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Holzmodulbauschulen
Author: Tanja Schulz
Das Projekt „Passivhaus Schulen in Holzmodulbauweisen“ hat zum Ziel, das Konzept des Holzmodulbaus mit den speziellen Anforderungen der Schulnutzung hin zu einem nachhaltigen energieeffizienten System im Passivhausstandard weiterzuentwickeln.
Optimierung der Holzmodule
Im Rahmen der Begleitungen der Bauprojekte in Weiterstadt und Raunheim sowie eines konkreten Holzmodulbauherstellers, konnten die wesentlichen Kriterien herausgearbeitet werden, die für eine zuverlässig hohe Energieeffizienz der Gebäudehülle wesentlich sind:
- Passivhausgeeignete U-Werte sind bei Holzmodulbauten leicht erreichbar. Sie liegen um 0,15 W/(m²K) oder sogar deutlich darunter.
- Holzanteil der Konstruktion ist im Vergleich zu vor Ort erstellten Holzkonstruktionen aufgrund der zusätzlichen Belastungen durch Transport höher und liegt bei 20 bis zu 30%.
- Der für Schulbauten typische große Fensteranteil an einer Fassadenseite erfordert massive Stützen in den verbleibenden Wandbereichen. Daher Traghölzer bei Holzleichtbauten soweit es geht nach innen legen und überdämmen.
- Luftdichtheit vor allem an den Anschlüssen sorgfältig planen. Bei vorgefertigten 3D Modulbauten muss dies einmalig durchdacht werden. Bei 2D Wand- und Dach-Modulen müssen diese Details für jedes Projekt geplant werden.
- Bei 2D vorgefertigten Elementen: Qualitätssicherung der Übergänge und Anschlüsse vor Ort sehr hilfreich.
- Fenstereinbauwärmebrücke v.a. bei Aluminiumfenstern optimieren. Eine Überdämmung des Aluprofiles ist weniger effizient im Vergleich zu Holz oder Kunsstoffrahmen. Eine thermisch optimale Position des Fensters ist daher besonders wichtig.
Sommerkomfort im Holzbau
Der Sicherung des Sommerkomforts bei Holzbauten kommt im Zuge des fortschreitenden Klimawandels eine wachsende Bedeutung zu. Gebäude aus Holz und vor allem Holzleichtbau gelten als weniger resilient, da die geringere Speichermasse die Raumtemperaturen im Vergleich zu Massivbauten deutlicher ansteigen lassen. Die Untersuchungen bestätigen diese Aussage, zeigen aber auch, dass die bewährten Maßnahmen zur Reduzierung der Übertemperaturhäufigkeit, wie außenliegende Verschattung, ein Nachtlüftungskonzept und moderate Verglasungsflächen bei Holzbauten effektiv sind. Auch bei Massivbauten kann der Sommerkomfort zukünftig nicht ohne weitere Maßnahmen garantiert werden. Schulbauten werden in absehbarer Zeit nicht ohne eine Temperierung auskommen. Der Einsatz von Wärmepumpen ist hier besonders geeignet, da sie sowohl zur Wärme- als auch zur Kälteversorgung eingesetzt werden können. Es ist zu betonen, dass eine Temperierung keine Klimatisierung im eigentlichen Sinn meint. Ziel ist es die Anzahl der Übertemperaturstunden auf ein erträgliches Maß zu begrenzen und nicht eine festgelegte Raumtemperatur zu garantieren.
Die dynamische Simulation des Sommerverhaltens der Astrid-Lindgren-Schule zeigt deutlich, dass die gewählten Maßnahmen geeignet sind die Sommerbehaglichkeit heute und in Zukunft sicher zu stellen. Hierfür wurde zusätzlich ein Zukunftsklimadatensatz für 2035 berücksichtigt.
- Außenliegende Verschattung mit Raffstores.
- Eine geeignete Regelungsstrategie der Raffstores: Aktivierung bei 150 W/m² unabhängig von der Raumtemperatur.
- Ein Nachtlüftungskonzept über die Lüftungsanlage ohne weiter Maßnahmen (wie z. B. manuell oder mechanisch öffenbare Klappen).
- Reduzierung der Glasflächen im Dach auf ein für die Tageslichtversorgung notwendiges Maß.
