Schulprojekt Verschiedene Vortragserien u. a. bei den Firmen EGGER, Sto AG und Gutex GmbH über Holzbau allgemein und in Verbindung mit Brandschutz sowie Plusenergiegebäude wie z. B. die geplante Grundschule St. Franziskus Informelle Gespräche beim Bauamt Halle/Saale, beim Hochbauamt Nürnberg über das Bauen mit ökologisch bewerteten Baustoffen Bau von Modellen o Solarwand o Passivhausaußenwand 86

89 o Wand mit integriertem Fenster in Originalgröße Die Modelle sind so gestaltet, dass alle Materialien der Konstruktion gut sichtbar und eindeutig beschriftet sind. Die Modelle animieren auch zum Anfassen und Riechen der Bau- und Dämmstoffe. Die Modelle sind dazu geeignet, eine Ausstellung zu gestalten, die als erstes im benachbartem Gymnasium der zukünftigen St. Franziskusschule aufgebaut wird, so das diese zur Grundsteinlegung verbunden mit Vorträgen für eine große, interessierte Öffentlichkeit durchgeführt werden kann. Analoge Ausstellungen mit entsprechenden Vorträgen und Erklärungen erfolgen zum Richtfest im Rohbau sowie zur Fertigstellung und Übergabe des Gebäudes. Im Anschluss findet diese Ausstellung ihre Aufstellung im neuen Schulgebäude und bietet die Möglichkeit zur Nutzung für Unterrichtszwecke. Diese ständige Ausstellung in der Schule bietet darüber hinaus die Möglichkeit zu weiteren Informationsveranstaltungen. Die bestehende Arbeitsgruppe 7-geschossiger Holzbau, ein Folgeprojekt, hat bereits großes Interesse an der Verbreitung dieser Bauweise bekundet. Eine weitere Möglichkeit der Publizierung sind die positiven Ergebnisse der Prüfinstitute z. B. o Schallschutz Holzbalkendecke: Luftschall 71 db o Trittschall 43 db o ein Holzträger hält unter der Belastungspresse 75 t aus o die Fenster mit U = 0,56 W/m²K haben Alleinstellungsmerkmal 14 Schlussfolgerungen Der Anlass und die Zielsetzung des Förderprojektes durch Recherchen, Analysen und Weiterentwicklungen in der Vorplanung ein intelligentes Konzept zur Realisierung des Neubaus zu erarbeiten ist gelungen. Die Probleme des Klimawandels und der zunehmenden Ressourcenverknappung waren dabei Anlass für Neu- und Wei- 87

90 terentwicklungen und leisten einen Beitrag zur Lösung der globalen Probleme. Viele kleine Bausteine ergeben am Ende oft ein großes Bauwerk. Die seit Jahrzehnten andauernde Entwicklungsarbeit von INS in Richtung energieeffizientes Bauen erreicht mit dem Schulneubau St. Franziskus einen vorläufigen Höhepunkt, der gut in die derzeitige gesellschaftspolitische und wirtschaftliche Landschaft passt. Sie ermöglicht den zukünftigen Nutzern der Schule gesunde Lern- und Arbeitsbedingungen und erfüllt die Forderungen der Nachhaltigkeit für die kommenden Jahre. Es war absolut richtig, Baustoffe ökologisch zu bewerten und vor allem den Primärenergieinhalt des gesamten Bauvorhabens zu senken. In Zeiten, in denen sich vor allem energieintensive Baustoffe dramatisch verteuern können wir ein gutes Preis- Leistungsverhältnis sichern. Materialien wie z. B. Kupfer, Aluminium, Stahl, Stahlbeton, Styropor und Bitumen werden weitestgehend substituiert. Gleichzeitig wirken sich die geringeren Gewichte beim Holzbau positiv auf Transporte und deren Kosten aus und ermöglichen bei der Gründung eine drastische Reduzierung des Betons. Mit einem Fünftel des Gewichts für das Gebäude gegenüber einem Massivbau kommen die Holzbaubauweise (INS) mit weniger Streifenfundamenten aus Spannbeton, die bereits betonsparend ausgeführt sind, aus. Eine besondere örtliche Situation hat die Bilanz der Gesamtökologie noch untermauert. So konnte die durch große Betonplatten versiegelte Fläche aufgebrochen werden und vor Ort zu Betonrecycling verarbeitet werden. Dieses Material wird für den Unterbau der Schule verwendet, so dass zwei Transportprozesse, Abfahren und Zulieferung des Materials, entfallen. Die Philosophie von der Wiege zur Wiege ist unserer Meinung nach erfüllt wurden. Solche Überlegungen haben beim gesamten Schulprojekt eine große Rolle gespielt. So ist es grundsätzlich möglich die Schule mit geringen Verlusten (ca. 5 %) so zurückzubauen, dass sie an einen anderen Standort wieder entstehen könnte. 15 Literaturverzeichnis Bei der Erstellung des Berichtes wurden die nachstehenden Quellen genutzt: 88

91 Konzeption der St. Franziskus-Grundschule mit dem Hort zur Gewährleistung einer ganztägigen Bildung und Erziehung Informationsdienst Holz: Deutsche Gesellschaft für Holzforschung o Holz Brandschutz Handbuch 3.Aufl., Ernst &Sohn, 2009 o Schriftenreihe Informationsdienst Holz Zulassungen der verwendeten Materialien Bauaufsichtliche Zulassungen u. Normen DIN Vorschriften o DIN 1045/1,2 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton, Spannbeton o DIN 1052 Holzbauwerk o DIN 1053 Mauerwerk o DIN 1054 Baugrund o DIN 1055 Lastannahmen o DIN 4074 Baumschnittholz nach Tragfähigkeit Nadelholz C24; KVH C24 o DIN 4102 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen o DIN 4103 Nichttragenden innere Trennwände o DIN 4108 Wärmeschutz o DIN 4109 Schallschutz o DIN Holzschutz o DIN13779 Lüftung von Nichtwohngebäuden Bachelor- und Diplomarbeiten, die im Zusammenhang mit dem Entwicklungsprojekt erarbeitet wurden o Sebastian Nebe Erstellung eines Konzeptes für den Betrieb der Lüftungstechnik in einem Schulneubau nach Passivhausstandard unter 89

92 Beachtung von Energieeffizienz und thermischer Behaglichkeit / Raumluftqualität, HTWK Leipzig, 2010 o Steffi Hübner Das Konzept des Passiv+Haus ökologische und ökonomische Bewertung verschiedener Bauweisen im Vergleich, HTWK Leipzig, 2010 o Kay Linke Bautechnische Untersuchungen zum Einsatz ökologischer Baustoffe in ausgewählten Baukonstruktionen für einen fiktiven siebengeschossigen Holzbau, HTWK Leipzig, 2011 Aus dem Internet o o o 16 Anhang 16.1 Tabellen Tabelle A1 Übersicht der verwendeten Bauprodukte Diese Tabelle ist die Ausgangsbasis für die Berechnung der Baukonstruktionen unter ökologischen und energetischen Gesichtspunkten! Befindet sich als Einleger am Ende des Dokuments! 90

93 Tabelle A 2 Schulvergleich sortiert nach wärmedämmenden Maßnahmen und Versorgungsvarianten 91

94 Tabelle A 3 Vergleich von Dämmstoffen 92

95 Tabelle A 4 Übersicht Holzbalkendecken Teil 1 93

96 Tabelle A 5 Übersicht Holzbalkendecken Teil 2 94

97 Tabelle A 6 Übersicht Holzbalkendecken Teil 3 95

98 16.2 Tragkonstruktionen verschiedener Bauweisen Massivbauweise Erläuterungen zur Gebäudekonstruktion in Fertigteilbauweise zur Rationalisierung mit dem Ziel der Kostensenkung o Das bedeutet: Wegfall von Rüstungen und erhebliche Reduzierung der Errichtungszeiten o Die Tragkonstruktion kann auch in Skelettbauweise errichtet werden Außenwände Die Wände werden weitgehend aus Mauerwerk erstellt, tragende Wanddicke 24 cm. Die Treppenhauswände, der Aufzugsschacht und tragende Stützen (an bestimmten Stellen) sind aus Stahlbeton. Der Vollwärmeschutz erfolgt durch Anbringen einer Außendämmung aus 26 cm Steinfaser (Kleben und Dübeln). Alternativ können die Außenwände, bestehend aus jeweils zwei Elementplatten durch Bewehrungsstege, i. R. ebenfalls Gitterträger, zu einer Doppelschale verbunden werden. Im durch Ortbeton auszufüllenden Hohlraum kann durchlaufende Bewehrung angeordnet werden. Anwendung als tragend und nichttragend möglich. Decke Als Fertigteile in Art Filigranplatten mit mitwirkender Ortbetonschicht. Die Schubsicherung der Fuge zwischen Plattenelement und Ortbeton erfolgt durch vorgefertigte und im Fertigteil einbetonierte Gitterträger. Weitere Ausführungsvariante als Vollmontage-Massivdeckenplatten als Stahlbetonoder Spannbetonhohldielen. Plattenbreiten sind i. R. 2,50 m (Stahlbeton), 1,20 m (Spannbeton), die Plattendicken sind in Abhängigkeit von der Schlankheitsbegrenzung (bei Stahlbeton l/h 35) festgelegt, d. h. bei 7 m Spannweite und als statisches System Einfeldträger ist von 24 cm auszugehen. Im Bereich der Klassen- und Horträume könnten die Decken als 3-Feldträger ausgebildet werden, daher wäre eine Dicke von 22 cm ausreichend. An Deckenöffnungen werden i. R. Auswechsel- Konstruktionen aus Stahlprofilen eingebaut. Für haustechnische Leitungen zusätzliche Unterdecke als Trockenbaukonstruktion. Zur Erreichung des erforderlichen Schallschutzes ist ein schwimmender Estrich auf Trittschalldämmung vorzusehen. 96

99 Dach Sinngemäße Konstruktion wie Decke. Hier kommt eine Steinfaserdämmung von 32 cm auf die Tragkonstruktion. Innenwände Bei tragenden Wänden aus 24 cm Kalksandsteinmauerwerk, bei Wänden mit erhöhtem Schallschutz mit Vorsatzschale, bei nichttragenden Wänden als Trockenbauwände. Die Gründung ist mit einer Stahlbetonbodenplatte, d 25 cm, vorzusehen mit entsprechender schlaffer Bewehrung unter Einhaltung der statisch erforderlichen Bewehrung und der Rissbewehrung. Unterseitig erfolgt der Einbau der erforderlichen Dämmung, die eine entsprechende Druckfestigkeit infolge der Belastung besitzt (z. B. Styrodur 4000 CS) (Nutzungsneutrale Skelettbauweise) Durch nutzungsneutrale Skelettbauweise und vollständige Trennung von Tragstruktur und Innenausbau kann flexibel und individuell auf die unterschiedlichen Nutzungsanforderungen reagiert werden. Außer den Plattenquerschnitten sind alle anderen Querschnitte i. R. in F90-A erreichbar. Man unterscheidet vertikale (z.b. Stützen) und horizontale Montagefolgen (z. B. Decken). Der räumlichen Steifigkeit und Stabilität ist wegen der häufig gelenkigen Anschlüsse, der Schlankheit der Bauteile und der statischen Unbestimmbarkeit besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Häufig sind hoch beanspruchte Verbindungen notwendig. Als Aussteifungssysteme zur Aufnahme von Horizontalkräften aus Wind- und Lotabweichungen dienen Rahmen (Berechnung nach Theorie II.Ordnung) oder eingespannte Stützen in Kombination mit aussteifenden Wandscheiben, wie die im Gebäudeinneren vorhandenen Treppenhauswände und Fahrstuhlschachtwände (Theorie II.Ordnung). Als horizontale aussteifende Bauteile dienen die Geschossdecken. Nachzuweisen ist die Stabilitätszahl α. Baustoffe Stahlbeton C25/30 und höher, Betonstahl BSt500 S, M Spannbeton C45/55, Spannstahl C1570/

100 Stahl S235 Mauerwerk KS 12,16/ II, III Geltende Vorschriften: Siehe Tabelle 2 Zutreffende DIN-Vorschriften Zeichnerische Darstellung des Gebäudeentwurfes Bild A 1 Grundriss Massivbauweise - Erdgeschoss 98

101 Bild A 2 Grundriss Massivbauweise - 1. Obergeschoss 99

102 Bild A 3 Teilgrundriss Erdgeschoss - Statische Werte 100

103 Lastannahmen Außenwand Massiv Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² 1 WDVS-Verklebung und -Beschichtung, Armierung und Kratzputz mineralisch 1,7 0,24 2 Steinwolle-Dämmung (Coverrock Plus) 34 0,68 3 KS-L-R(P) 12-1,8-8 DF(240), M G II a 24 4,32 4 Dünnbettmörtel (Zementmauermörtel) 0,4 0,07 5 Innenputz (Kalk-Gips-Putz) 1,5 0,30 SUMME MASSIV [cm] 61,2 gk= 5,61 Flachdach Massiv Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² 1 Schotter 16/32 (Kies) 5 1,00 2 Bitumen-Abdichtungsbahn 2 0,04 3 Bitumen-Abdichtungsbahn 2 0,04 4 Steinwolle-Dämmung (Durock) 32 0,64 5 Dampfsperre 0,01 0,02 6 Voranstrich 7 Beton C20/ ,50 8 Bewehrungsstahl BSt 500 SUMME MASSIV [cm] 63 gk= 7,24 Geschossdecke Massiv Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² 1 Zementestrich 6 1,32 2 PE-Folie 0,1 0,01 3 Steinwolle-Dämmung (Floorrock SE) 2 0,04 4 Steinwolle-Dämmung (Floorrock SE) 4 0,08 5 Beton C20/25 6cm Elem.Dicke, 16 cm Ortbeton 22 5,50 101

