SCIENCE COLLEGE OVERBACH

Science College Overbach – Zwischenbericht 2008
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie – FuE Demonstrationsvorhaben
SCIENCE COLLEGE OVERBACH
ZWISCHENBERICHT zu Nr. 3.1
Berichtszeitraum:
Zeitraum 01.2008 – 12.2008
Zuwendungsempfänger:
Ordensgemeinschaft der Oblaten des hl. Franz von Sales (OSFS) e.V.
Haus Overbach, 52457 Jülich-Barmen
Förderkennzeichen:
0327430F
Vorhabenbezeichnung:
Energieoptimiertes Bauen; EnEff-Schule: Science College Overbach
Die Zwei-Liter-Schule
Laufzeit des Vorhabens:
01.09.2007 – 30.06.2009
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Science College Overbach – Zwischenbericht 2008
Inhalt
Der Zwischenbericht enthält in kurzgefasster, stichwortartiger Form Angaben zu folgenden Punkten:
1.
Aufzählung der wichtigsten wissenschaftlich-technischen Ergebnisse und anderer wesentlicher
Ereignisse.
2.
Vergleich des Stands des Vorhabens mit der ursprünglichen (bzw. mit Zustimmung des Zuwendungsgebers geänderten), Arbeits-, Zeit- und Ausgabenplanung
3.
Aussichten für die Erreichung der Ziele des Vorhabens innerhalb des angegebenen Berichtszeitraums gegenüber dem ursprünglichen Antrag
4.
Ergebnisse Dritter, die für die Durchführung des Vorhabens relevant sind.
5.
Änderungen in der Zielsetzung
6.
Fortschreibung des Verwertungsplans
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1. Aufzählung der wichtigsten wissenschaftlich-technischen Ergebnisse und anderer wesentlicher Ereignisse
•
Luftdichte Fassaden / Fensteranschlüsse
Bauausführung: Im Science College wurden zum einen Aluminiumfenster eingebaut. Die Fenster liegen in
der Ebene vor dem Betonrohbaukörper und wurden auf Winkelkonstruktionen versetzt. Der luftdichte
Anschluss wurde hergestellt durch den Einbau von dampfdichten Folien, die mit einem Keder an den
Fensterkonstruktionen befestigt sind und flächig auf den Betonbaukörper von außen aufgeklebt und zusätzlich eingespachtelt sind. An den Aluminiumpfostenriegelkonstruktionen wurden Folien in Glasebene
eingespannt und ebenfalls an dem Betonbaukörper flächig angeklebt und eingespachtelt. Diese Arbeiten
fanden überwiegend bei Temperaturen von 0-5 Grad und relativer hoher Luftfeuchtigkeit statt. Bedingt
hierdurch mussten spezielle Kleber eingesetzt werden und der Untergrund jeweils mechanisch vorgetrocknet werden.
Im Internatsgebäude wurden einige Aluminiumfensterkonstruktionen analog eingebaut. Die Kunststofffensterkonstruktionen, die in 2-schaligem Klinkermauerwerk eingesetzt sind, sind zum Klinker hin angeschlagen mit einem umlaufenden Kompriband und innen in der Mauerwerkslaibung mit einer dampfdichten Folie angeschlossen. Hier zeigte sich als besonders problematisch der Anschluss an den Kunststoffprofilen, die bedingt, durch ihre Profilvorgabe nicht den mechanisch sicheren Anschluss mit einer Folie
mit Keder ermöglichen sondern auch hier angeklebt werden müssen. Hier musste in einigen Schritten
immer wieder nachgearbeitet werden. Darüber hinaus stellte sich als besonders schwierig heraus, die
Fenster die in der Dämmebene der Fassade liegen umlaufend sauber mit Dämmung anzuschließen.
•
Piloteinsatz elektrochrome Sonnenschutz-Verglasung als 3-fach Glas, z.B. Econtrol
Ausschreibung / Vergabe / Bauausführung: Die Elektrochrome Sonnenschutzverglasung wurde zusammen mit den Aluminiumfensterelementen öffentlich international ausgeschrieben. Da dies in Zeiten der
Hochkonjunktur geschah, war das Interesse entsprechender Firmen an diesem Piloteinsatz als ausführende Firma mitzuwirken entsprechend gering. Die öffentliche Ausschreibung wurde nach Submission
aufgrund einer erheblichen Kostenüberschreitung von über 35% aufgehoben. Letztendlich wurde im Verhandlungsverfahren mit einer Metallbaufirma der Vertrag geschlossen. Bereits hierdurch kam es zu Verzögerungen. Nur mit äußerstem Engagement aller Beteiligten konnten Bauverzögerungen verhindert
werden und das Gebäude vor Jahresende wetterfest geschlossen werden. Da eigens für die Produktion
des E-control Glases für dieses Projekt die Produktionsstraße eingerichtet werden musste, war hierfür ein
relativ langer Vorlauf notwendig. Die Scheiben hatten eine Lieferzeit von ca. 3 Monaten. Ebenfalls zu berücksichtigen ist, dass die Scheiben in den Größen möglichst wenig variieren sollten, um ggf. für Scheibendefekte eine Vorratshaltung in geringer Stückzahl zu ermöglichen. Dies ist mit nur drei Standardformaten für die Öffnungsflügel, Festverglasung und die parallelogrammförmigen Scheiben gelungen. Die
Gesamtscheibengröße ist begrenzt, so dass einteilige Verglasungen in Türen nicht mit dem elektrochromen Sonnenschutzglas ausgeführt werden konnten. Zur Absicherung der Funktion für den Nutzer wird
mit dem Glashersteller ein Kontroll- und Wartungsvertrag abgeschlossen und auf dieser Basis die Garantiezeit verlängert.
