Dominik von Büren, Projektleiter Bauphysik, untersuchte in seiner Abschlussarbeit im Master of Advanced Studies im nachhaltigem Bauen den sommerlichen Wärmeschutz in Schulbauten aus Holzbauweise. Die Arbeit beschäftigt sich mit Schulbauten in Holzbauweise und mittels Vergleiche konnte er den Unterschied zu Massivbauten aufzeigen. Mithilfe einer Parameterstudie untersuchte Dominik zudem die wichtigsten Einflussfaktoren des sommerlichen Wärmeschutzes bei Schulbauten in Holzbauweise. Die wichtigsten Erkenntnisse sind nachfolgend zusammengefasst.
Drei Einflussfaktoren auf das Raumklima werden mit der Lage, der vorgesehenen Nutzung und den Normativen Vorgaben wie zum Beispiel der Raumakustik bereits im Vornherein definiert. Insbesondere das Klima und die Nutzung spielen dabei eine grosse Rolle. Mit den baulichen Massnahmen beginnt der Spielraum für die Berechnungen im Simulationsprogramm.
Das Klima
Die Jahresmitteltemperaturen können bis zum Jahr 2060 nach
Hochrechnungen der Klimadaten der SIA 2028 um 1 – 4° C je nach Ortschaft
und Klimaszenario ansteigen. Dies führt dazu, dass es auch in den
Räumlichkeiten automatisch wärmer wird. In den Städten wird dieser
Effekt durch den Hitzeinseleffekt verstärkt. Die folgende Abbildung zeigt auf, in welche Richtung sich das Klima bis im Jahr 2060 für
die Klimastation Zürich Meteo Schweiz entwickeln könnte.
Es zeigt sich, dass die Temperaturen bis 5°C tendenziell zurückgehen und die Temperaturen über 20°C zunehmen werden.
Klimadatenvergleich Zürich Meteo Schweiz gemäss SIA 2028
Die Nutzung
Je nach Nutzung der Räumlichkeiten wird ein Raum von mehr oder weniger Personen belegt. Gerade in Schulbauten ist hier der Einfluss der Personenbelegung enorm. Bei einer Personenbelegung von 23 Personen verteilt auf 72m² können bei idealer Steuerung des Sonnenschutzes mit einem tiefem Gesamtenergiedurchlassgrad (Gtot) die Personen bis zu Zwei-Drittel der gesamten internen Wärmelasten verursachen.
Verteilung interne Wärmelasten. Quelle: Eigene Darstellung.
Die normativen Vorgaben
Bei einer gesamtheitlichen Betrachtung dürfen gewisse normative Vorgaben wie die Raumakustik nicht vergessen werden. Üblicherweise wird ein Grossteil der Decke mit Akustikelementen belegt um den akustischen Anforderungen gerecht zu werden. Dadurch wird die dahinterliegende Speichermasse zu einem grossen Teil thermisch entkoppelt.
Bauliche Massnahmen
Mit den baulichen Massnahmen können die Klassenzimmer bezüglich ihrem thermischen Komfort optimiert werden. Ein grosser Hebel stellt die geplante Fenstergrösse sowie das eingesetzte Glas inklusive der Sonnenschutzeinrichtung dar. Mit Vordächern kann der direkte Sonneneintrag zusätzlich optimiert werden. Mit thermisch aktivierbaren Materialien kann die Speicherfähigkeit an den Böden, Wänden und Decken verbessert werden. Die internen Wärmelasten können durch energieeffiziente Beleuchtung und Geräte gesenkt werden. Mit einem geeigneten Haustechnikkonzept wie z.B. einer Nachtauskühlung oder einer passiven Kühlung (z.B. Free-Cooling) lässt sich der thermische Komfort weiter optimieren.
Thermische Raumsimulationen
Mit einer thermischen Raumsimulation lassen sich die einzelnen Einflussgrössen sowie der Tagesverlauf der Temperaturen anhand von dynamischen Rechenläufen visualisieren (siehe dazu auch https://www.pirminjung.ch/journal/simulation).
Wird beispielsweise die Massivbaudecke durch eine Holzbaudecke ersetzt, erhöht sich die Temperatur bei einem Akustikflächenanteil von 70% um max. 0.5°C an der Tagesspitze. Gleichzeitig kann damit aber bei einem Dachaufbau die berechnete Treibhausgasemission pro m² um bis zu 50% reduziert werden.
Vergleich Holzbau vs. Massivbau.
Die dynamischen Rechenverfahren können den Einfluss einzelner Parameter relativ genau bestimmen. Die grösste Unbekannte ist bei solchen Berechnungen der Nutzer, welcher mit seinem Umgang mit den Räumlichkeiten eine der grössten Hebel aufweist. Nachfolgend ist in der Grafik aufgezeigt, welches die wichtigsten beeinflussbaren Parameter durch den Nutzer sind.
Die wichtigsten beeinflussbaren Parameter des sommerlichen Wärmeschutzes durch den Nutzer in einem Raum. Quelle: Eigene Darstellung.
Der Holzbau zeigt aufgrund seiner schnelleren Auskühlung gerade bei längeren Hitzeperioden klare Stärken.
Gerade im Hinblick auf die stärker steigenden Temperaturen, wird die Planung von Schulhäusern eine Herausforderung. Dank unserer Erfahrung und den Werkzeugen wie die thermischen Simulationen können wir in der Planungsphase ideal Einfluss nehmen. Mit durchdachten Konzepten und Miteinbindung der Nutzer lassen sich nutzerfreundliche und nachhaltige Schulhäuser planen.