104 Geschossdecke Massiv Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² 6 Bewehrungsstahl BSt 500 SUMME MASSIV [cm] 34 gk= 6,95 Tragende Innenwand Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² 1 Innenputz (Kalk-Gips-Putz) 1,5 0,27 2 KS-L-R(P) 12-2,0-8 DF (240) 24 4,80 3 Dünnbettmörtel (Zementmauermörtel) 0,4 0,07 4 Innenputz (Kalk-Gips-Putz) 1,5 0,27 SUMME MASSIV [cm] 27 gk= 5,41 Auflagerlasten auf Oberkante Stahlbetonbodenplatte exemplarisch im Bereich Horträume/Flur/Horträume im Seitenflügel SL = 6,96/ 3,15 / 6,96 1,) aus Dach g k = 7,24 kn/m² ( s k = 0,68 kn/m²; w k = 0,16 kn/m²) A K = 21,10/2,49 kn/m (auf Außenwand/Sturz) B K = 40,70/6,12 kn/m (auf Innenwand) 2.) aus Decke über 1. OG g k = 6,95 kn/m² q k = 1,50+0,80 = 2,30 kn/m² A K = 20,25/6,81 kn/m (auf Außenwand/Sturz) B K = 39,07/16,75 kn/m (auf Innenwand) 3.) aus Decke über EG g k = 6,95 kn/m² q k = 1,50+0,80 = 2,30 kn/m² A K = 20,25/6,81 kn/m (auf Außenwand/Sturz) 102

105 B K = 39,07/16,75 kn/m (auf Innenwand) - Nachweis an Außenwand über 8,50 m Raumbreite Anordnung Fenstersturz, exemplarisch gew. für alle Geschosse b o = 24 cm; h o = 50 cm; C30/37 mit mitwirkender Plattenbreite unter Dach Bewehrung ca. 15,6 cm² Feldbew. ; Bgl. 2,9 cm²/m Auflager auf Stahlbetonstütze G K = 96,81 kn Q K = 10,58 kn b;c) über 1.OG/EG Bewehrung ca. 18 cm² Feldbew. /Bgl.3,7 cm²/m Auflager auf Stahlbetonstütze G K = 93,20 kn Q K = 28,94 kn - Stützenlast auf OK Bodenplatte - (Eigengew. Stütze Q K = 0,24*0,25*10,2*25 = 15,3 kn) aus Dach/Decke G K = 283,21 kn Q K = 68,46 kn aus Wandlast 2./1. OG 5,61*6,0*4,25 = 143,06 somit N K =510 kn Es wird jeder Fenstersturz über 2 Stützen abgetragen, z. B. Bild A 4 Skizze Fenstersturz Nachweis Stütze im EG (St1 bzw. St2)(G K = 442 kn; Q K = 69 KN) mit Kopfmoment M yk von 20 knm gew. b/d = 20/24 cm; C 30/37 103

106 gew (erf A S : 9,52 cm², bei SL = 3m) Bgl. 10/200 Die Fundamentplatte erhält hier Gurtverstärkung (oder Einzelfundament) Bild A 5 Skizze Fundamentplatte Alternativ bei Einzelfundament wäre notwendig: L=B= 2,20 m=2,20 m, t = 0,80 m darauf mit Anschlussbewehrung, Stahlbetonbodenplatte, d = 25 cm. - Nachweis an Innenwand auf OK Bodenplatte g KWand = 5,41*9,0= 49 kn/m g KDach/Decke = 118,84 kn/m q KDach/Decke = 39,62 kn/m N K = 208*9,0/8,0= 234 kn/m n = 234 kn/m max. σ o = n w *2/ b v (nach Netzel) b v = 12*d+b w (beidseitg. Verteilg. = 12d) = 12*0,25+0,24 = 3,24 m max. σ o 234*2/3,24= 144 KN/m² Bewehrung oben:q 524A unten:q524 + Ø12/

107 Bild A 6 Alternative Fundamentplatte (infolge Türöffnungen ist keine kontinuierliche Lastabtragung möglich) Die Treppenhauskerne sowie der Aufzugsschacht sollten komplett in Stahlbeton hergestellt werden. Gleiches gilt für Treppenläufe und Podeste Mischbauweise (Massiv/Holz) Erläuterungen zur Gebäudekonstruktion Die Kombination verschiedener Bauarten ermöglicht die unterschiedlichsten Mischbauten. Analog dem Massivbau wird das Traggebilde in einer Massivbauweise aus tragenden Stützen (Stahlbeton) und Innenwänden (Kalksandstein) gebildet. Die Außenwände, nichttragend, sind in einer Holztafelbauweise zu errichten. Bauteile - Außenwände Als Kernwand werden Wandträger aus Doppel-T-Trägern mit aussteifender Wandscheibe und Querlattung vorgefertigt. Innenbeplankung, Außenbeplankung, Fenster und Dämmung werden auf Baustelle angebracht. Durch den Doppel-T-Träger ist eine maximale Ausnutzung der statischen Eigenschaften bei gleichzeitig minimalem Holzanteil gegeben. Der Trägerabstand liegt i. R. bei 1,28 m. Als äußere Beplankung dient eine Holzverschalung. Die Gesamtwanddicke beträgt 44 cm. 105

108 - Decken Z. B. als Fertigteile mit mitwirkender Ortbetonschicht. Die Schubsicherung der Fuge zwischen Plattenelement und Ortbeton erfolgt durch vorgefertigte und im Fertigteil einbetonierte Gitterträger. Oder als Vollmontage-Massivdeckenplatten als Stahlbeton- oder Spannbetonhohldielen. Plattenbreiten sind i. R. 2,50 m (Stahlbeton), 1,20 m (Spannbeton), die Plattendicken sind in Abhängigkeit von der Schlankheitsbegrenzung (bei Stahlbeton l/h 35) festgelegt, siehe bei Massivbauweise. An Deckenöffnungen werden i. R. Auswechsel-Konstruktionen aus Stahlprofilen eingebaut. - Statisches System als Flachdecke Rohdecke: 22 cm (schlaff bewehrt) 16 cm (vorgespannt) Bei fehlender Auflagerung Anordnung von rechteckigen Unterzügen - Stützen statisch als Pendelstützen - Dach Sinngemäße Konstruktion wie Decke. Hier kommt eine Dämmung auf die Tragkonstruktion analog zur Massivbauweise. - Innenwände Tragende Wände aus 24 cm Kalksandsteinmauerwerk, bei Wänden mit erhöhtem Schallschutz mit Vorsatzschale, bei nichttragenden Wänden als Trockenbauwände. - Bodenplatte Stahlbeton Bereich Stützenauflagerung evtl. Fundamentverstärkungen - Baustoffe Stahlbeton C25/30 und höher, Betonstahl BSt500 S, M Spannbeton C45/55, Spannstahl C1570/1770 Stahl S235 Mauerwerk KS 12/16/ II, III 106

109 Nadelholz C 24 nach DIN 4074 Konstruktionsvollholz C 24 KVH nach DIN 4074 Gips- und Holzwerkstoffe entsprechend den jeweiligen Normen oder Allgemeinen Bauaufsichtlichen Zulassungen OSB/4-top- Platten nach Zulassung Z EGGER Geltende Vorschriften: siehe Tabelle 2 Zutreffende DIN-Vorschriften Lastannahmen Flachdach Massiv Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² 1 Schotter 16/32 5 1,00 2 Bitumen-Abdichtungsbahn 2 0,04 3 Bitumen-Abdichtungsbahn 2 0,04 4 Steinwolle-Dämmung (Durock) 32 0,64 5 Dampfsperre 0,01 0,02 6 Voranstrich 7 Beton C20/ ,50 8 Bewehrungsstahl BSt 500 SUMME MASSIV [cm] 63 gk= 7,24 Geschossdecke Massiv Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² 1 Zementestrich 6 1,32 2 PE-Folie 0,1 0,01 3 Steinwolle-Dämmung (Floorrock SE) 2 0,04 4 Steinwolle-Dämmung (Floorrock SE) 4 0,08 5 Beton C20/25 6cm Elem.Dicke, 16 cm Ortbeton 22 5,50 6 Bewehrungsstahl BSt 500 SUMME MASSIV [cm] gk= 6,95 107

110 Tragende Innenwand Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² 1 Innenputz (Kalk-Gips-Putz) 1,5 0,27 2 KS-L-R(P) 12-2,0-8 DF (240) 24 4,80 3 Dünnbettmörtel (Zementmauermörtel) 0,4 0,07 4 Innenputz (Kalk-Gips-Putz) 1,5 0,27 SUMME MASSIV [cm] 27 gk= 5,41 Außenwand Holz Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² 1 optional Holzverkleidung 0, Mineralischer Putz (ρ= 1450 kg/m 3 ) 1,0 0,15 Thermowall-gf, N+F, Gutex (ρ = 190 kg/m3) 4,0 0,08 Horiz. Lattg. 30/100, OSB/4-top, EGGER; e = 60 cm (30) 0,04 Doppel-T-Träger, e = 1,28 m aus 30 mm Steg, OSB/4-top und aus 4 x 60/60 Gurt, KVH C 24) (30) 0,11 Zellulosedämmung ISOFLOC (ρ= 60 kg/m³)) (von horiz. Lattg. Bis OSB-Platte) (25,5) 0,15 OSB-Platte OSB/4-top, Wandplatte EGGER, (ρ = 630 kg/m 3 ) (1,5) 0,09 Zellulosedämmung ISOFLOC (bzw. Stütze 60/60; e = 64 cm; bzw. Lattung 50/30 und Weichfaserplatte 30 mm) 1,2 0,08 Zementgebundene Holzspanplatte Amroc (ρ = 1250 kg/m 3 ) 1,2 0,15 Gipsfaserplatten Fermacell (ρ = 1150 kg/m 3 ) 1,25 0,14 SUMME HOLZ [cm] 46,5 G K =1,11 108

111 - Zeichnerische Darstellung des Gebäudeentwurfes - Grundrisse Siehe Bild A1.- A3 - Detail AW.De.02a Bild A 7 Detail AW.De.02a 109

112 Außenwand als Holzverbundquerschnitt, bestehend aus Doppel-T-Holzträger und aussteifender Wandscheibe aus EGGER, OSB/4-top Platte, d = 15 mm, gehalten geschossweise auf und unter der Stahlbetondecke. Belastung Vert. aus g Wand = 1,11*3,0 = 3,33 kn/m Horiz. aus Wind auf Wand = 0,8*0,65*1,28 = 0,67 kn/m (Druck); 0,8*1,28 = 1,03 kn/m (Sog) (Trägerabstand: 1,28m) Vernagelung OSB mit Innengurt, RiNä 2,5x60; e = 100mm (je 1x Gurtholz) Verankerung Schwellholz 180/60 mit Decke, an Fußpunkt mit 3 HILTI Rahmendübel HRD UGT 14x160/90 pro lfdm oder Würth Rahmendübel, an Kopfpunkt mit 2 Dübeln/ldfm Ermittlung Schwerpunkt Wand Bild A 8 Ermittlung Schwerpunkt Wand Putz 0,17 kn/m² HWF 0,14 kn/m² Lattg. 0,03 kn/m² Träger 0,08 kn/m² OSB 0,09 kn/m² GP 0,26 kn/m² Σ 0,77 kn/m²; Dämmung vernachl. 110

113 x = 0,17*0,6+0,14*3,2+0,03*8,2+0,08*26,45+0,09*35,55+0,26*47,83/0,77 = 24,1 cm M = (0,187*0,17+0,161*0,14+0,03*0,111+0,03*0,054)*2,60 = 0,192 knm/m * 1,28 = 0,25 knm Z d = D d = 25/10,6 = 2,32 kn * 1,35 = 3,13 kn R d = 3, 13² + 2, 67² = 4,11 kn = 4,11/1,28 = 3,21 kn/m gew. 3 HILTI Rahmendübel HRD-UGT 14x160/90 pro m; vorh./aufn = 3,21/3*1,8 = 0,59 < 1 - an Außenwand Abtrag der Deckenlasten als Flachdecke über System deckengleichen Unterzug Im Bereich der Querwände wird Stahlbetonstütze integriert. G K = 442*2 = 884 kn Q K = 69*2 = 138 kn Mit Kopfmoment M yk = 30 knm Stütze gew. B/d = 20/24 cm; C30/37 gew. je Seite 4 Ø25 Bgl. Ø12/150 - an Innenwand gleiche Situation wie bei Massivbauweise, somit ergibt sich auf OK Bodenplatte N k ~ 234 kn/m gleiche Ausbildung wie bei der Massivbauweise. Die Gründung erfolgt analog Massivbauweise mit Einzelfundament unter Stahlbetonbodenplatte L/B= 2,20 m/2,20 m, t=0,80m Holzbauweise Erläuterungen zur Gebäudekonstruktion Die Tafelbauart ist die konsequenteste, industrielle Bauart im Holzbau. 111

