Neubau, zweizügige Grundschule in Passivbauweise mit Mensa

Lernen im gesunden Umfeld

In Niedersachsen wurde eine Grundschule in Passivhaus-Bauweise mit vorgefertigten Holzrahmenwänden erstellt. Die Beplankung der Innenwände erfolgte mit einer speziellen Gipsfaser-Platte, die über eine besondere, beidseitige Beschichtung Schadstoffe aus der Raumluft aufnimmt und dauerhaft in unschädliche Stoffe umwandelt und so den Schülern ein gesundes Umfeld beschert. Die Gesamt-Konstruktion bietet Sicherheit in der Brandschutzklasse F30-B.

Rückläufige Schülerzahlen und die notwendige Realisierung innovativer pädagogischer Konzepte verändern derzeit – vor allem im ländlichen Raum – die Schullandschaft. Oft kann in den bislang vorhandenen Strukturen ein sinnvoller Unterricht nicht mehr gewährleistet werden. Vielerorts werden daher kleinere Schulen geschlossen und die Kinder in regionalen Schulzentren zusammengefasst.

Um für die neuen Anforderungen gewappnet zu sein, hat die Kommune das alte, aus den 50er Jahren stammende Schulgebäude abgerissen. An die Stelle des traditionellen Massivbaus aus Klinkern trat ein modernes Gebäude in Mischbauweise mit einer Bruttogrundfläche von 2850 m², das Passivhaus-Anforderungen erfüllt. Während sämtliche tragende Elemente massiv in Stahlbeton oder Kalksandstein ausgeführt sind, wurden die Fassaden in Holzrahmenbauweise erstellt. Die raumseitige Beplankung der Holzrahmenelemente erfolgte mit speziellen Gipsfaser-Platten, die einerseits die notwendige hohe Stabilität bieten und andererseits durch eine beidseitige Beschichtung Schadstoffe aus der Raumluft aufnehmen und dauerhaft in unschädliche Stoffe umwandeln. „Diese Mischbauweise,“ erklärt der Planer und Architekt Michael Klein, „sorgt in Verbindung mit einem ausgeklügelten energetischen Konzept dafür, dass die für die Realisierung des Passivhaus-Konzeptes wichtigen thermischen Eigenschaften der Gebäudehülle gewährleistet sind.“ Insgesamt rund 10 % höhere Baukosten für die Ausführung in Passivhausstandardbauweise wurden vom Bauherrn akzeptiert, da sich die Mehrkosten schnell infolge dauerhafter Energieeinsparungen amortisieren.

Freiräume für pädagogische Konzepte

Um Freiräume für pädagogische Konzepte zu schaffen, wurde das Gebäude als „offene Schule“ konzipiert mit großzügig bemessenem Flur, Flächen und Lernnischen. Immer zwei Klassenräume der zweizügigen Grundschule sind durch einen Gruppenraum miteinander verbunden, in dem die verschiedensten unterrichtsergänzenden Aktivitäten durchgeführt werden können. Ein mit der Kinderküche kombinierter Bastelraum, ein Multifunktions- und Musikraum sowie die Bibliothek ergänzen das Raumprogramm und bieten die Möglichkeit zu individueller Förderung. Hinzu kommen die notwendigen Verwaltungsbereiche und Lehrerzimmer sowie ein Extra-Büro für einen Sozialpädagogen, das jedoch auch als Elternsprechzimmer genutzt werden kann.

Musikraum und Aula können miteinander verbunden werden. Wird auch noch der durch eine Glasfaltwand abgetrennte Speisesaal, in dem jeden Tag rund 90 Schulkinder und etwa 50 Kinder aus dem benachbarten Kindergarten verpflegt werden, mit einbezogen, steht ein sehr großzügiges Foyer für Schulveranstaltungen zur Verfügung.

