1. ENTWURFSKONZEPT

Leitidee

Die Positionierung und Ausformulierung des neuen Schulbaus verfolgt den Ansatz einer gebauten eigenständigen Schullandschaft. Trotz heterogenem Umfeld und engen Grundstück ist eine Vernetzung und Schaffung von Platz-und Freiraumfolgen beabsichtigt. Somit platziert und spannt sich das neue Ensemble diagonal auf dem zur Verfügung stehendem Grundstück auf. Südlich zum Ostbahnhof und der Pariser Kommune entsteht eine neue Adresse, als Vorplatz des Heinrich Hertz Gymnasiums. Dieser bietet den benötigten Freiraum des Ankommens, ein Ort des Präsentierens und der Aktivität.
Alle Zuwege werden zu einem eigenständigen Stadtraum zusammengefasst, eine Platzfolge in Verbindung Pariser Kommune und Hermann Stöhr Platz entsteht. Im Gegensatz hierzu formuliert der Baukörper nach Norden eine Verschmelzung der Grün-und Erholungsflächen mit dem Haus der Familie und Bildung/ Kita. Der nun all umschlossene Grünraum bildet mit dem beachtlichen Baumbestand, die grüne „Lunge“ des Stadtquartieres mit hoher Aufenthaltsqualität und Rückzugsorten. Durch die gewählte Programmatik der Geschosse entsteht eine Terrassierung mit direkten Zugängen zu den schulischen Freiräumen. Eine thematische Nutzung der Dachflächen als grüne Freiräume mit dem Schulgarten, Forschungsstation und grünen Klassenzimmern entsteht. Die vorhandene enge Grundstückfläche wird durch einen kompakten Baukörper, der Teil der Landschaft ist, kompensiert.

Landschaft

Die Ausformulierung des Baukörpers sieht die Schule als gebauten Organismus, dessen Teile eng miteinander kommunizieren, Übergänge zwischen Aktivität und Rückzug, öffentlichem und geschützten Orten schaffen, ein dynamischer Schulalltag kann entstehen.
Somit bildet der Mehrzweck- und Mensabereich den zentralen Ort der Schule mit direktem Zugang zu den umgebenden Freiflächen. Die Fachräume Musik, Bibliothek und Verwaltung sind in unmittelbarer Nähe zum Mehrzweckbereich angeordnet - Interaktionen sind beabsichtigt.
Die innere Erschließungsstruktur folgt der benötigten Matrix einer hochfrequentierten Schule, somit sind alle Compartments direkt aneinander angebunden. Kurze Entfernungen zu Treppenhäusern ermöglichen auch eine Interaktion unter den Etagen. Die außerschulische Nutzung von Mehrzweckbereich ist durch eine präsente Lage am Eingangsbereich gut möglich.
Auf dem erdgeschossigen Gemeinschaftsbereich ist das 1.Obergeschoss mit den Compartment der Primarstufe und dem naturwissenschaftlichen Compartment Chemie/Biologie verortet. Große Terrassen ermöglichen Freibereiche mit Lernangeboten und einen direkten Zugang zu den Schulhofbereichen.
Im 2.Obergeschoss paaren sich die gemeinschaftlichen Compartments Physik/Informatik und Kunst. In den letzten Obergeschossen sind die Fachbereiche der Sekundarstufe angeordnet. Auch hier ermögliche Terrassen ein zusätzliches Angebot für Lernen und erholen im Freien.
Foren bilden lichtdurchflutete Lernmitten. Jedes Forum wird durch je zwei bodentiefe Fensterfronten von unterschiedlichen Fassadenseiten belichtet. Ein Ort mit hoher Aufenthaltsqualität kann entstehen. Einblicke in die Sammlungsbereiche als „Schausammlung“ verstärken das eigenständige Identitätsbild der Schule.

2. FREIRAUMKONZEPT

Freiraumkonzept: Auf die Dächer - Fertig – Grün!