114 Die Bauteile werden in witterungsgeschützten Produktionsstätten mit großformatigen Tafeln vorgefertigt, somit reduziert sich die Bauzeit vor Ort. - Außenwände Als Kernwand werden Wandträger aus Doppel-T-Trägern mit aussteifender Wandscheibe und Querlattung vorgefertigt. Innenbeplankung, Außenbeplankung, Fenster und Dämmung werden auf Baustelle angebracht. Durch den Doppel-T-Träger ist eine maximale Ausnutzung der statischen Eigenschaften bei gleichzeitig minimalem Holzanteil gegeben. Der Trägerabstand liegt i. R. bei 1,28 m. Als äußere Beplankung dient eine Holzverschalung. Die Gesamtwanddicke beträgt 44 cm. Standardabmessungen sind Breiten bis ca. 2,50 m und Wandhöhen bis 12 m bei durchlaufenden Wandträgern über mehrere Geschosse und 3,50 m bei geschossweiser Bauweise. - Innenwände in Rahmenbauart mit Beplankung Vorgefertigt Ständer/ Rähm/Türstürze/Schwellholz/aussteifender Wandscheibe Beplankung und Dämmung werden auf Baustelle angebracht. Das Rastermaß beträgt 62,5 cm. Standardabmessungen sind Breiten bis ca. 6 m und Wandhöhen bis 3 m. Die Gesamtwanddicke beträgt 20 cm. - Decken Decken werden als Kastenelemente vorgefertigt und als großformatige Elemente auf die Baustelle geliefert und bieten somit beste Bedingungen für Genauigkeit und Qualitätskontrolle. Die Decken sind sofort begehbar, dienen ohne Hilfskonstruktion als Arbeitsbühne für das nächste Geschoss. Die Deckenelemente werden mit allen Auswechslungen für Öffnungen wie z. B. für Treppen und Haustechnik versehen. Die Unterdecke wird als separate Konstruktion mit eigenen Tragbalken ausgebildet. An diesen Balken erfolgt die Befestigung der Trockenbaulattung inkl. eines Holzweichfaserstreifens und daran die Unterverkleidung. Standardabmessungen sind Breiten bis ca. 2,50 m und Längen bis 15 m. Die obere Beplankung besteht aus Holzwerkstoffplatten, i. R. 2x15 mm OSB/4 -top von EG- GER. 2. Lage OSB u. Unterdecke, Bodenaufbau vor Ort. Die Gesamtdeckendicke (ohne Bodenaufbau) beträgt 40 cm. 112

115 Alternativ - Decken Decken als Brettstapeldecke, d = 16 cm mit Aufbetonplatte, d = 10 cm..problematisch ist hier jedoch der Schallschutz. - Dach Die Dachtragkonstruktion wird aus einem Hohlkastenquerschnitt gebildet. Als statisch tragende Elemente dienen OSB-Flachspanplatten in Verbindung mit Kanthölzern als Längsträger, Kopfbalken und über den tragenden Unterstützungen aus Querträgern. Die obere OSB-Platte wird horizontal eben auf den Trägern befestigt, die unterseitige OSB-Platte wird ebenfalls horizontal vorgesehen Standardabmessungen sind Breiten bis ca. 2,50 m und Längen bis 18 m. Die Dachelemente sind aneinander gereiht. Die Gesamtdachdicke (ohne Dachdeckung) beträgt 52 cm. - Bodenelemente Die Bodenelemente sind aus einem Hohlkastenquerschnitt analog der Tragkonstruktion Dach gebildet, wobei zwischen den Elementen ein Zwischenbereich angeordnet ist, der am Objekt geschlossen wird. Die Tragstruktur gewährleistet Standsicherheit, Gebrauchstauglichkeit, Dauerhaftigkeit und Einhaltung der Bauphysik wie Brandschutz, Wärmeschutz und Schallschutz. Die Beanspruchung erfolgt vertikal und horizontal, deshalb sind stabförmige und flächige Systeme zu sehen. Die Aussteifung ist durch Kombination von Dach-, Wandund Deckenscheibenwirkung der Bauelemente zu betrachten. Die Gründung erfolgt i. R. aus Streifenfundamenten, diese werden aus Fertigteilen in Spannbeton hergestellt. - Ökologie Nachhaltigkeit der Baustoffe Rohstoff Effizienz Energiebilanz bei der Herstellung CO 2 -Bilanz der Produkte Umweltverträglichkeit bei der Produktion 113

116 Stoffkreisläufe wie Rohstoff Produktion Transport Nutzung Recycling Entsorgung Zu den aufgeführten Themen erfolgt noch eine detaillierte Erläuterung. - Umbaufreundlichkeit und Demontierbarkeit Durch Auseinanderschneiden und Schreddern. Stahlteile können durch Magneten entfernt werden. Große Bauteile können wiedergewonnen werden. Man kann größere Teile wie beim Massivbau wieder verwenden. Die Dämmung kann komplett wiederverwendet werden. Schwierig ist die Wiedergewinnung der Trockenbauplatten. - Baustoffe Beton C 45/55; Spannstahl St 1570/1770 Nadelholz C 24 nach DIN 4074 Konstruktionsvollholz C 24 KVH nach DIN 4074, Brettschichtholz Gl 24h; Gl 28c; Gl 32c Gips- und Holzwerkstoffe entsprechend der jeweiligen Normen oder Allgemeinen Bauaufsichtlichen Zulassungen OSB- Platten nach Zulassung Z Erläuterungen in ATV DIN 18334: VOB/C - Zimmer- und Holzbauarbeiten sind einzuhalten! Lastannahmen Außenwand Holz Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² 1 optional Holzverkleidung 0,12 2 Mineralischer Putz (ρ= 1450 kg/m 3 ) 1,0 0, Thermowall-gf, N+F, Gutex (ρ = 190 kg/m³) 4,0 0,08 Horiz. Lattg. 30/100, OSB/4-top, EGGER; e = 60 cm (3,0) 0,04 Doppel-T-Träger, e = 1,28 m aus 30 mm Steg, OSB/4-top und aus 4 x 60/60 Gurt, KVH C 24) (30,0) 0,11 114

117 Außenwand Holz Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² Zellulosedämmung ISOFLOC (ρ= 60 kg/m³)) (von horiz. Lattg. bis OSB-Platte) 25,5 0,15 OSB-Platte OSB/4-top, Wandplatte EGGER, (ρ = 630 kg/m 3 ) 1,50 0,09 Zellulosedämmung ISOFLOC (bzw. Stütze 60/60; e = 64 cm; bzw. Lattung 50/30 und Weichfaserplatte 30 mm) 12,0 0,08 Zementgebundene Holzspanplatte Amroc (ρ = 1250 kg/m 3 ) 1,20 0,15 Gipsfaserplatten Fermacell (ρ = 1150 kg/m 3 ) 1,25 0,14 SUMME HOLZ [cm] 46,5 g k =1,11 Solarwand Eigenlast Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² 1 Glasscheibe (ρ= 2500 kg/m 3 ) 0,40 0,10 2 Halteprofil, Pfostendichtung, Abdeckleisten Kollektorfeld (Alublech) Rohrleitung 7,00 0,02 0,03 0, Thermowall-gf, N+F, Gutex (ρ = 190 kg/m³) 4,00 0,08 Horiz. Lattg. 30/100, OSB/4-top, EGGER; e = 60 cm (3,00) 0,04 Doppel-T-Träger, e = 1,28 m aus 30 mm Steg, OSB/4-top und aus 4 x 60/60 Gurt, KVH C 24) (30,0) 0,11 Zellulosedämmung ISOFLOC (ρ= 60 kg/m³)) (von horiz. Lattg. Bis OSB-Platte) 25,5 0,15 OSB-Platte OSB/4-top, Wandplatte EGGER, (ρ = 630 kg/m 3 ) 1,50 0,09 115

118 Solarwand Eigenlast Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² Zellulosedämmg. ISOFLOC (bzw. Stütze 60/60; e = 64 cm; bzw. Lattung 50/30 und Weichfaserplatte 30 mm) 12,0 0,08 Zementgebundene Holzspanplatte Amroc (ρ = 1250 kg/m 3 ) 1,20 0,15 Gipsfaserplatten Fermacell (ρ = 1150 kg/m 3 ) 1,25 0,14 SUMME HOLZ [cm] 52,9 g k =1,06 Brandwand Eigenlast Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² 1 Mineralischer Putz (r= 1450 kg/m 3 ) 1,0 0, Thermowall-gf, N+F, Gutex (ρ = 190 kg/m³) 4,0 0,08 Horiz. Lattg. 30/100, OSB/4-top, EGGER; e = 60 cm 3,0 0,04 Doppel-T-Träger, e = 1,28 m aus 30 mm Steg, OSB/4-top und aus 4 x 60/60 Gurt, KVH C 24) 30,0 0,11 Zellulosedämmung ISOFLOC (ρ= 60 kg/m³)) (von horiz. Lattg. bis OSB- Platte) 25,5 0,15 OSB-Platte OSB/4-top, Wandplatte EGGER, (ρ = 630 kg/m 3 ) 1,50 0,09 Zellulosedämmg. ISOFLOC (bzw. Stütze 60/60; e = 64 cm; bzw. Lattung 50/30 und Weichfaserplatte 30 mm) 12,0 0,08 Alt. Darstellung mit 2 cm Holzverschalung 3 cm Formline DFF 8 Gipsfaserplatten Fermacell (ρ = 1150 kg/m 3 ) 1,80 0,19 9 Glasfasergewebe 0,15 0,17 SUMME HOLZ [cm] 46,0 g K =1,06 116

119 Holzkastenfenster Nr. Baustoff Dicke [mm] char. Last kn/m² 1 Glas (ρ = 2500 kg/m 3 ) 0,016*25 4x4 0,40 2 Rahmen (0,07*0,25*6)= 0,11 kn/m 2 Flügel 0,08²*6*2 = 0,08 kn/m bei Fenster b/h = 1,20/2,10 (0,11*~6,6+0,08*~5,8)/2, ,50 SUMME g K gem = 0,45 Trag. Innenwand Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² Gipsfaserplatten Fermacell (ρ = 1150 kg/m 3 ) 1,25 0,14 OSB-Platte OSB/4-top, Wandplatte EGGER, (ρ = 630 kg/m 3 ) 1,5 0,09 Wandständer 100/100, KVH C24 e = 62,5 cm (10) 0,10 Zellulosedämmung ISOFLOC (ρ= 60 kg/m³), Lattung, HWF 14,8 0,09 Zementgebundene Holzspanplatte, Amroc (ρ = 1250 kg/m 3 ) 1,2 0,15 Gipsfaserplatten Fermacell (ρ = 1150 kg/m 3 ) 1,25 0,14 SUMME HOLZ [mm] 20,0 g K =0,71 Nichttrag. Innenwand zweischalig Nr. Baustoff Dicke [cm] char.last kn/m² Gipsfaserplatten Fermacell (ρ = 1150 kg/m 3 ) 1,25 0,14 OSB-Platte OSB/4-top, Wandplatte EGGER, (ρ = 630 kg/m 3 ) 1,50 0,09 Wandständer KVH C24; 60/80 e = 62,5 cm (8,00) 0,05 117

120 Nichttrag. Innenwand zweischalig Nr. Baustoff Dicke [cm] char.last kn/m² 1 Gipsfaserplatten Fermacell (ρ = 1150 kg/m 3 ) 1,25 0,14 2 Wandständer OSB-Platte OSB/4-top, KVH C24; 60/80; Wandplatte 1,50 0,09 5 EGGER, (ρ = 630 kg/m 3 ) e = 62,5 cm (8,00) 0,05 3 OSB-Platte Wandständer OSB/4-top, KVH C24; 60/80 Wandplatte (8,00) 0,05 6 EGGER, (ρ = 630 kg/m 3 ) e = 62,5 cm 1,50 0, Gipsfaserplatten Fermacell Zellulosedämmung ISOFLOC (ρ = 1150 kg/m 3 ) (ρ= 60 kg/m³) 1,25 24,0 0,14 0,15 SUMME HOLZ [cm] 29,5 g K =0,71 Dachaufbau Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² 1 Kiesdeckung (ρ= 1800 kg/m 3 ) 5,0 0,90 2 Abdichtung Tectofin RV 1,0 0, Dachplatte OSB/4-top, EGGER, (ρ = 630 kg/m 3 ) 2,20 0,14 Zellulosedämmung ISOFLOC (ρ = 55 kg/m 3 ) (28,00) 0,15 Dach-Träger, 100/280. Gl 24h; (ρ = 600 kg/m 3 ) 28,0 0,22 Dachplatte OSB/4-top, EGGER, (ρ = 630 kg/m 3 ) 1,5 0,09 Zellulosedämmg. ISOFLOC (ρ = 55 kg/m 3 ) 17,0 0,09 Lattung 60/40, NH C24; e 35 cm, 18mm Weichfaser (5,80) 0,04 Gipsfaserplatten Fermacell (ρ = 1150 kg/m 3 )mit Zwischenlage aus Glasfasergewebe 3,30 0,40 Akustikplatte Heradesign fine, HE- RAKLITH 2,50 0,12 118

121 Dachaufbau Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² SUMME HOLZ [cm] 60,5 g 7 =2,20 DF Deckenaufbau Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² 1 Linoleum 0,40 0, Zementgebundene Holzspanplatte, Amroc (ρ = 1250 kg/m 3 ) 1,80 0,23 Holzweichfaser Thermofloor, GU- TEX (ρ = 160 kg/m 3 ) 2,00 0,03 Deckenplatte OSB/4-top, EGGER, (ρ = 630 kg/m 3 ) 2x 1,50 0,18 Deckenbalken, 120/280. Gl 24h; (ρ = 600 kg/m 3 ), e 60 cm 28,00 0,34 SUMME HOLZ [cm] 35,20 g K =0,82 Unterdecke Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² 1 2 Vollholzbalken 100/200. Gl 24h; e 1,00 m (20,00) 0,12 Zellulosedämmg. ISOFLOC (ρ = 45 kg/m 3 ) 35,00 0,16 3 Lattung 60/40; e 350 cm, HWF (4,00) 0, Gipsfaserplatten Fermacell (ρ = 1150 kg/m 3 )mit Zwischenlage aus Glasfasergewebe 3,30 0,40 Akustikplatte Heradesign fine, HERAKLITH 2,50 0,12 SUMME HOLZ [cm] 40,80 g K =0,84 119