Große Flure nehmen Rücksicht auf den Bewegungsbedarf von Kindern. Sie sind mit entsprechend möblierten Lernnischen ausgestattet, die klassenübergreifend für Unterrichtszwecke genutzt werden können. Große Fensterelemente transportieren viel Tageslicht ins Innere. Glasflächen trennen die Gruppenräume von den Fluren ab und sorgen für eine hohe Transparenz. „Das entspricht,“ erklärt Architekt Klein, „dem modernen pädagogischen Konzept. Heutzutage wird viel interdisziplinär und raumübergreifend mit offenen Türen unterrichtet.“ Drei Lichtsheds im Dach leiten das Sonnenlicht in alle Winkel.

Die Innenraumgestaltung inklusive Farbkonzept und Wahl der Wand- bzw. Fußbodenbeläge sowie die Möblierung wurden ebenfalls vom Architekten in Absprache mit der Gemeinde übernommen.

Es stand jedoch nicht nur die kindgerechte Ausstattung im Vordergrund: Akustikdecken und die Installation sogenannter Acustic-Wall-Panels in jedem Klassenraum dämpfen Geräusche und ermöglichen so ruhiges Unterrichten durch einen geringen Lernpegel. Das schafft auch für die Lehrer eine stressfreie Atmosphäre. Schalldämmende Vorteile ergaben sich außerdem durch die im Vergleich zu anderen Gipsbaustoffen höhere Rohdichte und biegeweichere Plattenstruktur der Fermacell greenline Gipsfaser-Platten, mit denen die Wandkonstruktionen raumseitig beplankt wurden.

Brandschutzkonzept

Um die Flure in das pädagogische Konzept einbeziehen zu können, hat Architekt Michael Klein ein spezielles Brandschutzkonzept entwickelt. Demnach sind alle Klassenräume so angeordnet, dass jeder seinen eigenen Ausgang hat. Die Schüler, die im Erdgeschoss lernen, können bei Gefahr direkt in den Garten ausweichen, für die Klassen der oberen Etage ist der Weg nach draußen über eine freistehende Balkonkonstruktion mit Treppe – die zusätzlich den sommerlichen Wärmeschutz übernimmt – gewährleistet. „Mit diesem ‚Trick’“, erklärt Klein, „haben wir erreicht, dass die Flure keine notwendigen Erschließungsflächen und somit nicht Bestandteil eines Rettungskonzeptes sind. Dies gestattete uns die Möblierung der Flurbereiche.“ Gleichzeitig übernehmen die Lichtsheds im Dach die Funktion der Entrauchung.

Als Gebäude niedriger Höhe (entsprechend der niedersächsischen Bauordnung) muss der zweigeschossige Bau die Anforderungen der Brandschutzklasse F30-B erfüllen. Durch die mit 15 mm dicken Fermacell greenline Gipsfaser-Platten (Baustoffklasse A2 nichtbrennbar gem. DIN-EN 13501-1) ausgeführten Wandkonstruktionen konnten diese Brandschutzanforderungen leicht erfüllt werden. Denn bereits in einer Plattendicke von 10 mm sind mit greenline Feuerschutzkonstruktionen von F30 bis F120 möglich. Damit ist sichergestellt, dass eine Brandausbreitung ausreichend lange begrenzt werden kann, um die Kinder bei Feuer schnell und sicher zu evakuieren, zumal für jeden Aufenthalts- bzw. Gruppenraum zwei voneinander unabhängige Rettungswege vorhanden sind.

Vorfertigung

Sämtliche Fassadenelemente wurden in den Werkhallen der Zimmerei Sieveke GmbH in Lohne, unter optimalen Bedingungen mit maximalem Vorfertigungsgrad produziert. Das Familienunternehmen, das bereits in der vierten Generation erfolgreich am Markt unterwegs ist, hat sich auf Holzbau, Ingenieurholzbau und Holzrahmenbau spezialisiert und begleitet öffentliche und gewerbliche Bauaufträge von der kompetenten Planung bis zur termingerechten Fertigstellung.

