Dieses ehrgeizige Ziel hatte sich der Landkreis Augsburg 2012 bei den Planungen für den Neubau des Gymnasiums in Diedorf zur Aufgabe gemacht und die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) wollte dieses Ziel unterstützen.

Die wichtigsten Projektziele

• Pädagogische Architektur – Neue Formen des Lernens und der Wissensvermittlung, weg vom Frontalunterricht, Anpassung der Gebäudeplanung.
• Nachhaltig mit nachwachsenden Rohstoffen bauen. Die Schule wird in Holzfertigteilbauweise erstellt.
• Energieeinsparung – Das Gymnasium Diedorf ist eine der ersten Schulen in der Bundesrepublik, die mehr Energie erzeugt, als sie verbraucht – ein Plusenergieprojekt.
• Gesundheit / Komfort und Nachhaltigkeit
• Unter dieser Überschrift wird versucht, gesunde und zertifizierte Baustoffe einzusetzen, und trotz Energieeinsparung den thermischen und optischen Komfort für Schüler und Lehrer nicht zu verringern.
• Lebenszyklus und Wirtschaftlichkeit – Ein entscheidendes Thema der Entwicklung ist die Einhaltung der wirtschaftlichen Parameter. Höhere Investitionskosten werden nur dann in Kauf genommen, wenn diese Kosten sich im Lebenszyklus in einem vernünftigen Zeitraum (10 – 15 Jahre) abschreiben lassen.

Die anspruchsvolle Kombination aus pädagogischer Architektur, Plusenergiekonzept und Holzbau bedingte für seine Umsetzung einen integralen Planungsansatz, der bereits zu Beginn der Planung ein interdisziplinär besetztes Team erforderte. Unter Leitung von Herrn Kirchmann, Aufsichtsrat der Kaplan AG in Abensberg, wurde ein hochkarätiges Team aus Architekten und Ingenieuren zusammengestellt.

Offene Lernlandschaften

Neue Lernformen erfordern auch neue bauliche Grundrisse. Dies ist für viele Kommunen noch Neuland. Um den Flächenverbrauch gegenüber Standardschulen nicht zu erhöhen, wurde in Diedorf ein Cluster für fünf Klassen mit nur vier Klassenräumen und einem zentralen Marktplatz entwickelt. Durch flexible Belegung und Nutzung der Fachräume konnte für verschiedenste Lernkonstellationen ein neues räumliches Umfeld im Sinne einer pädagogischen Architektur entwickelt werden. Mit dem neuen Raumkonzept sollte der Nachweis gelingen, dass offene Klassenräume mit integrierten klassischen Erschließungsflächen zu offenen Lernlandschaften umfunktioniert werden können.

Das Grundstück

Das Schulgrundstück liegt am Rande der Gemeinde Diedorf (Landkreis Augsburg), direkt im Anschluss an ein Naturschutzgebiet das vom Flüsschen Schmutter durchzogen wird.

Der Entwurf

Florian Nagler und Hermann Kaufmann – beide Professoren an der Technischen Universität in München – gelang es, die vielen Anforderungen des neuen pädagogischen Konzepts in einen Entwurf umzusetzen, der  an einen großen Vierseithof erinnert. Um den Pausenhof gruppieren sich vier rechteckige Gebäude mit den Nutzungen Eingangshalle/Verwaltung, Klassenhaus 1, Klassenhaus 2 und Turnhalle. Das kompakte Ensemble ordnet sich, trotz der exponierten Randlage, durch die stark reduzierte Materialwahl (Holzverschalung) und zurückhaltende Farbgestaltung (hellgrau) bescheiden dem ländlichen Naturraum unter.

Zur umfassenden Tageslichtnutzung wurden in die großen kubischen Baukörper Lichthöfe und Oberlichter integriert. Dies gewährleistet eine hohe Tageslichtautonomie auch im Bereich des innen liegenden Marktplatzes. Die innere Lichtverteilung über transparente Zwischenwände sowie Tageslichtsysteme soll die Tageslichtautonomie unterstützen. Insbesondere die Marktplätze sind multifunktional sowohl als Verkehrsfläche als auch als Unterrichts- und Versammlungsräume nutzbar 

Ein Gymnasium ganz aus Holz, geht das?

Zur Optimierung der Vorfertigung im Holzbau wurde die präzise Elementeinteilung auf Grund des größtmöglichen Transportmaßes sowie alle wichtigen Elementstöße schon für die Ausschreibungsphase detailliert und auf den Montageablauf abgestimmt. Das war die notwendige Voraussetzung zur Realisierung des angestrebten hohen Vorfertigungsgrades.

