Les deux écoles secondaires d'Enkplatz (8 800 m²) et le gymnase devaient être rénovés. Il était prévu de revoir à la hausse les ambitions de la rénovation et de planifier le gymnase comme un "gymnase à énergie presque nulle" ou même comme un bâtiment à énergie positive utilisant l'énergie solaire, ce qui en ferait un véritable bâtiment phare pour le quartier. Le gymnase a été délibérément considéré comme une occasion d'élargir la portée du projet à d'autres groupes cibles du quartier (élèves, enseignants, parents et voisins). Un système central de surveillance et de gestion de l'énergie basé sur les TIC sera mis en place pour contrôler le flux d'énergie thermique solaire dans le réseau secondaire de chauffage urbain.
1) Reconstruction au lieu de rénovation
La reconstruction du gymnase au lieu d'une rénovation économiquement irréalisable a offert la possibilité de répondre également aux besoins spatiaux des deux écoles secondaires. La construction d'une extension du bâtiment existant a permis d'apporter des améliorations :
▪ Réintégration des 4 salles de classe actuellement situées dans un bâtiment temporaire sur le site de l'école
▪ 15 salles de classe supplémentaires, 4 classes de loisirs, 3 salles techniques et des salles annexes.
▪ Construction de 4 salles de sport standard divisibles pour les deux écoles et pour un usage externe.
2) Le concept énergétique : Salle de sport zéro énergie
L'objectif du projet était de réduire les besoins énergétiques de la section sportive au niveau des "bâtiments à énergie zéro". Le but n'était pas de faire fonctionner la section sportive de manière indépendante sur le plan énergétique, mais de trouver un équilibre entre l'enveloppe du bâtiment et les sources d'énergie renouvelables afin d'atteindre au moins un bilan énergétique nul pour le secteur sportif au cours de l'année.
Pour le remplacement du gymnase, la direction du projet a commandé une étude de projet comprenant un concept pour le chauffage, la climatisation, l'aération et les installations sanitaires (DE : "HKLS-Konzept"), qui prévoit l'approvisionnement en chaleur du bâtiment principalement par des pompes à chaleur utilisant la chaleur ambiante et des installations solaires thermiques. La demande en électricité du bâtiment devait être assurée principalement par un système photovoltaïque, de sorte qu'un bilan énergétique nul pour le nouveau bâtiment puisse être atteint en tant qu'objectif de planification.
En vue d'une planification intégrale, un concept technique approximatif de construction a déjà été esquissé avant l'appel d'offres, en coordination avec Wien Energie en tant que partenaire pour l'alimentation solaire, comme prévu dans les objectifs de la proposition de projet. L'objectif était de développer un concept qui réponde au mieux aux objectifs du projet et aux conditions du site. Pour ce faire, un dimensionnement approximatif des métiers a été réalisé sur la base d'une technique de construction et d'un concept hydraulique coordonnés.
Lors des évaluations préliminaires axées sur le dialogue, la surface limitée du toit et son occupation proportionnelle par des capteurs de chaleur solaire ou des modules photovoltaïques se sont avérés être le point le plus critique pour atteindre les objectifs du projet. C'est pourquoi une surface minimale d'installation du système de chauffage solaire de 680 m² a été spécifiée dans les documents du concours d'architecture. Il existe trois sources différentes d'approvisionnement en énergie renouvelable pour le bâtiment :
2-1. Énergie géothermique (avec sol)/ pompe à chaleur à eau
Le chauffage par le sol dans le gymnase et le registre de chauffage du système de ventilation sont assurés par l'énergie géothermique. La chaleur est extraite de la terre par 8 forages profonds (profondeur d'environ 150 m) et portée à un niveau de température utilisable par une pompe à chaleur. Un réservoir tampon et une régulation en continu de la puissance du circuit frigorifique sont installés pour réduire le démarrage de l'appareil. Pour régénérer le sous-sol qui entoure les piles et pour refroidir la pièce, la chaleur du système de refroidissement de la pièce est introduite dans le sol via un échangeur de chaleur séparé en été. Comme les installations de chauffage existantes sont utilisées à cette fin, la performance est nettement inférieure à celle d'un système de réfrigération désigné, mais elle est donc extrêmement rentable. Comme il est peu probable que la chaleur produite par le refroidissement de la pièce en été soit suffisante pour régénérer complètement les piles, il est prévu d'injecter dans le sol de la chaleur provenant de l'énergie solaire thermique à partir du mois de septembre environ. L'énergie de refroidissement n'est plus disponible depuis le début de cette régénération forcée jusqu'à l'été prochain.
2-2. Système solaire thermique et injection dans le réseau de chauffage urbain
Sur le toit du nouveau bâtiment, Wien Energie construit un système solaire thermique. Il fournit un stockage tampon pour la chaleur qui sera utilisée sur place dans l'école d'une part et d'autre part pour injecter de l'énergie thermique dans le réseau de chauffage urbain. Lors de la planification détaillée, la possibilité d'utiliser la chaleur solaire dans le bâtiment a été limitée par rapport à l'étude de faisabilité. À l'origine, outre le chauffage des locaux, l'utilisation de la chaleur solaire était prévue pour la régénération des piles géothermiques pendant toute la saison solaire, ainsi que pour la production d'eau chaude. En coordination avec le planificateur des services techniques du bâtiment, le système solaire de Wien Energie a été adapté au nouveau concept d'approvisionnement et d'hydraulique. Par conséquent, la majeure partie de la chaleur solaire est injectée dans le réseau de chauffage urbain à une température d'environ 70 °C pendant la majeure partie de la saison solaire. Dans le bâtiment, c'est principalement le chauffage des locaux à basse température qui sera pris en charge. En outre, à la fin de la saison de refroidissement, la possibilité de régénération des sondes géothermiques est prévue comme une option. Les simulations sans utilisation de la chaleur solaire pour la régénération ont permis d'obtenir des gains significativement plus élevés en utilisant des capteurs à tubes sous vide au lieu des capteurs plats généralement utilisés. L'optimum économique a été atteint avec l'utilisation maximale de la surface de toiture fournie, de sorte qu'un total de 320 m² de surface brute de capteurs à tubes sous vide dans une conception horizontale a été planifié. Le système de chauffage de l'école est conçu pour consommer d'abord la chaleur des réservoirs tampons et seulement ensuite démarrer le système de pompe à chaleur ou, si nécessaire, obtenir de la chaleur du chauffage urbain comme secours.
2-3. Système photovoltaïque :
En plus du système thermique solaire, un système photovoltaïque sera installé sur le toit plat largement végétalisé du bâtiment d'extension. Avec une puissance de 67 kWc sur l'année, ce système couvre la consommation des salles de sport de l'école. Le taux d'utilisation directe est estimé à environ 75 % ; si l'on considère l'ensemble du site, on peut supposer que l'utilisation directe est de 100 %. L'électricité qui n'est pas consommée directement dans la propriété (principalement pendant les vacances) est injectée dans le réseau électrique.
3) Redondance
Le chauffage urbain est disponible toute l'année. Il alimente l'ancien bâtiment, le chauffage de l'eau et les étages au-dessus du sol du nouveau bâtiment, lorsque la chaleur solaire disponible n'est pas suffisante. En cas de défaillance du système de pompe à chaleur, le système de distribution à basse température du gymnase peut également être alimenté en chaleur par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur.
4) Enveloppe du bâtiment
Les pertes de chaleur par transmission sont fortement minimisées par la construction souterraine du gymnase. Cependant, la méthode de construction souterraine n'est possible que dans quelques cas exceptionnels pour les espaces de vie. Il serait difficile d'aménager des bureaux ou des salles de classe selon cette méthode, car il est difficile d'assurer l'exposition solaire naturelle nécessaire. Le bâtiment scolaire a été conçu de telle sorte qu'il présente des chiffres énergétiques nettement supérieurs à ceux exigés par la loi. Le bâtiment répond à la norme nationale "Bâtiment à faible consommation d'énergie 2020, classe A ++" en raison de son faible facteur d'efficacité énergétique. Si l'on considère les besoins en énergie de chauffage nécessaires, seule la classe B serait atteinte. Pour répondre aux besoins de chauffage de la classe A, il faudrait utiliser des épaisseurs d'isolation de plus de 40 cm et des fenêtres passives de haute qualité. L'augmentation des qualités de protection contre la chaleur entraînerait une hausse significative des coûts de production. Les ratios calculés pour la demande d'énergie de chauffage du projet en question permettent d'optimiser les coûts. Avec une demande de chauffage de classe A, l'optimalité des coûts ne serait plus atteinte.
5) Système de ventilation avec récupération de chaleur
Un système de ventilation mécanique avec échangeur de chaleur rotatif d'une efficacité de 85-90% est prévu pour le gymnase. Ce système permet non seulement de récupérer la chaleur, mais aussi, dans une certaine mesure, de recycler l'humidité dans l'air. Il en résulte un plus grand confort pour les utilisateurs grâce à un climat ambiant plus agréable, en particulier pendant les mois d'hiver.