„Der Bauherr,“ erinnert sich Architekt Klein, „stand der elementierten Holzbauweise von Anfang an positiv gegenüber, weil damit zum einen eine kurze Bauzeit und zum anderen der Einbau im trockenen Zustand sichergestellt werden konnte.“ Probleme, die beim Bau von Passivhaus-Fassaden sonst häufig auftreten, wie etwa Feuchtigkeit, die in die Dämmung eindringt, konnten so von Anfang an ausgeschlossen werden. „Die Anzahl der Montageschritte vor Ort ist verringert,“ bestätigt Ferdinand Hartke, der als Projektleiter das Bauvorhaben betreut hat. „Der Betreuungs- und Prüfungsaufwand auf der Baustelle reduziert sich durch die Vorfertigung extrem und sorgt für kurze Bauzeiten. Dadurch,“ betont er, „steigen Zeit- und Budgetsicherheit im Bauprojekt.“

Mit runden Wänden, runden Dächern und der Vermischung von Massiv-, Stahl- und Holzbau war die Bauaufgabe komplex. Die Vorfertigung der Holzelemente erforderte daher höchste Präzision, um die unterschiedlichen Details zu einem harmonischen Ganzen zusammenfügen zu können. Hinzu kam, dass wegen des Passivhaus-Konzeptes eine besonders luftdichte Gebäudehülle erstellt werden musste, um die Passivhaus-Luftwechselrate von n=0,6/h zu erreichen.

Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurden in der Zimmerei zunächst die CAD-Planung des Architekten sowie die Haustechnik- und Tragwerkplanung in eine 3D-Konstruktionsplanung übernommen. „Entsprechend den Anforderungen, die an Passivhaus-Konstruktionen gestellt werden,“ erläutert Ferdinand Hartke das Verfahren, „fanden dabei vor allem die 3D-Daten des von Sieveke erstellten tachimetrischen Aufmaßes, mit denen die für die Elementkonstruktion notwendigen Rohbaumaße geprüft wurden, Berücksichtigung.“ Denn im Fassadenbereich wurden sämtliche Elemente vor den tragenden Massivbau gestellt.

Dabei galt es sicherzustellen, dass beispielsweise Fenster- und Türlaibungen des vorgefertigten Holzbaus exakt zu den massiv gebauten Öffnungen passten. Eine besondere Herausforderung waren die bogenförmigen Außenwandelemente, die passivhaustauglich inklusive entsprechender Luftdichtungsmaßnahmen vor den Rohbau gesetzt wurden. „Gute Planung war hier alles,“ resümiert Hartke. „Durch die Umsetzung der Architektenplanung in eine 3D-Werkplanung aber lassen sich selbst komplexe Wandgeometrien exakt planen und später millimetergenau vorproduzieren. So verlieren komplexe Geometrien ihren Schrecken.“

Dank des maximalen Vorfertigungsgrades war eine schnelle und reibungslose Abwicklung auf der Baustelle gewährleistet. Die fertigen Wandelemente wurden just-in-time per Tieflader angeliefert und lediglich mechanisch befestigt. „Um die reibungslose Bauabwicklung bis zum Schluss sicherzustellen,“ erklärt Hartke, „haben wir jedoch die Endmontage auf der Baustelle ausschließlich mit eigenen Mitarbeitern und eigenem Krangerät durchgeführt.“

Insgesamt wurden für die Produktion sämtlicher Wandelemente im Werk mit sechs Mitarbeitern ca. 12 Wochen benötigt. Die Montage der 140 Elemente vor Ort – 1700 m² geschlossene Elemente und 330 m² Glas- und Fensterelemente – war schließlich nach weiteren 12 Wochen abgeschlossen. Durchschnittlich waren vier bis fünf Mitarbeiter auf der Baustelle tätig.

