Per Knopfdruck „durchspülen“

Laut Statista gab es in Deutschland im Schuljahr 2019/2020 insgesamt 32.332 allgemeinbildende Schulen.

Viele davon sind in Gebäuden untergebracht, die in die Jahre gekommen sind und damit kein optimales Raum- beziehungsweise Lernklima bieten.

Ganz anders ist dies beim Neubau der Johann-Pachelbel-Realschule und staatlichen Fachoberschule II in Nürnberg: Das im Jahr 2017 fertiggestellte Gebäude mit einer Nutzfläche von 16.000 m² und insgesamt 108 Klassenzimmern wurde im Passivhaus-Standard errichtet.

Die Liegenschaft ist mit einer hochmodernen Haustechnik ausgestattet, deren nachhaltiges Energiekonzept Erdwärmenutzung, Eigenstromerzeugung, mechanische Lüftung und eine moderne Gebäudeautomation mit Energiemanagement beinhaltet. Die Klimatisierung der Klassenzimmer erfolgt mittels Heiz- und Kühldecken, ergänzt durch Einzelraum-Lüftungsgeräte. Außenluftmenge und Luftqualität sind individuell einstellbar und garantieren optimale Voraussetzungen für die Gesundheit und das Leistungsvermögen der Schüler. Zusätzlich kann die Raumluft über einen Schalter am Raumbediengerät per Knopfdruck innerhalb von nur 15 Minuten komplett ausgetauscht werden.

Viele öffentliche Schulgebäude in Deutschland genügen heutigen Anforderungen an Energieeffizienz und lernfördernde Raumbedingungen nicht mehr: Sie verbrauchen alters- und bauartbedingt oft überdurchschnittlich viel Energie für Heizung sowie elektrische Verbraucher und beeinträchtigen das Leistungsvermögen der Schüler aufgrund von Überwärmung im Sommer sowie einer durch unzureichende Lüftung bedingten zu hohen CO2-Konzentration.

Bei der im Jahr 2017 auf dem Gelände Rothenburger Straße 401 fertiggestellten Johann-Pachelbel-Realschule sieht dies ganz anders aus: Der Schulkomplex, dessen Bau vom Nürnberger Stadtrat 2014 in Form einer Öffentlich-Privaten Partnerschaft (ÖPP) beschlossen wurde, setzt neue Maßstäbe hinsichtlich Energieverbrauch und Lernkomfort.

Das Gebäude wurde durch das Bauunternehmen Georg Reisch GmbH & Co. KG aus Bad Saulgau nach Entwürfen des Stuttgarter Architekturbüros Lederer Ragnarsdóttir Oei (LRO) im Passivhaus-Standard errichtet, der das Erreichen eines behaglichen Innenklimas sommers wie winters bei minimalem Energieeinsatz ermöglicht. Neben der Planungs- und Bauleistung beinhaltet der ÖPP-Vertrag auch den Betrieb des Gebäudes über 25 Jahre. Seit August 2017 – einem Monat vor Eröffnung der Schule – ist die Sauter FM GmbH mit dem Facility Management der Schule beauftragt und stellt seither den reibungslosen Betrieb sowie ein optimales Energiemanagement sicher.

Sole/Wasser-Wärmepumpe für Beheizung und Kühlung

Der H-förmige Bau mit 21.500 m² Bruttogeschossfläche verfügt über eine vorgehängte, hochwärmegedämmte Ziegelfassade sowie eine umfassende Dachbegrünung und beherbergt insgesamt 108 Klassenzimmer für etwa 1.350 Schüler. Auch bei der Haustechnik wurde keine Standardlösung verbaut: „Eine energieeffiziente Wärme- und Kälteerzeugung, eine Photovoltaik-Anlage, eine kontrollierte Lüftung und eine moderne Gebäudeautomation mit Energiemanagement gehören zum nachhaltigen Energiekonzept“, erläutert Stefan Müller, Objektleiter Sauter FM. „Als erste kommunale Schule in Süddeutschland erfolgt die Wärme- und Kälteerzeugung mittels einer Erdwärmepumpe.“ Im Heizbetrieb leistet diese 311 kW, im Kühlbetrieb 254 kW. Für die Soleanlage wurden 59 Erdsonden bis in 70 m Tiefe verlegt – das entspricht knapp 4.200 Bohrmetern.