122 Bodenplatte Nr. Baustoff Dicke [cm] char. Last kn/m² 1 Linoleum 0,40 0, Zementgebundene Holzspanplatte, Amroc (ρ = 1250 kg/m 3 ) 1,80 0,23 Holzweichfaser Standard-n, GUTEX (ρ = 250 kg/m 3 ) 1,80 0,05 Bodenplatte OSB/4-top, EGGER, (ρ = 630 kg/m 3 ) 2x 1,50 0,18 Zellulosedämmg. ISOFLOC (ρ = 45 kg/m 3 ) (28,00) 0,13 Bodenträger, 60/280. Gl 24h; (ρ = 600 kg/m 3 ), e 60 cm 28,00 0,17 Untere Bodenplatte OSB/4-top, EGGER, (ρ = 630 kg/m 3 ) 1,50 0,09 SUMME HOLZ [cm] 36,50 g K =0,82 - Geltende Vorschriften: Siehe Tabelle 2: zutreffende DIN-Vorschriften - Zeichnerische Darstellung des Gebäudeentwurfes - Grundrisse --1. Entwurf Bild A9 A12 Ausführung In der ursprünglichen Grundrissgeometrie, der Schmetterlingsform, treten statisch für die Geschossdecken über EG, 1.OG und Dachdecken Einfeld-, Zweifeld und Dreifeldträger auf. Hierbei treten bei den Geschossdecken Spannweiten bis 7,15 m als Einfeldträger, 6,80m/5,50m als Zweifeldträger und 7,00 m/ 4,00/5,15 als Dreifeldträger auf. Beim Dachtragwerk, Flachdach treten hauptsächlich Dreifeldträger auf ( z. B. 9,00/2,50/5,80; 7,00/4,95/4,35m). Da diese Entwurfsvariante nicht mehr zur Ausführung kommt, erfolgt keine Lastermittlung. 120

123 Bild A 9 P01-Var.Schmetterling - Bodenplatte + Fundamente 121

124 Bild A 10 P01-Var.Schmetterling - Decke über Erdgeschoss 122

125 Bild A 11 P03-Var.Schmetterling - Decke über 1.Obergeschoss 123

126 Bild A 12 P04-Var.Schmetterling - 2.Obergeschoss + Dach 124

127 Bild A 13 Grundriss aktuell - Erdgeschoss 125

128 Bild A 14 Grundriss aktuell - 1. Obergeschoss 126

129 Bild A 15 Grundriss aktuell - 2.Obergeschoss 127

130 Detail AW.De.02a siehe Bild A7 Für die nunmehr zur Ausführung entwickelte Grundrissgeometrie (Siehe Bilder A13 bis A15) sind hier exemplarisch, wie bei den vorgenannten beiden Bauweisen, der Bereiche Hortraum, Flur, Hortraum untersucht wurden. Auflagerlasten auf OK Holzbodenplatte - an Außenwand AW 1: vert. Belastung: (char.) aus G wand = 0,94*10,90 = 10,25 kn/m aus Dach Da.01a) g k = 6,94 kn/m Da.02a g k = 6,68 kn/m Da.03a g k = 6,88 kn/m; (s K = 2,00 kn/m; w dk = 0,47 kn/m) aus Dach auf Wand g k =1,29*0,35 = 0,45 kn/m aus Decke ü. 1. OG NTI/2./1. G k = 10,96 kn; 1.03a/UD1 g k = 3,41+2,38 kn/m; q k =8,89 kn/m aus Decke ü. EG E.03a/UD1 g k = 5,79 kn/m; q k = 8,89 kn/m E.NTI G k = 5,22 kn; Einflussbreite im EG b = 15,39 m; b =14,11 m g k = (10,25*15,39+7,39*15,39+11,04*4,35+11,58*11,04+16,18)/14,11 = 32,85 kn/m q k = (17,70*4,35+17,78*11,04)/14,11 = 19,37 kn/m - an Außenwand AW 2: vert. Belastung: (char.) aus G wand = 0,94*10,9 =10,25 kn/m aus Dach (Da.03a) g k = 6,88 kn/m aus Dach auf Wand g k = 1,29*0,35 = 0,45 kn/m aus Decke ü. 1. OG NTI/2.+1.OG G k = 10,96 kn 1.03c/E.03c g k = 2,81 kn/m; q k = 7,90 kn/m UD1 g k = 2,38 kn/m aus Decke ü. EG NTI G k = 5,22 kn 128

131 Einflussbreite im EG b = 3,84 m, b = 3,08 m g k = (17,58+12,64)*3,84/3,08 = 37,68 kn/m q k = ( 20,22*3,84)/3,08 = 25,21 kn/m - an Innenwand IW 1: g k = (40,71*9,19+16,18)/8,18 = 47,71 kn/m q k = (43,70*9,19)/8,18 = 49,10 kn/m - an Innenwand IW 2: g k = (20,69*11,84+20,02*11,84+16,18)/11,34 = 43,93 kn/m q k = (43,70*11,84)/11,34 = 45,63 kn/m Den unteren Abschluss der Gebäudehülle bildet eine Holzbodenplatte. Unter den tragenden Außen- und Innenwänden lagert die Gründung. Hierzu werden Spannbeton-Hohldeckenplatten als Streifenfundamente eingebaut, die als elastisch gebetteter Balken zu bemessen sind. Bild A 16 Skizze zur Gründung 129

132 16.3 Untersuchung der von INS und EGGER entwickelten entkoppelten Holzbalkendecke Tragfähigkeit Pos. Einfeldträger aus Brettschichtholzbalken mit Balkenabstand von # 60 cm als Verbundquerschnitt mit Nutzlast q = 3,00 kn/m² (Schulräume) - System Einfeldträger, beidseitig gelenkig gelagert, Anschluss an Kopfbalken mit Balkenschuh o. vgl., L = *b Kopfb. = *120 = 6760 mm Verbunddecke aus Vollholzbalken u. 2 aufliegenden OSB/4 - top Platten ant. Dreieckslast geht in Kopfbalken - Belastung ständige Last Nutzlast g 1 = 0,33 KN/m; g 2 = 0,33 KN/m q k = 1,79 KN/m g d1 = 1,35(0,33 = 0,44 kn/m; g d2 = 1,35(0,33 = 0,44 kn/m q d =1,5 (1,79 = 2,69 KN/m - Schnittkräfte M fd = 20,38 knm; V d = 11,62 kn - Verbundquerschnitt aus nachgiebig miteinander verbundenen Teilen gew. b/h = ~ 120)280 Gl 24h; e # 60 cm 2 x 15 mm OSB/4- top von EGGER b M = b +b 2 = 0,9*47,5+12 = 54,8 cm (b mit 0,9 b f angen.) A 1/1 = 54,8*1,5 = 82,2 cm² A 1/2 = 54,8*1,5 = 82,2 cm² I 1/1 = 1,5³*54,8/12 = 15,41 cm 4 = I 1/2 E 1/1 = E2 = 430 kn/cm² E 1/2 = Ez= 320 kn/cm² 130

133 nach DIN 1052, nach Bild 5- Typ C k K = /k K1 * k K2 bzw. bei Holzwerkstoff/ Holz- Verb. = k KHolz a) Abstand der Verb.mittel: e = 1 x 10/2 x 25 cm, i e = (100/10+2*4) = 5,6 cm K ser1 = (k 1,5 K /25)(d 0,8 = (380 1,5 /25)(6,0 0,8 = 1242 N/mm gem. K ser ~ (10*1242+8*934)/18 = 1105 N/mm b) Abstand der Verb.mittel: e = 1 x 30/2 x 30 cm, i e = (100/3*3,3) = 10 cm gem. K ser ~ (3,3*1242+6,6*934)/9,9 = 1037 N/mm b) Abstand der Verb.mittel: s 1 = 5,6 cm - ( 1 = 1/[1+(B²*430*82,2*5,6) /(676²*11,05)] = 0,721 - a 1/2 = (1/2)*[0,721*430*82,2*3] /(0,721*430*82,2+320*82,2) = 0,74 cm - a 1/1 = (0,75-0,74)+0,75 = 0,76 cm - (E*I y ) ef = (430*15,41) + (320*15,41) + (0,721*430*82,2*0,76²) + (320*82,2*0,74²) (E*I y ) ef = kncm² c) Abstand der Verb.mittel: s 1 = 10 cm - ( 1 = 1/[1+(B²*430*82,2*10) /(676²*10,37)] = 0,576 - a 1/2 = (1/2)*[0,576*430*82,2*3] /(0,576*430*82,2+320*82,2) = 0,65 cm - a 1/1 = (0,75-0,65)+0,75 = 0,85 cm - (E*I y ) ef = (430*15,41) + (320*15,41) + (0,576*430*82,2*0,85²) + (320*82,2*0,65²) (E*I y ) ef = kncm² 131

134 vereinfacht weiter gerechnet als Vergleich mit: I ef1 = (b M *t 3 /12) = 54,8*3³/12 = 123,3 cm 4 E 1 = E 1 = (E 1 *I ef1 )/(b M *t 3 /12) = 37380/123,3 = 303 kn/cm² < 430 bei einer OSB Platte A 1 = b M *t = 54,8*3 = 164,4 cm² A 2 = 12*28 = 336 cm²; I 2 = cm 4 ; E 2 = 1160 kn/cm² K ser = (k K 1,5 /25)(d 0,8 = (380 1,5 /25)(6,0 0,8 = 1242 N/mm - s 1 = 30 cm < es wird nur die Verschraubung angesetzt, zusätzlich ist von unterer Platte noch Verklammerung in Balken vorhanden s 1 = 30 cm - ( 1 = 1/[1+(B²*303*164,4*30) /(676²*12,42)] = 0,278 - a 2 = (1/2)*[0,278*303*164,4*(31)] /(0,278*303*164,4+1160*336) = 0,53 cm - a 1 = (14-0,53)+1,5 = 14,97 cm - (E*I y ) ef = (303*121,5) + (1160*21952) + (0,278*303*164,4*14,97²) + (1160*336*0,53²) (E*I y ) ef = kncm² I yef = /1160 = cm 4 - Verbindungsmittel Schraube Schraube mit Gewinde nach DIN 7998, d > 8 mm ist vorzubohren, Einschraubtiefe $ 4*d 132

135 - Lochleibungsfestigkeit Schraube f 1,k = 65*d -0,7 *t 0,1 < Gl. 222 DIN 1052 f h,1,k = 65*6,0-0,7 *30 0,1 = 26,06 N/mm² d = 6,0 mm; t = 30 mm f h,2,k = 0,082*D K *d -0,3 < Gl. 212 DIN 1052 f h,2,k = 0,082*380*6,0-0,3 = 18,20 N/mm² D K = 380 kg/m³; d = 6,0 mm $ = f h,2,k / f h,1,k = 18,20/26,06 = 0,70 R K = /[2*$/(1+$)]* /2* M y,k *f h,1,k *d < Gl. 191 DIN 1052 Sr 6,0 R K = 0,907* /2* 6329*26,06*6,0 R K = 0,907*1406,84 = 1276,0 N ) R K = min {R K ; 0,25*R a,x,k < Gl. 231 DIN 1052 R a,x,k = min {f h,1,k *d*l ef ; f h,2,k *d k ²} d k = Kopfdurchmesser < Gl. 235 DIN 1052 Sr 6,0 R a,x,k = 70*10-6 *380²*6*58,9 = 3572 N R a,x,k = 60*10-6 *380²*12² = 1248 N Sr 6,0 ) R K = 0,25*1248 = 311,9 N 133

136 - Bem.wert Tragfähigkeit pro Sr R d = k mod *(R K + ) R K ) /( m < Gl. 195 DIN 1052 Sr 6,0 R d = 0,75*( ,9)/1,1 = 1083 N = 1,083 kn (bei einschnittiger Verbindg.) k mod = 0,7 (OSB), 0,8 (Vollholz); gem. k mod = 0,75; ( m = 1,1 (Stahl, Tab. 1, Zeile 3.1) - Nachweis F 1,d / R d < 1 Kl. 1,83 Sr 4,2 Sr 6,0 Sr 8,0 aufn R d [kn] 0,53 0,478 1,083 1,688 F 1,d = V max,d * (( 1 *E 1 *A 1 *a 1 *s 1 /(E*I y ) ef < Gl. 34 DIN 1052 F 1,d = 11,62*(0,278*303*164,4*14,97*30)/( ) = 2,517 kn F 1,d / R d = 2,517/ 2*1,083 = 1,15 n< 1 (infolge Schraube durch 2 OSB- Platten wird Zweischnittigkeit angesetzt) Das bedeutet, die Schraubabstände sollten reduziert werden, wobei zu berücksichtigen ist, dass zusätzlich noch eine Klammerverbindung vorhanden ist. 134

137 Gebrauchstauglichkeitsnachweis zur Überprüfung der Schwingungsanfälligkeit q = 3,00 kn/m² w G,inst. = 0,96 *21952/ *24753 = 0,85 cm w Q,inst. = 2,02*0,887 = 1,79 cm w g *,inst = 0,85+ 0,6*1,79 = 1,92 cm > 0,6 cm w g,fin = w g,inst * (1+K def ) = 0,85 *1,6 = 1,36 cm K def = 0,6 w q,fin,char. = w Q,inst * (1+R 2 *K def ) = 1,79 *(1+0,6*0,6) = 2,43 cm (R 2 = 0,6- Nutzlast Kat. C) w q,fin,qs = R 2 * w Q,inst * (1+ *K def ) = 0,6*1,79 *(1,6) = 1,72 cm w Q,inst = 1,79 cm # l)300 = 676)300 = 2,25 cm (w g,fin + w q,fin,char. ) - w G,inst. = (1,36+2,43)-0,85 = 2,94 cm # l)200 = 676)200 = 3,38 cm (w g,fin + w q,fin,qs ) - w o = (1,36+1,72)-0 = 3,08 cm # l) 200 = 3,38 cm w G *,inst. = 0,6 cm = 6 mm erf I ~ w G *,inst. ~ 0,27+0,6*0,56 = 0,6 cm 120/ x 15 mm OSB 135