Das Untergeschoss der Aula, die Verbindungsflure sowie die Decken über dem Untergeschoss wurden als Stahlbetonkonstruktion ausgeführt. Die Gründung erfolgte als Flachgründung mit teilweise verstärkten Bodenplatten. Die erdberührten Bauteile wurden zur Abdichtung gegen lokale Schichtenwasserzutritte als wasserundurchlässige Konstruktion ausgeführt. Die Wände der Obergeschosse und die Dachkonstruktion wurden als reine Holzbaukonstruktion, die Decken als Holzbetonverbunddecken konzipiert und umgesetzt.

Plusenergiestandard

Das Gebäude erhielt eine hocheffiziente Gebäudehülle im Passivhausstandard. Allen haustechnischen Gewerken wurden Zielwerte vorgegeben, die kontinuierlich an den aktuellen Planungsstand angepasst und eingehalten werden mussten. Der erzielte spezifische Primärenergiebedarf der Haustechnik liegt bei 40 kWh/m² Nettoraumfläche/Jahr, unter Berücksichtigung der nutzerinduzierten Bedarfe (Server, Steckdosen, Vollküche, etc.) bei 63 kWh/m²NRF/Jahr. Der Plusenergiestandard wurde so definiert, dass der gesamte nichtregenerative Primärenergiebedarf des Gebäudes, sowohl der Haustechnik als auch der nutzerinduzierten Bedarfe, in der Jahresbilanz geringer ausfällt als der durch Eigenerzeugung auf dem Schulgelände produzierte Primärenergieeinsatz. Dies gilt ebenfalls für die CO₂-Emmissionen.

Insgesamt kann sowohl der Plusenergiestandard,als auch CO₂-Neutralität erreicht werden. Dazu tragen zwei primärenergetisch günstige Pelletkessel als Wärmeerzeuger bei. Außerdem werden alle Dachflächen mit einer Photovoltaikanlage ausgestattet, die eine Leistung von 410 kW erreicht.

Lebenszyklusanalyse

Bei der Planung des Gymnasiums Schmuttertal sollten die verschiedenen Lösungsvorschläge unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit gegeneinander abgewogen und bewertet werden, um die vorteilhafteste Lösung zu ermitteln. Für diesen Prozess bediente man sich der Lebenszyklusanalyse mit den drei Themenfelder der Nachhaltigkeit:

• Die Berechnung der Lebenszykluskosten, 
• die Berechnung der Ökobilanz über den Lebenszyklus und 
• die Auswahl von Bauprodukten im Sinne eines schadstoffreduzierten Konzepts.

Um die Entscheidungsspielräume deutlich zu machen, wurde das Gebäude in drei Ausführungsvarianten modelliert, berechnet und die Ergebnisse verglichen:

Primärenergiebedarf nicht erneuerbar

Die starke Reduktion des Energiebedarfs ändert bei den Ökobilanzergebnissen das Verhältnis zwischen dem energetischen Anteil in der Nutzungsphase (Säulenfarbe: dunkelblau) und dem physischen Gebäude (Säulenfarben hellblau). Während bei der Standardvariante mit EnEV-Erfüllung die Belastung durch den Betrieb dominiert, sind bereits bei der Passivhausvariante die Verhältnisse 50:50 ausgeglichen. Die Plusenergievarianten in Holzbauweise zeigen erstens die negativen Betriebswerte durch die Überschussproduktion der PV-Anlage und zweitens ein fast erreichtes Null-Niveau bei der Prämienenergiebilanz. Bei der Auswertung des Energieindikators Primärenergie nicht erneuerbar wird deutlich, dass bei Anrechnung dieser Einsparung auch der Aufwand für die Errichtung der Schule nahezu vollständig abgedeckt werden könnte.

Klimagaspotenzial in kg CO₂

Das Klimagaspotenzial zeigt ähnliche Verhältnisse, wie die nicht erneuerbare Primärenergie. Das Standardgebäude weist sehr hohe Werte durch den Versorgungsanteil auf, die Passivhausvariante investiert mehr in das Gebäude, reduziert aber den Versorgungsaufwand dadurch auf ein Fünftel. Die geplanten und realisierten Varianten liegen auch beim Umwelteintrag durch die Gebäude um ein Drittel günstiger, als das Passivhaus, die Anteile durch die Versorgung sind negativ. Auch hier gleichen die Überschussanteile ca. 50 % der Aufwendungen für das Gebäude aus.

