Energiekonzept
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Planung und Entwicklung Gesellschaft mbH Schellingstraße 4/2 D-72072 Tübingen Telefon 0 70 71 93 94 0 Telefax 0 70 71 93 94 99 [email protected] www.eboek.de Energiekonzept Feinkonzept Realschule Ostbau und HHG Haffnerbau in Calw Stand: August 2014 im Auftrag von: Stadt Calw Projektleitung: Dipl.-Ing Sabine Balmer M.Sc. Inhaltliche Bearbeitung: Dipl.-Ing Sabine Balmer M.Sc. Inhaltsverzeichnis 1 Aufgabenstellung .................................................................................... 1 2 Ergebnisse und Empfehlungen .............................................................. 2 3 Grundlagen des Konzepts ...................................................................... 3 3.1 Methodik ......................................................................................................... 3 3.2 Rechnerische Grundlagen .............................................................................. 3 4 Gebäude ................................................................................................... 6 4.1 Gebäudehülle ................................................................................................. 6 4.1.1 Ostbau Realschule ................................................................................... 6 4.1.2 Haffnerbau HHG....................................................................................... 8 4.2 Wärmeversorgung Schulzentrum .................................................................... 9 4.2.1 Wärmeversorgung und -verteilung Realschule Ostbau ........................... 10 4.2.2 Wärmeversorgung und -verteilung Haffnerbau HHG .............................. 10 4.3 Mess-, Steuer- und Regeltechnik .................................................................. 11 4.4 Beleuchtung .................................................................................................. 12 4.4.1 Einsparpotential der Beleuchtung ........................................................... 13 5 Wärmeschutzkonzept ............................................................................ 15 5.1 Gebäudehülle ............................................................................................... 15 5.1.1 Realschule Ostbau ................................................................................. 15 5.1.2 Haffnerbau HHG..................................................................................... 17 5.2 Anlagentechnik ............................................................................................. 18 6 Gebäudebilanz ....................................................................................... 19 6.1 Bedarfsanalyse ............................................................................................. 19 6.2 Wärmeschutz – Varianten ............................................................................. 19 7 Investitionskosten ................................................................................. 23 7.1 Gebäudehülle ............................................................................................... 23 8 Wirtschaftlichkeit................................................................................... 25 9 Umweltbilanz.......................................................................................... 28 10 Literatur .................................................................................................. 30 11 Anhang ................................................................................................... 32 Abbildungsverzeichnis Abb. 1: Ergebnisse Nutz- und Endenergie der einzelnen Varianten. ....................... 21 Abb. 2: Investitionskosten der Varianten (Nettokosten)........................................... 24 Abb. 3: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung. Energiepreissteigerung 5,0% p.a. (Nettokosten) .............................................................................................. 26 Abb. 4: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung. Energiepreissteigerung 2,5% p.a. (Nettokosten) .............................................................................................. 26 Abb. 5: Umweltbilanz der Varianten. ....................................................................... 28 Tabellenverzeichnis Tab. 1: Verwendete Primärenergiefaktoren und CO2-Äquivalente ............................ 4 Tab. 2: Randbedingungen der Wirtschaftlichkeitsberechnung .................................. 5 Tab. 3: NGF und Bruttovolumen des Gebäudes ....................................................... 6 Tab. 4: Endenergiebedarf und Teilkennwerte Beleuchtung je Nutzungseinheit.......................................................................................... 13 Tab. 5: U-Werte der Bauteile im Ist-Zustand und nach Sanierung .......................... 20 Tab. 6: Ergebnisse der Bedarfsberechnungen........................................................ 21 Tab. 7: Energiebedingte Mehrkosten (Nettokosten) der Gebäudehülle ................... 23 1 Aufgabenstellung Für den Ostbau der Realschule und den Haffnerbau des Hermann-HesseGymnasiums (HHG) in Calw soll ein Energiekonzept erstellt werden. Ziele der Untersuchung sind: - Erfassung des Ist-Zustandes - Schwachstellenanalyse - Konzeptionelle Vorschläge für die Ertüchtigung und Erneuerung der Gebäudehülle - Konzeptionelle Vorschläge für die Ertüchtigung und Erneuerung der haustechnischen Anlagen - Bildung von Maßnahmenpaketen für die Gebäudehülle zur Einhaltung der energetischen Ziele - Bestimmung des CO2-Minderungspotentials - Schätzung energiebedingter Wirtschaftlichkeit Mehrkosten und Abschätzung der Seite 1 2 Ergebnisse und Empfehlungen Der Wärmeschutz der Gebäudehülle der beiden zu untersuchenden Gebäuden ist – bis auf die Fenster, die zum Großteil in den letzten drei Jahren sukzessive ausgetauscht worden sind – seit dem Baujahr 1965 unverändert. Die technischen Anlagen ab Übergabestation entsprechen größtenteils dem heutigen Stand der Technik. Die Untersuchung lässt baualtersbedingte Schwachstellen bei der Gebäudehülle und in geringem Umfang bei der Warmwassererzeugung und -speicherung erkennen. Eine Sanierung sowohl zum EnEV-Standard als auch zum ambitionierteren KfWEffizienzhaus85 lässt sich bei der Gebäudehülle beider Gebäude gut umsetzen, einige Anschlussdetails können jedoch nicht optimal gelöst werden. Wirtschaftlich betrachtet ist eine Sanierung zum KfW-Effizienzhaus85 am günstigsten. Umweltseitig lässt sich mit dieser Variante rund 65% bis 70% CO2-Emissionen gegenüber dem Istzustand einsparen. Seite 2 3 Grundlagen des Konzepts Die Grundlagen der Untersuchung bilden die Bestandspläne für die Realschule und den Haffnerbau des HHG, die durch die Abteilung Hochbau im Fachbereich IV – Planen, Bauen, Verkehr der Stadtverwaltung Calw zur Verfügung gestellt wurden. Die Verbrauchswerte und -tarife wurden ebenfalls vom Fachbereich IV der Stadtverwaltung Calw bereitgestellt. Im Rahmen des Energiekatasters Calw wurden 2011 insgesamt 16 Gebäude der Stadt Calw erfasst [EK Calw 2011] und das Kataster um 20 Gebäude im Frühjahr 2014 erweitert. Der Ostbau der Realschule und der Haffnerbau des HHG gehören zu den im Kataster aufgenommen Gebäude. Datenerhebung und Berechnungen aus dem Energiekataster bilden die Grundlage der weiteren Bearbeitungsschritte im Feinkonzept. In einer Ortsbegehung am 7. April 2014 mit detaillierterer Gebäudeaufnahme wurden die Daten ergänzt. Beim Feinkonzepte wurden über die Anforderungen des Energiekatasters hinausgehende Punkte, z.B. Schwachstellenanalyse und Empfehlungen zur Sanierung, behandelt. 