138 Pos. Zweifeldträger aus Brettschichtholzbalken mit Balkenabstand von # 60 cm (mit Nutzlast q = 3,00 kn/m² z. B. Schulräume) - System Zweifeldträger mit SL 1 = 3,00 m und SL 2 = 7,00 m - Belastung e = 60 cm ständige Last Nutzlast g 1 = 0,55*0,6 = 0,33 KN/m; g 2 = 0,55*0,6 = 0,33 KN/m q k = 3,00*0,6 = 1,80 KN/m g d + q d = 1,35 (0,66 %1,5 (1,80 = 3,59 KN/m - Auflagerkräfte A = 4,12 KN/m; A g = -0,05 kn/m; A p = 4,16 kn/m B = 29,53 KN/m; B g = 7,92 kn/m; B p = 21,61 kn/m C = 17,79 KN/m; C g = 3,12 kn/m; C p = 8,66 kn/m - Schnittkräfte M yf1,d = 1,92 KNm; M yf2,d = 14,85 KNm; M ys,d = 16,61 KNm; V y,d = 14,94 kn - Bemessung gew. b/h = ~ 120)360 Gl 24h; e # 60 cm W y = 2592 cm³; W z = 864 cm³; I y = cm 4 ; I z = 5184 cm 4 - Spanng. nachweise f m,y,d ' 2,4*1,1* 0,9 ) 1,3 ' 1,83 KN)cm² F - Feld F m,y,d = 1485/2592 = 0,57 kn/cm² F m,y,d / f m,y,d = 0,57/1,83 = 0,31 < 1 136

139 F - Stütze F m,y,d = 1661/2592 = 0,641 kn/cm² F m,y,d / f m,y,d = 0,641/1,83 = 0,35 < 1 Schub: GL 24h: f v,d = 0,25 ( 0,9 ) 1,3 = 0,173 kn/cm² J d = ( 1,5 (V d ) A ) = 1,5*14,94/12*36 = 0,052 kn/cm² J d / f v,d = 0,30 < 1 - Auflagerpressung: Mittelauflager erfolgt auf Holzweichfaserstreifen, d = 18 mm, t = 80 mm, Endauflager t = 49 mm/ 5 mm Toleranz GL 24h: (K c,90 = 1,0 bei l 1 < 2*h; l 1 = lichter Abstand zw. Balken: 47,5 < 56 cm) (f c,90,d = 0,27 kn/cm²) F c,90,d = F c,90,d ) A ef = 25,86/~22*8,0 = 0,147 kn/cm² F c,90,d / K c,90 ( f c,90,d = 0,147/1,0*0,27 = 0,54 < 1 Als Holzweichfaser wird GUTEX Standard-n verwendet, hier liegen bezüglich zuläss. Querdruckpressung (Einsenkungen) keine Prüfergebnisse vor. - Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit Anfangsverformung ständige Last: g = 0,66 KN/m veränderliche Last: p = 1,80 KN/m E o,mean = 1160 kn/cm² w G,inst. = 0,24 cm; w Q,inst. = (1,58*0,6)-0,24 = 0,71 cm - Endverformung aus ständ. Last Kriechverformungen ( NKL.1 ) w g,fin = w g,inst * (1+K def ) = 0,24*1,6 = 0,38 cm <(K def = 0,6) aus Nutzlast, charakt. 137

140 w q,fin,char. = w Q,inst * (1+R 2 *K def ) = 0,71*(1+0,6*0,6) = 0,96 cm <(R 2 = 0,6- Nutzlast Kat. C) aus Nutzlast, quasi ständig w q,fin,qs = R 2 * w Q,inst * (1+ *K def ) = 0,6* 0,71 *(1,6) = 0,68 cm Seltene (charakt.) Bemessungssituation * Nachweise gegen Schäden elastische Durchbiegung ( ohne Kriechen, nur für Verkehrslast ) w Q,inst = 0,71 cm # l)300 = 700)300 = 2,33 cm Enddurchbiegung ( mit Kriechen, ohne Eigengewicht elast. ) (w g,fin + w q,fin,char. ) - w G,inst. = (0,38 + 0,96)- 0,24 = 1,10 cm # l)200 = 700)200 = 3,50 cm Quasi ständ. Bemessungssituation Nachweis gegen optische Beeinträchtigung (Enddurchbiegung Eigengewicht + Kriechen Verkehrslast ) (w g,fin + w q,fin,qs ) - w o = (0,38 + 0,68)-0 = 1,06 cm # l) 200 = 3,50 cm Nachweis gegen Unbehagen ( Schwingungen ) w g *,inst = w G,inst. + R 2 * w Q,inst # 6 mm ( 7,2 Hz) - Durchbiegung des ( ideellen ) Einfeldträgers unter ( quasi-) ständiger Last w g *,inst = 0,24 + 0,6*0,71 = 0,66 cm ~ 0,6 cm Bei Schulen nicht zwingend gefordert! Durch die Verbundwirkung mit den beiden aufliegenden OSB- Platten wird die o. g. Durchbiegung w g *,inst unter 0,6 cm liegen! Hinweis: Art Mittelauflager hat Einfluss auf Gebrauchstauglichkeit, ob festes Auflager (z. B. Wand) oder elastisch nachgiebige Lagerung (z. B. Unterzüge) 138

141 Bei Unterzugauflager sollte Durchbiegungsbeschränkung für den UZ von 0,25 mm/ 1 kn in Feldmitte eingehalten werden w stat = (1 kn*l³ UZ )/48*E*I UZ # 0,25 mm (Einfeldträger) Im Rahmen eines Förderprojektes der Fa. EGGER erfolgte die Prüfung eines Deckenelementes in den Abmessungen 7 m x 2,5 m als Einfeldträger (Prüfstandbedingt) ohne Unterdecke. Dabei wurde unter Eintragung einer simulierten Flächenlast mit schrittweiser Lasterhöhung bis zu einer max. Auflast von 100 kn die Durchbiegung gemessen. Ebenso wurden Dehnungsmessungen durchgeführt. Der Versuch wurde an der HTWK Leipzig durchgeführt. Das Grundelement der Decke besteht aus 5 Längsträgern aus Brettschichtholz (Gl 24h) im Querschnitt b/h = 120/280 mm, Achsabstand 595 mm, aus zwei Randquerträgern aus gleichem Material und Querschnitt (b/h = 120/280 mm). Darauf lagert eine OSB/4-top-Deckenplatte, d = 15 mm, der Fa. EGGER mit Hauptspanrichtung z zur Spannrichtung der Längsträger. Die drei mittleren Längsträger werden am Ende auf einem Balkenschuh aufgelagert, der mit den Randquerträgern und den Längsträgern mittels Nagelverbindung gehalten wird. Zur Befestigung der OSB- Platten: < untere Platte: Q 25 BAB Klammer Kl. 1,83 x 63 x 11,4 SENCO im Abstand e = 100 mm, ã 30 zur Faserrichtung in alle Balken < obere Platte: ASSY plus Senkfräskopf Teilgewinde, verz., AW 30, Sr 6,0 x 90 von WÜRTH im Abstand e = 300 mm, in alle Balken und in untere OSB- Platte an den Stößen der unteren und der oberen Platte Senkkopfschraube mit Teilgewinde, Sr 4,2 x 32 u. Sr 4,2 x 38 von STRONG TIE im Abstand; e = 250 mm und an Plattenstößen der unteren und oberen Platte beidseitig; e = 100 mm. 139

142 Ergebnisse der Durchbiegungsversuche Elementabmessung: L = 7,00 m; B = 2,50 m; Spannweite: 6,76 m, A = 17,5 m² Belastung: Art der Last Flächenlast (ohne Lastfaktor) Eigenlast Decke g 1 = 0,55 kn/m² Ausbaulast (gew. Fußbodenaufbau) g 2 = 0,55 kn/m² Nutzlast (Kat. A) q 1 = 2,30 kn/m² Nutzlast (Kat. C) q 2 = 3,00 kn/m² e g Decke = 0,55*17,5 = 9,63 kn = 960 kg Trägheitsmoment: I b = 0,595 m = cm 4 3 x Mittelbereich 2 x 15 mm EGGER OSB/4- top/ ~ 120/280, Gl 24h I b = 0,357 m = cm 4 2 x Randbereich vereinfacht nur angesetzt: ~ 120/280, Gl 24h 3I ef = (24753* *2) = cm 4 Rechnerische Durchbiegungen: w G,inst. = 0,85 cm bei I = cm 4 + b = 59,5 cm w g *,inst = 0,85+ 0,3*1,37 = 1,26 cm bei q 1 = 0,3*2,30 kn/m² + I = cm 4 + b = 59,5 cm w g *,inst = 0,85+ 0,6*1,79 = 1,92 cm bei q 2 = 0,6*3,00 kn/m² + I = cm 4 + b = 59,5 cm 140

143 w Q,inst. = 1,37 cm bei q 1 = 2,30 kn/m²+ I = cm 4 + b = 59,5 cm w Q,inst. = 1,79 cm bei q 2 = 3,00 kn/m² + I = cm 4 + b = 59,5 cm Laststufen: Laststufe Flächenlast Gesamtlast Linienlast [kn/m²] [kn] [kn/m] LS 1: 2 t g 1 +g 2 = 1,10 1,10*17,5 = 19,25 19,25/6,76 = 2,85 LS 2: 3,2 t g 1 +g 2 +0,3 q 1 = 1,79 (1,10 + 0,3*2,30)*17,5 = 31,33 31,33/6,76 = 4,63 LS 3: 5,15 t g 1 +g 2 +0,6 q 2 = 2,90 (1,10 + 0,6*3,00)*17,5 = 50,75 50,75/6,76 = 7,51 LS 4: 6 t g 1 +g 2 +q 1 = 3,40 (1,10 + 2,30)*17,5 = 59,50 59,50/6,76 = 8,80 LS 5: 7,25 t g 1 +g 2 +q 2 = 4,10 (1,10 + 3,00)*17,5 = 71,75 71,75/6,76 = 10,61 LS 6: 9,00 t g 1 +g 2 +q 3 = 5,10 (1,10 + 4,00)*17,5 = 89,25 89,25/6,76 = 13,20 LS 7: 10,00 t q = 6,56 6,56*17,5 = 114,88 114,88/6,76 = 16,99 Last aus Prüfvorrichtung: 528 kg Laststufe somit Auflast HTWK Laststufe Auflast HTWK LS 1: = 437 kg LS 4: = 4462 kg LS 2: = 1645 kg LS 5: = 5687 kg LS 3: = 3587 kg LS 6: = 7437 kg 141

144 Vorverformung aus: Eigengewicht Decke: 0,55*2,50 = 1,38 kn/m Prüfvorrichtung: 5,28 kn/6,76 = 0,78 kn/m 2,16 kn/m w G,inst. = = (5*1,38*6,76 4 *10 6 ) /(384*1160*118163) = 0,27 cm w G,inst.+Prüfvorr. = (5*2,16*6,76 4 *10 6 ) /(384*1160*118163) = 0,43 cm - Gemittelte gemessene Durchbiegung in Feldmitte aus: (3 IWA 3+ IWA 2+ IWA 4) / 5 Auswertung Durchbiegungsversuche Gegenüberstellung rechnerische Durchbiegung/ Versuchsdurchbiegung Last- rechn. Durchbiegung w rechn Durchbiegung % stufe [mm] aus Versuch w Vers / w Vers [mm] w rechn LS 1: w = (2,5/0,595)* 0,85*(24753/118163)*10 w = 7,5 4,3+ (3*1,33+0,78+0,94)/5 5,4 72,5 LS 2: w = (2,5/0,595)* 1,26*(24753/118163)*10 w = 11,1 4,3+ (3*4,75+3,38+3,40)/5 8,5 76,7 LS 3: w = (2,5/0,595)* 1,92*(24753/118163)*10 w = 16,9 4,3+ (3*10,40+7,60+7,35)/ 5 13,5 80,0 LS 4: w = (2,5/0,595)* (0,85+1,37)*(24753/118163)* 10 w = 19,5 4,3+ (3*13,13+9,63+9,25)/ 5 15,9 81,8 142

145 Last- rechn. Durchbiegung w rechn Durchbiegung % stufe [mm] aus Versuch w Vers / w Vers [mm] w rechn LS 5: w = (2,5/0,595)*(0,85+1,79) *(24753/118163)*10 w = 23,2 4,3+ (3*17,02+12,53+12,0 )/5 19,4 83,7 LS 6: w = (2,5/0,595)* (0,85+2,39)*(24753/118163)* 10 w = 28,5 4,3+ (3*23,02+16,83+16,0 7)/5 24,7 86,6 LS 7: w = (2,5/0,595)* (0,85+3,26)*(24753/118163)* 10 w = 36,2 4,3+ (3*30,67+22,68+21,9 8)/5 31,6 87,3 Der Vergleich zwischen Rechnung und Versuch zeigt, dass die auftretenden Verformungen, um so größer die Belastung wird, sich den rechnerisch ermittelten Verformungen annähern. Bei Annahme des Vergleichs-E-Modul von 1160 kn/cm² und der statisch festgelegten Durchbiegungsformel für Einfeldträger mit gleichmäßiger Linien(Flächen)- last von: w = 5*q*l 4 / 384*E*I müsste somit das rechnerisch ermittelte Trägheitsmoment I etwas größer sein, z. B. im ungünstigsten Fall LS 7: I = /0,87 = cm 4. Bei der Berechnung wurde nicht die durch den Kopfbalken steifere Auflagerausbildung berücksichtigt! Der durch die Schraubverbindungen OSB/ OSB/ Balken entstehende Schlupf wird offensichtlich mit steigender Belastung größer, bedingt durch die größere Verformung der Decke. 143

