So klappt’s: Sommerlicher Wärmeschutz bei Schulhäusern aus Holz

Wie sommerlicher Wärmeschutz in Schulgebäuden aus Holz funktioniert, kann uns Silvano Raimann, Teamleiter Energie & Bauphysik, beantworten.

Holz besteht aus weniger Speichermasse als Stahl/Beton und speichert entsprechend weniger Wärme. Das heisst, Holz gibt die Wärme schneller an die Umgebung ab. Trotzdem sind unsere Schulgebäude nicht «unerträglich warm». 

Es gibt verschiedene Arten von Massnahmen. Wir haben nicht bei jedem Projekt alle eingesetzt. Denn diese hängen von verschiedenen Rahmenbedingungen und auch Wünschen der Bauherrschaft ab.

a)     Architektonische Massnahmen

• Die Ausrichtung und Positionierung des Gebäudes sowie die Anordnung der Räume haben einen wichtigen Einfluss auf die Besonnung. Es muss berücksichtigt werden, wo die Sonne auf- und wo sie untergeht. Das widerspricht sich vielleicht manchmal mit dem Geniessen der Aussicht. Dann muss ein Kompromiss gefunden werden. Sinnvoll ist zudem, wenn die natürliche Beschattung der Umgebung genutzt werden kann, seien das andere hohe Gebäude oder die Natur mit der Topografie oder mit Bäumen.
• Die bauliche Beschattung ist relevant und kann mit einem Laubengang oder mit einem Vordach gut erreicht werden. Das Vordach lässt beim hohen Sonnenstand im Sommer weniger Solarstrahlung hinein. Im Winter beim tieferen Sonnenstand hingegen fallen die Sonnenstrahlen in die Schulzimmer. 
• Die Gestaltung und die Materialisierung haben einen grossen Einfluss auf den sommerlichen Wärmeschutz von Schulgebäuden. Zum Beispiel reflektiert eine helle Fassade mehr Sonnenstrahlen und die darin enthaltene Wärmeenergie. Das Gebäude wärmt sich deshalb weniger schnell auf. Bei dunklen Farben hingegen absorbiert die Bausubstanz einen grossen Teil der Wärmeenergie, und es erfolgt eine schnellere Aufheizung der Schulräume.
• Das Querlüften sollte ermöglicht werden, insbesondere in der Nacht. Bei Schulzimmern ist das zum Beispiel mit Lüftungsfenstern in den Korridoren möglich.
• Selbstverständlich spielt die Umgebungsgestaltung des Schulgebäudes eine wichtige Rolle: Versiegelte Flächen heizen deutlich mehr ein als gekieste oder bepflanzte und damit schattigere Flächen.

b)     Technische Massnahmen

• Die Fensterfläche sowie der Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Werte) von Fenster und Sonnenschutz sollen auf die Wärmespeicherfähigkeit des Gebäudes angepasst werden. Für Holzbauten mit kleiner bis mittlerer Wärmespeicherfähigkeit sind grössentechnisch optimierte Fensterflächen mit tiefen Gesamtenergiedurchlassgraden (g-Werten) einzuplanen. Als aussenliegender, beweglicher Sonnenschutz können Sonnenstoren, Lamellenstoren oder Markisen mit Ausstellarmen eingesetzt werden. Dank der Ausstellarme kommt beispielsweise weiterhin indirektes Tageslicht in die Schulräume, und eine Raumlüftung ist so weiterhin möglich.
• Auch ein automatisierter Sonnenschutz kann für angenehme Temperaturen in Schulzimmern sorgen. Mittels Sensoren wird dazu die Beschattung automatisch vorgenommen.
• In Klassenzimmern sammeln sich naturgemäss viele Menschen an, was zu hohen internen Lasten führt. Entsprechend gilt es, dies bei der Planung zu berücksichtigen, zum Beispiel mit einer durchdachten Nachtauskühlung (natürliche oder mechanische Lüftung), einer passiven Kühlung (wie etwa über eine Erdsonde, Strom nur für die Umwälzpumpe) oder sogar einer aktiven Kühlung (mit Wärmepumpe und Strom, der sinnvollerweise durch eine eigene PV-Anlage generiert wird).

c)     Nutzerverhalten

Schliesslich spielt das Nutzerverhalten eine Rolle und sollte ebenfalls eingeplant werden. Denn manchmal wollen die Menschen mit Tageslicht lehren und lernen. Wichtig ist dann, dass über Nacht die Fenster zum Querlüften geöffnet werden, mindestens ab dem ersten Obergeschoss. Auch gilt es, die Nutzenden auf die rechtzeitige Beschattung aufmerksam zu machen. Wenn ein Schulzimmer im Hochsommer nicht benötigt wird, können die Storen die Wärme abhalten.