Hauptziel des Freianlagenkonzeptes ist die maximale funktionale und vegetative Bespielung der nicht überbauten Grundstückfläche. Dies geschieht im Sinne einer optimierten Erschließung und effektiven Nutzung im Zusammenspiel mit einer maximalen Begrünung zur Verbesserung des Mikroklimas für die Schüler als auch dem übergeordneten Stadtklima. Ganz im Sinne der naturwissenschaftlichen Ausrichtung des Gymnasiums werden insbesondere bei der baulichen Umsetzung und Gestaltung der Freianlagen auf zukunftsweisende Vegetation gelegt. Dabei stehen insbesondere die Dachflächen im Gestaltungsfokus. Unser Konzept sieht dabei vor alle nutz- und durch die Schüler erschließbaren Dachflächen mit einer intensiven, alle anderen Dachflächen mit einer extensiven Dachbegrünung zu versehen.
Das Schulgelände ist mit einem multifunktionalen Zaun eingefasst der neben seiner Sicherungsfunktion sich je nach Bedarf und Situation zur Sitzbank, zum Fahrradständer oder schattenspendenden Pergola wandelt.
Alle Flächen in den Außenanlagen sind barrierefrei erschlossen und mittels bodennahe Indikatoren zur Führung sehbehinderter Menschen ausgestattet.

Materialität ReUse und Recycle!

Für die befestigten Oberflächen werden ausschließlich großformatige Betonsteinplatten (Format: 80x60x16 cm) aus recyceltem Beton mit Oberflächen aus Besenstrich und Sandstrahlung (Farbton: rötlich-beige) verwendet. Auf den Einbau von PVC-Kunststoff, insbesondere bei unterirdischen Rigolen und Wasserspeichermatten auf den Dachflächen wird konsequent verzichtet und diese ausschließlich mit mineralischen Naturbaustoffen hergestellt.
Teilbereiche der begehbaren Schulfreiflächen erhalten 5cm breite und mit Schottersplit gefüllte Fugen zwischen den Belagsflächen. Andere Flächen werden teilversiegelt aus einem Mix aus mineralischen Schüttstoffen und Betonplatten hergestellt. Dies garantiert ein uneingeschränkte Nutzung auf der Fläche durch die Schüler, als auch ein ideal Versickerung von Regenwasser und die eine Teilbegrünung mit trittfesten Stauden- und Gräserarten.
Auf den Dachflächen werden als ausschließlich mineralischer, recycelter Ziegelsplitt (4/16cm) als Tragschicht und natürlicher Blähschiefer als Wasserspeicher eingebaut.

Vegetation und Biodiversität: Zukunftsgehölze!

Bei der Gehölzauswahl der Neupflanzungen steht die Verwendung zukunftsweisender, hitze- und trockenheitsresistenter Baumarten, sogenannter Klimagehölze, wie Sophora japonica (japanischer Schnurbaum), Ostyria spec. (Hopfenbuche) oder Quercus rubra (Amerikanische Eiche), neben dem Erhalt vieler Bestands- und Obstbäume im Vordergrund.
Die Begrünung der Dachterrassen mittels Gräsern und Stauden orientiert sich an der Dicke der Substratschicht.

3. KONSTRUKTION UND MATERIAL

Das neue Schulgebäude wird in Hybridbauweise gedacht. Die Aussteifung des Gebäudes wird über die Treppenhauskerne realisiert, sodass der restliche Gebäudeteil in Skelet-Bauweise errichtet werden kann.
Die Decken können als Brettschichtholzdecken ausgeführt werden . Dabei werden sichtbare Holzrippen und Stahlbetonunterzüge ausgeführt. Alle verwendeten Materialien werden ihren Stärken entsprechend eingesetzt. In Bereichen hoher Einzellasten und hohen Querkräften wird der Baustoff Stahlbeton verwendet. Die Brettschichtholzdecken spannen einachsig zwischen den Stahlbetonunterzügen. Durch die Verwendung der Betonträger lässt sich ein Stützenraster von 8,40m x 8,40m realisieren. Bei einem Einsatz von Brettschichtholzunterzügen lässt sich die mögliche Spannweite deutlich reduzieren, da sowohl die Querkrafttragfähigkeit als auch die Auflagerpressung einen limitierenden Faktor darstellen würden. Die Stützen können aus Recyclingbeton mit hoher Sichtbetonqualität im Fertigteilwerk produziert werden. Durch den optimalen Einsatz der verschiedenen Baustoffe lassen sich große Spannweiten bei gleichzeitig geringem Eigengewicht der Konstruktion realisieren. Die Aussteifung des Gebäudes wird durch die Treppenhauskerne, welche in Stahlbetonbeton geplant werden, sichergestellt.
Aufgrund der flexiblen Tragstruktur können die meisten Wände nichttragend ausgeführt und die Transparenz der Fassade maximiert werden.
Durch die Maximierung der Verwendung des Baustoffes Holz wird ein flexibles und effizientes Tragsystem gefunden, durch das CO2 gebunden und ein behagliches und architektonisch an- sprechendes Gebäude realisiert wird.
Der hohe Vorfertigungsgrad - sowohl bei den Holzbauteilen als auch bei den Stahlbetonbauteilen - führt zu einer verkürzten Bauzeit, Terminsicherheit und zu hohen Ausführungsqualitäten der Elemente. Aufgrund von einfachen Steckverbindungen können die typisierten Stahlbetonfertigteile vom ausführenden Holzbauunternehmen mit verarbeitet werden.
Der konstruktive Brandschutz wird zum einen über eine Heißbemessung der Stahlbetonbauteile und zum anderen über die Abbrandrate des Holzes nachgewiesen. Im Holzbau lassen sich so sehr hohe Feuerwiderstandsdauern realisieren. Auf eine Kapselung des Holzes kann dabei verzichtet werden. Alle Bauteilanschlüsse werden durch einfaches Auflegen und Steckverbindungen ohne sichtbare Verbindungsmittel aus Stahl konzipiert. Ein vorzeitiger oder unerwarteter Tragfähigkeitsverlust kann somit ausgeschlossen werden.

