Había que renovar los dos centros de secundaria de Enkplatz (8.800 m²) y el gimnasio. Se planteó elevar las ambiciones de la renovación y planificar el gimnasio como un "Gimnasio de energía casi nula" o incluso como un edificio de energía positiva mediante energía solar, convirtiéndolo en un verdadero edificio faro para el distrito. El gimnasio se tomó deliberadamente como una oportunidad para ampliar el alcance y el alcance del proyecto a más grupos objetivo del distrito (alumnos, profesores, padres y vecinos). Se establecerá una monitorización central y una gestión energética basadas en las TIC para controlar el flujo de energía térmica solar hacia la red secundaria de calefacción urbana.
1) Reconstrucción en lugar de reforma
La reconstrucción del gimnasio en lugar de una reforma económicamente inviable ofrecía la posibilidad de satisfacer también las necesidades espaciales de los dos centros de secundaria. La construcción de una ampliación del edificio existente hizo posibles las mejoras:
▪ Reintegración de las 4 aulas situadas actualmente en un edificio provisional en el recinto escolar
▪ 15 aulas adicionales, 4 clases de ocio, 3 salas técnicas y salas auxiliares
▪ Construcción de 4 gimnasios estándar divisibles para las dos escuelas y para uso externo
2) El Concepto Energético: Gimnasio de energía cero
El objetivo del proyecto era reducir la demanda energética de la sección deportiva al nivel de "edificios de energía cero". El objetivo no era hacer funcionar la sección deportiva de forma energéticamente independiente, sino encontrar un equilibrio entre el armazón del edificio y las fuentes de energía renovables para conseguir al menos un balance energético cero para el sector deportivo a lo largo del año.
Para la sustitución del gimnasio, la dirección del proyecto encargó un estudio de proyecto que incluía un concepto de calefacción, aire acondicionado, aireación e instalaciones sanitarias (DE: "HKLS-Konzept"), que prevé el suministro de calor al edificio principalmente mediante bombas de calor que utilizan calor ambiental e instalaciones térmicas solares. La demanda de electricidad del edificio debía tener lugar principalmente a través de una instalación fotovoltaica, de modo que pudiera alcanzarse como objetivo de planificación un balance energético cero para el nuevo edificio.
Con vistas a una planificación integral, antes de la licitación ya se esbozó un concepto aproximado de tecnología del edificio en coordinación con Wien Energie como socio para la alimentación solar, tal y como se pretendía en los objetivos de la propuesta de proyecto. El objetivo era desarrollar un concepto que se ajustara lo mejor posible a los objetivos del proyecto y a las condiciones in situ. Para ello, se llevó a cabo un dimensionamiento aproximado de los oficios basado en una tecnología de construcción y un concepto hidráulico coordinados.
En las evaluaciones preliminares orientadas al diálogo, la limitada superficie del tejado y su ocupación proporcional con colectores solares térmicos o módulos fotovoltaicos resultó ser el punto más crítico para alcanzar los objetivos del proyecto. Por este motivo, en los documentos del concurso de arquitectura se especificó una superficie mínima de instalación para el sistema de calefacción solar de 680 m². Hay tres fuentes distintas de suministro de energía renovable para el edificio:
2-1. Energía geotérmica (con sol)/ bomba de calor de agua
La calefacción por suelo radiante del gimnasio y el registro de calefacción del sistema de ventilación se realizan mediante energía geotérmica. El calor se extrae de la tierra mediante 8 perforaciones profundas (unos 150 m de profundidad) y se eleva a un nivel de temperatura utilizable mediante una bomba de calor. Para reducir la puesta en marcha del aparato, se instala un depósito de inercia y un control de capacidad infinitamente variable del circuito de refrigeración. Para regenerar el subsuelo que rodea las pilas y enfriar la sala, en verano el calor del sistema de refrigeración de la sala se introduce en el suelo mediante un intercambiador de calor independiente. Como para ello se utilizan las instalaciones de calefacción existentes, el rendimiento es significativamente menor que con un sistema de refrigeración designado, pero por ello resulta muy rentable.Como es poco probable que la producción de calor de la refrigeración de la sala en verano sea suficiente para regenerar completamente las pilas, está previsto alimentar el suelo con calor procedente de la energía solar térmica a partir de septiembre aproximadamente. La energía de refrigeración dejará de estar disponible desde el inicio de esta regeneración forzada hasta el próximo verano.