3.1 Methodik Im Rahmen der Untersuchung wurde folgende Berechnungsmethodik verwendet: - Energiekennwerte Heizwärme nach dem Verfahren EPHW/LEG [EPHW 2005] (individuelle Nutzung) mit EPHW/EnEV-XL V 2.2 - Wirtschaftlichkeitsberechnungen in Anlehnung an VDI 2067/Leitfaden energiebewusste Gebäudeplanung 3.2 Rechnerische Grundlagen Energieverbrauch und CO2 Die flächenspezifischen Werte beziehen sich auf die Energiebezugsfläche (nach Tab. 3) eines Gebäudes. Der Endenergiebedarf Heizung ergibt sich aus der Nutzenergie (abhängig vom energetischen Gebäudestandard) zuzüglich der jeweiligen Anlagenverluste. Der Primärenergiebedarf sowie die CO2-Äquivalente wurden mit den in Tab. 1 genannten Werten ermittelt. Seite 3 Tab. 1: Verwendete Primärenergiefaktoren und CO2-Äquivalente Primärenergiefaktor [kWh/kWh] CO2-Äquivalent [t/MWh] 1,1 0,25 2,6 0,68 Wärme1 2 Strom Investitionen als Mehrkosten Die Investitionskosten der einzelnen Varianten wurden basierend auf Erfahrungswerten ausgeführter Projekte bzw. Richtpreisangeboten berechnet. Die Angaben verstehen sich netto zzgl. der gültigen Mehrwertsteuer. Es wurde ein Mehrkostenansatz gewählt. Bei einer wirtschaftlichen Analyse stehen Aufwendungen, die nicht im Zusammenhang mit dem Energieverbrauch stehen (z.B. Brandschutzmaßnahmen, Umbau, Verschönerung, statische Anforderung), nicht dem Nutzen der Energieeinsparung gegenüber und werden deshalb nicht in der Wirtschaftlichkeitsberechnung angesetzt. Mehrkosten sind dann die Kosten für den gesamten Dämmstoff einschließlich weiterer erforderlicher Maßnahmen, die an den Einbau bzw. das Einbringen des Dämmstoffes direkt gekoppelt sind (z.B. Kosten für Dämmstoff plus Dampfbremse plus Gipskarton bei Innendämmung). Nicht jedoch enthalten sind Kosten für konstruktive Maßnahmen (z.B. Aufdopplung oder Konterlattung bei Satteldachdämmung). Aus dem gewählten Ansatz folgt auch, dass bei der Erneuerung von Fenstern keine Mehrkosten auftreten. Die Ausnahme bildet hier die Erneuerung mit Fenstern nach KfW-Mindestanforderungen, bei der die Differenz von Standard-Fenstern zu Fenstern mit Dreifachverglasung in Rechnung gestellt wird. Verbrauchskosten Für die Wärme- und Stromtarife wurden von der Stadtverwaltung Calw übermittelte Energiepreise (Netto) angesetzt: Wärme: Arbeitsspreis: 0,0789 €/kWh Leistungspreis: 21 €/kW Strom: 1 2 Seite 4 0,198 €/kWh Primärenergiefaktoren und CO2-Äquivalent für die Nahwärme konnten von der EnCW nicht zur Verfügung gestellt werden. Stattdessen wurden die Werte für Erdgasverbrennung angenommen (siehe auch Kap. 9) Nach [DIN V 4701-10:2003] und [Gemis 4.3]) Wirtschaftlichkeit Die Wirtschaftlichkeit der verschiedenen Sanierungsvarianten wurde untersucht. Hierzu wurden alle für die Varianten relevanten Investitionen sowie die Verbrauchskosten der Versorgung ermittelt und annuitätisch nach dem Verfahren der VDI 2067 [VDI 2067-1] bzw. Leitfaden energieeffiziente Gebäudeenergieplanung ([LEG 95]) bewertet. Die Randbedingungen der Wirtschaftlichkeitsberechnung wurden mit der Stadtverwaltung Calw abgestimmt und sind in Tab. 2 aufgeführt. Tab. 2: Randbedingungen der Wirtschaftlichkeitsberechnung Kalkulationszinssatz jährliche Teuerungsrate der Wärme jährliche Teuerungsrate des Stroms jährliche allgemeine Teuerungsrate Nutzungsdauer Haustechnikkomponenten 2,2% 5,0% 5,3% 1,2% Stat. Bundesamt Mittelwert 2003-2013 Stat. Bundesamt Mittelwert 2003-2013 Stat. Bundesamt Mittelwert 2003-2013 Nach VDI 2067, in der Regel 20 a Nutzungsdauer Gebäudehülle 30 a Betrachtungszeitraum 20 a Seite 5 4 Gebäude Die beiden zu untersuchenden Gebäude gehören zu einer Liegenschaft, dem Schulzentrum Realschule / Hermann-Hesse-Gymnasium (HHG) in Calw. Sie sind die einzigen noch unsanierten Gebäude dieser Liegenschaft. Der Ostbau der Realschule liegt auf der östlichen Seite des Schulgeländes und ist über den Mittelbau an den Westbau angebaut. Der Haffnerbau, der im süd-westlichen Teil der Liegenschaft liegt, ist über einen Zwischenbau an den Altbau des HHG angeschlossen (siehe Übersichtsplan im Anhang). Die Schulen haben unter der Woche Nutzungszeiten von 7:30 Uhr bis 16:00 Uhr. Die Bruttogrundflächen (BGF) und -volumina wurden aus vorliegenden Plänen ermittelt. Die Nettogrundflächen (NGF) wurden mit den Faktoren NGF/BGF aus [EnEV RegelnNiWo09] berechnet und sind in der folgenden Tabelle Tab. 3 zusammen gestellt: Tab. 3: NGF und Bruttovolumen des Gebäudes Gebäude NGF [m²] Bruttovolumen [m³] Ostbau Realschule 2362 10397 Haffnerbau HHG 1210 4996 Die spezifischen Werte des Konzepts beziehen sich auf die Energiebezugsfläche EBF. Für die Kennwertberechnungen nach der Methodik „Energiepass Heizung Warmwasser“ [EPHW 2005] ist die EBF die Nettofläche des Gebäudes, die für die Nutzung beheizt werden muss. 4.1 Gebäudehülle 4.1.1 Ostbau Realschule Die Gebäudehülle ist bis auf einen Großteil der Fenster seit dem Baujahr 1965 unverändert. Der wärmetechnische Standard entspricht dem der damaligen Zeit. Das Gebäude ist als Beton-Stützen-Konstruktion mit aussteifenden Deckenscheiben ausgeführt. Die opaken Wände der Nord-, Ost- und Westfassade sind zwischen den Stützen ausgemauert, wobei die Heizkörpernischen im Flurbereich auf der Westseite schlanker ausgebildet sind. Die Nord- und Südfassade des auf der Westseite angebauten Treppenhauses bestehen aus massiven Betonscheiben. Die Heizkörpernischen der Räume auf der Nordfassade sind außen mit Holzwolle- Seite 6 Leichtbauplatten und einer Holzbeplankung versehen. Die Heizkörpernischen der Klassenzimmer auf der Süd- und Ostfassade bestehen aus Betonfertigelementen. Die Ortbetonwände des Untergeschosses sind auf der Westseite vollständig und auf der Süd- und Nordseite teilweise erdberührt. Für den Fußboden des gesamten Untergeschosses, das vollständig beheizt ist, wird eine geringfügige Dämmung unter dem Estrich angenommen. Die oberste Geschossdecke ist eine nicht gedämmte massive Betondecke. Alle Fenster der Klassenzimmer sind Metallfenster mit Dreifach-Wärmeschutzverglasung, die in den letzten drei