Gebäudehülle

Mit Gestalt und Verkleidung soll bewusst der Charakter einer modularen Fertigung fortgeschrieben werden. So ist die Fassade, gleich der Fertigung des Tragwerkes, mit vorgefertigten Fassadenelementen in Holzverbundbauweise hochwärmegedämmt hergestellt. Eine Gebäudehülle aus elementierten Vorhangrahmen mit keramischen Ziegelfliesen in Sinusform bilden ein langlebiges Wetterkleid und sucht somit eine Verbindung zu den historischen Nachbarschaften. Die Fassade des Sockelgeschosses wird aus einer elementierten Recyclingbeton-Vorsatzschale angedacht. Somit erhält der bodennahe Fassadenbereich eine beanspruchbare dauerhafte Materialisierung. Das vorgeschlagene Fassadenmaterial sichert niedrige Unterhaltskosten und eine dauerhafte und gut alternde Schönheit. Die Verwendung von recycelten Baustoffen führt zu einer Einsparung primärer Rohstoffe und Schaffung einer Kreislaufwirtschaft mit einer positiver Ökobilanz.
In Materialität und Farbigkeit wird bewusst ein Bezug zum Umfeld des Ostbahnhofes gesucht. Die Ornamentik schafft Identifikation zur Institution des Gymnasium und zum Schaffenswerk Heinrich Hertz.

4. HAUSTECHNIKKONZEPT

Heizkonzept

Für die Wärmeversorgung der Schule wird eine Kombination von nachhaltiger Energieversorgung mit modernem und energieeffizientem Heizungssystem angestrebt. Die Energie- und Umweltbilanz des Gebäudekomplexes kann so optimal dargestellt werden.
Mit Blick auf die Wärmequelle wird eine Versorgung mit Fernwärme empfohlen. Mehrere Aspekte sprechen für diese Lösung: Die Fernwärmetrasse des Versorgers – die BTB GmbH – verläuft ca. 6 m an der Grundstücksgrenze entlang, weshalb eine kostengünstige Erschließung möglich ist. Zudem stellt sich die dort verfügbare Wärme als besonders ressourcenschonend und umweltfreundlich dar. Dies spiegelt sich in dem sehr niedrigen Primärenergiefaktor von 0,25 wieder und ist bei der BNB- Zertifizierung von Vorteil. Ebenfalls vorteilhaft ist, dass eine Abgasanlage, wie sie bei der Verwendung von fossilen Brennstoffen notwendig wäre, obsolet wird.
Für die Erwärmung der Compartments (Klassenzimmer, Unterrichtsräume, Neben- und Lagerräume), des Verwaltungsbereichs und der Flure werden robuste Röhrenradiatoren vorgesehen, um eine lange Lebensdauer mit einer konstanten Optik sicherzustellen.
Im öffentlichen Bereich empfiehlt sich die Bestückung der Heizkörper mit Behördenthermostaten, welche manuell nicht reguliert werden können. Die Heizkörper in den Klassenzimmern werden in einer Zonenregelung mit einem Raumthermostat an der Tür gesteuert, jedoch wird die Einstellung der Raumtemperatur auf plus/minus zwei Grad beschränkt.
Das gesamte Heizkörpersystem wird mit einer Spreizung von 20 °C (60°C/40°C) betrieben, um möglichst geringe Rücklauftemperaturen für das Fernwärmesystem zu erzielen. Eine Nacht- und Wochenendabsenkung wird vorgesehen.
Bibliothek, Mehrzweckraum, Mensa und Cafeteria, Sporthallen sowie der Sanitärbereich (Umkleiden, Duschen) im Untergeschoss werden über Fußbodenheizung beheizt.

