Das Concretcool-Klimasystem im Neubau der Schulen Türli und Arni – Projektbericht Kiefer

Mit einem nachhaltigen BTA-Lüftungssystem wurde das vierstöckige Schulhaus Türli in Sachseln in der Schweiz ausgestattet. Zum Einsatz kam eine „Concretcool“-Betonkernaktivierung (BTA) mit integrierter Lüftungsfunktion über Dralldurchlässe.

Der kleine Ort Sachseln in der Schweiz liegt am Sarnersee, knapp 30 min von Luzern entfernt. In der Gemeinde mit etwa 5.200 Einwohnern gehen die Schülerinnen und Schüler mit Begeisterung in die neue Grundschule mit angeschlossenem Kindergarten. Rund 17,5 Mio. CHF investierte man in den Neubau des Schulhauses Türli und Arni und setzte dabei auch auf ein nachhaltiges Lüftungs- und Raumtemperiersystem durch eine „Concretcool“-Betonkernaktivierung (BTA).

BTA-Lüftungssystem in Schule
Abbildung 1: Das vierstöckige Schulhaus Türli in Sachseln in der Schweiz wurde 2020 fertiggestellt. Es wurde mit einem nachhaltigen BTA-Lüftungssystem ausgestattet. (Abb. © Martin Wittwer/ freitreppe.com)

Daten und Fakten zum Projekt

Objekt: Schulhaus Türli, Sachseln/Schweiz
Bauherr: Einwohnergemeinde Sachseln/Schweiz
Fachplaner TGA: Ingenieurbüro P. Berchtold, Sarnen/Schweiz
Architekt: Durrer Architekten, Luzern/Schweiz
Bauarbeiten: 2018 bis 2021
Investition: 17,5 Mio. CHF
Produkte: „Concretcool“-System in Kombination mit Deckendralldurchlässen von Kiefer Klimatechnik, Stuttgart

1958 wurde das alte Schulhaus Türli in Sachseln gebaut. Damals galten andere Baustandards und Ansprüche an Schulgebäude als heute. Nicht nur hygienische Vorgaben in den Hauswirtschaftsbereichen stellten inzwischen ein Problem dar, auch fehlende Gruppenräume für Zusatz- oder Musikunterricht und die nicht barrierefreie Bauweise. Insgesamt war das Gebäude sanierungsbedürftig, und die Anpassung an heutige Anforderungen wäre mit großem Aufwand verbunden gewesen, zumal das alte Gebäude asbesthaltig war. Die Gemeinde entschied sich daher nach einer Volksabstimmung gegen eine Sanierung und für einen Neubau. Beim anschließenden Architekturwettbewerb gewann der Entwurf „Türli und Arni“ von Durrer Architekten aus Luzern. Dieser sah zwei verschiedene Gebäude vor: ein Schul- und ein Kindergartenhaus, die in unterschiedlichen Etappen gebaut werden sollten, wodurch keine Provisorien benötigt wurden. Das bedeutet: Der Neubau des Schulhauses Türli und Arni fand bei laufendem Schulbetrieb statt – eine besondere Herausforderung, insbesondere für die Sicherheitsvorkehrungen bei der Zu- und Abfahrt der Baufahrzeuge.

Neue Standards Schullüftung
Abbildung 2: Außen wirkt das Gebäude kompakt, innen sorgt ein großer Lichtschacht im Dach für natürliches Licht und das luftige Treppenhaus für einen offenen, freundlichen Empfang. (Abb. © Martin Wittwer/ freitreppe.com)

12 Klassenräume, vier Gruppenräume, Musikzimmer, Singsaal, Lehrerzimmer, Logopädiezimmer und Räume für Werken und Basteln sowie Nebenräume für Lager oder Gebäudetechnik finden Platz im neuen Schulhaus. Vor allem die Klassenräume in den beiden oberen Stockwerken mit ihren großzügigen Panoramafenstern samt umlaufender Fensterbank sind ein echtes Highlight für die Schüler: Sie bieten eine Aussicht auf den Sarnersee oder die Kirche und den Dorfplatz und lassen die Klassenzimmer hell und freundlich wirken.

