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Schnittstellenkoordination für Tageslicht, Rauch- und Wärmeabzug sowie Lüftung

Die Freie Schule Anne-Sophie (FSAS) in Künzelsau ist eine Schule mit einem besonderen pädagogischen Profil des autonomen Lernens, bei der die Kinder und Jugendlichen im Zentrum des Geschehens stehen. Trägerin der FSAS ist die gemeinnützige Stiftung Würth, zu deren Stiftungszweck unter anderem auch die Förderung von Bildung und Erziehung gehört.

Architektur im Einklang mit Ökologie, Nachhaltigkeit und Natur
Der Leitgedanke „Eine gute Schule für Kinder machen und nicht umgekehrt“ spiegelt sich auch in der Architektur des neuen Schulcampus im Stadtteil Taläcker wider. Das 55 Hektar große Baugebiet liegt inmitten von Wäldern und bietet Ruhe und Idylle, also ideale Voraussetzungen für eine moderne und lernfreundliche Umgebung, die die natürliche Lust der Kinder am Lernen fordert und fördert. Hierfür entwarfen die Stuttgarter Architekten Müller-Djordjevic-Müller einen fünfteiligen Gebäudekomplex, bestehend aus einer vierteiligen Sporthalle mit angegliederter Schwimmhalle, Gebäuden für die Eingangsstufe, Grundschule, Sekundarstufe I, einem Zentralgebäude und in einer zweiten Realisierungsphase (Fertigstellung September 2010) das Gebäude für die Sekundarstufe II (Klassen 11-13 des Gymnasiums).

Innovatives Tageslichtkonzept unterstützt die Aufmerksamkeit beim Lernen

Die Forderung nach Tageslicht in allen Räumen bildete einen wesentlichen Bestandteil des Architekturkonzeptes, denn Tageslicht fördert das positive Lernverhalten. Bereits bei Untersuchungen im Jahr 1999 an amerikanischen Schulen wurden Zusammenhänge zwischen dem Vorhandensein von Tageslicht in Klassenräumen und besseren schulischen Testergebnissen bewiesen. Schüler, die in Klassenräumen mit hohem Tageslichteinfall lernten, waren durchschnittlich 20% schneller bei Mathematikprüfungen und 26% schneller bei Leseprüfungen. Deshalb werden Oberlichter seit vielen Jahren zur Beleuchtung vor allem von großflächigen Räumen mit Tageslicht in flachen oder schwach geneigten Dächern verwendet. Hier bieten sich zusätzlich Lichtkuppeln oder Lichtbänder an, die sich individuell in das Flachdach integrieren lassen. Die Planung von Tageslicht verlangt allerdings von den Fachplanern und Bau-ausführenden eine hohe Aufmerksamkeit, Sensibilität für das technische Detail sowie eine gute Koordination und Abstimmung.

Komplexe Einplanung bedarf umfassender Betrachtung und kompetenter Beratung

Lichtkuppeln und Lichtbänder bilden seit Jahrzehnten das Kerngeschäft von ESSMANN. Um die gebündelten Vorteile des Tageslichts optimal ausnutzen zu können, bedarf es technisch hoch entwickelter und effizienter Tageslichtsysteme und kompetenter Beratung in allen Phasen der Projektabwicklung bis hin zur Montage. Dieses große Engagement, verbunden mit der fundierten Baupraxis und dem Know-how aus erfolgreich abgewickelten Bauvorhaben in ganz Europa einerseits sowie die hohe Produktqualität und die ganzheitliche Betrachtungs-weise einer Bauaufgabe andererseits führten letztlich zur frühzeitigen Einbeziehung der ESSMANN-Fachberater in den komplexen Planungsprozess.

Der Hersteller ESSMANN aus Bad Salzuflen bedient nicht nur das reine Liefergeschäft, sondern bietet auch eine komplexe Dienstleistung und begleitet das Bauprojekt über alle Bauphasen hinweg, über die Installation bis hin zur Inbetriebnahme, die Funktionsprüfungen, Abnahmen und die Dokumentation. Bei ESSMANN erhält der Bauherr alle Leistungen aus einer Hand.

Für den FSAS-Gebäudekomplex erarbeiteten die Fachingenieure von ESSMANN zusammen mit dem Architekturbüro Kraft & Kraft aus Schwäbisch Hall die Ausschreibungstexte für die Leistungsverzeichnisse und begleiteten die Angebotsphase ebenso wie die anschließenden Vergabeverhandlungen. Darüber hinaus erarbeiteten sie ein maßgeschneidertes Beleuchtungskonzept. Im Fokus der Projektierung stand dabei die Einsparung wertvoller Energie, die Anpassung an die vorgegebene Photovoltaikanlage auf dem Turnhallendach, die ästhetische Gebäudegestaltung, die Integration von intelligenten Steuerungen für Tag-, Nacht- und Pausenbetrieb, Berücksichtigung von Kühlung und Sonnenschutz sowie Integration von Rauch- und Wärmeabzugssystemen (RWA).