Luftdichte Gebäudehülle

„Ökologie,“ erinnert sich Architekt Michael Klein an den Planungsprozess, „war bei diesem Objekt ein wichtiges Entscheidungsargument. Deswegen haben wir uns auch für einen Wandaufbau entschieden, der nach unserer Einschätzung ein Minimum an schädlichen Emissionen gewährleistet.“

Eingesetzt wurde ein Einfachständerwerk mit einer Dicke von 30 cm. Nach außen hin wurde die Konstruktion mit 35 mm dicken Holzfaserdämmplatten und mit einem mineralischem Putzsystem geschlossen. Darauf kamen Faserzementplatten in verschiedenen Farbtönen, die als hinterlüftete Konstruktion im Abstand von 40 mm vor der Dämmung montiert wurden. Die Putzflächen wurden als WDVS-System ohne Hinterlüftung ausgeführt.

Der raumseitige Abschluss erfolgte durch die Beplankung mit der Fermacell greenline Gipsfaser-Platte in 15 mm Dicke, die VOCs (flüchtige organische Verbindungen, Anm. die Red.) aus der Raumluft bindet und dauerhaft neutralisiert. Zur Aussteifung wurden OSB Platten (15 mm) eingesetzt, die Dämmung im Wandhohlraum erfolgte mit Zellulose-Einblasdämmung (30 cm). Insgesamt verfügt der Wandaufbau über eine Dicke von 453 mm und erreicht nach Angaben des Projektleiters U-Werte zwischen 0,11 und 0,15 W/m²K.

Die Fermacell greenline Gipsfaser-Platten wurden direkt auf der Unterkonstruktion befestigt. Zum Einsatz kamen in der Vorfertigung große Formate von 254 cm x 600 cm. Der Zuschnitt erfolgte mit CNC-Maschinen in den Werkstätten der Firma Sieveke. Bei der Montage auf der Baustelle wurden Plattenformate von 125 cm x 200 cm bzw. 250 cm eingesetzt.

Um die für Passivhaus-Konstruktionen geforderte luftdichte Gebäudehülle zu erreichen, wurden während der Vorfertigung sämtliche Plattenstöße innerhalb der Elemente verklebt. Bei der Montage vor Ort wurden außerdem alle Elementstöße und -ecken sorgfältig von innen und außen, sowie zusätzlich sämtliche Elemente auf der Sohle – ebenfalls von innen und außen – abgeklebt. Die Verwendung einer Zellgummidichtung in Schlauchform erhöht die Luftdichtigkeit zusätzlich. Der Einbau der Kunststofffenster und Aluminiumtüren (3-fach Verglasung, U-Wert 0,7W/m²K) erfolgte mit Multifunktionskompriband.

Die Südfassade ist als Pfosten-Riegel-Konstruktion im Passivhausstandard ausgeführt (3-fach Verglasung, U-Wert [Glas]= 0,5 W/m²K). Ebenso wurden Teilflächen der übrigen Fassaden als Pfosten-Riegel-Konstruktion ausgeführt. Diese Flächen wurden in die von Sieveke vorgefertigten Holztafelelemente integriert und fertig verglast auf die Baustelle geliefert.

Vor dem endgültigen Innenausbau wurde abschließend eine Luftwechselrate von n=0,3/h, nach Fertigstellung sogar von n=0,2/h gemessen. Damit konnte ein Wert erreicht werden, der weit unter den geforderten Richtwerten für Passivhaus-Konstruktionen liegt.

Schadstoffarmer Innenausbau

„Grundsätzlich,“ stellt Michael Klein fest, „hätten wir das Objekt auch mit herkömmlichen Gipsfaser-Platten von Fermacell bauen können. Sie sind von Natur aus emissionsarm,“ weiß der Planer, „da sie in einem umweltfreundlichen Verfahren ausschließlich auf der Basis von natürlichen Materialien (recyceltes Papier, Gips und Wasser, Anm. der Red.) hergestellt werden.“ Diese Umweltverträglichkeit der Fermacell Gipsfaser-Platten wird vom Kölner eco-Institut bestätigt. Er habe sich jedoch bewusst für den Einsatz von greenline entschieden, da der Hersteller damit die ökologischen Qualitäten seiner Produkte konsequent weiterentwickelt habe.