Der Strombedarf des Gebäudes wird theoretisch durch die Photovoltaikproduktion abgedeckt, der Überschuss Dritten zu Verfügung gestellt. Die Varianten mit der installierten Photovoltaikanlage erreichen einen Strom-Überschuss. Bei der Auswertung des Wirkungsindikators Klimagaspotenzial wird deutlich, dass bei Anrechnung dieser Einsparung auch der Aufwand für die Errichtung der Schule für das Klimagaspotenzial in kg CO₂Äquivalente nahezu vollständig abgedeckt werden könnte.

Risikostoffe

Ziel der Bauproduktbewertung ist einerseits die Sicherstellung der Luftqualität im Innenraum unter hygienischen Gesichtspunkten, die zu keinen negativen Effekten hinsichtlich der Raumnutzer führt. Andrerseits sollen Risikostoffe für die lokale Umwelt so weit wie möglich reduziert werden.

Für die Risikostoffe der Innenraumhygiene wurde durch den Auftraggeber eine Qualitätsstufe für die Innenraumlufthygiene festgelegt, die sich an den Ziel‐und Grenzwerten des Kriteriums 3.1.3 Innenraumhygiene im Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen (BNB) orientiert. Auf Basis dieser Festlegung wurden für die Planer Handlungsempfehlungen für die Material‐, bzw. Bauproduktwahl gegeben.

Die Bearbeitung dieser Aufgabe erfolgte in fünf Schritten:

• Abstimmung der Detailplanung des Architekten und des Konstruktionsaufbaus auf bestimmte emissionsarme Bauprodukte ohne Risikopotenzial
• Formulierung der Ausschreibung in Hinblick auf die Vermeidung von bestimmten Bauprodukten, Einforderung der Bauproduktdokumentation durch die Unternehmer
• Vorlage der Dokumente zu den Bauprodukten durch den Unternehmer
• Bewertung der Bauprodukte und Freigabe
• Überprüfen der Baustelle auf die eingesetzten Bauprodukte.

Spätestens vor Beginn der Arbeiten mussten alle Bauprodukte durch den Bearbeiter freigegeben worden sein. Die Bauprodukte wurden für jeden Unternehmer in einer speziellen Tabelle zusammengestellt. Insgesamt wurden ca. 650 Bauprodukte geprüft und ca. 450 freigegeben. Dazu wurden ca. 3.000 Dokumente geprüft und eingestuft. Auf Basis der vorgelegten Dokumente wurde jedes Bauprodukt bewertet und zur Anwendung freigegeben. 

Monitoring Innenraumlufthygiene

Zur Erfolgsdarstellung der durchgeführten Maßnahmen in Bezug auf die Qualität der Innenraumluft wurde innerhalb vier Wochen nach Fertigstellung des Gebäudes eine Messung der Innenraumluft in ausgewählten Räumen durchgeführt. Dabei wurden die Indikatoren Formaldehyd und TVOC bestimmt. Folgende Zielwerte sollten erreicht werden:

• Flüchtige organische Stoffe (TVOC) in der Innenraumluft: deutliche Unterschreitung von 3.000 μg/m³ TVOC bei Messungen, als Zielwert gilt 500 μg/m³
• Formaldehyd in der Innenraumluft: deutliche Unterschreitung des Formaldehyd-Richtwertes von 120 μg/m³, als Zielwert gilt 60 μg/m³.

Das Gebäude ist als „sehr schadstoffarmes Gebäude“ gemäß DIN EN 15251 einzustufen. Mit der deutlichen Unterschreitung der BNB-­Zielwerte für die Raumluftqualität wird die Höchstpunktzahl des Steckbriefs erreicht. Weitere Bewertungen sind für diesen Steckbrief im Bereich der „personenbezogenen Lüftungsrate“ durchzuführen.

Das fertige Gebäude

Mit Beginn des Schuljahres 2015 konnte das Gebäude nach nur 2-jähriger Bauzeit bezogen werden. Seit 2016 durchläuft die Schule eine Monitoringphase, die den Nachweis erbringen sollte, ob die Ergebnisse der Forschung tatsächlich erreicht werden. Ende 2018 wurde mit Abschluss des Monitorings bestätigt, dass das Ziel Plusenergie-Schule erreicht wurde. 

Die Kontrolle der Innenraumlufthygiene 2018 erbrachte Bestwerte für Formaldehyd und TVOC. Eine hohe Zufriedenheit der Schüler und Lehrkräfte ist ebenfalls zu verzeichnen.