Oberlichter in hoher Ausführungsqualität

Für die verschiedenen Gebäudetypen wählten die Architekten unterschiedliche Lichtbandkonstruktionen von ESSMANN. Die Turnhalle wurde mit einer satteldachförmigen Konstruktion Typ 940/21 ausgeführt, allerdings mit einer Neigung von 30:90 Grad als Sheddach. Die Schulgebäude und der Zentralbau erhielten gewölbte Lichtbänder vom Typ 940/10.

Die tragenden Zargenprofile bestehen jeweils aus naturblanken, strangge-pressten Aluminiumprofilen, die im Raster von 1,06 m angeordnet sind. Grund- und Spannprofile sind ebenfalls aus Aluminium, Kleinteile im Außenbereich, wie z.B. Schrauben, Scharniere etc. aus Edelstahl (V2A). Die Verglasung der gewölbten Lichtbänder besteht aus Polycarbonat-Hohlkammerplatten, die entsprechend den europäischen Brandschutzrichtlinien ausgeführt wurden.

Die gewölbten Lichtbänder sind zusätzlich mit dem HDS-Schutzsystem ausgerüstet. Das HDS-System schützt durch das perforierte Aluminiumblech die darunter befindlichen Lichtbandsysteme optimal und verhindert ein Aufheizen der darunter liegenden Räumlichkeiten. Durch die Struktur des Bleches und den ständig wechselnden Sonnenstand entsteht ein Wechselspiel zwischen Licht und Schatten. Zusätzlich ermöglicht der perforierte HDS-Schutz durch den Abstand von ca. 60 mm zur Verglasungsfläche eine gute Luftzirkulation und verhindert somit einen Wärmestau. Darüber hinaus bietet das HDS-Schutzsystem hervorragenden Blend- und UV-Schutz, wirkt der Verschmutzung entgegen und dämpft störende Regen- und Hagelgeräusche, die den Unterricht und die Konzentration der Schüler und Lehrer stören könnten. Letztlich hemmt das HDS-System ebenso vor Einbrüchen.

Sporthalle mit robuster Shedlichtband-Konstruktion

Das Sporthallendach besteht aus einer Kalzipkonstruktion. Hier lautete die Bauaufgabe, den Primärenergieverbrauch durch eine aufgeständerte Photovoltaik-Anlage zu senken, Rauch- und Wärmeabzug nach den Brandschutzbestimmungen konstruktiv zu berücksichtigen bzw. zu integrieren, ausreichenden Sonnenschutz zu gewährleisten und eine gute Ausleuchtung zu erzielen. Es musste sichergestellt werden, dass zwar genügend Tageslicht, aber möglichst wenig Strahlungswärme in die Sporthalle eindringt. Eine vernünftige und gleichmäßige Ausleuchtung der Sporthalle erzielte man durch Shedlichtbänder mit einem Neigungswinkel von 30:90 Grad. Ausschlaggebend für diese Sonderkonstruktion waren die erforderliche Anpassung an die GeneCIS-Photovoltaikanlage als integraler Bestandteil des Daches.

Diese Ausstattung erfordert eine enorme Kräftebewältigung und somit auch eine besondere statische Bemessung der Lichtbandzargen. Zusätzliche Aufnahmelager in die Lichtbandzarge sorgen dafür, dass die auftretenden Kräfte vom Lichtband sicher eingeleitet werden können. Deshalb waren die Lichtband-sprossen nicht verschraubbar, sondern komplett verschweißt an die Baustelle geliefert worden.

Insgesamt acht Sheddach-Lichtbänder (3,0 m x 22,90 m) wurden auf dem Turnhallendach montiert. Alle nach Süden ausgerichteten Oberlichter wurden mit den Photovoltaik GeneCIS-Modulen als Verblender beplankt. Eine graue PC-Verglasung unterhalb der GeneCIS-Module lässt kein diffuses Licht zu. Die Nordseiten der Lichtbänder sind in opaler Verglasung ausgeführt. Lamellenlüfter mit PC-Verglasung fungieren auf der Nordseite als RWA-Öffnungen. Auf der Südseite waren keine Lüftungsklappen erforderlich. Ein Lichtband dient zusätzlich als Montageöffnung und kann mittels entsprechender Kranösen abgehoben werden, um sperrige Materialien oder Sportgeräte über das Dach in die Halle zu befördern. Beim angrenzenden Schwimmbad ist der Rauch- und Wärmeabzug direkt über der Fassade realisiert worden.

Alle anderen Gebäudebereiche wurden in separaten Losen ausgeschrieben und an kompetente Handwerksbetriebe vergeben. Den Auftrag für die Montagen der Oberlichter sicherte sich der autorisierte Dachdeckerbetrieb Fritz in MURR, der zusammen mit den ESSMANN-Fachingenieuren die Planung sämtlicher Oberlichter vorgenommen hat. Die Erfüllung seines Leistungsverzeichnisses  bestand in der Montage der gesamten Oberlichter inkl. passender Zarge und 24 V-Elektromotoren.