Sanitärkonzept

Für die Wasserversorgung der Schule wird größtenteils Kaltwasser vorgesehen. Die Ausnahme bilden die im Ausstattungsprogramm ausgewiesenen Räume mit Warmwasserversorgung.
Für eine bestmögliche Trinkwasserhygiene wird eine 100-prozentige Dämmstoffstärke für Kaltwasserleitungen, kurze Leitungswege, Durchschleifen der einzelnen Sanitärobjekte und ausreichend Probeentnahme- und Spülarmaturen vorgesehen.
Grundsätzlich erfolgt die Warmwasserbereitung dezentral über Frischwasserstationen oder elektrische Durchlauferhitzer/Boiler. Eine abschließende Empfehlung wird nach Prüfung der Wirtschaftlichkeit der Varianten gegeben und ist auch abhängig von den jeweiligen Anforderungen in der Nutzung.
Im Duschbereich der Sporthalle empfehlen sich spezielle Duschelemente mit integrierten – oder alternativ einen externen – Wärmetauschern, die über das Heizungssystem versorgt werden, um die Leitungswege so kurz wie möglich zu halten und die Gefahr der Bildung von Bakterien und Legionellen auch bei geringer Nutzung zu minimieren.

5. LÜFTUNGSKONZEPT

Grundsätzlich wurde für alle Räume die Möglichkeit einer natürlichen Lüftung berücksichtigt bzw. durch eine ausreichende Anzahl zu öffnenden Fensterquerschnitten im Entwurf umgesetzt.
Unter Berücksichtigung der Anforderung an Lufthygiene und thermischen Komfort mit dem Projektziel, den anlagentechnischen Aufwand und die Installationsdichte auf das erforderliche Minimum zu begrenzen, wurden die Räume in den Compartments als Raumverbund im Lüftungskonzept betrachtet.
Besonders mit Blick auf die CO2-Konzentration in den Allgemeinen Unterrichtsräumen ergibt sich eine Optimierung der Luftqualität. Durch die gesamtheitliche Betrachtung des Compartments mit sich nach innen öffnenden Räumlichkeiten und der Integration des Forums wird eine gute Luftbilanz erreicht. ( siehe Präsentation Bieterdialog)
Die Kombination wird aus technisch einfacher mechanischer Grundlüftung ( Ventilatoren ) zwischen den Raumeinheiten Compartment über spezielle dezentrale Lüftungskomponenten umgesetzt, die in Kombination mit einer Stoßlüftung über die Fenster (Hybridlüftung) die Anforderungen an gute Lufthygiene erfüllen.
Die Besonderheit der Hybridlüftung in den Unterrichtsräumen besteht in der Wärmerückgewinnung: In den Außenwänden werden dezentrale Lüftungseinheiten vorgesehen mit integriertem Reversierventilator, Keramikkernwärmetauscher und Schallschutzelement. Zwei Lüftungseinheiten arbeiten im Gegentakt und transportieren jeweils 70 Sekunden lang die verbrauchte Innenluft nach Außen bzw. saugen Frischluft nach innen (Push-Pull-Prinzip). Beim Abtransport der Innenluft wird der in der Lüftungseinheit integrierte Keramikwärmetauscher aufgeladen und gibt die gespeicherte Wärme beim Ansaugen der Außenluft wieder ab. So können bis zu 93 % der Wärme zurückgewonnen werden.
Die Steuerung der Lüftungseinheiten erfolgt raumweise mit Zeitprogramm und Stufen. Zudem können die Lüftungseinheiten zum sommerlichen Wärmeschutz beitragen: Durch eine Querlüftung in den kühleren Nachtstunden (Spülmodus) kann die Raumtemperatur aktiv gesenkt werden.
Im Sporthallenbereich stellen Außenluftdurchlässe und Abluftventilatoren in den Nebenräumen (z.B. Geräteraum) die Grundlüftung dar.
Das Lüftungskonzept beinhaltet zwar auch den Einsatz konventioneller zentraler Lüftungsanlagen, dies jedoch ausschließlich in den Räumen bzw. Bereichen, die zwingend mit Zu- und Abluft versorgt werden müssen.

