_ Mit Spitzentemperaturen um 40 Grad liegt Karlsruhe in der wärmsten Region Deutschlands. Vermehrt treten hier zudem Klima- und Wetterextreme auf, die zum Beispiel durch Starkregen oder andauernde heiße Temperaturen gekennzeichnet sind. Für diese klimatische Veränderung hat die Stadt Karlsruhe in den vergangenen Jahren ein verstärktes Bewusstsein entwickelt, das in umfassenden Strategien mündete. Unter anderem wurde das Projekt „Anpassung an den Klimawandel – Bestandsaufnahme, Strategie, Umsetzung“ angestoßen.
Bestandteil war unter anderem die energetische Sanierung des Max-Planck-Gymnasiums. Dort werden im Rahmen eines Pilotprojekts die tägliche Komfort-Lüftung und die Nachtauskühlung mittels einer kontrollierten natürlichen Be- und Entlüftung erprobt. Das intelligente System hierzu lieferte die WindowMaster GmbH.
Der Schulkomplex um den es geht, besteht aus zwei zusammenhängenden Gebäuden und einem Pavillonbau und wurde um 1955 errichtet. Das Hauptgebäude mit der Verwaltung war mittlerweile nicht mehr zeitgemäß. Die räumlichen Kapazitäten stießen an ihre Grenzen und auch der bauliche Bestand wies einige Mängel auf.
So entschied man sich einerseits für die bauliche Erweiterung des Schulgebäudes: Nach den Plänen der Karlsruher Architektinnen Yöndel und Zimmerlin wurde ein aufgeständerter Gebäuderiegel mit acht Räumen realisiert. Gleichzeitig wurden für den Hauptbau energetische Sanierungsmaßnahmen beschlossen.
Sanierung ohne Fassadeneingriff
Dabei lag ein Augenmerk darauf, die architektonisch schützenswerte Fassade des Hauptgebäudes zu erhalten. Auf einen Wärmedämmverbund wurde verzichtet und stattdessen die Dämmung in die Dachhaut verlegt. Die Fenster wurden durch neue Aluminiumfenster ersetzt. Das Lüftungskonzept für das Hauptgebäude wurde gemeinsam von der Stadt Karlsruhe, den Ingenieurbüros Bender + Urich und Bath (IBB) sowie WindowMaster entwickelt. Gesucht war eine kostengünstige und zugleich energieeffiziente Lösung, die ein angenehmes und lernförderliches Raumklima schafft. Die Entscheidung fiel dabei auf die sogenannte Hybridlüftung – eine geregelte natürliche Lüftung mit mechanischen Abluftventilatoren. Hierbei kommt das System NV Advance von WindowMaster zur Klima-Steuerung zum Einsatz.
Effiziente Nachtauskühlung
Die Software steuert die Fensterelemente und reagiert unmittelbar auf die gemessenen Werte im Innen- und Außenraum. Dazu werden Außentemperatur, Windgeschwindigkeit und -richtung sowie Regen und Helligkeit abgefragt. Im Inneren sind Temperatur und CO2-Gehalt maßgeblich. Die Richtwerte wurden mit dem Bauherrn abgestimmt und auf die Nutzung optimal angepasst. Werden die festgelegten Werte überschritten, gehen die Fenster automatisch in den Kippzustand. Die Kippflügel im oberen Bereich werden hierzu mit motorischen Antrieben zur kontrollierten Belüftung ausgestattet.
„Insbesondere im Sommer kann mit der Technologie eine sehr effiziente Nachtauskühlung betrieben werden“, erklärt Peter Jung, Key Account Manager und Objektberater bei WindowMaster. In einem Teil der Räume sind zusätzlich Ventilatoren eingebaut, die in einer zweiten Stufe eingeschaltet werden, wenn die Fensterlüftung nicht ausreichen sollte.
Sensoren liefern die Steuerdaten
Das System besteht aus verschiedenen Komponenten, die projektspezifisch zusammengeschaltet werden. Hierzu gehören unter anderem KNX-MotorController, die auf Basis der modernen Daten-Kommunikationstechnologie MotorLink die Fensterantriebe millimetergenau ansteuern.
Daneben werden KNX-Innenraumsensoren sowie eine KNX-Wetterstation mit Luxsensoren benötigt, um die Informationen über das Klima im Innen- und Außenraum zu sammeln. An einem System-PC lassen sich alle Informationen zentral abrufen und verwalten. KNX-Taster ermöglichen es dem Nutzer, die Fenster oder den Sonnenschutz manuell zu übersteuern.
Optimiertes Gesamtsystem auf KNX-Basis
Das gesamte System NV Advance nutzt den ISO-zertifizierten offenen Feldbus KNX. Damit lassen sich verschiedene Gewerke – wie zum Beispiel Lüftung, Beschattung und Heizung – miteinander verbinden. Neben den Fensteranlagen steuert das System auch die außen liegenden Sonnenschutzanlagen über Luxsensoren. Mit der Verschattung der Innenräume in den frühen Morgenstunden kann die optimierte Nachtauskühlung vollständig ausgenutzt werden. Ein Aufheizen der Räume noch vor Beginn des Schultages wird dadurch verhindert.
In einem Teil der Räume unterstützen zusätzlich Abluftventilatoren den Luftaustausch. Diese sind in der Zwischendecke und zum Teil in Nachbarräumen untergebracht und führen die Abluft über das Dach ab. Sie können raumweise und individuell im Bedarfsfall über die KNX-Aktoren angesteuert werden. Auch die Heizkörper sind über KNX-Stellantriebe mit der intelligenten Technologie gekoppelt. Dadurch ergibt sich ein Gesamtsystem, das das Raumklima in den Räumen optimal reguliert.
Kettenantriebe mit Echtzeit-Synchronisation
Die Antriebe des Systems sind in die Blendrahmen der Fenster integriert. Es handelt sich hierbei um Kettenantriebe des Typs WMX 503 mit Echtzeit-Synchronisation. Pro Kippflügel im oberen Bereich der Fensterelemente werden zwei synchrongesteuerte Antriebe eingesetzt. Nach erfolgter Installation kann mithilfe eines Programmiergeräts Druckkraft, Geschwindigkeit, Reversierung und Geräuschpegel angepasst werden. Für einen noch leiseren Lauf wurde zum Beispiel die Laufgeschwindigkeit nachträglich auf Wunsch des Nutzers optimiert.
Die Sanierung des Hauptgebäudes des Max-Planck-Gymnasiums folgt einem nachhaltigen und umweltfreundlichen Ansatz. Die Umsetzung des durchdachten Be- und Entlüftungs-Konzepts spart Energie und reduziert CO2-Emissionen. Weitere Vorteile sind Einsparungen an Investitions- und Betriebskosten im Vergleich zu rein mechanischen Lüftungsanlagen. Zugleich schafft es die nötigen Voraussetzungen für ein gesundes Arbeits- und Lernklima. —
Die Kippflügel im oberen Bereich der Fensterelemente sind zur kontrollierten natürlichen Belüftung mit motorischen Antrieben ausgestattet.
NV Advance: Das System verbindet verschiedene Gewerke – wie zum Beispiel Lüftung, Beschattung und Heizung – miteinander. Neben den Fensteranlagen steuert das System auch die außen liegenden Sonnenschutzanlagen über Luxsensoren.