2-2. Sistema solar térmico y alimentación a la red de calefacción urbana
En el tejado del nuevo edificio, Wien Energie construye un sistema solar térmico. Por un lado, suministra un almacenamiento intermedio para el calor que se utilizará in situ en la escuela y, por otro, para alimentar de energía térmica la red de calefacción urbana. En la planificación detallada, la posibilidad de utilizar calor solar en el edificio era limitada en comparación con el estudio de viabilidad. Originalmente, además del apoyo a la calefacción de los espacios, el uso del calor solar estaba previsto para la regeneración de las pilas geotérmicas durante toda la temporada solar, así como para el apoyo a la producción de agua caliente. En coordinación con el planificador de los servicios técnicos del edificio, el sistema solar de Wien Energie se adaptó al nuevo concepto hidráulico y de suministro. En consecuencia, la mayor parte del calor solar se introduce en el suministro de la red de calefacción urbana a unos 70 °C durante la mayor parte de la estación solar. En el edificio, se apoyará principalmente la calefacción de espacios a un nivel de temperatura bajo. Además, al final de la temporada de refrigeración, se prevé como opción la posibilidad de regeneración de las sondas geotérmicas. Las simulaciones sin el uso de calor solar para la regeneración dieron como resultado ganancias significativamente mayores cuando se utilizaron colectores de tubos de vacío en lugar de los colectores planos utilizados mayoritariamente. El óptimo económico se consiguió con el máximo aprovechamiento posible de la superficie de tejado prevista, por lo que se planificó un total de 320 m² brutos de superficie colectora de los colectores de tubos de vacío en diseño horizontal. El sistema de calefacción de la escuela está diseñado para consumir primero el calor de los depósitos de inercia y sólo después pone en marcha el sistema de bomba de calor o, si es necesario, obtiene calor de la calefacción urbana como reserva.
2-3. Sistema fotovoltaico:
Además del sistema solar térmico, se instalará un sistema fotovoltaico en el tejado plano, ampliamente ajardinado, del edificio de ampliación. Con una potencia de 67 kWp a lo largo del año, cubrirá el consumo de los pabellones deportivos de la escuela. Se prevé que la tasa de uso directo sea de aproximadamente el 75%; considerando todo el emplazamiento, cabe suponer un uso directo del 100%. La electricidad que no se consume directamente en la propiedad (principalmente durante las vacaciones) se vierte a la red eléctrica.
3) Redundancia
La calefacción urbana está disponible todo el año. Abastece al edificio antiguo, al calentamiento del agua y a las plantas sobre rasante del edificio nuevo, cuando no hay suficiente calor solar disponible. Como reserva en caso de fallo del sistema de bomba de calor, también se puede suministrar calor al sistema de distribución de baja temperatura del gimnasio mediante un intercambiador de calor.
4) Envolvente del edificio
Las pérdidas de calor por transmisión se minimizan en gran medida con la construcción subterránea del gimnasio. Sin embargo, el método de construcción subterránea sólo es posible en algunos casos excepcionales para las zonas habitables. Los espacios de oficinas o las aulas serían difíciles de implementar en este diseño, ya que es difícil garantizar la exposición solar natural necesaria. El edificio de la escuela se diseñó de tal forma que tiene unas cifras energéticas significativamente mejores que las exigidas por la ley. El edificio cumple la norma nacional "Edificio de Consumo Energético Mínimo 2020, Clase A ++" gracias a su bajo factor de eficiencia energética. Al considerar los requisitos necesarios de energía para calefacción, sólo se alcanzaría la clase B. Para cumplir el requisito de calefacción de clase A, habría que utilizar espesores de aislamiento de más de 40 cm y ventanas de casa pasiva de alta calidad. Aumentar las calidades de protección térmica supondría un aumento significativo de los costes de producción. Los ratios calculados para la demanda de energía de calefacción del proyecto en cuestión garantizan una optimización de los costes. Con una demanda de calefacción de clase A, ya no se alcanzaría la optimalidad de costes.
5) Sistema de ventilación con recuperación de calor
Para el gimnasio está previsto un sistema de ventilación mecánica con intercambiador de calor rotativo con un rendimiento del 85-90%. Esto no sólo sirve para recuperar el calor, sino que también puede, hasta cierto punto, reciclar la humedad en el aire. El resultado es un mayor confort para los usuarios, al tener un clima ambiental más agradable, sobre todo en los meses de invierno.