146 Schwingungsverhalten Lt. DIN 1052: , Abschnitt 9.3, Absatz 2 sollten bei Decken unter Wohnräumen Unbehagen verursachende Schwingungen vermieden werden. Es zeigt sich, dass sich Menschen bei niedrigen Frequenzen, bedingt durch Stoßanregungen der Decke, unwohl fühlen. Deshalb sollte die Decke eine Eigenfrequenz von mehr als 7,2 Hz erreichen. DIN 1052: f = (5//0,8*w = 5//0,8*0,6 = 7,22 Hz < gilt für Einfeldträger w = Durchbiegung aus g + (R 2 * q) in cm Die Kriterien der Frequenzanforderung sollten bezüglich Schwingen eingehalten sein. Für Decken unter beispielsweise Turn-, Sport- oder Tanzräumen können besondere Untersuchungen notwendig sein. Für Decken unter Schulräumen ist der Schwingungsnachweis nicht zwingend erforderlich, d. h. es sollte vor Aufstellung der statischen Berechnungen des Gebäudes individuell mit dem jeweiligen Auftraggeber festgelegt werden, ob die o. g. Forderung der Eigenfrequenz $ 7,22 Hz berücksichtigt werden soll. Neben Frequenzanforderung sollten für die Einschätzung der Gebrauchstauglichkeit auch Steifigkeits- u. Massenkriterium untersucht werden! 1. Eigenfrequenz 1. Ordnung z. B. Messung durch Sprungversuch in Anlehnung an Kreuzinger, Mohr-Schwing.-probleme nach EC 5 bei Wohnungsdecken gilt: f 1 = k 2 f * (B/2L 2 )* /[(E*I) L /m*b] (Hz 1/sec.) k f = 1 bei Einfeldträger, k f bei Zweifeldträger nach Bild 3.2 Eurocode 5 L = Spannweite [in m] m (q perm ) = Flächengewicht Decke + Aufbau+ Anteil ständ. Nutzlast [in kg/m²] (E*I) L /b = Biegesteifigkeit in Spannrichtung: = 11600* (b*h³/12)/balkenabstand [in Nm²/m] 144

147 Erhöhung der Eigenfrequenz durch Querbiegesteifigkeit z. B. mit aufliegender und befestigter OSB- Platte. bei Zweifeldträgern für L Y ges. L = L 1 + L 2 k f - Faktor zur Berücksichtigung der Lagerung Einfeldträger k f = 1,0; Zweifeldträger k f = nach Bild 3.2 Eurocode 5 Diagramm aus EC 5 2. Resonanzuntersuchung bei f 1 # 4 Hz- Resonanz bei Gehen, Laufen bei f 1 von 4 Hz - 8 Hz von Schwingbeschleunigung abhängig bei f 1 $ 8 Hz: n 40 = {[(40/ f 1 )²-1]*(b/L) 4 * [(E*I L ) / (E* I) b) } 0,25 Berechnung der Schwingbeschleunigung a,grenz > = 0,01 - Holzbalkendecke ohne schwimm. Estrich* > = 0,02 - geklebte Brettstapeldecke mit schwimm. Estrich* > = 0,03 - Holzbalkendecke mit schwimm. Estrich, mechan. Verbund. Konstr.* aus Blaß, Ehlbeck, Kreuzinger, Steck, Erläut. Zu DIN 1052: " 145

148 Schwingungsausschläge werden durch Personenbewegungen auf der Decke angeregt (Gehen, Joggen im Takt). z. B. Schrittfrequenz vom Gehen bis 2,5 Hz vom Laufen 2-3,5 Hz vom Hüpfen 2-3 Hz vom Tanzen 2-3 Hz a ~ 560*" 3 /m*b*l*> (aus Holzbau quadriga 4/2007) " 3 = Fourierkoeffizient # a 1 = 0,1 (m/s²) (normal, Wohlbefinden) # a 2 = 0,4 (m/s²) (gering, spürbar) # a 3 = 0,7 (m/s²) (sehr gering, spürbar störend) Messung Dämpfung mit Fallenlassen eines Sandsacks 3. Steifigkeitsanforderung Nach Kreuzinger, Mohr < Deckenkonstruktion widersteht Impulsen mit längerer und kürzerer Einwirkungsdauer Begrenzung der Durchbiegung für 1 kn Belastung 0,5 mm/ 1 kn bedeutet leicht schwingungsanfällig, höhere Anforderung 1,0 mm/ 1 kn bedeutet nicht schwingungsanfällig d. h. Einzellast von 1 kn in Feldmitte, geringe Anforderung w F = [(F*L³)/(48*E* I längs )* (1,1/L* 4 /E* I quer / (E*I längs ) # 0,5 mm - 4,0 mm w F = [(F*L³)/(48*E* I längs )* (1,1/L* 4 /E* I quer / (E*I längs ) # 0,5 mm - 4,0 mm 146

149 4. Massenanforderung Schwinggeschwindigkeit der Decke v grenz = 3/ 5/ 9 mm/s a) infolge Einheitsimpuls I = 1 Ns b) infolge Fersenauftritt I = 55 Ns (heel drop) Berücksichtigung des Dämpfungsmaß z. B. mit schwimm. Estrich (auch Trockenestrichplatten auf Holzweichfaser), dient gleichzeitig für den Trittschallschutz. ~ 2 % (0,02) < exakter oder experimentell zu ermitteln. Durch Verbundlösung mit zwei aufeinander liegenden OSB-Platten auf den Deckenbalken und z. B. einer Holzzementplatte wird die Steifigkeit in Längs- und Querrichtung erhöht. infolge Einheitsimpuls I = 1 Ns: ( Massenanforderung) v = [4*(0,4+0,6*n 40 )/(m*b*l+200) # b (.*f 1,1-1) [m/s] infolge Fersenauftritt I = 55 Ns (heel drop) v = 0,6/ m 0,5 * E*I längs 0,25 * E*I quer 0,25 # 6 * b (>*f1/1-1) [m/s] b = 50 (leicht, geringe Anford.); v grenz = 9 mm/s b = 100 (mittel, normale Anford.); v grenz = 5 mm/s b = 150 (streng, hohe Anford.); v grenz = 3 mm/s 147

150 Schwingungsversuche mit dem vorgenannten Deckenelement bei der HTWK: Bild A 17 Schwingungsversuche Elementabmessung: L = 7,00 m; B = 2,50 m; Spannweite: 6,76 m, A = 17,5 m² Vergleichs-E-Modul: MN/m² Fall 1:Konstr. aus Deckenbalken + 15 mm OSB/4-top verklammert g 1 = 0,55-0,015*6,3 = 0,46 kn/m² (46 kg/m²) Rechnerische Ermittlung von I ef : mitwirk. Plattenbreite b/l = 0,595/6,95 = 0,086 < 0,4; b M = b +b 2 = 0,9*47,5+12 = 54,8 cm; gew. b M = 54 cm A 1 = 54*1,5 = 81 cm² (Plattendicke: 1,5 cm) A 2 = 12*28 = 336 cm² E 1 = 320 kn/cm² (OSB auf Druck z; Nachw. Gebrauchstauglichkeit) E 2 = 1160 kn/cm² (Nachw. Gebrauchstauglichkeit) nach DIN 1052, nach Bild 5- Typ C Verbindungsmittel: Klammer 148

151 K ser = (k 1,5 K /60)(d 0,8 = (380 1,5 /60)(1,83 0,8 = 200,21 N/mm für k K gilt k KHolz bei Holzwerkstoff- Holz- Verb. (G 1 DIN) Abstand der Verb.mittel: s 1 = 10 cm ( 1 = 1/[1+(B²*E 1 *A 1 *s 1 ) /(L²*K ser )] < Gl. 29 DIN 1052 ( 1 = 1/[1+(B²*320*81*10) /(676²*2,0)] = 0,263 a 2 = (1/2)*[( 1 *E 1 * A 1 *(h 1 +h 2 )]/(( 1 *E 1 * A 1 +E 2 * A 2 ) < Gl. 30 DIN 1052 a 2 = (1/2)*[0,263*320* 81*(29,5)]/(0,263*320* *336) = 0,254 cm ~ 0,25 a 1 = [(h 2 /2)-a 2 ] + (h 1 /2) = (14-0,254)+0,75 = 14,496 cm ~ 14,50 (E*I y ) ef = (E 1 *I 1 ) + (E 2 *I 2 ) + (( 1 *E 1 * A 1 *a 1 ²) + (E 2 * A 2 *a 2 ²) < Gl. 25 DIN 1052 (E*I y ) ef = (320*15,19) + (1160*21952) + (0,263*320*81*14,50²) + (1160*336*0,254²) (E*I y ) ef = kncm²; I yef = /1160 = cm 4 I b = 0,595 m = cm 4 3 x Mittelbereich 1 x 15 mm EGGER OSB/4- top/ ~ 120/280, Gl 24h I b = 0,357 m = cm 4 2 x Randbereich vereinfacht nur angesetzt: ~ 120/280, Gl 24h rechnerisch 3I = (23213* *2) = cm 4 Hinweis: Wie bereits in der Auswertung der Durchbiegungsversuche erwähnt, kann davon ausgegangen werden, dass das rechnerische Trägheitsmoment zu gering angenommen ist. Deshalb wird bei Laststufe 1 w Vers /w rechn = 72,5 % das Trägheitsmoment mit I vergl. = /0,725 = cm 4 für nachfolgende Ermittlung der 1. Eigenfrequenz angesetzt. Fall 2: Konstr. aus Deckenbalken + 1. Lage 15 mm OSB/4-top + 2. Lage 15 mm OSB/4-top verschraubt g 1 = 0,55 kn/m² (55 kg/m²) 149

152 rechnerisch 3I = cm 4 I vergl. = /0,725 = cm 4 (Siehe Hinweis bei Fall 1) Fall 3: Konstr. analog Fall 2 aus Deckenbalken + 1. Lage 15 mm OSB+ 2. Lage 15 mm OSB verschraubt, zusätzlich als Auflast 30 mm HWL-Platte Formline DFF g 2/1 = 0,03*2,6 = 0,08 18 mm OSB- Platte g 2/2 = 0,018*6,3 = 0,11 0,19 g 1+2 = 0,55+0,19 = 0,74 kn/m² (74 kg/m²) rechnerisch 3I = cm 4 I vergl. = /0,725 = cm 4 (Siehe Hinweis bei Fall 1) 150

153 Laststufe f 1 über Reduzierung f 1 aus Reduzierung Durchbiegungs- Schwingungs- versuch versuch Fall 1 13,66 Hz 11,70 Hz Fall 2 12,75 Hz -6,7% 11,71 Hz 0 % Fall 3 10,99 Hz -13,8% 11,17 Hz -4,6 % Tabelle A 7 Gegenüberstellung 1. Eigenfrequenz f 1 über Durchbiegungsmessung/ f 1 aus Schwingungsversuch Auswertung: < Die Lasterhöhung von 19 kg/m² erzeugt beim Versuch eine Reduzierung von f 1 = 0,54 Hz! Bei Annahme w Vers /w rech von ~ 70% wäre für den Schwingungsversuch Fall 3 mit g = 0,74 kn/m² die zu erwartende Durchbiegung bei w = 3,6 mm, dies bedeutet mit Näherungsformel: f 1 ~ 5/ /(0,8*w): 151

154 f 1 = 5/ /(0,8*0,36) = 9,32 Hz (relativ große Abweichung zu Messergebnis von 11,17 Hz) < Aus gemessener Durchbiegung und angepassten Trägheitsmoment näherungsweise auf zu erwartende 1. Eigenfrequenz f 1 bei Laststufe 2 (Kat. A) und Laststufe 3 (Kat. C) schließen! LS 2: I vergl. = /0,767 = cm 4 LS 3: I vergl. = /0,800 = cm 4 LS 2 (g 1 +g 2 +0,3*q 1 ) = 1,79 kn/m² I vergl. = cm 4 f 1 = 6,87 Hz LS 3 (g 1 +g 2 +0,6*q 2 ) = 2,90 kn/m² I vergl. = cm 4 f 1 = 5,28 Hz Tabelle A 8 Näherungsweise Ermittlung 1. Eigenfrequenz f 1 für maßgebende Laststufen unter Beachtung DIN 1052: , DIN : und DIN : Schallschutz Zu beachten sind gesetzliche Grundlagen wie DIN 4109, DIN (04/2004) u. VDI RiLi 2569 (01/1990) Hier werden speziell nur zum Bauteil Trenndecke und Innenwände Ausführungen gemacht. 152

155 a) Trenndecke Die Bauakustik unterscheidet bei Decken die Lärmbelästigungen in Trittschall und Luftschall. Trittschall als Körperschall tritt z. B. durch Gehen, Stühlerücken vor. Luftschallbeispiele sind u. a. Sprache und Musik. Lt. DIN 4109 werden Anforderungen an den Schutz von Schallübertragung aus fremden Wohn- und Arbeitsbereichen festgelegt. Hierzu gilt Tabelle 3. So gilt z. B. für - Decken in Schulen R w # 55 db; L n,w $ 53 db - Decke zwischen Unterrichtsräumen u. besonders lauten Räumen (Musik-, Werkräume) R w # 55 db; L n,w $ 46 db Messung von Luft- und Trittschall nach DIN Wichtig bei der Schallbeurteilung ist die Schallübertragung durch Nebenwege, wie flankierenden Wände, haustechn. Anlagen. Flankierende Bauteile für Decken sind i. R. die Außenwand und 3 Innenwände. Auf Grund der akustischen Eigenschaften von Holzbalkendecken erweist sich gerade der Schallschutz als schwer abschätzbar. Gegenüber der Massivdecke ergeben sich schlechte Schalldämmwerte im tiefen Frequenzbereich (< 500 Hz). Maßgebend bei Holzdecken ist die Trittschalldämmung. Die Trittschallübertragung über flankierende Bauteile spielt in Holzhäusern eine untergeordnete Rolle. So weisen alte Holzbalkendecken durchschnittlich einen äquivalenten bewerteten Norm-Trittschallpegel von ca. L n,w,r = 58 bis 70 db (Mittelwert 68 db) 6 und ein Schalldämm-Maß von 45 db (Streubereich db) auf. Berechnung der Trittschalldämmung mittels Näherungsberechnungsverfahren von K. Gösele (aus Holzbau Handbuch 1999" R3 T3, Schallschutz bei Holzbalkendecken, Informationsdienst Holz). 153

