Plusenergieschule Diedorf Der Neubau des Schmuttertal

Plusenergieschule Diedorf
Der Neubau des Schmuttertal-Gymnasiums Diedorf präsentiert sich im Bereich des Energiekonzeptes
als Modellprojekt. Konventionelle Schulgebäude verursachen durch ihre Nutzung erhebliche
Primärenergiebedarfe und CO2-Emissionen. Das bei diesem Projekt angestrebte Ziel der
Konzipierung eines Plusenergiegebäudes bedingt nicht nur eine Minimierung des Energiebedarfs für
das Gebäude und die technischen Anlagen, sondern sieht auch eine hocheffiziente Gebäudehülle im
Passivhausstandard und den Einsatz regenerativer Energieerzeugung vor.
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Energiekonzept
Der Plusenergiestandard wurde für das Projekt so definiert, dass der gesamte nichtregenerative
Primärenergiebedarf des Gebäudes, sowohl der Haustechnik als auch der nutzerinduzierten Bedarfe,
in der Jahresbilanz geringer ausfällt als der durch Eigenerzeugung auf dem Schulgelände produzierte
Primärenergieeinsatz. Dies gilt ebenfalls für die CO2-Emmissionen.
Im energetischen Pflichtenheft werden dazu für alle haustechnischen Gewerke, die Gebäudehülle
und den thermischen Komfort Zielwerte vorgesehen, die kontinuierlich in der Planung
weiterentwickelt und eingehalten werden mussten.
Gebäudehülle
Das Gebäude wird in Holzskelletbauweise mit integrierten Holzstahlbetonverbunddecken als
tragende Konstruktion errichtet. Die geplante hochwärmegedämmte Konstruktion erfüllt den
Passivhausstandard und ist wärmebrückenfrei.
Außenwand
U-Wert
0,14 W/ (m² K)
Fenster
Dach
0,80 W/ (m² K)
0,10 W/ (m² K)
Boden
0,33 W/ (m² K)
Beschreibung
Holzrahmenkonstruktion mit einer gedämmten,
hinterlüfteten Fassade mit sägerauer, lasierter
Holzschalung
Massivholzfensterelemente mit 3-fach-Verglasung
flach geneigtes Satteldach mit Dachbegrünung
auf einer wurzelfesten EPDM-Dachabdichtungsbahn
WU-Konstruktion (d= 30 – 45 cm)
Der angestrebte Gebäudedichtigkeitswert (n50-Wert < 0,4 1/h) liegt sogar deutlich unter den
üblichen Passivhausanforderungen von < 0,6/h. Über einen Blower-Door-Test wird nach
Fertigstellung die Dichtigkeitsprüfung durchgeführt, um sicherzustellen dass die erforderlichen Werte
auch eingehalten werden. Zur Minimierung von Dachdurchdringungen wurde eine effiziente
Befestigung der Photovoltaikanlage mittels eines durchdringungslosen Tragsystems mit punktueller
Balastierung vorgesehen. Effiziente außenliegende Sonnenschutzeinrichtungen minimieren bei
Bedarf die Solarlasten.
Nachhaltige Energieerzeugung
Der neue Schulbau besticht zudem durch eine optimierte nachhaltige Haustechnik, die das Erreichen
des Plusenergiestandards ermöglicht.
Dazu wurden verschiedene Varianten der Wärmeversorgung über ein Ranking-Verfahren, bei dem
neben Kosten auch der Primärenergiebedarf und die CO2-Emissionen Berücksichtigung fanden,
verglichen. Als ressourcenschonende Wärmeerzeugung wurde dabei eine Holzpelletfeuerungsanlage
(Biomasse) mit zwei Pelletskesseln gewählt.
Der eingesetzte regenerative Brennstoff Holzpellets senkt den jährlichen Primärenergiebedarf und
verursacht geringe CO2‐Emissionen. Mit der Erzeugung von elektrischer Energie durch die
dachgestützte Photovoltaikanlage wird der Primärenergiebedarf der Schule kompensiert und in der
Primärenergiebilanz mehr Energie erzeugt, als von der Schule verbraucht wird. Zusätzlich wird CO2‐
Neutralität erreicht.