Der Wechsel zwischen Kühl- und Heizfunktion steigert den Komfort in den Klassenräumen, trägt aber auch dazu bei, dass der Erdspeicher optimal bewirtschaftet wird. Die über den Sommer eingespeiste Abwärme aus den Klassenräumen erwärmt das Erdreich und erlaubt damit eine optimale Ausgangsbasis für den nächsten Heizbetrieb. Der ausgewogene Wechsel zwischen Ein- und Ausspeisung von Wärme in das bzw. aus dem Erdreich wird von der Sauter Gebäudeautomation und Energiemanagement vorgegeben und überwacht.

Dies erlaubt einen Betrieb der Wärmepumpe mit optimalem Wirkungsgrad und damit minimalem Einsatz von elektrischer Energie. Sollte trotz der sehr guten Gebäudehülle weitere Wärme erforderlich sein, wird dies über den Gas-Brennwert-Kessel (314 kW im Heizbetrieb 50/30 °C) abgedeckt.

In den Klassenzimmern erfolgt die Klimatisierung mit Heiz-/Kühldecken, die mit Einzelraum-Lüftungsgeräten für die Außenluftzufuhr ergänzt wurden. Die Luftmenge und Luftqualität werden automatisch entsprechend der Nutzungsintensität angepasst, sodass ein CO2-Grenzwert von 1.000 ppm nicht überschritten wird. Sofern vom Nutzer gewünscht, ist es darüber hinaus möglich, die Raumluft durch Drücken des Schalters am Raumbediengerät „durchzuspülen“ – das heißt, sie innerhalb von 15 Minuten komplett auszutauschen; eine Funktion, die gerne während der Pausenzeiten genutzt wird.

Die Sauter-Gebäudeleittechnik überwacht alle Vorgänge und erlaubt eine exakte Auswertung des Raumkomforts für jedes Klassenzimmer. So kann in der Gebäudemanagementsoftware „Sauter Vision Center“ beispielsweise der Verlauf der CO2-Konzentration visualisiert und damit überprüft werden, ob die Raumluftqualität den Erwartungen entspricht. Auch der Temperaturverlauf in den Zimmern wird angezeigt.

Energiemanagement bestätigt geringen Primärenergieeinsatz

Die Daten aus dem umfangreichen Energiemanagement der Johann-Pachelbel-Realschule und staatlichen Fachoberschule II zeigen deutlich, dass der Passivhaus-Standard nicht nur für Wohngebäude ein überzeugendes Konzept darstellt. Die Verbrauchswerte der Schule sind extrem niedrig. So werden für die Beheizung nur 11,5 kWh/m²a an Endenergie (Gas und Strom) benötigt. Der Gas-Anteil (Kessel) beträgt hierbei 9,0 kWh/m²a, der elektrische Verbrauch der Wärmepumpe macht 2,5 kWh/m²a aus.

Trotz des geringen Stromverbrauchs deckt die Erdwärmepumpe 60 bis 79 Prozent des Wärmebedarfs im Gebäude ab und zeigt den Mehrwert des Systems. Erfreulich ist auch der Blick auf die CO2-Bilanz des Gebäudes. Die auf dem Dach installierte PV-Anlage lieferte im Jahr 2020 einen Stromertrag von 54,5 MWh, das entspricht zehn Prozent des gesamten Strombedarfs und ist mehr als für den Betrieb der Wärmepumpe benötigt wird – ein beachtliches Ergebnis sowohl im Hinblick auf die CO2-Emission als auch die anfallenden Nebenkosten.

Der Schulkomplex weist aber nicht nur einen hocheffizienten Energiestandard auf. Gleichzeitig bietet das Gebäude durch das optimale Raumklima hervorragende Lern- und Lehrbedingungen. „Das Projekt und die bisherige Zusammenarbeit wird von allen Beteiligten als sehr erfolgreich bewertet“, so Müller.

„Dieses Ergebnis nährt die Hoffnung, dass die Johann-Pachelbel-Realschule/staatliche Fachoberschule II als Leuchtturmprojekt für zukünftige Neubauten und Sanierungen weiterer Schulgebäude dienen wird. Hier liegt hinsichtlich Energieeffizienz, Betriebskosten, Umweltschutz sowie Gesundheit und Lernerfolg der Schüler bundesweit ein großes, aktuell nicht ausgeschöpftes Potential.“