156 Grundsatz: Trennung der 3 Übertragungseinflüsse Oberseitige Körperschallanregung der Decke Weiterleitung durch die Decke nach unten unterseitige Abstrahlung L n,w = L n,w,eq,h - ) L w, H - ) L n, w, Beschwerung + K L n,w = L n,w,eq,h - ) L w, H - ) L n, w, Beschwerung + K L n,w,eq,h = 61 db - äquivalenter bewerteter Norm- Trittschallpegel der Rohdecke (IdH 99, Tab. 5, Nr. 7) )L w,h = 8 db - Verbesserungsmaß aus schwimm. Bodenaufbau (IdH 99, sinngemäß Abb. 21, Var. ZSP) (z. B. 2 x 10 mm Holzzementplatten (oder 1 x 10 mm Gipsfaserplatten) auf 20 mm Thermofloor Holzweichfaserplatte, s = 30 MN/m³ als schwimmende Auflage) (g~ 25 kg/m² aus 2 x 10 mm Holzzementplatten) )L n,w,beschwerung = 7 db (IdH 99, Abb. 22, Linie d) )L n,w = L n,w,eq,h - )L w,h - )L n,w,beschwerung = = 46 db K = 5 db für L n,w = 46 db (IdH 99, Abb. 23) L n,w am Bau = L n,w + K - )L w,r, Nutzschicht : L n,w am Bau = = 51 db " 4 db = 47 db bzw. 55 db ~ < 53 db = erf L n,w Die Trockenestrichplatten (2 Lg. Holzfaserzementplatten oder 2 Lagen Fermacellplatten) sind durch eine Randfuge von den aufgehenden Wänden zu trennen. Die Trennung ist auch im Türbereich fortzusetzen. Die Fuge sollte 1 cm breit und vollständig mit Dämmstoff ausgefüllt sein. Geeignet sind Faserdämmstoffe oder elastifizierte 154

157 Schaumstoffe. Wellpappestreifen sollten nicht verwendet werden, da sie ab mittleren Frequenzen wie eine Körperschallbrücke wirken. Schallschluckende Oberflächen wie Akustikdeckenplatten, z. B. Heradesign fine von KNAUF, d = 25 mm, sollten in den Klassenräumen und der Aula eingebaut werden. Hier muss die Ermittlung Nachhallzeit RT 60 nach DIN in Abhängigkeit vom Raumvolumen und Frequenz erfolgen (durch Messung). Der Geräuschpegel liegt in deutschen Schulen bei bis zu 100 db, so dass eine gute Schalldämmung der Klassenräume unbedingt notwendig ist. Klassenräume zählen als kleine Räume, da < 250 m³ (DIN 18031) < Nachhallzeit T = 0,6-0,8 s Musikraum: < T = 1,15 s Aula zählt als mittelgroßer Raum ~ 1200 m³ (DIN 18041) < Nachhallzeit T = 0,9 s Neben Nachhallzeit ist auch auf die frühe Abklingzeit EDT und die Sprachverständlichkeit (Speech Transmission Index STI 0,56) zu achten! - Schallabsorption (Schalldämpfung) Als Schallabsorption wird in der Decke Zellulosedämmung eingebracht (Schallabsorptionsgrad nach DIN EN 20354) Für die Klassenräume sollte das Verhältnis Schallabsorptionsfläche/ Raumvolumen (A/V) untersucht werden (z. B. bei V = 246 m³, Schallschluckfläche A = ca. 50 m², d.h. 60% der Deckenfläche, also mit Randspiegel) Für den Aulabereich sind spezielle akustische Untersuchungen anzustellen. b) Innenwände Lt. DIN 4109 werden Anforderungen an den Schutz von Schallübertragung aus fremden Wohn- und Arbeitsbereichen festgelegt. Hierzu gilt Tabelle 3. So gilt z. B. für - Wände zwischen Unterrichtsräumen R w $ 47 db 155

158 - Wände zwischen Unterrichtsräumen u. besonders lauten Räumen (Musik-, Werkräume) R w $ 55 db Die Trennwände zwischen den Klassenräumen werden als nichttragende Wände (Typ I) ausgebildet. In Bauart Holzständerwände als 2 entkoppelte Wände. Je Seite tragende Vollholzständer u. OSB/4- Platte (OSB/4-top von EGGER), Zellulosedämmung Isofloc mit beidseitiger Bekleidung auf OSB je 1 Lage 10 mm Gipsfaserplatten (FERMACELL) (in Anlehnung an Isofloc H 5.2) R w,r = 66 db > 47 db Die Trennwände zwischen Klassenräumen und Fluren sind i. R. tragende Wände (Typ II) Auf der Seite mit 15 mm OSB erfolgt Bekleidung aus 1 Lage 10 mm Gipsfaserplatten (FERMACELL) und die andere Seite erhält 2 Lagen Gipsfaserplatten, d = 10 mm, (FERMACELL) auf entkoppelter horizontaler Lattung, hier alternativ 1 Lage 12 mm zementgebundene Holzspanplatte (AMROC) u. 1 Lage 12,5 mm Gipsfaserplatten R w,r = 57 db > 47 db c) Schallschutz von haustechnischen. Leitungen wie z. B. Lüftungskanälen Die Geräuschübertragung erfolgt durch die direkte Abstrahlung von Kanalwänden. Zum Schutz der Nachbarschaft sind in der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm genannten Immissionswerte einzuhalten. 156

159 Die Luftschallübertragung zwischen zwei Räumen, die durch einen Kanal verbunden sind, lässt sich durch eine schallabsorbierende Auskleidung der Kanalwände reduzieren. Die Höhe der dabei erzielbaren Dämpfung pro Längeneinheit hängt von der Kanalgeometrie und der Auskleidungstiefe ab. Gegenüber unverkleideten Kanälen ist die Längsdämpfung besonders im mittleren und hohen Frequenzbereich deutlich höher. Weiterhin ist darauf zu achten, dass Kanäle die durch Wände oder Decken geführt werden, nicht mit diesen in fester Verbindung stehen, umlaufende Schlitze sollten mit Mineralwolle ausgestopft und oberflächig elastisch verfugt werden. d) Zur Messung der Schalldämmung der neu entwickelten Holzbalkendecke wurden Versuche bei der MfPA Leipzig im Deckenprüfstand nach DIN EN ISO durchgeführt. Prüfzeitraum: , , Prüfelement 4150 x 5150 mm, Konsole an Wand zur Auflage des Prüfobjektes (19 cm umlaufend) Versuchsaufbau In dem Element sind einerseits 2 entkoppelte Schalen aus Tragkonstruktion Decke (Balken, 2 Lagen OSB- Platten) und Unterdecke (separate Balken, Lattung, Verkleidungsplatten) und andererseits aus 2 Schalen aus Tragkonstruktion Decke und schwimmenden Bodenaufbau (Trittschalldämmplatte, Trockenestrich). Der Oberbau wurde aus verschiedenen Aufbauten gebildet. Hierzu wurden 5 Messungen durchgeführt. Als Oberbauten dienten u. a. Trockenestrichelemente, Amroc Paneele bzw. Fußbodenplatte aus EGGER- OSB, in einigen Versuchen wurde zusätzlich noch eine Schallschutzbahn (ALUJET Sonic 3000) als Zwischenlage vorgesehen. Eine weitere 6.Messung erfolgte mit einem der bereits gemessenen Oberbauten, zusätzlich mit einer Akustikplatte als Unterdecke. Gemessen wurde bei der Rohdecke für den Trittschall: L n,w = 55 db, d. h. Rechenwert 55+2 = 57 db (nach Näherungsverfahren Gösele = 61 db), mit den Oberbauten bis zu Rechenwert 157

160 L n,w = 44+2 = 46 db. Gemessen wurde für den Luftschall bis zu 71 db, d. h. Rechenwert 71-2 = 69 db. Bild A 18 Aufbau einer entkoppelten Holzbalkendecke Quelle: 1_103604_BR_Konstruktionskatalog-Holzbau-Praxis_DE_Kapitel_3-7_3-8_3-9_3-10.pdf 158

161 Tabelle A 9 Übersicht der verschiedenen Prüfungs-Versuchsbauten und deren Ergebnisse 159

162 - Bewertung der Ergebnisse Mit allen Aufbauten konnte eine hervorragende Tritt- und Raumschalldämmung erreicht werden, d. h. die lt. DIN 4109 geforderten Werte konnten deutlich unter- bzw. überschritten werden. Die Einlage der Schallschutzbahn ALUJET Sonic erbringt bei der geprüften Holzdecke keine wesentliche Trittschallverbesserung, im Gegensatz zum Einbau der Bahn auf einer Massivdecke, wo lt. Angabe Hersteller eine Trittschallreduzierung von bis zu 36 db erreicht werden kann. Die Anordnung einer Akustikplatte als Unterdecke hat keine wesentliche Verbesserung in bezug auf Tritt- und Luftschall gebracht, sie ist eben dort zu verwenden, wo Schallabsorption Bedeutung hat Brandschutz Schutzziele sind: Vorbeugung der Entstehung eines Brandes und Ausbreitung von Feuer und Rauch Bei Brand wirkungsvolle Brandbekämpfung mit Rettung von Menschen und Tieren und wirksame Löscharbeiten Entzündung der Holztragkonstruktion durch entspr. Bekleidungen verhindern Gewährleistung einer guten Rauchdichtigkeit durch Abklebung zwischen den Bauteilen Die Planung hat auf der Grundlage der gültigen DIN Normen, BauO LSA- Bauordnung des Landes Sachsen-Anhalt, SchulbauR LSA-Schulbaurichtlinie Sachsen-Anhalt, Richtlinie für brandschutztechnische Anforderungen an hochfeuerhemmende Bauteilen in Holzbauweise (M-HFHHolzR), VstättVO- der Versammlungsstättenverordnung und diversen haustechnischen Richtlinien zu erfolgen. Vom Bauherr sind 2 Bauabschnitte geplant: 1. BA: Grundschule mit Hort, Gemeinschaftsräumen und Verwaltung 160

163 2. BA: Sekundärschule Abmessungen für 1. BA: gemittelte Länge: 63,30 m gemittelte Breite: 29,05 m Grundfläche: 1254 m² OK Attika: 10,9 m Geschossigkeit: 3 oberirdische Vollgeschosse (EG- 2. OG) Örtliche Situation: innerhalb eines Wohngebietes, an einer Hauptstraße, in der Südstadt OK Fußboden oberstes Geschoss zu OK Gelände: 6,90 m < 7 m, Einstufung in Gebäudeklasse 3, d. h. i. R. feuerhemmende Ausführung ausreichend! Gebäude gehört weiterhin zur Kategorie Sonderbauten, geregelt in BauO LSA 2 u. in MBO 2, Abs. 4, Nr. 11 Berücksichtigung Erläuterungen SchulbauR LSa Das besondere Risiko in Schulen gegenüber gewöhnlicher Wohnnutzung ergibt sich aus der Tatsache, dass im Brandfall eine größere Anzahl von Kindern gleichzeitig in Sicherheit gebracht werden muss. Versammlungsstättenverordnung ist zu berücksichtigen, da die Aula für $ 200 Personen vorgesehen werden kann und wenn Nutzung nicht nur zu Schulzwecken! Die Aula ist 6,43 m im Lichten hoch, sie ist als mehrgeschossige Versammlungsstätte zu betrachten. Anforderungen für diese Bereiche F 90! Brandabschnittsgröße müsste L < 60 m sein (Ziff. 2.1 SchulbauR), geplant sind aber 66,60 m, hier ist Abstimmung mit Bauamt erforderlich (Brandwände). Notwendige 161