Die Neuentwicklung des Duisburger Herstellers von Gipsfaser-Platten bindet über eine spezielle beidseitige Beschichtung mit einem natürlichen Wirkstoff, der auch in der Schafwolle vorkommt, Schadstoffe und störende Gerüche aus der Raumluft. Der Wirkstoff ist dauerhaft aktiv, auch unter Endbeschichtungen wie Anstrichen, Tapeten und Teppichen. Allerdings gilt: Je höher die Diffusionsoffenheit des Oberbelags ist, um so schneller die Wirkung.

Der Wirkmechanismus wurde vor der Markteinführung im Rahmen von umfangreichen Testserien, u.a. durch das unabhängige eco-Institut in Köln, geprüft und bestätigt. Messungen bei aktuellen Bauvorhaben, die in regelmäßigen Abständen und unter gleichen Bedingungen durchgeführt wurden, zeigten ebenfalls, dass nach Abschluss der Trockenbauarbeiten mit greenline die Schadstoff-Werte aus der Raumluft kontinuierlich absinken.

Der Wirkmechanismus von Fermacell greenline

Verantwortlich für diesen Effekt ist ein spezifisches Molekulargemisch auf Keratinbasis, das in Form einer beidseitigen Grundierung der Fermacell Platten Anwendung findet und ideal darauf abgestimmt ist. „Keratin,“ so Frank Bode, der als Produktmanager entscheidend an der Entwicklung von Fermacell greenline beteiligt war, „ist ein wichtiger Bestandteil der Schafwolle. Aus langjährigen Erfahrungen mit Schafwoll-Produkten im Baubereich wissen wir von der positiven und lang anhaltenden Wirkung.“

Das Wirkprinzip ist sehr einfach: Im ersten Schritt lagern sich Schadstoffmoleküle wie Aldehyde und Ketone an der Oberfläche lose an (Physisorption, reversibel), um dann – auch durch Oberbeläge hindurch – in tiefere Schichten einzudringen (Diffusion), wo sie dauerhaft chemisch gebunden und umgewandelt werden (Chemisorption, irreversibel), so dass sie anschließend nicht wieder an die Raumluft abgegeben werden können. Da die Schadstoffe dauerhaft abgebaut werden, sind Fermacell greenline Gipfaser-Platten im Rahmen der Durchführung späterer Umbaumaßnahmen als absolut unbedenklicher Baustoff zu betrachten.

Hinzu kommt, dass die homogene und faserarmierte Plattenstruktur von greenline die Anforderungen von Stabilität von Wandkonstruktionen im Schulbau erfüllt. „Kinder haben einen enormen Bewegungsdrang und toben herum ohne an mögliche Schäden zu denken,“ hat Planer Klein beobachtet. „Greenline bietet uns zusätzlich zu den raumluftverbessernden Qualitäten eine hohe mechanische Belastbarkeit der Wände, die auch bei starken Beanspruchungen so stabil und widerstandsfähig sind, wie es in Schulen sein muss.“ Wandschäden durch äußere Einwirkungen können so im Vorfeld minimiert werden.

Fazit:
Die fertiggestellte Grundschule in der niedersächsischen Gemeinde Marklohe beweist, dass sich komplexe Bauaufgaben mit runden Wänden und Dächern und der Vermischung von Massiv-, Stahl- und Holzbau auch in Holzbauweise realisieren lassen. Die ehrgeizigen Ziele in Bezug auf die Gestaltung, Energieeinsparung, schadstoffarmer Raumluft und Bauzeit konnten bei dem Objekt erreicht werden. Dies lag zum einen an einer detailliert durchgängigen Planung von Architekt und Zimmerei sowie am Einsatz der Fermacell greenline Gipsfaser-Platten, die auf natürliche Weise Schadstoffe wie Formaldehyd aus der Raumluft aufnehmen und dauerhaft in unschädliche Stoffe umwandeln. Die Platten erfüllen gleichzeitig die Anforderungen im vorbeugenden Brandschutz und überzeugen durch eine hohe Stabilität und beste Stoßsicherheit.