Ansteuerung der Oberlichter durch frei konfigurierbare Modulzentralen

Alle Oberlichter werden über insgesamt fünf moderne, frei konfigurierbare Modulzentralen Typ MZ 2 mit einer Leistung von jeweils 32 Ampere angesteuert. Die MZ 2 besitzt eine TÜV-Bauartzulassung. Die Steuerungszentrale mit integrierter Energieversorgung zur Steuerung von Rauch- und Wärmeabzügen erfüllt die Merkmale einer Steuerungszentrale nach den aktuellen Normen DIN prEN 12101-9 und EN 12101-10. Hiermit lassen sich problemlos die Lüftungsfunktionen nachträglich anpassen, ohne dass aufwendige Veränderungen in der Verdrahtung vorgenommen werden müssen. Die Modulzentrale kann ebenfalls zur Steuerung der täglichen Lüftung genutzt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen hardwaremäßig betriebenen Steuerungen erlaubt die Modulzentrale MZ2 eine nachträgliche Veränderung anhand eines intelligenten Konfigurations-Softwareprogramms. Damit lassen sich bereits im Planungsstadium viele Abläufe einfacher realisieren. Hierfür genügt die Basiseinstellung in der Projektstartphase. In der späteren Projektierung folgt dann ohne großen Aufwand und ohne nachträgliche Korrekturen in der Technik die problemlose Feinjustierung.

Die gesamte Steuerungstechnik für die RWA war wiederum im Elektrobereich ausgeschrieben. Dafür war ein Elektrofachplaner zwischengeschaltet, der die Anforderungen für die Elektrofachplanung im Leistungsverzeichnis formulierte.

Ausgeklügeltes Lüftungskonzept für freie Lüftung, Nachtauskühlung und Pausenlüftung

Die Zuluft wird über bauseitige Öffnungen in der Fassade geregelt. Hierzu sind ca. 40 Stück 24-Volt-Elektromotoren in die Fassade integriert worden. Das Besondere an dem Lüftungskonzept ist die Verwendung der Fassade zur Nachtauskühlung außerhalb des Schulbetriebes.

Das Unternehmen Imtech Deutschland koordinierte gemeinsam mit dem ESSMANN-Fachberater neben den Anforderungen des Leistungsverzeichnisses für die gesamte Elektrofachplanung auch die komplette Lüftungstechnik, für deren Planung das Planungsbüro Pfähler + Rühl GmbH, Heilbronn verantwortlich zeichnet. Im Fokus stand die zuvor beschriebene Nachtauskühlung der Gebäude. Die Besonderheit der Bauaufgabe lag in der Forderung, statt einer Impulsspannung eine Dauerspannung zu realisieren. Diese schwierige elektrotechnische Aufgabe lösten die Elektriker durch Sensoren, die auf unterschiedliche Temperaturen reagieren, wobei die verschiedenen Raumtemperaturen vorher exakt festgelegt und steuerungstechnisch hinterlegt wurden. Danach kann die Lüftungsfunktion vorgegeben werden, beispielsweise zu den Pausen anders als während der Unterrichtszeiten oder im Sommer anders als im Winter.

ESSMANN Lösungskompetenz für Bewältigung von Schnittstellen

An dieser Projektabwicklung wird deutlich, wie wichtig vorausschauende Planung und die exakte Definition bzw. Zuordnung der Schnittstellen in den einzelnen Gewerken sind. Die Gebäudeleittechnik (GLT) und die Mess- und Regelungstechnik (MSR-Bereiche) müssen in einem Bauprojekt übergeordnet betrachtet werden. Durch die frühzeitige Einbeziehung der ESSMANN-Fachplaner bereits in der Projektstartphase ließen sich die Schnittstellen exakt bestimmen, in Leistungsverzeichnissen umfassend definieren und gewerkemäßig eindeutig zuordnen. Tageslicht, Rauch- und Wärmeabzug sowie Lüftung für den neuen FSAS-Schulcampus konnten auf diese Weise rechtzeitig in allen Leistungsverzeichnissen berücksichtigt und fachmännisch einwandfrei ausgeführt werden.

Die Schnittstellenproblematik bei einem Bauprojekt lässt sich erheblich reduzieren, wenn die Gewerke Dach und Fassade sowie Steuerung ausgeschrieben werden, so wie es in der aktualisierten DIN EN 12131 für die Zukunft empfohlen wird. Ohne Kommunikation und Zusammenarbeit geht es am Bau einfach nicht. Sie sind die Garanten für eine gute Qualität und pünktliche Abwicklung. Die TÜV-Abnahme sowie die Bauendabnahme in Künzelsau erfolgten außerordentlich reibungslos und selbstverständlich mängelfrei.