Flächenheizung für eine Ballettschule

Die renommierte John-Cranko-Ballettschule hat in Stuttgart an der Werastraße ein neues „Cross Over“-Gebäude erhalten, das vom Münchner Büro Burger Rudacs Architekten geplant wurde. Die Planung der TGA lag in den Händen von Duschl Ingenieure in Rosenheim.

Die drei wesentlichen Funktionsbereiche bestehen aus Wohnen (viergeschossigem Internat und Akademie), Schule (Tanzausbildung, Unterrichtsräume und Verwaltung) und Probebühne sowie den Nebenbereichen Hauswirtschaft, Küche und Speisesaal. Diese sind architektonisch zu einer Einheit geformt worden. Mit der Probebühne am Urbansplatz beginnend, steigt das Gebäude dem Hang folgend zur Werastraße auf und endet im 3+1-geschossigen Internat mit Empfang. Der Schulneubau mit vier großen und vier kleinen Ballettsälen führt beide Bereiche zusammen. Die Nutzfläche des sich über einen Geländeanstieg von rund 25 m erstreckenden Gebäudes beträgt ca. 5.350 m². Die gesamte Fläche einschließlich Verkehrs- und Funktionsflächen liegt bei rund 8.700 m². Die Höhendifferenz des Gebäudes liegt bei 40 m, davon sind 35 m oberirdisch.

Ohne solare Techniken geplant

Der Neubau der John-Cranko-Schule stützt sich auf eine zukunftsweisende Gebäudetechnik verbunden mit einem ressourcensparenden Umgang bei den Energieträgern. Der Wärmebedarf wird daher mit der Zielvorgabe EnEV 2009 -30 %, gemäß Vorgaben des Finanzministeriums, angestrebt. Dies wird durch die in weiten Bereichen vorgesehene Be- und Entlüftung mit hocheffizienter Wärmerückgewinnung, der Nutzung von Fernwärme der EnBW als Hauptwärmelieferant und regenerativer Kälteerzeugung über eine saisonale Kältespeicherung über einen 1.000 m³ großen Eisspeicher erzielt. Ergänzend wird im Sommer der anteilige Wärmedarf aus der Trinkwassererwärmung über eine Wärmepumpe gedeckt und gleichzeitig Kälte für die entsprechenden Verbraucher bereitgestellt.

Die Einhaltung der energetischen Standards stützt sich ausschließlich auf die Gebäudetechnik, da regenerative Maßnahmen, wie Solarthermie oder Photovoltaik, aufgrund städtebaulicher Vorgaben nicht umsetzbar waren.

Weitere Herausforderungen liegen in der Hanglage, so dass das Gebäude terrassenförmig ansteigt, sowie in der Errichtung in Sichtbetonbauweise, so dass die Gebäudetechnik zum großen Teil „im Beton verschwinden“ musste. Hier konkurrierte die Technik mit der Bewehrung, so dass eine sorgfältige Abstimmung zwischen TGA und Statik zwingend erforderlich war.

Wärmeerzeugungsanlagen

Die Bereitstellung der Heizwärme erfolgt über zwei Wärmequellen, welche entsprechend ihrer max. möglichen Heizmitteltemperatur und Verfügbarkeit betrieben werden. Die Versorgungsanteile ergeben sich wie folgt:

Betonkernaktivierung, Fußbodenheizung und Deckenstrahlplatten

Als Grundlast für die Beheizung der Ballettsäle wird eine Betonkernaktivierung mit einer wirksamen Gesamtfläche von 4.200 m² eingesetzt. Die wasserführenden Rohre wurden zwischen der oberen und unteren Bewehrung in die Decke eingebracht. Im Betrieb werden die Betonmassen über diese Rohre mit Wärme bzw. Kälte versorgt. Die Aktivierung der Gebäudemasse (im Wesentlichen in Geschossdecken) stellt eine Grundlastabdeckung zur Verfügung. Um die Heiz- bzw. Kühlleistung nicht zu stark zu reduzieren, werden die Geschossdecken nicht mit einer geschlossenen Zwischendecke ausgestattet. Dieser Forderung wurde in Abstimmung mit dem Architekten Rechnung getragen. Die akustisch wirksamen vertikalen Baffeln in den Ballettsälen sind auf die Anforderungen der Betonkernaktivierung abgestimmt.

Die Sanitär- und Umkleidebereiche sowie die Räumlichkeiten an der Südspange des Gebäudes werden über eine 3.000 m² große Fußbodenheizung beheizt, da eine Bauteilaktivierung aufgrund von (teilweise) abgehängten Decken hier nicht wirksam würde. Die Fußbodenheizung lässt sich mit den gleichen Systemtemperaturen wie die Betonkernaktivierung betreiben. Als Heizungsrohr der Fußbodenheizung wird ein PE-Xa-Rohr aus hochdruckvernetztem Polyethylen nach Verfahren Engel, nach DIN 16892 und DIN ISO 15857, sauerstoffdicht nach DIN 4726 verwendet.

In der Probebühne auf Ebene 01 wurden Deckenstrahlplatten mit einem hohen konvektiven Anteil vorgesehen, mit denen die Probebühne beheizt und auch gekühlt wird.

Es kommen keine zusätzlichen Heizkörper zur Anwendung. Damit entfällt das hierfür notwendige Temperaturniveau (siehe Schema).

Heizungsregelung

Witterungsgeführt wird für alle drei Heizsysteme zentral die Vorlauftemperatur des jeweiligen Heizkreises separat angepasst. Zusätzlich erfolgt in fast allen Räumen unabhängig von anderen Räumen über Raumsollwertvorgaben der Nutzer und Raumfühler eine individuelle Regelung, die die örtlichen Verhältnisse und den Fremdwärmeeintrag berücksichtigt. Für die besonders träge Betonkernaktivierung erfolgt im Internet der Abruf der Drei-Tagesprognosen der Außentemperaturen. Diese Prognose dämpft oder verstärkt den nutzerseitigen Temperaturwunsch um einen Faktor, der in der GLT hinterlegt wird. Diese manuell hinterlegten Faktoren müssen in den kommenden zwei bis drei Heizperioden noch auf realen Erfahrungen basierend nachgeregelt werden. Hierzu werden Trendaufzeichnungen der Raum-Isttemperaturen und Abweichungen zum Sollwert ausgewertet.

Fazit

Für die gelungene Umsetzung der John-Cranko-Schule und die damit verbundenen Flächenheizsysteme erhielt Duschl Ingenieure den BVF-Award 2019 für Fachplaner, der im Rahmen eines Symposiums des Bundesverbands Flächenheizungen und Flächenkühlungen im November 2019 in Würzburg überreicht wurde.