• Bibliothek und Mehrzweckraum
• Mensa und Cafeteria (Küche)
• Sanitärkern der Sportanlagen
• Sanitärkerne des Schulbereichs (evtl. Abluftanlagen)

Die zentralen Lüftungsgeräte werden mit Rotationswärmetauschern inkl. Spülzone ausgerüstet, um eine hohe Wärmerückgewinnungszahl zu erzielen und eine Übertragung der Gerüche aus der Abluft zu vermeiden. Die verschiedenen Bereiche werden über eine Luftqualitätsregelung, z.B. über die CO2-Konzentration oder mit einer Zeitplansteuerung belüftet. Eine Kombination aus beiden Varianten ist möglich.
Eine Übernachtauskühlung für Aufenthalts- und Veranstaltungsbereiche (Mensa, Cafeteria, Bibliothek, Mehrzweckraum) wird vorgesehen.
Das Lüftungskonzept für die Küche bzw. für den Bereich Mensa/Cafeteria wird nach VDI 2052 geplant und ist abhängig von der Küchenausstattung.

6. BRANDSCHUTZKONZEPT

Von jeder Stelle eines Aufenthaltsraumes im Obergeschoss wird ein Treppenraum oder ein Ausgang ins Freie in max. 25 m Lauflänge erreichbar sein. Dadurch ergeben sich sehr kurze Angriffswege für die Feuerwehr, was die Realisierung von zusammenhängenden Compartments bis ca. 800 m² ohne innere Trennwände ermöglicht. Eine Brandmeldeanlage mit Aufschaltung zur Feuerwehr ist bei dieser Lösung nicht erforderlich.
Alle Treppenräume verfügen über einen direkten Ausgang ins Freie. Für Rollstuhlfahrer:innen bzw. Personen mit eingeschränkter Mobilität sind gesicherte Wartebereiche in den Treppenräumen und vor den Außentreppen vorgesehen, an denen diese Personen bis zur Evakuierung verweilen können.
In den Obergeschossen ergibt sich bereits durch die Lage der Treppenräume eine gute brandschutztechnische Unterteilung. Automatische Löschanlagen und Anlagen zur maschinellen Rauchableitung sind nicht vorgesehen und auch nicht erforderlich.

7. NIEDERSCHLAGSMANAGMENT

Versickerungskonzept & Regenwassermanagement: Sponge City – Sponge School!

Die intensive (Dach- und Substrataufbau 60cm) und extensive Dachbegrünung (Dach- und Substrataufbau 20cm) verfolgt das Ziel ca. 75% des anfallenden Regenwassers bei Starkregenereignissen zurückzuhalten und einen Großteil des zwischengespeicherten Niederschlagwassers über Verdunstung zurück in die Atmosphäre geben.
Neben dem Rückhalt des Regenwassers kommt es durch die Begrünung der Dachflächen zu einer Senkung der Energiekosten.
Das komplette Oberflächenwasser in den Freianlagen wird über ein Mulden- und Rigolensystem in den Vegetations- und Rasenflächen auf dem Grundstück versickert oder zur Verdunstung gebracht. Ergänzend werden unterhalb aller befestigten Zugang-, Pausen- und Terrassenflächen (z.B. Mensa) großflächig Schotterkörper als Rigolen im Sinne einer Schwammstadt eingebaut.
Im nördlichen Teil des Grünstückes, befindet sich ein offenes Retentionsbecken zur Aufnahme überschüssigen Niederschlagswassers von den Dach- und sonstigen versiegelten Flächen.

8. NACHHALTIGKEIT

Die Vorgabe lautet ein energie- und kosteneffizientes Gebäude zu planen. Dieser Ansatz lässt sich nur erreichen, indem die drei Möglichkeiten “optimierte Gebäudehülle“, “effiziente Bedarfsdeckung“ und “Nutzung nachhaltiger Energiequellen“ optimal aufeinander abgestimmt werden. Die Ergänzung des hochbaulichen Konzepts des Einsatzes umweltschonender Materialien mit hoher Dämmwirkung wird durch ein effizientes Konzept der Gebäudetechnik ergänzt.
Der konzeptionelle Ansatz von Nutzungsflexibilität und Kompaktheit des Bauvolumens, unter Verwendung nachhaltiger Materialien mit niedrigen Unterhaltskosten bilden den Nachhaltigkeitsgedanken des Entwurfes. Das Gebäude und Landschaftskonzept sichern eine Umsetzung einer BNB-Zertifizierung in Silber.