Zuluft-Dralldurchlässe sind in Betondecken integriert
Abbildung 3 und 4: In den Räumen befinden sich keine sichtbaren Luftleitungen, sondern lediglich die Zuluft-Dralldurchlässe, die unauffällig in die Betondecken integriert wurden. (Abb. © Martin Wittwer/ freitreppe.com)

Das langgestreckte, zweigeschossige Arni-Gebäude beherbergt fünf Kindergartenräume sowie zwei Schulküchen und wurde in einer zweiten Etappe nach Fertigstellung des Türli gebaut. Auf den Firstdächern ist eine Photovoltaikanlage Richtung Süden platziert. Beide Gebäude wurden in einer Mischung aus Skelett- und Massivbauweise erstellt, was eine flexible Raumnutzung ermöglicht.

Bauteilaktivierung überzeugt die Architekten

Bei der Planung legten die Architekten großen Wert auf eine nachhaltige Energieversorgung in den beiden Gebäuden. Die neuesten gesetzlichen Energievorgaben wurden unter anderem durch die kompakte Bauform und die Wärmedämmung erfüllt. Zusätzlich sorgen eine Dreifachverglasung der Fenster und textile Markisen für einen Wärmeschutz im Sommer. Der Solarstrom aus der PV-Anlage versorgt neben den Schulgebäuden auch die Turnhalle und das Gemeindehaus. Darüber hinaus entschied sich der Architekt Reto Durrer für ein Lüftungssystem auf Basis einer Betonkerntemperierung (BTA). Hierfür wurden während der Bauphase Kühlrohre aus wärmeleitendem Aluminium in die Betondecken auf jeder Ebene verlegt. An der Anzahl der für einen Raum benötigten Luftdurchlässe orientiert die Verlegung der Kühlrohrschlangen.

luftdurchströmte Aluminium-Kühlrohre werden in die Decke einbetoniert
Abbildung 5 und 6: Die luftdurchströmten Aluminium-Kühlrohre des Systems „Concretcool“ mit einem Durchmesser von 80 mm wurden in der statisch neutralen Zone der Betondecke zwischen oberer und unterer Bewehrung verlegt. Das anschließende Vergießen der Decken bettet die Kühlrohre in den Beton ein. (Abb. © Einwohnergemeinde Sachseln, Schweiz)

Beim Projekt Türli und Arni kam das BTA-Lüftungssystem „Concretcool“ der Kiefer Klimatechnik GmbH, Stuttgart, zum Einsatz. Das TGA-Planungsbüro Berchtold aus Sarnen hatte bereits positive Erfahrungen mit diesem System und es daher speziell für dieses Projekt bei den Stuttgarter Lüftungsexperten angefragt. „Concretcool“ nutzt die freie Kühlung und vereint die Bauteilaktivierung mit der Lüftungsfunktion. Das System bewährt sich bereits seit über 20 Jahren und ist für Schulneubauten wie diesen sehr gut geeignet. Denn für ein konzentriertes Arbeiten und Lernen und auch um eine mögliche virenbelastete Aerosolkonzentration zu vermeiden, benötigen Schulräume stets frische Außenluft. Durch den kontinuierlichen Austausch der Raumluft mit Außenluft wird ein Anstieg des CO2-Gehalts in der Raumluft verhindert. Die „Concretcool“-Bauteilaktivierung verwendet statt Wasser Außenluft als Energieträger. Diese steht an bis zu 70 % des Jahres mit Temperaturen unter 12 °C kühl und kostenlos zur Verfügung. So werden die Räume mit Außenluft versorgt und gleichzeitig die Raumluftfeuchte im Sommer reduziert. Während des Betriebs der Anlage im Winter produzieren die Schüler mehr Wärme als durch die gut gedämmte Gebäudehülle entweicht. Dass daher nicht viel geheizt werden muss, war für die Architekten ein entscheidendes Argument für das „Concretcool“-System.