Jahren ausgetauscht wurden. Die Fenster des angebauten Treppenhauses auf der Westseite und in den Räumen auf der Nordseite sind Holzfenster mit Zweifach-Wärmeschutzverglasung. Alle übrigen Fenster im Flur sind bauzeitliche Holzverbundfenster. Die Zierglasfassade im östlichen Treppenaufgang besteht aus Einfachverglasung in Betonrahmen. Alle Eingangstüre sind einfachverglaste Metallrahmentüren. Schwachstellen Die Eingangsbereiche auf der Ost- und auf der Westseite des Gebäudes weisen massive Wärmebrücken auf. Die Wandscheiben, die das Vordach tragen und die herausragenden Bodenplatten unter den Eingangstüren verursachen zusätzliche Wärmeverluste an der Gebäudehülle, die bei Umsetzung eines Vollwärmeschutzes an der Fassade ohne großen architektonischen Eingriff nicht zu lösen sind. Die Fensterqualität sowohl der beiden einfachverglasten Eingangstüren als auch der isolierverglasten Fenster und Verbundfenster im Flurbereich und im Untergeschoss ist nicht mehr zeitgemäß. Die Wärmeschutzqualität der Zierverglasung im Treppenaufgang ist ungenügend. Der bereits durchgeführte Einbau der neuen dreifach-wärmeschutzverglasten Fenster der Klassenzimmer in die ungedämmte Außenwand verursacht eine Einbauwärmebrücke. Bei der Umsetzung eines Vollwärmeschutzes an der Fassade sollte darauf geachtet werden, dass durch Überdämmung der Fensterrahmen dieser Einfluss vermindert wird. Die Wärmeschutzqualität der Außenwände und der obersten Geschoßdecke ist nicht mehr zeitgemäß. Besonders die Heizkörpernischen stellen in der Fassade eine große Schwachstelle dar. Bauzeitlich begründet (aber augenscheinlich nicht feststellbar) wurde angenommen, dass die erdberührte Bodenplatte des Untergeschoß unter dem Estrich gedämmt ist, dennoch ist diese Wärmeschutzqualität nicht mehr zeitgemäß. Bei einer Sanierung kann die Schwachstelle nur sehr ungenügend verbessert werden. Auch die Wärmeschutzqualität der ungedämmten erdberührten Außenwände und der Wände in den Lichtschächten ist nicht mehr zeitgemäß. Seite 7 4.1.2 Haffnerbau HHG Der dreistöckige aufgeständerte Flachbau ist aus dem Jahre 1965 und seit der Bauzeit unverändert. Der wärmetechnische Standard entspricht dem der damaligen Zeit. Erdgeschoss und Obergeschoss sind als Beton-Stützen-Konstruktion ausgeführt. Die opaken Wände sind aus Sichtbeton. Die Heizkörpernischen in den Klassenzimmern auf Südost-, Nordost- und Nordwestfassade sowie in den Fluren auf der Südwestfassade sind außen mit Holzwolleleichtbauplatten und einer Holzbeplankung versehen. Die Ortbetonwände des Untergeschosses sind auf den Giebelseiten (im Nordwesten und Südosten) mit Sandsteinplättchen verkleidet, die Längsseiten sind in Sichtbetonweise. Die Wände unter dem aufgeständerten Erdgeschoss sind verputzt. Die Untergeschosswand im Südwesten ist erdberührt. Das Flachdach wird mit bauzeitlich geringer Dämmung angenommen. Der auskragende Fußboden des Erdgeschosses über dem Pausenhof ist unterseitig nicht gedämmt. Die Fußböden des beheizten Untergeschosses werden mit geringer Dämmung unter dem Estrich angenommen. Die Fenster der Klassenzimmer auf den Giebelseiten sind in den letzten drei Jahren durch Metallfenster mit Dreifach-Wärmeschutzverglasung ausgetauscht worden. Die Fenster der Klassenzimmer auf der Nordostfassade und die Flurfenster auf der Südwestfassade sind Holzaluminiumfenster mit Isolierverglasung, die Fenster im Untergeschoss Holzverbundfenster. Sowohl die Eingangstüre des Windfanges im Erdgeschoss als auch der Eingang im Untergeschoss sind Metalltüren mit ZweifachWärmeschutzverglasung. Die Zierverglasung im Treppenaufgang an der Nordostfassade besteht aus Doppelstegglas eingefasst in Metallrahmen. Die Zierverglasung am Windfang auf der Südostfassade ist Einfachverglasung in Betonrahmen. An die Lagerräume des Werkraums ist ein unbeheizter Schuppen angebaut. Schwachstellen An allen Eingangsbereichen verursachen die herausragenden Bodenplatten unter den Eingangstüren zusätzliche Wärmeverluste an der Gebäudehülle. Die Fensterqualität der isolierverglasten Fenster und Verbundfenster im Flurbereich, auf der Gebäudelängsseite in den Klassenzimmern und im Untergeschoss ist nicht mehr zeitgemäß. Die Wärmeschutzqualität der Zierverglasung im Windfang und im Treppenaufgang ist ungenügend. Der bereits durchgeführte Einbau der neuen dreifach-wärmeschutzverglasten Fenster der Klassenzimmer auf den Giebelseiten in die ungedämmte Außenwand verursacht eine Einbauwärmebrücke. Bei der Umsetzung eines Vollwärmeschutzes Seite 8 an der Fassade sollte darauf geachtet werden, dass durch Überdämmung der Fensterrahmen dieser Einfluss vermindert wird. Die Wärmeschutzqualität der Außenwände, des Flachdaches und der Bodens gegen Außenluft ist nicht mehr zeitgemäß. Besonders die Heizkörpernischen stellen in der Fassade eine große Schwachstelle dar. Eine zusätzliche Wärmebrücke stellen die vier aus der Bodenplatte des Erdgeschosses herausragenden Betonrundstützen dar. Bauzeitlich begründet (aber augenscheinlich nicht feststellbar) wurde angenommen, dass die erdberührte Bodenplatte des Untergeschoß unter dem Estrich gedämmt ist, Dennoch ist diese Wärmeschutzqualität nicht mehr zeitgemäß. Bei einer Sanierung kann die Schwachstelle nur sehr ungenügend verbessert werden. Auch die Wärmeschutzqualität der ungedämmten erdberührten Außenwände und der Wände in den Lichtschächten ist nicht mehr zeitgemäß. 4.2 Wärmeversorgung Schulzentrum Die Gebäude des Schulzentrums Realschule Calw und Hermann-HesseGymnasium werden aus einer Fernwärme¬zentrale versorgt, die von der Energie Calw GmbH (EnCW), den Stadtwerken Calw, betrieben wird. Die Übergabestationen der einzelnen Gebäude sind die Abgrenzung zwischen der Zuständigkeitsgrenze der Stadt Calw und der Energie Calw GmbH (EnCW). In der Fernwärmezentrale, die im Untergeschoss der Aula Calw untergebracht ist, stehen ein Gas-BHKW und zwei Gas-Niedertemperaturkessel. Seit 2003 ersetzt dieses BHKW, Fa. MTU, Leistung 360 kW el/480 kW th zwei BHKWs, die 1988 eingebaut wurden. Bei den Gaskesseln handelt es sich um Viessmann Paromat Duplex Typ PD-092 (Baujahr 1985) mit jeweils mit 930 – 1070kW installierter Leistung. Bei der Begehung lief das BHKW nicht. Begründet wurde dies seitens der ENCW damit, dass bei zu warmer Witterung das BHKW zu häufig startet und dies zu teuer wäre. Auffällig war aber, dass einer der Spitzenlastkessel intervallartig zu dem Zeitpunkt lief. Im Jahre 1995 wurde eine Fernwärmeleitung zum Rathaus und zu den Schulen in der Unterstadt gebaut. Die Schulgebäude wurden allerdings vor ein paar Jahren wieder abgehängt und mit eigenen Gasheizungen ausgestattet. Bis zu seiner Stilllegung im Jahre 2013 wurde auch das Hallenbad, das unter der Aula eingebaut ist, mit beheizt. Seite 9 Schwachstellen Der Zustand des Heizraumes ist unzureichend, da die Isolierung an Fernwärmeleitungen und Verteilleitungen abgefallen ist bzw. teilweise vollständig fehlt. Sowohl das BHKW als auch die Gaskessel sind sehr beengt eingebaut, wodurch ein Austausch dieser Geräte sehr aufwändig ist. Die Isolierung der zwei ca. 10 m³ großen Pufferspeicher der Anlage ist im schlechten Zustand. 