Ganz grundsätzlich ist es wichtig, dem sommerlichen Wärmeschutz bereits bei der Planungsphase Priorität einzuräumen und die Massnahmen früh einzuplanen. Die Kosten sind in dieser Phase meist tiefer, als wenn Massnahmen erst später, nach dem Bezug, getroffen werden müssen.

Für Kinder und Jugendliche ist es förderlich, in einem Holzbau lernen zu können. Denn Holz verringert die Herzfrequenz, wenn man es nur berührt, sieht oder riecht, und erhöht die für die Gesundheit so wichtige Vagusaktivität. Studien in Japan, Norwegen, Kanada und Österreich haben gezeigt, dass ein Schulgebäude aus Holz die Herzfrequenz senkt. Das Herz ist dadurch weniger belastet, die Vagusaktivität steigt und die Menschen fühlen sich insgesamt erholter und benötigen in Holz-Klassenzimmern um 8600 Herzschläge pro Tag weniger, verglichen mit einem Klassenzimmer, das konventionell eingerichtet ist. Details dazu lesen Sie im Blogbeitrag von Dr. Maximilian.

Holz ist zudem ein nachwachsender Rohstoff und umweltfreundlich. Holzgebäude benötigen zur Erstellung weniger Energie und Treibhausgasemissionen als konventionelle Bauten. Zudem ist durch die hohe Vorfertigung im wettergeschützten Werk und in der zügigen Montage die Bauzeit kürzer.

Meistens ist es nicht nur eine schuldige Partei, sondern es können grundsätzlich alle Projektbeteiligten ihren Beitrag geleistet haben: die Auftraggeber/Besteller (die Gemeinden oder Städte), die Mitarbeitenden des Architekturbüros, die beauftragte Totalunternehmung, umsetzende Handwerksbetriebe (insbesondere Heizung-Lüftung-Klima-Sanitär). Und es kann auch an den Nutzerinnen und Nutzern liegen.

Gründe dafür können sein:

• unklare Vorstellungen und Ziele
• eine schlechte Planung – insbesondere ein zu später Einbezug von Fachplanern für Energie und Wärmeschutz
• Gesetze bzw. eine Gemeinde, die die Bewilligung für zielführende Realisationen nicht gewährt (Ortsbildschutz verhindert Photovoltaikanlage, die zur Speisung der kühlenden Wärmepumpe eingesetzt werden könnte ...)
• Bestellungsänderungen
• eine schlechte Ausführung
• eine fehlende Qualitätssicherung
• eine missverständliche oder ungenaue Kommunikation
• …

Der erste Schritt ist, das Thema Klimaerwärmung und zunehmende Hitzetage ernst zu nehmen und entsprechende Anforderungen an Schulgebäude zu definieren. Der zweite Schritt ist, von Anfang an alle relevanten Projektbeteiligten zu involvieren – nebst den Architekten vor allem auch die Fachplaner. Und alle bereits in frühen Projektphasen. Bei diesen zwei ersten Schritten hat die Bauherrschaft enormen Einfluss. Sie kann zum Beispiel die Bedingung stellen, dass nicht die Klimadaten nach SIA 2028 von 2010, sondern die neusten von 2035 (2020 bis 2049) oder die zukünftigen von 2060 (2045 bis 2075) bei der Planung beigezogen werden. Die Wetterdaten für die zukünftigen Szenarien sind von Meteo Schweiz erhoben worden und frei zugänglich.

Bei der Planung und Umsetzung gilt es, innovativ und kreativ zu sein, um zum Beispiel die Wärmespeicherfähigkeit zu erhöhen, kann eine aktive oder passive Kühlung eingesetzt werden. Bei keinem Schulgebäude geht es ohne Kompromisse: Beim Massivbau mögen grosse Fenster einfacher umzusetzen sein, der Holzbau punktet dafür mit anderen guten Eigenschaften wie dem Schaffen eines idealen Raumklimas und einer optimalen Atmosphäre zum Lernen. 

Ein gut geplantes Holzschulhaus kann in Sachen sommerlicher Wärmeschutz genauso leistungsfähig sein wie ein Massivbau.

Danke, Silvano.

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