Mit den eingangs genannten Maßnahmen zur Reduzierung der Wärmelasten kann der Kühlenergiebedarf soweit reduziert werden, dass die erforderliche Kühlleistung über die hygienisch erforderliche Luftmenge der Lüftungsanlage bereitgestellt werden kann.
Lebenszyklusbetrachtung und Graue Energie
Im Mittelpunkt dieser Untersuchung steht die Lebenszyklusanalyse von Passivhaus-Schulen in Holz-Modulbauweisen im Vergleich zu herkömmlichen Schulbauten (z. B. Massivbau nach gesetzlichem Energiestandard) – mit besonderem Fokus auf den Gesamtenergiebedarf und die Treibhausgasemissionen. Ziel ist es, das Einsparpotenzial und die möglichen Optimierungshebel für Material und Betrieb näher zu beleuchten.
Die Wahl der Konstruktionsweise spielt insbesondere beim Treibhauspotenzial eine wichtige, wenn auch nachgelagerte Rolle, da das Optimierungspotenzial durch die Wahl der Konstruktionsart bei den vorgestellten Varianten nur halb so groß ausfällt wie durch die Verbesserung des energetischen Standards. Die Herstellungsenergie lässt sich durch den Einsatz alternativer Konstruktionen hingegen nur in sehr begrenztem Maße senken, vor allem durch leichtere Bauweise oder gezieltes Einsparen einzelner energieintensiver Produkte bzw. Bauteile.
Die Ergebnisse machen außerdem deutlich, dass nicht allein die Wahl der statischen Konstruktion ausschlaggebend ist – trotz ihres hohen Anteils an der Gesamtmasse. Entscheidend ist das Zusammenspiel aller Bauteilschichten: Holzbaukonstruktionen weisen nicht automatisch niedrige Herstellungsenergie und -emissionen auf. Werden beispielsweise aufwändige Halterungen für Vorhangfassaden oder besonders energieintensive Beplankungen (z. B. Alu-Verbund- oder GK-Platten) verwendet, kann der Vorteil schnell verloren gehen. Solche Maßnahmen können jedoch aus konstruktiven, brandschutztechnischen oder akustischen Gründen durchaus erforderlich sein.
Besonders in den innenliegenden Geschossecken (Kapitel 6.3.1) zeigt sich: Wenig verarbeitete Holzmaterialien wie Konstruktionsvollholz oder Brettsperrholz – etwa bei der Decke der Ist-Variante im Holzmodulbau – verursachen deutlich weniger Herstellungsenergie und Treibhauspotenzial als stärker verarbeitete Produkte wie MDF- oder OSB-Platten. Dieser Unterschied verstärkt sich mit steigendem Holzanteil und kann in Summe einen großen Einfluss auf die Gesamtbilanz haben.
Beim Vergleich der Passivhaus- und GEG-Varianten zeigt sich, dass durch die fast identischen Herstellungsenergien der Aufbauten der deutliche Unterschied im Gesamtenergiebedarf nahezu ausschließlich durch die geringere Betriebsenergie hervorgeht, sodass die Passivhaus-Varianten im Vergleich zu den GEG-Varianten fast nur die Hälfte der Gesamtenergie benötigen. Der zusätzliche Materialeinsatz für einen Passivhaus-Aufbau wirkt sich energetisch nur minimal auf die Herstellungsenergie aus.
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
Das Ziel eines klimaneutralen Gebäudebestandes erfordert Gebäude mit hoher Energieeffizienz und eine regenerative Versorgung. Anhand des Neubaus der Astrid-Lindgren-Schule werden Lösungen vorgestellt, die dieses Ziel mit vertretbarem Aufwand erreichen. Entscheidungen mit langfristigen ökonomischen Auswirkungen wie z. B. die Wahl eines Energieeffizienzstandards oder eines Wärmeversorgungskonzeptes können nur sinnvoll auf Basis einer Lebenszyklusbetrachtung getroffen werden. Dabei werden sowohl die Investitions- als auch Betriebskosten der Wärmeschutz- und CO2- Reduktionsmaßnahmen betrachtet. Höhere Investitionen in Wärmeschutz oder regenerative Energieerzeugung müssen im Lichte steigender Energiekosten und CO2- Bepreisung der kommenden Jahre bewertet werden. Die Wirtschaftlichkeit der Astrid-Lindgren-Schule wird anhand der Kostenberechnung mit Baupreisen von 2022 betrachtet. Dabei werden Lebenszykluskosten der Energieeffizienzmaßnahmen betrachtet.