4.2.1 Wärmeversorgung und -verteilung Realschule Ostbau Die Fernwärmeübergabestation und der Verteiler für den Ostbau (Gebäude G) befinden sich im Untergeschoss des Mittelbaus (Gebäude F). Die Verteilung ist hydraulisch über einen Wärmetauscher abgetrennt. Die primärseitigen Temperaturen sind TVl/TRl 72/47°C. Die Wärmemengen werden primärseitig gezählt. Der Verteiler besteht aus drei Heizgruppen: West-, Ost- und Mittelbau. Zusätzlich existiert direkt aus der Nahwärme ein Abzweig zur Übergabestation des Neubau (Gebäude D). Die Dämmung der Verteilleitungen entspricht dem heutigen Stand der Technik. Die Pumpen auf dem Verteiler sind weitestgehend neu und drehzahlgesteuert. Der 300 l große Warmwasser-Boiler (Fa. Nova, Baujahr 1985) wird direkt aus der Nahwärme beheizt und somit wahrscheinlich die erwärmte Wassermenge nicht gezählt. Eine Nacherhitzung des Boilers geschieht elektrisch. Die alten Zirkulationspumpen sind nicht thermostatisch gesteuert. Im Gebäude wird die Wärme über Platten- und Rippenheizkörper mit unterschiedlichen Thermostatventilen (Behörden-Modelle, konventionelle Modelle) abgegeben. Es liegen keine Unterlagen über einen hydraulischen Abgleich vor. Schwachstellen Einige Anschlussrohre und Armarturen der Verteilleitungen sind nicht gedämmt. Die Warmwasserleitungen sind gar nicht gedämmt und der Boiler ist mit nur ca. 5 cm Dämmung versehen. Es ist zu prüfen, ob eine dezentral-elektrische Warmwassererzeugung energetisch sinnvoller wäre. 4.2.2 Wärmeversorgung und -verteilung Haffnerbau HHG Die Fernwärmeübergabestation und der Verteiler für den Haffnerbau (Gebäude A) befinden sich im Technikraum im 1.Stock des Hauptgebäudes des HHG Seite 10 (Gebäude B). Die Verteilung ist hydraulisch über einen Rohrbündel-Wärmetauscher abgetrennt. Er stammt vermutlich aus der Zeit der Dampfheizung und weist bei Niedrigtemperatur nur einen schlechten Wirkungsgrad aus. Dies könnte auch der Grund für den sekundär eingebauten Wärmemengenzähler sein, wodurch die ENCW die Verluste übernimmt. Der Verteiler besteht aus zwei getrennt steuerbaren Heizkreisen. Alle Pumpen sind drehzahlgesteuert. Eine Warmwasserbereitung ist für das Gebäude nicht vorhanden. Im Gebäude wird die Wärme über Platten- und Rippenheizkörper mit unterschiedlichen Thermostatventilen (Behörden-Modelle, konventionelle Modelle) abgegeben. Es liegen keine Unterlagen über einen hydraulischen Abgleich vor. 4.3 Mess-, Steuer- und Regeltechnik Für das gesamte Schulzentrum gibt es eine vom Hausmeister bedienbare Gebäudeleittechnik (GLT) auf EIB-Basis3 (Fa. Sauter). Die Mess- Steuer- und Regeltechnik (MSR) wurde vor ca. 10 Jahren eingebaut. Bedienung der GLT ist auf dem Stand der Technik. Die Vorlauftemperatur der Gruppen an den Verteilern wird witterungs- und zeitabhängig gesteuert. Folgende für Gebäude A und G relevante Funktionen sind über die GLT abruf- und steuerbar: - Überwachung und thermostatische Steuerung der Klassenzimmer über Zonenventile, Gebäude A und G - Steuerung Fernwärmeübergabestation, nur Gebäude A - Steuerung Mischer auf den Heizungsverteilern, nur Gebäude A - Fensterkontakt zur Überwachung der Fenster, Gebäude A und G - Sonnenschutz, Gebäude A und G - Außenbeleuchtung Schwachstellen Die Ansteuerung von außentemperaturgesteuerter Vorlauftemperatur und Nachtabsenkung geschieht bisher über den Regler im Technikraum (Gebäude F). 3 Europäischer Installations-Bus Seite 11 4.4 Beleuchtung Ostbau Realschule In den Klassenzimmern sind größtenteils stabförmige Leuchtstofflampen 58W mit verlustarmen Vorschaltgerät installiert. Nur in einem einzigen Klassenraum sind fünf der 26 Lampen 54W Leuchtstofflampen mit elektronisch gesteuertem Vorschaltgerät. In den vier Materialräumen sind stabförmige Leuchtstofflampen 58W mit konventionellem Vorschaltgerät installiert. Die Beleuchtung der Fensterreihe, der Türreihe und das Tafellicht lassen sich separat ein- und ausschalten. In den Fluren sind Kompakt-Leuchtstofflampen 32W als Ring installiert. Die Beleuchtung im Flur des Untergeschosses wird durch einen Bewegungsmelder gesteuert. Im Treppenaufgang sind als Wandbeleuchtung QuecksilberdampfHochdrucklampen 40W. Im Treppenhaus auf der Westseite des Gebäudes sind LED-Lampen installiert. Für sämtliche Notausgangsbeleuchtungen sind Kompakt-Leuchtstofflampen 8W installiert. Haffnerbau HHG In den Klassenzimmern sind größtenteils stabförmige Leuchtstofflampen 58W mit verlustarmen Vorschaltgerät installiert. Die Beleuchtung der Fensterreihe, der Türreihe und das Tafellicht lassen sich separat ein- und ausschalten. In Fachräumen für die Naturwissenschaften im Obergeschoss sind bereits Leuchtstofflampen 54W mit elektronisch gesteuertem Vorschaltgerät installiert. Hier wird die Beleuchtung über Bewegungsmelder gesteuert, die sich manuell übersteuern lassen. In den Fluren sind teilweise Kompakt-Leuchtstofflampe 32W als Ring und teilweise stabförmige Leuchtstofflampen mit verlustarmen Vorschaltgerät installiert. Im Treppenaufgang sind als Wandbeleuchtung Quecksilberdampf-Hochdrucklampen 40W. In den Sanitärräumen im Untergeschoss sind stabförmige Leuchtstofflampen 58W mit konventionellem Vorschaltgerät installiert. Für die Außenbeleuchtung des Gebäudes sind in der Decke des überdachten Pausenhofes LED-Lampen installiert. Für sämtliche Notausgangsbeleuchtungen sind Kompakt-Leuchtstofflampen 8W installiert. Seite 12 4.4.1 Einsparpotential der Beleuchtung Mit Hilfe des TEK-Tools4 des Instituts Wohnen und Umwelt GmbH wurde der vorhandene Strombedarf für die Beleuchtung bewertet. Die Gesamtenergiebilanzierung dieses Tools lehnt sich an die DIN V 18599 an. In der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse zusammengestellt: Tab. 4: Endenergiebedarf und Teilkennwerte Beleuchtung je Nutzungseinheit Nutzungszone Fläche [m²] Endenergie [kWh/(m²xa)] Spezifische el. Bewertungsleistung [W/(m²x100Lux)] TEK Bewertung Realschule Ostbau Keller Klassen Flur EG/OG Flur UG 42 1760 296 99 2 13 3,5 2,6 10,8 5,2 3,5 5 Sehr hoch Hoch Gering Gering Haffnerbau HHG Klassen EG/OG 495 13,2 6,7 Hoch Flure 290 7,8 9,7 Mittel WC Lager/Technik 66 20,8 7,5 Hoch 60 0,7 3,5 Mittel Fachklassen OG 262 13,2 6,8 Hoch Dieses Ergebnis zeigt, dass durch effizientere Beleuchtung Einsparpotentiale bei beiden Gebäuden möglich sind. Nach [SIA 380/4] und [LEE 2000] wird ein Zielwert bei 300lx zwischen 6,5 W/m² und 7,2 W/m² empfohlen. Elektronische Vorschaltgeräte sollten aufgrund des besseren Wirkungsgrads, der längeren Lebensdauer der Leuchtmittel, der besseren Schaltfestigkeit und der Abwesenheit von Flackern grundsätzlich eingesetzt werden. LED-Lampen sind sehr schaltfest und bereits mit einer Lichtausbeute von 60 lm/W erhältlich. Diese Lampenart ist zwar im hochpreisigen Segment zu finden, aber aufgrund eines expandierenden Marktes können sich gute Angebote ergeben. 4 Ein im Rahmen eines Forschungsprojekts entwickelte Tool zur Bestimmung von Teilenergiekennwerte von Nicht-Wohngebäude (www.iwu.de) Seite 13 Im Vergleich zu einer konventionellen Lichtschaltung mit Wandschalter kann ein Abwesenheitssensor etwa 30% einsparen. Zusätzliches tageslichtabhängiges Dimmen spart über 60%. Da automatisierte Systeme grundsätzlich bei Nutzern weniger akzeptiert sind, ist es sinnvoll, das das Licht manuell eingeschaltet werden muss, aber das Ausschalten und Dimmen über Tageslichtsensoren und Präsenzmelder zur Energieoptimierung automatisch erfolgt. Da durch Verschmutzung der Leuchtwirkungsgrad abnimmt, sollten Leuchten regelmäßig gereinigt werden. Eventuell kann dieser Arbeitsschritt in den Wartungsplan für die Beleuchtung mit aufgenommen werden. Seite 14 5 Wärmeschutzkonzept Für die Gebäude wurden Berechnungsmodelle erstellt, mit deren Hilfe zwei verschiedene Wärmeschutzstandards betrachtet werden konnten. Die dazu notwendigen Maßnahmen wurden dokumentiert (vgl. Kapitel 6). Bei der Begehung der Gebäude wurde auf Schwachstellen an der Gebäudehülle geachtet, die bei der Umsetzung energetischer Sanierungsmaßnahmen besondere Herausforderungen darstellen. Durch die Bewertung dieser Schwachstellen konnte herausgearbeitet werden, welcher Aufwand bei der Umsetzung der jeweiligen Sanierungsmaßnahmen zu erwarten ist, bzw. ob sie überhaupt möglich ist. Die einzelnen Punkte wurden unterteilt in: - Lösbare Punkte: mit gängigen baupraktischen Methoden gut lösbar - Fragliche Punkte: Zum jetzigen Kenntnisstand nicht zu entscheiden, im Ansatz jedoch lösbar oder für die Bilanz nicht entscheidend. Wie der betreffende Punkt detailliert gelöst wird, muss im Rahmen der Detailplanung geklärt werden. - Schwer/nicht lösbare Punkte: Mit gängigen baupraktischen Methoden quasi nicht lösbare Punkte. Solche Punkte müssen in der Bilanz aufgeführt werden und können ggf. das Konzept brechen oder unverhältnismäßig verteuern. Die Umsetzungsanalyse und Bewertung der beiden Gebäuden wurden in den „Gebäudesteckbriefen“ zusammengefasst (s. Anhang). 5.1 Gebäudehülle 5.1.1 Realschule Ostbau Da bereits alle Fenster in den Klassenzimmern ausgetauscht wurden, muss besonders auf den Anschluss zum Wärmedämmverbundsystem bei diesen Fenstern geachtet werden. Die Laibung soll gedämmt und die Fensterrahmen überdämmt werden. Bei der Ausführung dieser Maßnahme ist eine detaillierte Planung erforderlich. Eine zusätzliche Schwierigkeit ergibt sich auf der Südfassade, da hier die Jalousienkästen hinter der Betonplatte eingebauten sind. Die Überdämmung des Brüstungselements am unteren Fensteranschluss könnte nur ausreichend umgesetzt werden, wenn die äußere Fensterbank erneuert würde. Seite 15 In den Bereichen der Fassade, in der die Bestandsfenster ausgetauscht werden, sollten diese in die Dämmebene nach außengesetzt werden, um eine wärmetechnisch optimale Lösung zu erhalten. Lösbare Punkte Der Anschluss des Wärmedämmverbundsystems zum Dach erfordert eine Verbreiterung der Traufe und des Ortgangs. Bevor das Wärmedämmverbundsystem auf der Nordfassade angebracht wird, muss die Holzverschalung inkl. Holzwolle-Leichtbauplatte abgerissen werden und die so entstandene Aussparung mit Dämmung geschlossen werden. Bevor das Wärmedämmverbundsystem auf den Betonbrüstungselementen der Klassenzimmer (Süd- und Ostfassade) angebracht wird, muss die Vertiefung mindestens oben und unten mit Mörtel oder Schaum geschlossen werden, um eine Luftzirkulation in dieser Vertiefung hinter der Dämmung zu verhindern. Fragliche Punkte Um den erforderlichen Mindestwärmeschutz an den Wänden in den Lichtschächten einzuhalten und den Wärmebrückeneinfluss zu verringern, sollten diese Wandbereiche, wo sinnvoll umsetzbar, von außen gedämmt werden. Schwer/nicht lösbare Punkte Der Wärmebrückeneinfluss der Durchdringungen der seitlichen Stützwände, der durchgehenden Bodenplatte und des Vordaches an beiden Eingangsbereichen kann nicht verringert werden. Die einzige Möglichkeit wäre der Abbruch dieser Bauteile, um eine durchgehende Oberfläche für das anschließende Wärmedämmverbundsystem der Außenwand herzustellen. Die Bereiche im Untergeschoss, die im erdberührten Teil liegen, besitzen eine eher untergeordnete Nutzung (Flur und Lagerräume), so dass ein Dämmen der erdberührten Wände nicht im Wärmeschutzkonzept umgesetzt wird, da dies umfangreiche Grabarbeiten erfordern würde. Um den Anschluss der Außenwand zum Erdreich wärmetechnisch zu verbessern, kann ein Streifen Perimeterdämmung von ca. 1m angebracht werden. Seite 16 5.1.2 Haffnerbau HHG Bei allen bereits ausgetauschten Fenstern in den Klassenzimmern muss das Anschlussdetail zum Wärmedämmverbundsystem der Außenwand bei der Ausführung detailliert geplant werden. Die Laibung soll gedämmt und die Fensterrahmen überdämmt werden. Auch die Überdämmung des Brüstungselements am unteren Fensteranschluss könnte nur ausreichend umgesetzt werden, wenn die äußere Fensterbank erneuert würde. In den Bereichen der Fassade, in der die Bestandsfenster ausgetauscht werden, sollten diese in die Dämmebene nach außengesetzt werden, um eine wärmetechnisch optimale Lösung zu bekommen. Lösbare Punkte Der Anschluss des Wärmedämmverbundsystems zum Dach erfordert eine Erhöhung der Attika. Die Holzverschalung inkl. Holzwolle-Leichtbauplatten vor den Heizkörpernischen der Klassenzimmer und Flure müssen abgerissen und die so entstandene Aussparung mit Dämmung geschlossen werden, bevor das Wärmedämmverbundsystem auf den Fassaden angebracht wird. Fragliche Punkte Um den erforderlichen Mindestwärmeschutz an den Wänden in den Lichtschächten einzuhalten und den Wärmebrückeneinfluss zu verringern, sollten diese Wandbereiche, wo sinnvoll umsetzbar, von außen gedämmt werden. Schwer/nicht lösbare Punkte Der Wärmebrückeneinfluss der Durchdringungen des Vordaches des Windfanges kann nicht verringert werden. Die einzige Möglichkeit wäre der Abbruch dieses Daches. Die Bereiche im Untergeschoss, die im erdberührten Teil liegen, besitzen eine eher untergeordnete Nutzung (Flur, Sanitär- und Lagerräume), so dass ein Dämmen der erdberührten Wände nicht im Wärmeschutzkonzept umgesetzt wird, da dies umfangreiche Grabarbeiten erfordern würde. Um den Anschluss der Außenwand zum Erdreich wärmetechnisch zu verbessern, kann ein Dämmstreifen Perimeterdämmung von ca. 1m angebracht werden. Seite 17 Der Wärmebrückeneinfluss der Durchdringung der Betonstützen durch die aufgeständerte Geschossdecke kann durch Begleitdämmung verringert werden. 5.2 Anlagentechnik Der Wärmemengenzähler ist die Schnittstelle zwischen der Wärmeversorgung, für die die Stadtwerke zuständig sind und den Gebäuden, für die die Stadt zuständig ist. Deshalb bietet die Anlagentechnik der Fernwärme kein Optimierungspotential, das der Auftraggeber – die Stadt – beeinflussen kann. Optional könnte bei einem sehr hochwertigen Dämmstandard der Gebäudehülle geprüft werden, welchen Einfluss der Einbau einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung auf den Wärmebedarf hat. Dabei wäre zu prüfen, ob eine neue Anlage mit Wärmerückgewinnung technisch umsetzbar ist. Ein solcher Umbau kann bei einem Gebäude wie der Realschule mindestens ein Jahr dauern, währenddessen ist eine Nutzung nicht möglich. Da im Konzeptstadium nicht die notwendige Kostenschärfe für detaillierte Kostenansätze vorliegt, wird anhand Erfahrungswerte für den Ostbau ca. 500 bis 700 Tausend Euro für eine zentrale Lüftungsanlage, bzw. auf ca. 20 Tausend Euro für dezentrale Anlagen je Klassenzimmer abgeschätzt. Im Rahmen dieses Konzeptes wird davon abgesehen, die Möglichkeit des Einbaus einer Lüftungsanlage weiter zu verfolgen. Seite 18 6 Gebäudebilanz 6.1 Bedarfsanalyse Der Energiebedarf der Gebäude im bestehenden Zustand und in den Sanierungsvarianten wurde mit dem Verfahren nach Energiepass Heizung/Warmwasser bestimmt [EPHW 2005]. Beide Gebäude konnten dem Standard-Nutzungsparameter nach EPHW für Schulen (Kennbuchstabe G) zugeordnet werden. Die Berechnungen für das Feinkonzept wurden mit Messwerten der Wetterstation Bad Herrenalb durchgeführt. Da für die Gebäude keine getrennten Verbrauchsdaten vorlagen, konnten die Gebäudemodelle anhand eines Verbrauchsabgleichs nicht validiert werden. 6.2 Wärmeschutz – Varianten Für den baulichen Wärmeschutz wurden 2 Varianten untersucht: - EnEV-Standard nach der Energieeinsparverordnung 2014 [EnEV 2014] (Einhaltung des mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten der Gebäudehülle) - KfW-Standard Effizienzhaus85 (Einhaltung des mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten der Gebäudehülle) Die einzelnen Maßnahmen und die notwendige energetische Qualität der Bauteile sind im Folgenden zusammengefasst. Tab. 5 zeigt die für das Gebäude in den untersuchten Energiestandards angesetzten Bauteilqualitäten und die damit verbundenen Maßnahmen. Seite 19 Realschule Ostbau Tab. 5: U-Werte der Bauteile im Ist-Zustand und nach Sanierung IST U – Wert [W/m²K] EnEV Maßnahme/ U – Wert [W/m²K] KfW Effizenzhaus85 Maßnahme/ U – Wert [W/m²K] Oberste Geschossdecke 3,0 16 cm WLG 035 0,20 24 cm WLG 035 0,14 Außenwand UG 2,2 14 cm WLG 035 0,22 16 cm WLG 035 0,20 Außenwand Treppenhaus, Flure 2,14 14 cm WLG 035 0,22 16 cm WLG 035 0,20 Außenwand Betonbrüstung 1,7 14 cm WLG 035 0,22 16 cm WLG 035 0,20 Wand gegen Erdreich 2,2 - - Boden gegen Erdreich 0,98 - - Wand gegen unbeheizte Bereiche 2,2 6 cm WLG 035 0,46 12 cm WLG 035 0,26 5,1 / 2,8 Austausch 1,3 Austausch 0,95 Fenster Klassen neu 1,3 - - Fenster Treppenhaus 1,5 - - Zierfenster Treppenaufgang 5,1 - Austausch 0,95 Dach 0,82 16 cm WLG 035 0,17 22 cm WLG 035 0,13 Außenwand Sichtbeton / Sandsteinverkleidung 2,2 14 cm WLG 035 0,22 16 cm WLG 035 0,20 Außenwand UG verputzt 1,3 12 cm WLG 035 0,24 16 cm WLG 035 0,19 Brüstungspaneel, holzverschalt 0,93 12 cm WLG 035 0,22 16 cm WLG 035 0,18 Boden gegen Außenluft 1,07 12 cm WLG 035 0,23 14cm WLG 035 0,20 Wand gegen Erdreich 2,2 - - Boden gegen Erdreich 0,98 - - Wand gegen unbeheizte Bereiche 2,2 6 cm WLG 035 0,46 12 cm WLG 035 0,26 Boden gegen unbeheizte Bereiche 1,07 6 cm WLG 035 0,38 12 cm WLG 035 0,23 Fenster (Flure, UG) 2,6 Austausch 1,3 Austausch 0,95 Fenster Klassen neu 1,3 - - Eingangstüren neu 1,8 - - - Austausch 0,95 Haffnerbau HHG Fenster (Eingangstüren, Flure, UG) Zierfenster Treppenaufgang / Windfang Seite 20 5,1 Für die Berechnungen wurden keine Optimierungen der Anlagentechnik berücksichtigt. Der Wärmebrückenzuschlag wird bei allen Varianten auf Grund der zahlreichen problematischen Anschlussdetails auf 0,1 W/(mK) belassen. Abb. 1: Ergebnisse Nutz- und Endenergie der einzelnen Varianten. Ergebnisse Der Energiebedarf des Ist-Zustand und der zwei Sanierungsalternativen ist in Tab. 6 zusammengestellt. Haffnerbau Realschule Tab. 6: Ergebnisse der Bedarfsberechnungen IST EnEV KfW85 Endenergie [kWh/a] 413.165 155.638 124.550 Spezifische Endenergie [kWh/m²a] 175 66 53 Endenergie [kWh/a] 189.049 83.251 66.562 Spezifische Endenergie [kWh/m²a] 156 69 55 Seite 21 Bewertung Zum Erreichen des EnEV-Standards sind Dämmmaßnahmen an allen wesentlichen Bauteilen der Gebäudehülle notwendig. Auschlaggebend sind bei dieser Variante die Einhaltung der Höchstwerte der Wärmedurchgangskoeffizienten nach Tabelle 1, Anlage 3 der EnEV 2014. Mit diesen Maßnahmenpaketen kann bei dem Ostbau der Realschule die Anforderungen der EnEV für die Hülle um 40% und beim Haffnerbau um mehr als 45% unterschritten werden. Es ist jedoch zu beachten, dass sich ab 1. Januar 2016 die Anforderungen an die Hülle verschärfen. Mit den dann geltenden Werten kann eine Unterschreitung von 25%, bzw. 33% erwartet werden. Die Dämmstoffdicken sind mit sechs cm an den Innenwänden zu unbeheizten Bereichen bis 16 cm auf dem Dach bzw. oberster Geschoßebene moderat. Die Fenster müssen durch Fenster mit dreifacher Wärmeschutzverglasung ausgetauscht werden. Die Außenwände gegen Erdreich müssen nicht gedämmt werden. Der Endenergiebedarf bezogen auf den Istzustand kann beim Ostbau der Realschule um 62%, beim Haffnerbau um 56% reduziert werden. In der KfW85-Variante kann der Endenergiebedarf bezogen auf den EnEV-Standard bis auf 20% reduziert werden. Die Bauteile nach den Mindestanforderungen der KfW sind mit Dämmstoffdicken von 16 cm auf der Außenwand und 22 cm auf dem Dach, bzw. 24 cm auf der obersten Geschoßdecke nicht bemerkenswert höher als bei der EnEV-Variante. Für die Fenster sind dreifacher Wärmeschutzverglasung mit besseren Rahmen notwendig. Die unterseitige Kellerdeckendämmung und die Dämmung an den Wänden zu unbeheizten Bereichen kann mit 12 cm ausgeführt werden. Auch in dieser Variante müssen die Wände gegen Erdreich nicht gedämmt werden. Seite 22 7 Investitionskosten Für die beiden Sanierungsvarianten wurden auf Basis der vorliegenden Pläne, des Gebäudemodells und mit Hilfe von Kostenkennwerten Sanierungsmehrkosten abgeschätzt. 7.1 Gebäudehülle Die energiebedingten Mehrkosten der Gebäudehülle ergeben sich für die zwei Sanierungsalternativen wie in Tab. 7 ersichtlich. Tab. 7: Energiebedingte Mehrkosten (Nettokosten) der Gebäudehülle Variante EnEV KfW85 Realschule Ostbau Energiebedingte Mehrkosten der Gebäudehülle (netto) 65.000 EUR 97.000 EUR Haffnerbau HHG Energiebedingte Mehrkosten der Gebäudehülle (netto) 45.000 EUR 73.000 EUR Der Kostenansatz folgt dem in Kapitel 3.2 beschriebenen Mehrkostenansatz. Für Dämmstoffkosten wurde in Abhängigkeit des Bauteils (Außenwand, Dach, etc.) ein von den Dämmstoffdicken abhängiger Anteil verwendet. Es wird für alle Maßnahmen von derselben Dämmstoffqualität ausgegangen. Es wurden keine Planungsmehrkosten zur Optimierung von Wärmebrücken angesetzt, da diese nur qualitativ betrachtet wurden und in der Bilanz energetisch mit einem allgemeinen Wärmebrückenzuschlag von 0,1 W/m²K beaufschlagt wurden. Für die Herstellung der luftdichten Gebäudehülle wurde kein gesonderter Kostenfaktor berücksichtigt. Der Fensteraustausch wurde folgendermaßen berücksichtigt: - 3-fach-wärmeschutzverglaste Fenster mit besserem Rahmen (Uw-Wert = 0,95 W/m²K) werden mit einem Mehrkostenansatz von 80 EUR/m² Fensterfläche berücksichtigt. - Anteile von öffenbaren Flügeln zu Festverglasung bleiben unberücksichtigt. Seite 23 Abb. 2: Seite 24 Investitionskosten der Varianten (Nettokosten) 8 Wirtschaftlichkeit Für die Sanierungsvarianten wurden die Kosten für Hülle sowie die Kosten für den Energiebezug in annuitätisch bewertet und gegenübergestellt. Die Berechnung der Jahreskosten erfolgte für die Gebäude unter Berücksichtigung unterschiedlicher Teuerungsraten für die Energie, um eine Bandbreite der möglichen Entwicklung darzustellen. Es wird davon ausgegangen, dass in jedem Fall saniert werden muss. Der IstZustand wird dennoch in der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung als Vergleichswert mitgeführt. Er kann nur bedingt zu einer Aussage über die Wirtschaftlichkeit einer Sanierung herangezogen werden. In der Bewertung des Ist-Zustandes sind keine Investitionen berücksichtigt, obwohl z.B. für Wartung und Instandhaltung Kosten anfallen würden. Primär sind daher die sanierten Varianten miteinander vergleichbar. Beim IstZustand kann zusätzlich eine Aussage getroffen werden, ob die Kosten höher oder geringer als die Betriebskosten ohne Sanierung sind. Die Ergebnisse der Untersuchung sind im Folgenden erläutert. Seite 25 Die annuitätischen Jahreskosten sind in Abb. 3 und Abb. 4 grafisch dargestellt. Seite 26 Abb. 3: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung. Energiepreissteigerung 5,0% p.a. (Nettokosten) Abb. 4: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung. Energiepreissteigerung 2,5% p.a. (Nettokosten) Ergebnisse Die Jahreskosten sind bei einer Sanierung mit der EnEV-Variante beim Ostbau der Realschule 50%, beim Haffnerbau knapp 40% geringer als im Ist-Zustand bei einer hohen Energiepreissteigerung. Die Sanierung zum Effizienzhaus KfW85 ist jeweils nochmals 2 – 3 %-Punkte günstiger. Auch bei einer niedrigen Energiepreissteigerung sind beide Sanierungsvarianten wirtschaftlich. In diesem Fall ist beim Haffnerbau die EnEV-Variante unwesentlich günstiger als die Sanierung zum Effizienzhaus KfW85. Seite 27 9 Umweltbilanz Die Umweltbilanz wird bei den betrachteten Sanierungsvarianten vom Standard der Gebäudehülle bestimmt, da keine alternativen Energieträger untersucht wurden. Da für die vorhandene Nahwärmeerzeugung von den Stadtwerken Calw keine Primärenergiefaktoren und CO2-Äquivalente zur Verfügung gestellt werden konnten und zum Zeitpunkt der Begehung der Gebäude die Wärmeversorgung rein über die Gas-Spitzenkessel durchgeführt wurde, lag die Überlegung nahe, die Umweltwirkung auf Basis von Erdgasverbrennung zu bewerten. Die Ergebnisse der Untersuchung sind in Abb. 5 graphisch dargestellt. Abb. 5: Umweltbilanz der Varianten. Ergebnisse Das größte absolute CO2-Einsparpotential bezogen auf den Ist-Zustand zeigt die Sanierung zum Effizienzhaus KfW85 für den Ostbau der Realschule mit 72 tCO2/a. Beim Haffnerbau sind in dieser Variante Einsparungen von 31 tCO2/a möglich. Die Seite 28 Differenz zwischen der EnEV-Variante und der KfW85-Variante beträgt 8 tCO2/a, bzw. 4 tCO2/a beim Haffnerbau. Die relative Einsparung liegt bei 70% für die KfW85-Variante beim Ostbau der Realschule, bzw. bei 65% beim Haffnerbau bezogen auf den heutigen CO2-Ausstoß der Gebäude. Für die EnEV-Variante ist eine relative Einsparung von 62% beim Ostbau der Realschule, bzw. 56% beim Haffnerbau möglich. Seite 29 10 Literatur Seite 30 [DIN V 4701-10:2003] Energetische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen - Teil 10: Heizung, Trinkwassererwärmung, Lüftung. Hrsg. Normenausschuss Bauwesen im Deutschen Institut für Normung e.V.. Berlin: Beuth, 2003-08 [DIN V 4108-6:2003] Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden. Teil 6: Berechnung des Jahresheizwärme- und des Jahresheizenergiebedarfs. Hrsg. Normenausschuss Bauwesen im Deutschen Institut für Normung e.V.. Berlin: Beuth, Juni 2003. [EnEV 2004] Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden (Energieeinsparverordnung, Neufassung vom 2. Dezember 2004). Bundesgesetzblatt Jahrgang 2004, Teil I, Nr. 64, Bonn 7. Dezember 2004 [EnEV 2007] Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden (Energieeinsparverordnung, Neufassung vom 24. Juli 2007). Bundesgesetzblatt Jahrgang 2007, Teil I, Nr. 34, Bonn 26. Juli 2007 [EnEV 2009] Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden (Energieeinsparverordnung, Neufassung vom 29. April 2009). Bundesgesetzblatt Jahrgang 2009 Teil 1 Nr. 23, Bonn 30.April 2009. [EnEV 2014] Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden (Energieeinsparverordnung, Neufassung vom 18.November 2013). Bundesgesetzblatt Jahrgang 2013 Teil 1 Nr. 67, Bonn 21.November 2013. [EnEV RegelnNiWo09] Bekanntmachung der Regeln für Energieverbrauchskennwerte und der Vergleichswerte im Nichtwohngebäudebestand. Vom 30. Juli 2009. Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung [EnerPHit] Zertifizierungskriterien für die Modernisierung mit Passivhaus-Komponenten, Passivhaus Institut Darmstadt, 2012 [EPHW 2005] Loga T., U. Imkeller-Benjes. Energie-Pass Heizung / Warmwasser, Energetische Qualität von Baukörper und Heizungssystem. Altualisierung in EnEV-XL (Rechenblatt) Version 2.2. Mai 2005 [EK Calw 2011] Lude, Gerhard. Energiekataster Stadt Calw Bericht. ebök, Ing. Büro Tübingen, Februar 2011. [Gemis 4.3] Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS) Version 4.3. Institut für angewandte Ökologie e.V., Darmstatt. www.gemis.de. [LEE 2000] Hessisches Ministerium für umwelt, Eletrische Energie im Hochbau: Leitfaden Elektrische Energie, Wiebaden 2000 [LEG 95] Heizenergie im Hochbau: Leitfaden für energiebewusste Gebäudeplanung. Hrsg. Hessisches Ministerium für Umwelt, Energie, Jugend, Familie und Gesundheit; 5. überarbeitete Auflage. Wiesbaden: 1995. [Meteonorm] Meteonorm Version 6.1, Dezenber 2008, von Meteotest, Bern (CH) [PHPP2004] Feist, Wolfgang; E. Baffia, J. Schnieders, R. Pfluger. Fachinformation PHI-2004/1. Passivhaus Projektierungs Paket 2004. Anforderung an qualitätsgeprüfte Passivhäuser. Darmstadt 2004. Dokumentation und Excel-Arbeitsmappe. [VDI 2067-1] Wirtschaftlichkeit gebäudetechnischer Anlagen. Grundlagen und Kostenberechnung. Hrsg. VDI. Blatt 1. Düsseldorf: Sept. 2000. [SIA 380/4] Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Elektrische Energie im Hochbau, Zürich 2006. Seite 31 11 Anhang Seite 32 Übersichtsplan Schulzentrum Realschule / Hermann-Hesse-Gymnasium Realschule Ostbau (Geb. G) Kunstturm (Geb. E) Mittelbau (Geb. F) Hauptgebäude HHG (Geb. B) Westbau (Geb. D) Forum (Geb. C) Haffnerbau (Geb. A) N Seite 33 Gebäudesteckbrief: Objekt: Realschule Ostbau Adresse: Am Entenschnabel 6 75365 Calw Nutzung: Schule Baujahr: 1965 EBF: 5905 m² A/V: 0,35 1/m Energiekennwert Ist-Zustand: 175 kWh/m²a Bauteilkategorie Ist-Zustand Sanierungsvorschlag Allgemein: Massive Betonwände, ungedämmt WDVS Klassen: Betonfassadenelemente, ungedämmt Schließen der Vertiefung mit Mörtel oder Schaum vor Anbringen des WDVS Nordfassade: Holzverkleidung mit HLW-Platte vor Betonbrüstung Abriss der Verkleidung und HWL-Platte, Ausdämmung der Aussparung, Anbringen von WDVS Klassen: WSVG Keine Maßnahme Flure, Nebenräume: Verbundfenster Eingangstüren: Einfachverglast in Metallrahmen Fensteraustausch auf 3-fach WSVG Fenster in Dämmebene setzen Massive Betondecke, ungedämmt Verlegen von Wärmedämmung auf Massivdecke Wände gegen unbeheizte Bereiche Sichtbetonwände, ungedämmt Innendämmung als kapillar aktiver Dämmung Wände gegen Erdreich Betonwände, ungedämmt Keine Maßnahme, Perimeterdämmung als Flankendämmung (ca. 1m) im Anschluss WDVS an Erdreich Fassade Fenster Oberste Geschoßdecke Dämmung der Wände im Lichtschacht unterer Abschluss Keine Maßnahme Beheizte Bodenplatten gegen Erdreich, ungedämmt Energiekonzept für den Ostbau Realschule Calw Dach Zu geringer Dachüberstand für Anschluss des WDVS Lösungsmöglichkeit: Verbreitung der Traufe und des Ortgangs Lösbare Punkte Nordfassade Hinterlüftete Verschalung vor Betonbrüstung Lösungsmöglichkeit: Abriss der Vorgehängten Konstruktion, Ausdämmen der Aussparung vor Anbringen des WDVS Süd- und Ostfassade • Betonformbrüstungselemente Lösungsmöglichkeit : Schließen der Vertiefungen am oberen und unteren Ende mit Mörtel oder Schaum vor Anbringen des WDVS • Bereits ausgetauschte Fenster Anschluss der bereits ausgetauschten Fenster an WDVS Lösungsmöglichkeit: Laibungsdämmung und Überdämmung des Fensterrahmens Westfassade , Untergeschoss Ungedämmte Wand des Untergeschosses im Lichtschacht Lösungsmöglichkeit: Dämmung der Außenwand im Lichtschacht Technische Umsetzbarkeit prüfen Fragliche Punkte Treppenaufgang Ost-Fassade: Kunstverglasung in Betonrahmen Lösungsmöglichkeit: Austausch mit Fenster aus WSVG Energiekonzept für den Ostbau Realschule Calw Eingang Ostfassade Durchdringung der Dämmebene durch Vorbau schwer/ nicht lösbare Punkte Eingang Westfassade Durchdringung der Dämmebene durch Vorbau Wände des Untergeschosses zum Erdreich Keine Dämmmaßnahmen aus Kosteneffizienzgründen Lösungsmöglichkeit: Perimeterdämmung ca. 1 m ins Erdreich führen Gesamtbeurteilung: Umsetzbarkeit Sowohl die Sanierung zum EnEV-Standard als auch zum Effizienzhaus kann mit moderaten Dämmstärken umgesetzt werden, jedoch erfordern in beiden Fällen zahlreiche wärmebrückenrelevante Anschlüsse aufwendige Detaillösungen. Die Wände des Untergeschosses im Lichtschacht müssen überdämmt werden. Die Kunstverglasung im Treppenaufgang muss mit Fenster aus WSV ausgetauscht werden. Das WDVS der Fassade muss bei den bereits ausgetauschten Fenstern die Rahmen überdämmen. Perimeterdämmung muss ca. 1m in Erdreich geführt werden. Eine wärmetechnisch optimale Lösung beider Eingangsbereiche kann nur durch immensen architektonischen Eingriff (Abriss der Seitenwände und Vordach) erreicht werden. EnEV & KfW85 Aufwändig Lösbar Energiekonzept für den Ostbau Realschule Calw Gebäudesteckbrief: Objekt: Haffnerbau HHG Adresse: Hermann Haffner Str. 7 75365 Calw Nutzung: Schule Baujahr: 1965 EBF: 1210m² A/V: 0,45 1/m Energiekennwert Ist-Zustand: 156 kWh/m²a Bauteilkategorie Fassade Fenster Dach Wände, Decken gegen unbeheizte Bereiche Wände gegen Erdreich Ist-Zustand Sanierungsvorschlag Allgemein: Betonstützenkonstruktion , Massive Betonscheiben UG: Sandsteinverkleidung WDVS Klassen, Flure: Holzverkleidung mit HLW-Platte vor Betonbrüstung Abriss der Verkleidung und HWL-Platte, Ausdämmung der Aussparung, Anbringen von WDVS Klassen (SO-/NW-fassaden), Eingangstüren: WSVG Keine Maßnahme Restliche Klassen, Flure, Nebenräume: Isolierverglasung Fensteraustausch auf 3-fach WSVG Fenster in Dämmebene setzen Massive Betondecke, gering gedämmt Erhöhung der Attika , Verlegen von Wärmedämmung Sichtbetonwände, ungedämmt Innendämmung als kapillar aktiver Dämmung Betonwände, ungedämmt Keine Maßnahme, Perimeterdämmung als Flankendämmung (ca. 1m) im Anschluss WDVS an Erdreich Dämmung der Wände im Lichtschacht unterer Abschluss Beheizte Bodenplatten gegen Erdreich, ungedämmt Keine Maßnahme Decke gegen Außenluft WDVS Anbringen Energiekonzept für den Haffnerbau HHG Calw Dach Anschluß der WDVS an Dach Lösungsmöglichkeit: Erhöhung der Attika Klassen und Flure Hinterlüftete Verschalung vor Betonbrüstung Lösbare Punkte Lösungsmöglichkeit: Abriss der Vorgehängten Konstruktion, Ausdämmen der Aussparung vor Anbringen des WDVS Klassenzimmer (NW-/SO-Fassade) Anschluss der bereits ausgetauschten Fenster an WDVS Lösungsmöglichkeit: Laibungsdämmung und Überdämmung des Fensterrahmens Süd-Westfassade , Untergeschoss Ungedämmte Wand des Untergeschosses im Lichtschacht Lösungsmöglichkeit: Dämmung der Außenwand im Lichtschacht Technische Umsetzbarkeit prüfen Fragliche Punkte Treppenaufgang NO-Fassade: Kunstverglasung in Stahlrahmen Lösungsmöglichkeit: Austausch mit Fenster aus WSVG Windfang: Kunstverglasung in Betonrahmen Lösungsmöglichkeit: Austausch mit Fenster aus WSVG Energiekonzept für den Haffnerbau HHG Calw Eingang Erdgeschoss mit vorgesetztem Windfang Durchdringung der Dämmebene durch Vorbau schwer/ nicht lösbare Punkte Pausenhofüberdachung Durchdringung der Dämmebene durch Betonstütze Lösungsmöglichkeit: Begleitdämmung ca. 1m von Unterkante Decke Wände des Untergeschosses zum Erdreich Keine Dämmmaßnahmen aus Kosteneffizienzgründen Lösungsmöglichkeit: Perimeterdämmung ca. 1 m ins Erdreich führen Gesamtbeurteilung: Umsetzbarkeit Sowohl die Sanierung zum EnEV-Standard als auch zum Effizienzhaus kann mit moderaten Dämmstärken umgesetzt werden, jedoch erfordern in beiden Fällen zahlreiche wärmebrückenrelevante Anschlüsse aufwendige Detaillösungen. Die Wände des Untergeschosses im Lichtschacht müssen überdämmt werden. Die Kunstverglasung im Treppenaufgang muss mit Fenster aus WSV ausgetauscht werden. Das WDVS der Fassade muss bei den bereits ausgetauschten Fenstern die Rahmen überdämmen. Perimeterdämmung muss ca. 1m ins Erdreich geführt werden. Die Stützen des aufgeständerten Boden müssen mit Flankendämmung ausgeführt werden. Eine wärmetechnisch optimale Lösung des Eingangsbereichs kann nur durch Abriss der Vordachs erreicht werden. EnEV & KfW85 Aufwändig Lösbar Energiekonzept für den Haffnerbau HHG Calw