164 Flure eine Fluchtrichtung L # 10 m (Stichflure), max. Länge # 30 m, Flurbreite muss mind. 2 m sein mit 2,90 m erfüllt. Zum baulichen Brandschutz -Dach Dacheindeckung als harte Bedachung mit äußerer Bekleidung aus Abdichtung (Tectofin RV) und Kiesschüttung (16/32) von 50 mm erfüllt, die Unterseite des Daches wird bekleidet mit 2 Lagen Gipsfaserplatten, d = 12,5 mm/10 mm Bereich F 30 Forderung, 18 mm/glasfasergewebe/15 mm Bereich F 90 Forderung. Raumabschluss wird luftdicht abgeklebt -Trenndecken (ü. EG, 1. OG) Deckentragsystem als Einfeld- und Mehrfeldträger, als entkoppelte Holzbalkendecken aus tragenden Holzbalken mit aussteifender OSB/4- Platte (OSB/4-top von EGGER) und selbsttragender Unterdeckenkonstruktion mit Bekleidung aus Gipsfaserplatten, d = 12,5 mm/10 mm bei Bereich F 30 Forderung und 18mm/ Glasfasergewebe/15 mm, Plattenstoß stumpf, verspachtelt mit innenliegender Zellulosedämmung ISOFLOC (vollständig ausgeblasen) oberer Abschluss Holzweichfaserplatte, 2 x 12,5 mm Gipsfaserplatten, Geschossdecke wird rauchdicht abgeklebt. Für diese Decke liegt ein Prüfbericht PB 3.2/ von MfPA Leipzig vor. -Tragende Außenwände Holztafelbau System N&S aus tragenden Doppel-T-Holzträgern mit dazwischen lagernder aussteifender und lastabtragender OSB/4- Platte (OSB/4-top von EGGER), i. R. als Fertigteile, zweite Dämmebene als Installationsebene, beide Ebenen mit Zellulosedämmung ISOFLOC ausgeblasen Äußere Bekleidung aus 20 mm Thermoholzverkleidung auf 30 mm Holzweichfaserplatte Formline DFF (EGGER), Innere Bekleidung aus 10 mm/12,5 mm Gipsfaserplatten (FERMACELL) Unterer Bereich in Fluren mit 12 mm zementgebundene Holzspanplatte (AMROC), Kapselklasse K 60 (DIN EN 13501) - als wirkungsvolle Brandbekämpfung durch die Feuerwehr, feuerabgewandte Seite < 140 K allg. Bauaufsichtliches Prüfzeugnis P-SAC 02/III-335 von MFPA v liegt vor (die im Prüfkörper vorhandene Promat-Brandschutzplatte müsste bei F 90B durch mineral. Putz ersetzt werden) 162

165 - Innenwände Als Holzständerwände (tragende Vollholzständer u. einseitige OSB/4- Platte (OSB/4- top von EGGER), Kapselklasse K 30, Zellulosedämmung ISOFLOC Bekleidung auf 15 mm OSB, 12,5 mm Gipsfaserplatten (FERMACELL) und andere Seite 1 Lage Gipsfaserplatten, d = 10 mm (FERMACELL), 1 Lage zementgebundene Holzspanplatte, d = 12 mm bzw. 1 Lage Gipsfaserplatten, d = 12,5 mm (FERMA- CELL) -Treppenraum-/ Aufzugswände, Treppen In Stahlbeton, Treppen mit Tritt- und Setzstufen, Mindestbreite: 1,20 m, Max. Breite # 2,40 m, Handlauf- H $ 1,10 m Nottreppe nicht erforderlich, da 3 Treppen vorhanden Treppenraum muss aus nicht brennbaren Baustoffen bestehen Eigener Treppenraum, an Außenwand mit Ausgang ins Freie Belüftung; Rauchabzug mit Fenster $ 0,5 m² - Fenster Als Fluchtfenster lichtes Maß b/h = 0,90/1,20 m in Bauart Holzkastenfenster N&S -Abschottung von Öffnungen Anforderungen: Ausführung: BauO LSA: F 30 (feuerhemmend) entsprechend LAR Für die verwendeten Baustoffe sind von den Herstellern die entsprechenden Nachweise der Feuerwiderstandsdauer zu erbringen! Rettungswege: Anforderungen für jeden Unterrichtsraum zwei voneinander unabhängige Rettungswege, Breite: 1,20 1. Rettungsweg < 25 m 2. Rettungsweg = baulicher Rettungsweg mit 2. Treppe über Fluchtflure und durchgehendes Treppenhaus, barrierefreie Nutzbarkeit - Anlagentechnischer Brandschutz Brandmeldeanlage nach DIN VDE 0833, Teil 2 nicht erforderlich 163

166 automat. Rauchmelder Brandschutzordnung Alarmierung Rauchabzug 17 (1) MBO Blitzschutzanlage (regelmäßige Wartung) Sicherheitsbeleuchtung (Flur, notwend. Treppenraum) - Organisatorischer Brandschutz Rettungskonzept (da Kinder - besondere Rettungssituation, Paniksituation) Notbeleuchtung VDE 6108 Beschilderung DIN 4844 Kennzeichnung Rettungswege Ausbildung Personal, Handhabung Kleinlöschgeräte, Hausfeuerwehr Zufahrt für Feuerwehr über Murmansker Str. Verhalten von Personen Kennzeichnung von Räumen mit besonderer Brand- und Explosionsgefahr Einrichtung von Warnanlagen Schulung u. Einsatz des Personals bei auftretenden Gefahren Sicherung Rettungswege Verhinderung von Gefahren durch bewegliche Gegenstände - Abwehrender Brandschutz Feuerwehrzugang über Murmansker Str. Aufstell- u. Bewegungsfläche Feuerwehr Löschwasserversorgung (DVGW Arb.-blatt W l/min, 1600l/min, 3200 l/min) erford. Löschwassermenge 246 Löschmitteleinheiten (LE), 25 Feuerlöscher 164

167 Es erfolgte für die entkoppelte Holzbalkendecke ein Brandschutzversuch bei der MfPA Leipzig am mit der Zielstellung F 90B. Ebenso ist dabei eine hohe Löschwasserfestigkeit und -dichtheit zu erreichen. Größe Prüfelement entsprechend Prüfstand: 3000 x 4668 mm Ergebnis Die Löschwasser- und Rauchdichtheit wird vorzugsweise durch das Abkleben der ersten OSB-Plattenlage sowie der Abdichtung mit der Folie von pro clima zwischen den Deckenplattenscheiben erreicht. Der Schutz der Abdichtungsmaterialien wird so durch den Kapseleffekt der Trockenestriche ausgebildet, dass die beiden OSB-Plattenlagen mit der dazwischenliegenden Abdichtung nach 90 Minuten voll funktionsfähig bleiben. Da keinerlei Verbindungsmittel in der Weichfaserplatte vorhanden sind, sollte dieses Ziel erreicht werden. Brandschutz von unten: Der Deckenaufbau ist als entkoppelte Konstruktion mit separater Unterdecke ausgebildet. Der Zwischenraum sollte mit Zellulose ausgeblasen werden. Die Deckenbalken der Unterdecke sind mit einer Lattung, die ebenfalls entkoppelt ist, so ausgeführt, dass die Abstände der Lattung und die Dimensionierung den Anforderungen der Plattenhersteller Trockenbau entsprechen. Unter der Lattung wird die Verkleidung aus 2 Plattenlagen vorgesehen. Zwischen beiden Plattenlagen wird ein Baupapier mit Glasfasergewebe eingelegt, sodass Platten sowie Zellulose länger im Gefach gehalten werden kann und nicht die Deckenbalken im Brandfall freiliegen. Besondere Beachtung gilt der Aufhängung der Unterdecke in den Balkenschuhen. Der Balkenschuh selbst besteht aus mindestens 6 mm starken Blech. Da der Balken ohne Verbindungsmittel im Balkenschuh liegt, können von unten keine Hitzeeinwirkungen über Verbindungsmittel in den Holzbalken übertragen werden. Im Schadensfall Brand von unten sollte maximal die Unterdecke belastet sein, sodass keinerlei statische Probleme an der Tragdecke auftreten. Auf Seite 7 des bereits erwähnten Prüfberichtes sind die jeweiligen Zustände während des Brandversuches aufgezeigt. Auf Grund der Feuerwiderstandsdauer von 100 Minuten kann die Decke in Feuerwiderstandsklasse REI 90 gemäß DIN EN

168 2: eingestuft werden. Die Außenwand erreicht Feuerwiderstandsklasse F 120B und kann lt. Aussage der Prüfanstalt MfPA Leipzig sogar als Brandwand eingesetzt werden. 166

169 Bild A 19 Beratungsprotokoll Bauamt Halle - Seite 1 167

170 Bild A 20 Beratungsprotokoll Bauamt Halle - Seite 2 168

171 Bild A 21 Beratungsprotokoll Bauamt Halle - Seite 3 169

172 Bild A 22 Beratungsprotokoll Feuerwehr Halle - Seite 1 170

173 16.4 Simulation der Temperatur- und Wärmeströme 1. Außenwand Schnitt vertikal 171

174 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,107 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,107 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,113 W/(mK) Ψinnen: -0,113 W/(mK) Θsi: 19,860 C 172

175 2. Außenwand Schnitt horizontal Legende: Siehe Außenwand Schnitt vertikal 173

176 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,107 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,107 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,106 W/(mK) Ψinnen: -0,106 W/(mK) Θsi: 19,851 C 174

177 2. Brandwand Schnitt vertikal 175

178 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,106 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,106 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,111 W/(mK) Ψinnen: -0,111 W/(mK) Θsi: 19,703 C 176

179 3. Brandwand Schnitt horizontal Legende: Siehe Außenwand Schnitt vertikal 177

180 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,106 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,106 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,091 W/(mK) Ψinnen: -0,091 W/(mK) Θsi: 19,874 C 178

181 4. Außenwandecke 179

182 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,107 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,107 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,068 W/(mK) Ψinnen: 0,029 W/(mK) Θsi: 19,511 C 180

183 5. Brandwandecke 181

184 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,106 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,106 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,068 W/(mK) Ψinnen: 0,029 W/(mK) Θsi: 19,436 C 182

185 6. Ecke Außenwand/Brandwand 183

186 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,106 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,107 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,056 W/(mK) Ψinnen: 0,043 W/(mK) Θsi: 19,353 C 184

187 7. Anschluss Außenwand/Innenwand 185

188 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,107 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,107 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,006 W/(mK) Ψinnen: 0,010 W/(mK) Θsi: 19,752 C 186

189 8. Anschluss Außenwand/Innenwand Bereich Fenster 187

190 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,107 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,610 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,473 W/(mK) Ψinnen: -0,400 W/(mK) Θsi: 19,063 C 188

191 9. Anschluss Außenwand/Decke Giebelseite 189

192 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,107 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,107 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,003 W/(mK) Ψinnen: 0,040 W/(mK) Θsi: 19,416 C 190

193 10. Anschluss Außenwand/Decke Traufseite 191

194 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,107 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,107 W/(m 2 K) Ψaußen: 0,005 W/(mK) Ψinnen: 0,048 W/(mK) Θsi: 19,337 C 192

195 11. Bodenplatte Längsrichtung 193

196 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,151 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,151 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,113 W/(mK) Ψinnen: -0,113 W/(mK) Θsi: 19,817 C 194

197 12. Anschluss Bodenplatte/Außenwand Giebelseite 195

198 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,107 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,151 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,150 W/(mK) Ψinnen: -0,015 W/(mK) Θsi: 19,372 C 196

199 13. Anschluss Bodenplatte/Außenwand Traufseite 197

200 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,107 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,151 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,147 W/(mK) Ψinnen: -0,012 W/(mK) Θsi: 19,061 C 198

201 14. Fundament F

202 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,107 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,151 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,144 W/(mK) Ψinnen: -0,009 W/(mK) Θsi: 19,402 C 200

203 15. Fundament F

204 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,107 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,151 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,152 W/(mK) Ψinnen: -0,016 W/(mK) Θsi: 19,165 C 202

205 16. Anschluss Bodenplatte/Innenwand 203

206 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,151 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,151 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,095 W/(mK) Ψinnen: -0,065 W/(mK) Θsi: 19,770 C 204

207 17. Anschluss Bodenplatte Bereich Aufzugsschacht (10 cm Foamglas) 205

208 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,544 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,151 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,228 W/(mK) Ψinnen: -0,140 W/(mK) Θsi: 19,791 C 206

209 18. Anschluss Bodenplatte Bereich Aufzugsschacht (4 cm Foamglas) 207

210 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,151 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,544 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,191 W/(mK) Ψinnen: -0,104 W/(mK) Θsi: 19,711 C 208

211 19. Anschluss Bodenplatte Bereich Aufzugsschacht ohne SG unter STB (4cm Foamglas) 209

212 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,151 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,544 W/(m 2 K) Ψaußen: 0,012 W/(mK) Ψinnen: 0,099 W/(mK) Θsi: 19,612 C 210

213 20. Anschluss Bodenplatte Bereich Aufzugsschacht ohne SG unter STB (6 cm Foamglas) 211

214 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,151 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,512 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,066 W/(mK) Ψinnen: 0,017 W/(mK) Θsi: 19,612 C 212

215 21. Anschluss Bodenplatte Bereich Aufzugsschacht ohne SG unter STB (10 cm Foamglas) 213

216 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,151 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,458 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,159 W/(mK) Ψinnen: -0,086 W/(mK) Θsi: 19,731 C 214

217 22. Anschluss Bodenplatte (STB) Bereich Aufzugsschacht ohne SG unter STB (4 cm Foamglas) 215

218 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,621 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,544 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,456 W/(mK) Ψinnen: -0,310 W/(mK) Θsi: 19,720 C 216

219 23. Anschluss Bodenplatte (STB) Bereich Aufzugsschacht ohne SG unter STB (10 cm Foamglas) 217

220 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,621 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,458 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,597 W/(mK) Ψinnen: -0,462 W/(mK) Θsi: 19,942 C 218

221 24. Anschluss Bodenplatte (STB) Bereich Aufzugsschacht (4 cm Foamglas) 219

222 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,544 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,544 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,550 W/(mK) Ψinnen: -0,414 W/(mK) Θsi: 19,796 C 220

223 25. Anschluss Bodenplatte (STB) Bereich Aufzugsschacht (10 cm Foamglas) 221

224 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,458 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 0,458 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,516 W/(mK) Ψinnen: -0,401 W/(mK) Θsi: 19,818 C 222

225 26. Anschluss BP Eingangstür (4 cm Foamglas) 223

226 Auswertung: U-Wert des Bauteils 1: 0,544 W/(m 2 K) U-Wert des Bauteils 2: 1,100 W/(m 2 K) Ψaußen: -0,783 W/(mK) Ψinnen: -0,157 W/(mK) Θsi: 18,162 C 224

227 27. Anschluss BP Eingangstür (10 cm Foamglas) 225

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