Im weiteren Planungsprozess wurde gemeinsam mit dem IB INCO, Hahn Helten, dem SIJ und dem Hersteller eine gebrauchstaugliche Steuerung (Funktionsweise und Komfort ähnlich einer herkömmlichen
außenliegenden Sonnenschutzlamelle) entwickelt.
Zur Erfassung der Schaltzustände der Verglasung und der Messung des Nutzereinflusses musste die
Steuerung ebenfalls erweitert werden. Dies gestaltete sich auf Grund der Komplexität der Steuerung als
schwierig.
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Für die Integration der Steuermodule im Gebäude war eine intensive Abstimmung bei der Planung der
Leerohre und der Dosenstandorte notwendig.
SchlüsselSchalter
GSGGLT
Steckverbindung an EC-Scheibe
Scheibenanschlusskabel
Einzelscheibensteuerung
GSGHand
EC-Bus Datenkabel (LiYCY 2x0,14)
24V DC Netzteil
Messkabel zum Leitrechner (optional)LiYCY
24V DC Spannungsversorgung
(Zwillingsleitung 2x0,4qmm)
Eine weitere Komponente, die bei der Planung beachtet werden musste, ist die je nach Schaltzustand
wechselnde Glasfärbung (transparent bis blau) und somit äußere Erscheinung des Gebäudes. Dies wurde bei der Umplanung auf das WDVS-System durch die Wahl eines neutralen Grauton für die Hauptfassadenflächen berücksichtigt. Aufgrund der Bedenken des Nutzers (in diesem Fall der Schule und des
Trägers) hinsichtlich des Einsatzes der sich einfärbenden Gläser und die Wirkung auf die Raumatmosphäre und somit das Arbeitsklima, wird das gesamte Gebäude für einem außenliegenden Sonnenschutz
(Sonnenschutzkästen hinter der Fassade, Verkabelung und Schalter) vorgerüstet. Im Versagensfall der
Gläser, bzw. aus nutzungsbedingten Gründen kann somit auf einen konventionellen Sonnenschutz umgerüstet werden. Vorsorglich wurde in Abstimmung mit Schule und Nutzer in allen Räumen ein innenliegender Blendschutz ausgeführt
Aufgrund des Produktentwicklungsstatus ist der Einkauf und die Produktion der Gläser zum einen sehr
kostenintensiv und zum andern sehr langwierig. Zusätzlich fallen erhebliche Kosten für die Steuerungen
an; hier insbesondere auch die Ansteuerungen zur GLT. Um die Nutzung für das Gebäude auf jeden Fall
sicherzustellen, fallen zusätzliche Kosten an für die Vorrichtungen eines konventionellen Sonnenschutzes.
Sollte sich in der Praxis die Funktion der E-Control-Gläser in vollem Umfang bewahrheiten, kann jedoch
heute schon davon ausgegangen werden, dass bei größerer Stückzahl der Preis für die reine Glasherstellung erhebliche fallen wird. Die Steuerungen würden dann naturgemäß zur Serienreife entwickelt und
auch einfacher und preiswerter verfügbar sein. Der Vorteil der elektrochromen Verglasung liegt darin,
dass kein mechanischer außen liegender Sonnenschutz notwendig ist, der bei starker Windbelastung
seine Funktion nicht erfüllen kann; darüber hinaus reparatur- und wartungsanfällig ist sowie zusätzlich
gereinigt werden muss. Darüber hinaus ergeben sich architektonische Freiheiten durch hochtransparente
Verglasungen ohne zusätzliche außenliegende Bauteile. Nicht zuletzt bleibt auch bei voller Abdunklung
eine komplette Sichtverbindung nach außen jederzeit bestehen, wodurch die Transparenz noch mal unterstrichen wird.
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•
Verglasung Klassen/Flure
Das Unterrichtskonzept des Science College wird im Wesentlichen bestimmt durch eine Lernatmosphäre,
die von Austausch und hoher Transparenz geprägt ist. Zur baulichen Umsetzung dieses Konzeptes wurden die Verglasungen zwischen den Unterrichtsräumen und dem Forum bzw. den Galerien eingeplant.
Hohe Transparenz steht allerdings in der Regel einem guten Schallschutz entgegen.
Der Schallschutz zwischen den Klassen und Fluren sollte im Science College allerdings nicht wesentlich
schlechter sein als in herkömmlichen Schulgebäuden. Als sinnvoller Kompromiss aus hoher Transparenz
und ausreichendem Schallschutz wurden die Größen und Schalldämm-Maße der Verglasungen und Türen optimiert. Es werden Türen eingesetzt, deren Schalldämmung etwas besser ist als in der Schallschutznorm DIN 4109 gefordert (Rw,P = 38 dB Prüfwert). Die transparenten Bereiche werden mit einem
Schalldämm-Maß von Rw,P = 41 dB (Prüfwert) ausgeführt. Mit dieser Ausführung der Trennflächen beträgt
die Abweichung gegenüber den Schallschutzanforderungen der DIN 4109 in der Regel nicht mehr als
1 dB.
Im Rahmen des Brandschutzkonzeptes wurden Brandschutzqualitäten F-30 und G-90 festgelegt. Da die
Brandschutzverglasungen sehr kostenintensiv sind, wurden die Öffnungsflächen geringfügig reduziert.
Es wurde ein Produkt der Fa. Promat ausgewählt mit schmalen Stahlglashalteleisten um möglichst große
Transparenz zu erreichen.
•
Tageslichtnutzung über Tageslichtlenkung an den "Lichtbrunnen" / Heliostaten
Gemeinsam mit dem Solar Institut Jülich (SIJ), Hahn Helten Architekten und dem IB INCO wurde die
Steuerung und Einbindung der verschiedenen Betriebsmodi in die Gebäudeleittechnik erarbeitet. Für die
Heliostate stehen vier Betriebsmodi zur Verfügung (siehe unten Beschreibung SIJ). Schwierigkeit hierbei
war die Bedingungen der einzelnen Zustände zu definieren.
Abb.: Erläuterung Betriebsmodi (Quelle: SIJ )
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Im weiteren Planungsprozess wurde gemeinsam mit der Firma Augsburger Holzhaus und dem IB Walter
der Einbau und die erhöhten statischen Anforderungen geklärt. Da im Science College die Heliostate
zum erstenmal in eine Stahlkonstruktion eingesetzt wurden, konnte hier auf keine Erfahrungswerte zurückgegriffen werden.
Zur Ausführung der Soldeg Oberlichter mit Hiliostaten liegen keinerlei Erfahrungswerte vor. Daher musste
sowohl gestalterisch als auch konstruktiv ein hohes Maß an Entwicklungsarbeit, sowohl für die Einbindung in das Dach, als auch für die Steuerung erbracht werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass Elemente dieser Größe erstmals in eine derartige Dachkonstruktion eingebaut wurden. Die Hersteller- und
Entwicklerfirma hat sehr engagiert an der Weiterentwicklung mitgearbeitet. Für weitere Ausführungen
sollte in jedem Fall aber auch an den Grundlagen intensiv weiterentwickelt werden. Hier ist insbesondere
die Einbindung in die baulichen Gegebenheiten hervorzuheben.
•
Raumakustische Maßnahmen zur Freihaltung der temperierten Bauteile – Klassen und Flure
Für die Kassenräume wurde bezüglich der Metallbaffeldecke festgestellt, dass diese nicht mehr in einfach verzinkt hergestellt werden aufgrund der Korrosionsgefahr an den Kanten. Da transparent beschichtete verzinkte Baffeln teuer sind als farblich deckend beschichtete werden die Baffeln nun in weiß beschichtet ausgeführt. In den S1-Laboren werden spezial Baffeln mit geschlossener Oberfläche eingebaut.
Für die Streckenmetallkassettendecke wurde preislich im Rahmen der Ausschreibung kein befriedigendes Ergebnis erreicht. Die Decke wurde daraufhin geändert in eine standardmäßige Metallrasterdecke
mit aufliegenden Streckmetallblechen.
•
Vakuum-Isolationspaneele in der Fassade Science College
(siehe auch Anlage VIP-Dokumentation)
Es wurde eine hinterlüftete vorgehängte Eternitfassade konzipiert (VIP-Dokumentation) und ausgeschrieben. Als Dämmung sollten Vakuumisolationspanelen mit einer Deckschicht aus herkömmlicher Dämmung als mechanischer Schutz vorgesehen werden. Diese Konstruktion wurde öffentlich international
ausgeschrieben. Es kam zu keinem wirtschaftlich vertretbaren Submissionsergebnis. Das günstigste,
nicht beauftragte Anngebot liegt im Bereich der Vakuumisolationspaneeldämmung um Faktor 1.5 höher
als im Bereich der Kostenberechnung abgestimmten Förderkosten, die auf den Erfahrungen aus vorangegangenen Projekten basieren.
Nach entsprechend weiteren Recherchen stellte sich heraus, dass dieser Fassadentypus im Rahmen der
Vorkalkulation nicht zu verwirklichen ist. Die preisliche Situation wurde dadurch verschärft, dass zu Zeiten
der Bauhochkonjunktur angefragt wurde und die entsprechenden Fachfirmen eine Vollauslastung im
Bereich herkömmlicher Fassaden hatten. Somit war keine Firma bereit im Rahmen eines Pilotprojektes
entsprechend an der Umsetzung mitzuarbeiten. Die Fassade wird jetzt als herkömmliches Wärmedämmverbundsystem ausgeführt mit 30 cm Dämmstärke, so dass der Persiforstandard nach wie vor gewährleistet ist.
Aufgrund der Kostenentwicklung wird die Fassade als WDVS-System ausgeführt. Durch den Einsatz der
WDVS-Fassade lassen sich leichte energetische Vorteile gegenüber den Vakuum-Isolationspaneelen
erzielen.
Aufgrund der Umplanung der Fassade als WDVS-System musste ein Nachtrag zum Brandschutzkonzept
gestellt werden (Fassade komplett B1 gem. Herstellerzulassung).
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•
Energetische Kennwerte
Beide Gebäude wurden mit dem Passivhausprojektierungspaket (PHPP) bilanziert. Die wesentlichen
Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
Science College
Internatsgebäude
Energiebezugsfläche AE
m²
1730
373
Thermische Hüllfläche A
m²
3366
910
Umbautes Volumen Ve
m³
8988
1626
A/Ve-Verhältnis
m-1
0,37
0,56
Spezif. Transmissionswärmeverlust H*’T
W/(m²·K)
Energiekennwert-Heizwärme Q*’’H
kWh/(m²·a)
Primärenergiekennwert Q*’’P
kWh/(m²·a)
0,23
0,21
(Soll-Wert
EnEV 2007: 0,71)
(Soll-Wert EnEV
2007: 0,57)
a) ohne E-Control: 15
b) mit E-Control: 16
(Soll-Wert
PHPP: 15)
15
(Soll-Wert
PHPP: 15)
67
105
(Soll-Wert
PHPP: 120)
(Soll-Wert
PHPP: 120)
Beide Gebäude erfüllen die Passivhauskriterien.
Hinweis E-Control-Glas: Der Einbau des E-Control-Glases im Science College führt gegenüber einer
Standard-Wärmeschutzverglasung zu etwas geringeren solaren Gewinnen. Dies ergibt eine leichte Verschlechterung der energetischen Bilanz und zeigt sich in dem Energiekennwert-Heizwärme von
16 kWh/(m²·a).
Hinweis Energiebezugsfläche: Das Science College Gebäude besitzt im Verhältnis zum umbauten Volumen eine relativ kleine Energiebezugsfläche. Dies ist vor allem auf das sich über mehrere Geschosse
erstreckende zentrale Forum zurück zu führen. Um trotzdem die Passivhauskriterien zu erfüllen, ist im
Vergleich zu Gebäuden mit üblichen Raumhöhen von ca. 2,5 m hier ein besserer Dämmstandard der
Gebäudehülle erforderlich.
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•
Gebäudesimulation
Für die beiden Gebäude wurde durch das Ingenieurbüro P. Jung, Köln eine thermische Gebäudesimulation durchgeführt. Mithilfe der Simulationssoftware TAS NG wurden die beiden Baukörper als dreidimensionale Gebäudemodelle nachgebildet und in Zonen unterteilt (27 Zonen im Science College und 15
Zonen im Internatsgebäude)
Abb. : Schnitt durch das 3-dimensionale Gebäudemodell (Quelle: IB Jung)
Abb. : Zonierung im 1. OG des Science College (Quelle: IB Jung)
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Abb. : Zonierung des Internatsgebäudes (Quelle: IB Jung)
Unter Berücksichtigung stündlicher Wetterdaten (Testreferenzjahr) für den Standort Jülich, der jeweiligen
Nutzungen und haustechnischen sowie gerätetechnischen Ausstattung wurden die Energiebilanzen der
Zonen und die zu erwartenden Empfindungstemperaturen in den Zonen ermittelt.
Abb. : Empfindungstemperaturen in den Chemieräumen im OG des Science College während einer
Sommerwoche (Quelle: IB Jung)
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Summenhäufigkeit der Empfindungstemperatur
(Auswertung während der Nutzungszeit)
1800
1600
1400
Häufigkeit (h/a)
1200
1000
800
600
400
200
0
15
>16
>17
>18
>19
>20
>21
>22
>23
>24
>25
>26
>27
>28
>29
>30
>31
>32
>33
>34
35
Aussen
398
347
301
273
248
218
175
140
116
96
79
61
42
25
13
9
6
2
0
0
0
Seminar
1568
1568
1568
1568
1568
1568
1568
1456
971
275
16
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Lernstation 1 BioLab
1568
1568
1568
1568
1568
1568
1568
1475
1063
411
33
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Lernstation 2 NanoLab
1568
1568
1568
1568
1568
1568
1568
1519
1130
356
25
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Lernstation 3 Simullab
1568
1568
1568
1568
1568
1568
1568
1568
1568
1542
1420
1064
593
161
11
0
0
0
0
0
0
Schülerlabor
1568
1568
1568
1568
1568
1568
1449
942
178
5
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Astronomie
1568
1568
1568
1568
1568
1568
1553
1331
740
138
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Empfindungstemperatur °C
Abb. : Summenhäufigkeit der Empfindungstemperaturen in ausgewählten Unterrichtsräumen (Quelle: IB
Jung)
Die Simulationsergebnisse führten unter anderem zu folgenden baulichen und anlagentechnischen Anpassungen:
- Verkleinerung der Fenstergrößen im Gemeinschaftsraum im Internatsgebäude
- Einbau einer Fußbodenheizung im Estrich des Gemeinschaftsraumes im Internatsgebäude
- Einbau einer Fußbodenheizung bzw. –kühlung im Estrich des SimuLab im EG des Science College
- Verzicht auf E-Control-Glas in Ebene 1 auf der Nordwestseite
•
Variantenbetrachtungen
Außenwände
Der Verzicht auf die VIP-Elemente als Wärmedämmung der Außenwände machte eine Berechnung mit
anderen Wandaufbauten erforderlich. Es wurden verschiedene Varianten mit Wärmedämmverbundsystemen unterschiedlicher Dämmstärke und unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit der Dämmung untersucht. Aus den beiden wärmetechnisch in etwa gleichwertigen Ausführungen mit 300 mm Dämmung 040
oder 240 mm Dämmung 032 wurde vor allem aus Kostengründen die erstere gewählt.
Rahmenprofile
Die Rahmenprofile der Pfosten-Riegel-Fassaden konnten nicht in allen Fällen in der gewünschten wärmetechnischen Qualität Uf,BW ≤ 1,3 W/(m²·K) ausgeführt werden. In Einzelfällen (Glasfassade Windfang)
mussten Profile mit im Mittel Uf,BW = 1,9 W/(m²·K) eingesetzt werden. Dies wurde in den Bilanzberechnungen berücksichtigt.
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•
Wärmebrückenminimierung
Außenwände Science College: WDVS statt VIP
Der Verzicht auf die hinterlüftete VIP-Fassade ist aus wärmetechnischer Sicht eher als Vorteil anzusehen.
Mit 300 mm Wärmedämmverbundsystem wird ein U-Wert von U = 0,11 W/(m²·K) erreicht gegenüber
U = 0,16 W/(m²·K) bei der vorher geplanten VIP-Fassade. Die Wärmebrückeneffekte durch die Befestigungselemente einer hinterlüfteten Fassade werden beim WDVS vermieden.
Zweischaliges Mauerwerk Internatsgebäude
Das Internatgebäude wurde als Ziegelbau mit zweischaligem Mauerwerk errichtet (s. Foto). Es wurde ein
Schalenabstand von 200 mm mit 180 mm Mineralwolledämmung 035 gewählt. Da dieser Schalenabstand über dem in DIN 1053-1 (1996-11) geregelten maximalen Schalenabstand von 150 mm liegt, war
die Auswahl der für diesen Schalenabstand zugelassenen und am Markt verfügbaren Mauerwerksanker
sehr eingeschränkt.
Abb. : Außenwandquerschnitt Internatsgebäue
Porenbeton Internatsgebäude
Die tragende Mauerwerksschale der Außenwände des Internatsgebäudes wurde aus 300 mm Porenbetonblöcken erstellt. Um einen möglichst guten Wärmeschutz zu erzielen, wurden die wärmetechnisch
günstigen Steine mit einer Wärmeleitfähigkeit von λ = 0,09 W/(m·K) eingesetzt. Leider musste aus statischen Gründen an einigen Stellen (Fensterstürze, Sturzauflager) auf druckfestere Steine mit ungünstigerer Wärmeleitfähigkeit von von λ = 0,16 W/(m·K) zurückgegriffen werden. Dies wurde in der Bilanzierung
entsprechend berücksichtigt.
Sockeldämmung Internatsgebäude
Die Perimeterdämmung im Sockelbereich des Internatsgebäudes wurde zunächst lose vor die leicht
unebene Sockelabklebung gestellt (s. Foto). Dabei entstanden deutliche Fugen zwischen Dämmplatten
und Sockel. Um eine Hinterströmung der Dämmplatten mit kalter Außenluft zu verhindern, wurde eine
sorgfältige Verklebung der XPS-Dämmplatten mit dem Sockel angeordnet.
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Abb. : Perimeterdämmung Internatsgebäude vor der Verklebung
•
BKT
Die Ergebnisse der Ausschreibung Betonkerntemperierung entsprachen den erwarteten Kosten. Das
Rohbauunternehmen hatte in Abstimmung mit einem Hersteller vorkonfektionierte Matten vorgesehen.
Die Planung der Verlegefelder war auf Grund der verschachtelten Gebäudegeometrie aufwändig. Die
Deckenrücksprünge über EG in Verbindung mit den darauf aufbauenden Wänden sowie die ansteigende
Decken im Bereich der Hörsäle erforderte mehrere Planungsläufe zum Fertigteilwerk. Trotzdem erforderte
die Einbindung der Matten in die Stahlbewehrung eine hohe Nachbearbeitung auf der Baustelle.
Zusammenfassend kann gesagt werden dass bei Objekten dieser Größenordnung und entsprechender
komplexer tragwerksplanerischen Anforderungen eine Vor-Ort-Verlegung der BKT Register schneller und
für das Rohbauunternehmen kostengünstiger gewesen wäre.
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•
Lüftung + WRG
Im Rahmen der Ausführungsplanung wurden das Konzept Fachklassen überarbeitet. Die Anforderungen
an die Luftmengen der Lüftungsanlage erhöhten sich. Dies führte zu einer Überarbeitung des Zentralgerätes der Lüftungsanlage Schule. Gemeinsam mit dem Lüftungsbauer und der Herstellerfirma wurde das
Gerät weiterhin nochmals hinsichtlich der Energieeffienz optimiert (geringere Druckverluste, höherer
Wärmebereitstellungsgrad, effizientere Motoren).
•
Tageslichtverlaufnachbildende Beleuchtung in den Seminarräumen im EG
In Abstimmung mit einem Hersteller wurde für die Seminarräume im Erdgeschoss ein Konzept für eine
tageslichtverlaufnachbildende Beleuchtung erarbeitet.
Die „Weiß-Weiß-Steuerung“ steht für die Durchmischung des weißen Lichts, erzeugt mit unterschiedlichen Farbtemperaturen – üblicherweise tageslichtweiße und warmweißen Leuchtstofflampen. Durch
Dimmen der jeweiligen Lampen können alle Zwischenwerte zwischen den gewählten Farbtemperaturen
eingestellt und die unterschiedlichen Tageslichtstimmungen nachgebildet werden. Die Auswirkungen auf
das Lernverhalten sollen untersucht werden. Zur Farbmischung benötigen die Lampen einen hohen indirekten Lichtanteil.
Auf Grund der Konstruktion der Betonkerntemperierung und den akustischen Maßnahmen der Baffeldecke konnte dies in den „normalen“ Räumen des Gebäudes nicht realisiert werden. Lediglich im Bereich
der beiden Seminarräume im EG ist eine Realisation möglich. Die Planung wurde für diese beiden Räume durchgeführt.
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•
Erdsonden
Die Konzeption der Erdsonden wurde im Unterauftrag an ein Geologiebüro vergeben. Grundlage des
Entwurfes war eine zu erbringende Heizleistung der Erdsonden von ca. 30kW bei Wärmepumpenbetrieb
(ohne Stromaufnahme). Es wurde eine Kühlleistung von ca. 15 kW angesetzt (Entwurfsbericht). Es wurde
vermutet dass auf Grund der Wasserbewegung des ersten Grundleiters ein deutlich höherer Wärmeentzug möglich sein könnte.
Auf Basis dieser Daten wurde die Ausschreibung und Realisation des Erdsondenfeldes durchgeführt.
Gemeinsam mit dem SIJ wurde abgestimmt, dass in einer der Bohrungen Messfühler in 4 unterschiedlichen Tiefen angebracht werden um das Verhalten des Erdreichs messtechnisch zu erfassen.
Parallel erfolgte die Simulation des Gebäudes durch das IBJung.
Unter den Annahmen:
- Vollbelegung des Gebäudes (Räume und Personenzahl)
- Temperaturen von 26°C sollten nicht überschritten werden
- keine Nachtlüftung über Fenster oder Lüftungsanlage
wurde im Rahmen der Simulation festgestellt, dass der Anteil der Kühlung denjenigen der Heizung bei
weitem übersteigt.
Unter den genannten extremen Rahmenbedingungen wurde eine Kühlleistung von 34 kW und eine Kühlarbeit von 68,6 MWh ermittelt.
Nach Herstellung des Sondenfeldes wurde ein Response Test in Verbindung mit einer Simulation möglicher Heiz- und Kühlarbeit durchgeführt.
Die wichtigsten Ergebnisse sind:
-Für die Beheizung des Gebäudes (40 kW bei 36,7 MWh/a) ist das geplante Erdsondenfeld aus 8x80 m
tiefen, in 8 m Abstand zueinander errichteten Erdwärmesonden (640 m Gesamtsondenlänge) ausreichend dimensioniert.
Mit dem geplanten Sondenfeld kann eine passive Kühlarbeit von 30 MWh/a bei einer Kühlleistung von 25
kW (1200 Vollaststunden) nachhaltig erbracht werden
Die vom IB Jung simulierte Kühlarbeit kann nicht durch rein passive Kühlung erbracht werden.
Durch Modifikation der Anlagentechnik und den Einsatz der Wärmepumpe zur aktiven Kühlung kann die
Kühlarbeit von 68,6 MWh bei 34 kW Leistungsbedarf erbracht werden
Es wurde bei der Messung kein Einfluss durch fließendes Grundwasser festgestellt.
Gemeinsam mit dem SIJ wurden daraufhin die Rahmenbedingungen der ursprünglichen Simulation des
IB Jung hinterfragt. Bei den internen Lasten wurden die aktuellen Planungsdaten angesetzt (10 W/m²
Beleuchtungsleistung). Das Nutzungsprofil wurde nicht verändert. Die max. von den Erdsonden zur Verfügung stehende Kühlleistung wurde auf 20 kW begrenzt. Die Ergebnisse der Simulation weisen aus,
das bis auf den Raum Simulab die Raumtemperaturen im Gebäude an max 60 Stunden 26°C überschrei-
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ten.
Im Raum Simlab werden die 26°C an 250 h im Jahr überschritten.
Die Erdsondenanlage wurde im Dezember 2008 erstellt. Im Januar 2009 wurde die Wärmepumpe installiert und provisorisch in Betrieb genommen um zur Trocknung des Gebäudes und zur Baubeheizung
herangezogen werden zu können. Die Wärmepumpenanlage läuft seit dieser Zeit nahezu kontinuierlich
um eine Vorlauftemperatur der BKT Leitungen von 27°C zu gewährleisten. Bis Mitte April sind ca. 1200
Stunden Betrieb erreicht.
Seit Februar 2009 werden kontinuierlich über mobile Datenlogger die Temperaturen der Soleleitungen
erfasst. Die Messungen weisen darauf hin, dass sich das Erdreich besser und schneller regeneriert als
die Ergebnisse des Response Test dies erwarten lassen.
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01.03.2009
5
4
3
2
Vorlauf Erdsonde
Rücklauf Erdsonde
1
0
00
:0
00 0:0
:4 0.0
5:
00
.0
-1
-2
-3
•
GLT
Die Gebäudeleittechnik steuert nicht nur die Anlagentechnik, sie wird auch entsprechend den Enob Anforderungen zur Unterstützung des Monitoring herangezogen. Hierzu mussten die Anlagenkonfigurationen erweitert werden. Auch waren die Anforderungen an die Datenspeicherung, Datenaufarbeitung und
die Weitervermittlung der Daten vom GLT System an die Betreiber und an das SIJ abzustimmen.
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Gemeinsam mit dem SIJ wurde auf Basis des Enob Leitfadens Monitoring eine ausführliche Messpunktliste erarbeitet, die in die Konzeption und Planung der Gebäudeleittechnik eingearbeitet wurde (siehe
auch Anlagen)
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Planung Messtechnik, Stand 20.8.2008
TGA
Gebäude Standort
Bezeichnung
Sensortyp
Messw.- Einheit analog/
auflösg.
digital
Wetterdaten
Außenlufttemperatur
Solarstrahlung global horizontal
Solarstrahlung global vertikal
Solarstrahlung global vertikal
Solarstrahlung global vertikal
Solarstrahlung global vertikal
Hauptgebäude
Hauptgebäude
Hauptgebäude
Hauptgebäude
Hauptgebäude
Hauptgebäude
Dach
Dach
Dach
Dach
Dach
Dach
001_TL_UMG_DACH
002_G_HOR_DACH
003_G_OST_DACH
004_G_WEST_DACH
005_G_NORD_DACH
006_G_SUED_DACH
PT 100
Solarzelle
Solarzelle
Solarzelle
Solarzelle
Solarzelle
0,1 K
5 W/m²
5 W/m²
5 W/m²
5 W/m²
5 W/m²
°C
W/m²
W/m²
W/m²
W/m²
W/m²
analog
analog
analog
analog
analog
analog
Dach
Dach
Dach
Dach
Dach
Dach
Dach
Dach
007_TL_AU_RLT
008_TL_WRG_RLT
009_TL_HR_RLT
010_TL_ZU_RLT
011_TL_AB_RLT
012_TL_FO_RLT
013_Vdot_ZU_RLT
014_Vdot_AB_RLT
PT 100
PT 100
PT 100
PT 100
PT 100
PT 100
delta p
delta p
0,1 K
0,1 K
0,1 K
0,1 K
0,1 K
0,1 K
1 Pascal
1 Pascal
°C
°C
°C
°C
°C
°C
m³/h
m³/h
analog
analog
analog
analog
analog
analog
analog
analog
Dach
Dach
Dach
Dach
Dach
017_TL_AB1_DACH
018_IO_DIG1_DACH
022_IO_DIG2_DACH
024_IO_DIG3_DACH
026_IO_DIG4_DACH
PT 100
DDC
DDC
DDC
DDC
0,1 K
1
1
1
1
°C
1/0
1/0
1/0
1/0
analog
digital
digital
digital
digital
Dach
Dach
Dach
021_TL_AB2_DACH
088_IO_DIG8_DACH
089_IO_DIG9_DACH
PT 100
DDC
DDC
0,1 K
1
1
°C
1/0
1/0
analog
digital
digital
Dach
Dach
023_TL_AB3_DACH
020_IO_DIG5_DACH
PT 100
DDC
0,1 K
1
°C
1/0
analog
digital
Dach
Dach
Dach
025_TL_AB5_DACH
086_IO_DIG6_DACH
087_IO_DIG7_DACH
PT 100
DDC
DDC
0,1 K
1
1
°C
1/0
1/0
analog
digital
digital
RLT + WRG (Schule)
Zentralgerät 6500 m³/h
Außenlufttemperatur
Hauptgebäude
Temperatur nach WRG und vor Heizregister
Hauptgebäude
Temperatur nach Heizregister
Hauptgebäude
Zulufttemperatur
Hauptgebäude
Ablufttemperatur
Hauptgebäude
Fortlufttemperatur
Hauptgebäude
Zuluftvolumenstrom
Hauptgebäude
Abluftvolumenstrom
Hauptgebäude
Schülerlabor 1740 m³/h (Digestorien, Giftschränke)
Ablufttemperatur
Hauptgebäude
Signal Digestorium 1
Hauptgebäude
Signal Digestorium 2
Hauptgebäude
Signal Digestorium 3
Hauptgebäude
Signal Digestorium 4
Hauptgebäude
Biologie Unterricht / Übung 450 m³/h (Digestorien im Wechsel)
Ablufttemperatur
Hauptgebäude
Signal Digestorium 8
Hauptgebäude
Signal Digestorium 9
Hauptgebäude
Chemie Sammlung 546 / 96 m³/h (Digestorium / Giftschränke)
Ablufttemperatur
Hauptgebäude
Signal Digestorium 5
Hauptgebäude
Chemie Übung / Unterricht 450 m³/h (Digestorien im Wechsel)
Ablufttemperatur
Hauptgebäude
Signal Digestorium 6
Hauptgebäude
Signal Digestorium 7
Hauptgebäude
RLT
WRG (I t
t)
Gemeinsam mit dem SIJ und dem Projektsteuerer wurde das technische Konzept und das Messkonzept
der Schule vorgestellt. In Gesprächen mit delegierten und interessierten Lehrern wurde versucht, die
Interessen und ggfs Anforderungen der Schule in die Konzeption einfließen zu lassen.
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Science College Overbach – Zwischenbericht 2008
2. Vergleich des Stands des Vorhabens mit der ursprünglichen (bzw. mit Zustimmung des Zuwendungsgebers geänderten), Arbeits-, Zeit- und Ausgabenplanung.
In den zentralen Punkten des Projektes ergaben sich im Betrachtungszeitraum keine Verschiebungen
der dargestellten Arbeits- und Zeitplanung.
Zum Zeitpunkt Ende 2008 (Betrachtungszeitraum Zwischenbericht) befindet sich das Projekt in
Projektphasehase 2 „Bau“, die Phase 1 der integralen Planung ist weitgehend abgeschlossen.
Mit den Bauarbeiten wurde Ende Mai 2008 begonnen. Der Spatenstich fand am 23.04.2008 im Beisein
von Herrn Oliver Wittke, Minister für Bauen und Verkehr des Landes NRW, Herrn Wolfgang Spelthahn,
Landrat des Kreises Düren sowie Herrn Carl Meulenbergh, Landrat des Kreises Aachen und Vorsitzender
der Gesellschafterversammlung EuRegionale 2008 statt. Das Richtfest wurde am 21.09.2008 im Beisein
von Herrn Landrat Wolfgang Spelthahn sowie Herrn MdB Thomas Rachel gefeiert. Hierbei bekundeten
die benannten Personen in ihren Reden nochmals Ihre grundsätzliche Unterstützung des Science College Overbach, dem durchweg eine hohe regionale Bedeutung in der zukünftigen Bildungslandschaft der
EuRegionale zugesprochen wurde.
Rechtzeitig vor Weihnachten konnte sowohl das Internatsgebäude als auch das Science College als
wetterfeste Hülle geschlossen werden. Da das Internat bereits die fertig gedämmte Außenhülle besitzt,
wurde in diesem Bereich zur Bautrocknung vier Elektroradiatoren aufgestellt. Im Science College das
umlaufend noch nicht gedämmt ist, wurde eine große mobile Ölheizung aufgestellt sowie eine Vielzahl
von Kondenstrocknern. Hierdurch wird der geregelte Innenausbau ab Anfang 2009 sichergestellt.
Bezüglich der Ausgabenplanung ist auszuführen, dass die ursprünglich geplante VakuumIsolationspaneele nicht zur Ausführung kommen konnte, da das Ausschreibungsergebnis die Kostenschätzung bei weitem überstieg. Durch das stattdessen beauftragte Wärmedämmverbundsystem als
Fassadenvariante konnten ca. 160.000,- Euro Kosten eingespart werden.
Zur Kostenposition 0835 fielen im Jahr 2008 insgesamt 66.301,44 Euro an, zur Kostenposition 0850 entstanden 2008 Ausgaben in Höhe von 351.730,96 Euro.
Die Summe der entstandenen Ausgaben 2008 beläuft sich demnach auf insgesamt 418.032,40 Euro,
hiervon sind 83.606,48 Euro Anteil Eigenmittel lt. Finanzierungsplan. Der verbleibende Anteil des Bundes
beträgt somit 334.425,92 Euro.
Unter Berücksichtigung des ausgezahlten Bundesanteils von 800.000,- Euro beläuft sich der Kassenstand zum 31.12.2008 somit auf 465.574,08 Euro.
Unabhängig von der Kostenaufstellung 2008 ist für 2009 nach Laufzeit Ende derzeit von einer Unterdeckung in Höhe von 160.000,- Euro (brutto) zu rechnen.
3.
Aussichten für die Erreichung der Ziele des Vorhabens innerhalb des angegebenen Berichtszeitraums gegenüber dem ursprünglichen Antrag
Die Aussichten für die Erreichung der Ziele des Vorhabens haben sich in dem angegebenen Berichtszeitraum nur in einem Punkt wesentlich gegenüber dem ursprünglichen Antrag geändert.
Ein besonderer Punkt der Phase 1 der integralen Projektplanung betraf die monetäre Betrachtung der
Vakuumisolationspaneele.
Die Fassade wird abweichend von der Zielsetzung als herkömmliches Wärmedämmverbundsystem mit
30 cm Dämmung zur Erreichung des Passivhausstandards ausgeführt. Im kostenmäßigen Gesamtrahmen sind andere Fassadentypen mit ähnlich gutem Wärmeschutz wirtschaftlich nicht darstellbar.
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Science College Overbach – Zwischenbericht 2008
4.
Ergebnisse Dritter, die für die Durchführung des Vorhabens relevant sind
Es liegen derzeit keine Erkenntnisse vor, die für die Durchführung des Gesamtvorhabens relevant sind
und eine Änderung in der Zielsetzung erforderlich machen. Erste Messungen werden 2009 durchgeführt.
5.
Änderungen in der Zielsetzung notwendig
Derzeit sind keine Änderungen in der Zielsetzung notwendig.
Die Planung und Realisierung einer energieoptimierten „Zwei-Liter-Schule“ ist unter Berücksichtigung der
aktuellen Planungsergebnisse weiter zielführend.
6.
Fortschreibung des Verwertungsplans
•
Entwicklung Messstellenprogramm mit dem SIJ
Am 15.10.2008 fand eine Sitzung zum Thema „Energieoptimiertes Bauen am Beispiel des Science College“ statt (Protokoll und Präsentationen anlässlich des Termins sind als Anlage diesem Bericht beigefügt). Teilnehmer dieser Sitzung waren neben den unmittelbar am Bau Beteiligten (Bauherr, Gymnasium
Overbach, Architekt, TGA-Planer, Fachplaner, Projektkoordinator, EuRegionale 2008), das Fraunhofer
Institut, das Solar-Institut Jülich, die Hochschule München, das BSR Sustainability sowie der Projektträger
Jülich selbst.
Tagesordnungspunkte waren neben der Vorstellung der Idee des Science College und seiner Gebäudekonzeption auch die Gebäudesimulation und das Technikkonzept Science College (u.a. EControlGläser). Darüber hinaus wurden das Programm und Konzept zur Messtechnik, die Auswahl der Fachräume und das Lang- wie Kurzzeit-Monitoring diskutiert. Weiterhin wurden in diesem Zusammenhang die
Erarbeitung von Lehrbausteinen sowie das zukünftige Programm und das Betriebskonzept des Science
College angesprochen. Abschließend wurde die sozialwissenschaftliche Begleitforschung diskutiert. Die
Sitzung schloss mit einer Begehung des Rohbaus Science College und des Gästehauses ab.
Durch den Projektkoordinator wurden zwischenzeitlich weitere Baustellenführungen vorgenommen. So
wurde das Science College anlässlich des Richtfests am 21.09.2008 (gleichzeitig Overbacher Kirmes mit
mehreren tausend Besuchern) der interessierten Öffentlichkeit vorgestellt. Eine weitere Führung wurde
am 21.11.2008 für die Lehrerschaft des Gymnasiums Overbach vom Projektkoordinator veranstaltet.
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