Typ
Heizkessel
PV-Anlage
Energieträger
Holzpellets
Solar
Nennleistung
2 x 100 kW
433 kWp
Einsatz
Hauptlast Wärme
Erzeugung Elektroenergie
Der Holzbau erfordert eine besondere Betrachtung des Speicherverhaltens des Gebäudes. Die Gefahr
von Temperaturschwankungen ist aufgrund der geringeren Speicherkapazität von Holz in Verbindung
mit einer leichteren Abführbarkeit der Wärme aus dem Gebäude wesentlich größer als beim
Massivbau. Durch den Einsatz einer Fußbodenheizung mit niedrigen Vorlauftemperaturen kann im
gesamten Lernbereich (Klassenraum und Marktplatz) über die Strahlungswärme der
Fußbodenheizung ein angenehmes Raumklima geschaffen werden, ohne durch hohe Temperaturen
bei der Wärmeübertragung zu große Temperaturunterschiede in den verschiedenen Lernbereichen
befürchten zu müssen. Dies wird unterstützt durch die guten Dämmwerte der Wände.
Um den Mangel an Speichermassen im Holzbau zusätzlich entgegen zu wirken, werden sowohl bei
der Erzeugung der Wärme als auch bei der Erzeugung von Kälte zwei Pufferspeicher als Ersatz für die
zu geringen Speichermassen des Holzbaus eingesetzt. Dadurch konnten Leistungsspitzen abgefangen
und die Kessel kleiner dimensioniert werden. Zudem wurde auch eine Verlängerung der Laufzeit der
beiden Pelletskessel erreicht, das häufige Takten vermieden und die Schadstoffemissionen der
Pelletskessel im Anfahr- und Abschaltbetrieb deutlich reduziert.
Zur Warmwasserbereitung in der Schule werden für Teeküchen und Putzmittelräume elektrische
Durchlauferhitzer eingesetzt. Die Duschanlagen der Dreifachsporthalle werden dagegen mit
Warmwasser aus Frischwasserstationen versorgt, welche von den Pelletskesseln mit Heizwärme
versorgt werden. Aufgrund kurzer Anbindeleitungen mit geringsten Wassermengen ist die Gefahr der
Legionellenbildung unwahrscheinlich.
Thermisch-Dynamische Simulationsrechnung
Mittels thermisch-dynamischer Simulationsrechnung wurde insbesondere der Einfluss der baulichen
Ausführung auf den thermischen Komfort detailliert untersucht. Der wirksamen thermischen Masse
unter Berücksichtigung der Holzbauweise wurde besondere Beachtung geschenkt. Dabei wurde auch
ermittelt, dass zur Erreichung des Komfortziels (< 5 % der Betriebszeit über 27 °C
Empfindungstemperatur) eine leichte Kühlung des Gebäudes im Sommer erforderlich ist.
Auch hier wurde der Einsatz einer ressourcenschonende Kälteerzeugung mittels freier Kühlung und
hocheffizienter Kältemaschinen (indirekte adiabate Kühlung und Klein-Kompressions-Kältemaschine)
verfolgt. Gekühlt wird die Zulufttemperatur für die Klassen- und Büroräume im Sommer sowie in der
Nacht der Fußboden der Klassenräume (als Bauteilkühlung), wobei hierzu die Fußbodenheizung
verwendet wird. Ein Teil der benötigten Kühlung erfolgt über die indirekte adiabate Kühlung der
Lüftungsanlagen durch Verdunstung von Wasser im Bereich der Fortluft, die dabei entstehende kühle
Luft wird mittels Wärmerückgewinnung an die warme Außenluft übertragen.
Lüftungskonzept
Schlechte Luft im Klassenraum, insbesondere hohe CO2-Konzentrationen, mindern die
Konzentrations- und Leistungsfähigkeit von Schülern und Lehrern. Der CO2-Gehalt der Luft erreicht
bei Schulen mit manueller Fensterlüftung oft hygienisch katastrophale Ausmaße. Für eine gute
Lernumgebung ist jedoch eine gesunde Raumluft eine wichtige Voraussetzung.