Einfache Funktion, unauffälliges Design, hohe Energieeinsparungen

Wie funktioniert „Concretcool“? Man kann sich das System wie eine mit Luft betriebene Kühldecke vorstellen, mit zusätzlichem großen Energiespeichervolumen. Dies ermöglicht, die gespeicherte Wärme zu einem späteren, energetisch sinnvolleren Zeitpunkt abzugeben, beispielsweise in der Nacht oder den frühen Morgenstunden. Über den Tag hinweg führt die Wärmekapazität des Bauteils nur zu einem geringen Anstieg der Raumtemperatur. Die Energie im Raum dient dann der Nacherwärmung der Zuluft.
Ein zentrales RLT-Gerät saugt kühle Außenluft, mit einem optimalen Luftvolumenstrom für das System von 6 bis 7,5 m³/h pro m² Nutzfläche, durch die Aluminiumrohre an. Bei der Durchströmung der Kühlrohre innerhalb der Betondecke erwärmt sich die Luft annähernd auf Deckentemperatur. Rippen in den Aluminiumrohren vervierfachen die innere Oberfläche nahezu. Dadurch wird ein Wärmeübertragungsgrad von 90 % erreicht. Die Wärme zur Erwärmung der Luft wird der Decke entzogen und führt zu einer zeitgleichen Kühlung des Bauteils. Deckendralldurchlässe vom Typ „GLS 230“ von Kiefer führen anschließend die Zuluft in die Räume. Dadurch wird der hygienische Außenluftbedarf gedeckt und ein behagliches Raumklima geschaffen. Ganz ohne Nacherhitzer oder Primärenergie erreicht das System eine Zuluft-Austrittstemperatur von rund 21 °C. Der Prozess erfolgt selbstregulierend und fast schwankungsfrei mit hoher Stabilität der Temperatur aufgrund der großen Speicherkapazität der Betondecken.

Zusätzliche Lüftungsrohre benötigt das System nicht, lediglich die Luftdurchlässe sind in den Betondecken unauffällig integriert. Dadurch können auch ästhetische Ansprüche der Architekten erfüllt werden: Da die Anschlusskästen auch in wasserdichter Ausführung in die Decke einbetoniert werden können, sind beispielsweise durchgehend glatte Betondecken möglich.

Deckendrall-Luftdurchlässe
Abbildung 7: An die Anschlusskästen in der Betondecke wurden die Deckendrall-Luftdurchlässe „GLS 230“ angebracht. Die Zuluftführung erfolgt hierbei über Drallschaufeln. (Abb. © Kiefer)

Kunst am Bau

Im Sommer 2020 konnte das Schulhaus Türli und im Sommer 2021 auch das Arni feierlich eröffnet werden: ein Jahr früher als geplant und sogar mit etwas niedrigeren Gesamtkosten als ursprünglich vorgesehen. Von der Fassade blicken 66 Portraits hinunter auf den Schulhof. Der Sarner Künstler Christian Kathriner hat freiwillig ausgeloste Kinder aus dem Kindergarten und der Schule zuerst fotografiert und anschließend mit einem speziellen Verfahren diese Portraits in verschiedenen Graustufen auf die Betonfassade gedruckt. So bleiben sie als Zeitzeugen für die Zukunft verewigt. An die Zukunft wurde auch bei der Planung gedacht: Denn sollte später eine Erweiterung nötig sein, kann an das Türli-Schulhaus angebaut oder der Arni-Kindergarten aufgestockt werden.

Portraits von Schulkindern werden auf die Betonfassade gedruckt
Abbildung 8: An der Fassade wurden 66 Portraits von Kindergarten- und Schulkindern mit einem speziellen Verfahren in verschiedenen Graustufen auf die Betonfassade gedruckt. (Abb. © Martin Wittwer/ freitreppe.com)

Der Beitrag wurde von der Kiefer Klimatechnik GmbH, Stuttgart, für cci Wissensportal zur Verfügung gestellt.

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