Die Raumluftqualität wird messtechnisch insbesondere durch den CO2-Gehalt der Raumluft
bestimmt. Um sowohl die Luftqualität und die Behaglichkeit in Klassenräumen zu verbessern als auch
die gewünschte Nutzungsflexibilität der Marktplätze zu unterstützen, muss dem Lüftungskonzept für
das Pilotprojekt besondere Beachtung geschenkt werden.
Die kontrollierte Lüftung verhindert hohe Lüftungswärmeverluste und verbessert schon dadurch die
Energiebilanz einer gut gedämmten Schule. Durch ein Wärmerückgewinnungssystem wird zudem die
in der Fortluft enthaltene Wärme genutzt.
Beim Neubau des Gymnasiums wird eine flächendeckende, energieeffiziente mechanische Zu- /
Abluftanlage vorgesehen. Pro Schüler wird eine Luftmenge von ca. 28 m³/h zu Grunde gelegt. Die
Zuluft wird über Quellauslässe im Fensterbereich in die Klassenräume eingebracht. Die Luftmenge
wird über variable Volumenstromregler und CO2 Fühler auf max. 1.100 ppm geregelt. Die offenen
Räume der neuen Lernlandschaften wurden dafür genutzt, die in den Klassenräumen eingebrachte
Zuluft in Richtung der Marktplätze überströmen zu lassen. In den Marktplätzen befindet sich die
zentrale Abluft. Dadurch kann zum einen die Luftmenge reduziert, zum anderen jedoch auch
sichergestellt werden, dass dort, wo Personen sich aufhalten, immer genügend frische Luft zur
Verfügung steht.
Frische Luft strömt dadurch permanent und völlig zugfrei aufgrund der geringen
Luftgeschwindigkeiten ein. Filter in den Zuluftventilen reinigen die Frischluft zudem zuverlässig von
Partikeln wie Pollen oder Staub.
Für die Be- und Entlüftung der Küche ist ein eigenes Lüftungsgerät vorhanden.
Energiebilanz
Die Energiebilanz ergibt einen Primärenergiewert für alle Anwendungen (Heizung, Warmwasser,
Kühlung, gesamter Strom) von nur 39,7 kWh/(m² a). Damit sind alle Anforderungen an den
Passivhausstandard mehr als erfüllt. Übliche Werte von 100 und 200 kWh/ (m2 a) im Schulbau
werden bei diesem Projekt deutlich unterschritten.
Beim Neubau des Schmuttertal-Gymnasiums wurden auch die nutzerinduzierten Bedarfe in die
primärenergetische Bilanzierung und das Plusenergie-Kriterium einbezogen. Dazu gehören u.a. die
Verbräuche der Vollküche und der Computer. Der erzielbare spezifische Primärenergiebedarf der
Haustechnik liegt hier bei 62,9 kWh/ (m² a) und damit weiterhin deutlich unter üblichen Werten für
Schulneubauten.
Die erzielbaren Werte sind nachfolgend nach Anwendungen dargestellt (linke Darstellung ohne
nutzerinduzierte Bedarfe; rechte Darstellung mit nutzerinduzierte Bedarfe)
Gegenüber einem konventionellen Schulbau stellt sich der Primärenergiebedarf dadurch wie folgt
dar:
Mit der Erzeugung von elektrischer Energie durch die Photovoltaikanlage lässt sich in der Jahresbilanz
der Primärenergiebedarf des Schmuttertalgymnasiums Diedorf vollständig kompensieren und
darüber hinaus ein Primärenegieüberschuss in Höhe von ca. 113.000 kWh im Jahr erzielen, wodurch
das Ziel der Plusenergieschule gemäß den aktuellen Berechnungsergebnissen erreicht wird. CO2Neutralität wird ebenfalls erreicht. Dabei wird sogar um 43 t mehr CO2 im Jahr vermieden als an
CO2-Emissionen durch den Gebäudebetrieb jährlich entstehen.
Die Grafiken veranschaulichen das Ergebnis: