Ersatzneubau Kita „Güstener Spatzen“
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Technik » Bauanalyse Ersatzneubau Kita „Güstener Spatzen“ Zielvorgabe: Einhaltung der EU-Gebäuderichtlinie 2020 Der Neubau als Passivhaus und als Aktivenergiegebäude mit Langzeitwärmespeicherung ist bei Kindertagesstätten noch nicht Alltag. Dabei ist es das Ziel, bis 2050 einen energieneutralen Gebäudebestand zu haben und ab 2020 die Vorgaben der EU-Gebäuderichtlinie einzuhalten, welche weitgehenden Verzicht auf konventionelle Energieträger und eine größtmögliche Eigenerzeugung an Energie am Gebäude fordert. Die Kita „Güstner Spatzen“ in Sachsen-Anhalt zeigt, dass die Ziele ehrgeizig, aber umsetzbar sind. PBW – Planungsbüro Wahlbuhl, Naumburg, 2Gütersloh 1 Ostseite des Kindergartens „Güstner Spatzen“ mit Rutsche E in Gebäude mit sehr geringen Betriebskosten und geringsten CO2-Emissionen und ein Gebäude, das im Jahresverlauf kaum mehr Energie benötigt, als es selbst zur Verfügung stellt, war das Ziel, als die Stadt Güsten im Salzlandkreis in Sachsen-Anhalt eine neue Kindertagesstätte für die „Güstener Spatzen“ erhalten sollte. War 2012 noch geplant, den Altbau der Kita in der Trägerschaft der Volkssolidarität Sachsen-Anhalt an ihrem bisherigen Standort umfassend zu sanieren, stellte sich rasch heraus, dass dies zu aufwendig werden würde. Während der Überlegungen wurde das zentrale Innovations- und Investitionsprogramm SachsenAnhalt Stark-III auf den Weg gebracht. Dieses unterstützt die energetische Sanierung von Kindertagesstätten und Schulen und stellt dazu auch Mittel der EU und des Bundes zur Verfügung. Der geplante Neubau wurde zum Modellprojekt im Rahmen der Förderung und ist eine von 97 Einrichtungen, welche bislang von Stark III profitiert hat. Dazu mussten aber auch hohe Anforderungen erfüllt werden. Hier zeigte sich die Kompetenz des Architektenteams um Ulrich Kirchner von Kirchner + Przyborowski Dipl. Ing. Architekten BDA aus Magdeburg und der Fachplaner vom Büro PBW – Planungsbüro Wahlbuhl aus Naumburg (Gewerke Heizung, Solar, Sanitär, Lüftung), der Ingenieurgesellschaft Muting aus Magdeburg (Photovoltaik) und dem Büro Breitmeier aus Burg (Elektro). Architekten und Fachplaner wiederum konnten auf einer engagierten Vorarbeit von Verwaltung der Verbandsgemeinde und der Stadt Güsten und der Projektsteuerung um Frau Riel von der SALEG (Sachsen-Anhaltinische Landesentwicklungs­gesellschaft) Ihre Planung aufbauen. Durch eine sehr kompakte und gleichzeitig sehr nutzerfreundliche Bauweise konnte das Gebäude mit spezifischen Investitionskosten von 1289 €/m² BGF realisiert werden, die durchschnittlichen Baukosten für ähnliche Kitas in Passivhausbauweise liegen bei 1570 €/m² BGF (nach BKI Baukosten 2015). Dies gelang, obwohl Foto: Kirchner + Przyborowski Architekten Foto: Kirchner + Przyborowski Architekten Dipl.-Ing. (TU) Thomas Wahlbuhl1, Dipl.-Ing. (FH) Marcus Lauster2 Foto: Thomas Wahlbuhl Foto: Thomas Wahlbuhl Bauanalyse « Technik Straßenseite (Südseite) des Kindergartens „Güstner Spatzen“ Thermische Solaranlage 42 m² auf dem Dach der Technikzentrale, Aufständerung mit 45° Neigung das Gebäude mit innovativer Haustechnik ausgestattet wurde, welche über den üblichen Standard hinausgeht. me für den Krippen-Bereich, vier Gruppenräume für den Kinderbereich 3-6 Jahre, zwei Horträume, sowie ein großer Multifunktionsraum (85 m²), ein Sportraum, fünf Räume mit pädagogischer Nutzfläche und einem InternetRaum. Die Räume haben unterschiedliche Bestimmungen, wie z.B. „Raum der Zah­len“, „Raum der Sprache“, „Raum der leisen Töne“, „Expe­ri­men­tierraum“, „Raum der klei­nen Forscher“ oder „Kunst und Be­wegung“. Dadurch bieten sich für die Erzieher viele Möglich­keiten, dem pädagogischen Auf­trag an die Das Gebäude In der Stadt Güsten, westlich von Bernburg (Saale), mit ihren rund 4500 Einwohnern, wurde der Neubau als Kindertagesstät­te mit Krippe, Kindergarten und Hort für 207 Kinder mit einer Investitionssumme von 4 Mio. € realisiert. 1,5 Mio. € an Eigen­mitteln der Verbandsgemeinde Saale-Wipper wurden über einen Darlehensvertrag mit der Investitionsbank Sachsen-Anhalt sichergestellt. Auch 80 Hortkinder der benachbarten Grundschule finden in dem zweigeschossigen Gebäude Platz, das im Passivhausstandard errichtet wurde. Das Gebäude bietet durch seine große Grundfläche bei nur zwei Etagen eine große Speicherfläche und durch das großflächige Dach auch ausreichend Platz für die parallele Nutzung von Solarthermie und Photovoltaik (Tabelle 1). Insgesamt befinden sich in dem Kindergarten zwei Gruppenräu- 1 2 Grundriss Erdgeschoss: Kinder vorbildlich gerecht zu werden. Diese Form der Pädagogik entspricht auch dem Leitbild von Stark III: „Ein neues Bauen für ein neues Denken“. Das TGA-Konzept Die Dachflächen des Gebäudes wurden als Flächen für Photovoltaik (40,2 kWp) und Solarthermie (42 m2) vorgesehen. Darüber hinaus sind auch Teile der Fassade mit Photovoltaikmodulen belegt (41,5 kWp gesamt, davon 1,3 kWp an der Fassade). Die Wärmeerzeugung erfolgt einerseits mit den solarther- Grundriss Obergeschoss: Kindergarten, Hort Kinderkrippe, Funktions- und Mehrzweckräume Legende Grundriss Erdgeschoss 1 Windfang, 2 Kinderwagen, 3 Lager, 4 Multifunktionsraum, 5 Sport, 6 Hortraum, 7 Hort, 8 Flur, 9 Kinderkrippe, 10 Personal, 11 Batterieraum, 12 Elektro, 13 Hausmeister, 14 Krippengruppe, 15 Schlafen, 16 Ruheraum, 17 Küche, 18 Atrium, 19 Treppe www.tab.de Legende Grundriss Obergeschoss 1 Kindergarten, 2 Kita-Gruppen, 3 Aufenthalt Personal, 4 Hort, 5 Pädagogische Nutzfläche, 6 Putzmittelraum 33 Technik » Bauanalyse 3 Grundriss Technikgeschoss und Dachaufsicht Tabelle 1: Berechnung der Flächen nach DIN 277 Flächen NF [m²] TF [m²] VF [m²] NGF [m²] BGF [m²] Erdgeschoss 666,90 9,70 102,50 779,10 916,50 Obergeschoss 597,90 215,70 813,60 933,80 100,00 130,00 1692,70 1980,30 Technikgeschoss Summe 100 1264,80 109,70 318,20 BGF [m²] Höhe [m²] Umbauter Raum [m3] Erdgeschoss 916,50 x 3,36 3079,44 Obergeschoss 933,80 x 3,68 3431,72 Technikgeschoss 130,00 x 2,42 314,60 6825,76 mischen Kollektoren auf dem Dach, andererseits durch eine Sole-/Wasser-Wärmepumpe. Als Langzeitspeicher dient der Raum unter der Bodenplatte des Gebäudes. Unter der Bo­ den­platte wurden in zwei Lagen Rohrschlangen verlegt, die über­schüssige Solarenergie und Kondensator-Abwärme aus dem Kühlbetrieb im Sommer unter der Bodenplatte speichert. Solarenergie aus der Solarthermie wird in dem Gebäude auf vierfache Art genutzt: ■■ Im Temperaturbereich 40 bis 90 °C zur Warmwas- serbereitung über den Warmwasserspeicher, ■■ Im Temperaturbereich 30 bis 40 °C zur Heizungsunterstützung über den Pufferspeicher der Heizung, ■■ Im Temperaturbereich 10 bis 30 °C als Antriebenergie auf der Sekundärseite der Wärmepumpe; dies bedeutet, dass Solarkreislauf und Solekreislauf miteinander verbunden sind. Sobald der Solarkreislauf eine höhere Temperatur aufweist als der Solekreis der Erdkollektoren wird die Info Kenndaten Grundsteinlegung: Richtfest: Bezug: Offizielle Eröffnung: 4 Seitenansichten 12/2013 5/2014 4/2015 6/2015 Bruttoraum­inhalt Legende Grundriss Technikgeschoss 1 Technik, 2 Geschnittene Dachfläche, 3 Lichtkuppeln, 4 Schachtentrauchung, 5 Schacht Starkstrom, Elektro schwach, Photovoltaik, HLS, 6 Dachausstieg, 7 Fortluft Wärmepumpe mit einer höheren Antriebstemperatur und damit mit einer besseren Leistungszahl betrieben. ■■ Im Temperaturbereich 10 bis 30 °C im Sommer zur Einspeicherung unter der Bodenplatte, um in der Heizperiode als Antriebsenergie für die Wärmepumpe genutzt zu werden. Da Strom aus der Photovoltaik zudem zum Antrieb des elektrisch betriebenen Verdichters der Wärmepumpe/Kältemaschine genutzt wird, kann die Sonnenenergie letztlich fünffach genutzt werden. Heizung / Kühlung Die Wärme für die Heizung wird durch Solarthermie und eine Wärmepumpe mit 24 kW Heizleistung, sowie aus der eingespeicherten Wärme aus dem Erdsolespeicher unter der Bodenplatte, der im Sommer auf 25 bis 30 °C aufgeheizt wird, bereitgestellt. Es wird erwartet, dass 30 % der Energie für Warmwasserbereitung und Heizung direkt solar abgedeckt werden können, 70 % indirekt über Wärmepumpe und Erdsolespeicher. Mindestens 85 % der Wärmeerzeugung soll mittels Umweltenergie erfolgen. Das Konzept der Heizung wird abschließend erst bewertet werden können, wenn die Einspeicherung der Solarenergie und die anschließende Beheizung über eine komplette Heizsaison erfasst werden konnte, also im Mai 2016. Als Pufferspeicher für die Heizung steht ein Speicher mit 1500 l zur Verfügung. Für die Warmwasserversorgung wurde darüber hinaus ein 500 l fassender Speicher eingeplant. Insgesamt stellt der Erdsondenspeicher für den Heizbetrieb mit der Wärmepumpe eine Energiemenge von ca. 28 000 kWh/a auf der Verdampferseite zur Verfügung, was einer Wärmearbeit von ca. 36.000 kWh entspricht. Nach der Heizperiode – wo sich das Erdreich unter der Bodenplatte auf 4 bis 8 °C abkühlen wird, erfolgt die Regeneration über die Kondensatorabwärme der Kühlung (ca. 14.000 kWh) und über thermische Solarenergie (ca. 14.000 kWh). Die Kühlung erfolgt fast ausschließlich mittels Strom aus der Photo­ voltaik-Anlage, da diese nur teilweise im Sommer benötigt wird. Raumlufttechnik Für die Bereitstellung von Frischluft in der Kita wurde ein Lüftungszentralgerät mit 85 % WRG eingesetzt. Diese befindet sich in der Technikzentrale auf dem Dach. Die Verteilung der Frischluft in den Räumen erfolgt über offen aufgehängte Lüftungskanäle. Diese wurden farbig hervorgehoben und sind so Bestandteil des Gebäudedesigns. Sie sollen für die Kinder auch die Technik er- 34 10/2015 Bauanalyse « Technik Foto: Thomas Wahlbuhl Photovoltaik-Anlage 41,5 kWp – Aufständerung mit 20° Neigung (Planung Muting GmbH) lebbar machen. Ein weiterer Vorteil der offenen Installation von Lüftungskanälen und Akustiksegeln gegenüber geschlossenen abgehängten Decken ist, dass der Speichereffekt der Betondecken erhalten bleibt und so über Nachtauskühlung diese zum Kühlen aktiviert werden können. Im Sommer verhindert die Lüftungsanlage die Aufheizung des Gebäudes durch eine Fahrweise als Nachtauskühlung. 5 Schematische Darstellung Sommerfall: Sanitäranlagen Die Sanitäranlagen wurden an die einzelnen Bereiche angepasst. Die beiden Wickelbereiche erhielten jeweils ein separates Waschbecken. Im Krippenbereich für die Kinder von ein bis 6 Schematische Darstellung Winterfall: drei Jahren sind offene Toilettenund Waschanlagen eingebaut. Für die größeren Kinder bis sechs Jahre sind einzelne Toiletten mit Abtrennungen vorgesehen. Für die Hortkinder und Erwachsenen wurde Sanitäreinrichtungen in ­ Priorität 1 hat die Beladung des Trinkwarmwasserspeichers, danach wird die überschüssige Solarenergie in den Erdwärmespeicher unter der Bodenplatte geleitet, arbeitet die Wärmepumpe im Kühlmodus (als Kältemaschine), dann wird die Abwärme des Kondensators in der Bodenplatte abgespeichert. www.tab.de Solarenergie, soweit möglich wird entweder direkt oder indirekt als Antriebsenergie für die Wärmepumpe auf der Primärseite genutzt. Weiterhin wird dem Erdsolespeicher über die Wärmepumpe die im Sommer eingespeicherte Energie entzogen 35 Foto: Thomas Wahlbuhl Foto: Thomas Wahlbuhl Technik » Bauanalyse Technikraum mit Wärmepumpe, Regelung und Speicher üblichen Bauhöhen installiert. Jede Etage erhielt ein Behinderten-WC. Zudem wurden ein Matschbecken für die „Kinder-Töpferwerkstatt“ und ein Trinkbrunnen im Foyer des Erdgeschosses eingebaut. Insgesamt wurden 16 Waschtische und sechs Waschlandschaften mit verschiedenen Höhen,sowie 21 WCs und vier Kleinkind-WCs eingebaut. Das Regenwasser wird in einer Zisterne gesammelt und für die Bewässerung der Grünanlagen genutzt. Elektrotechnik Der von der Photovoltaikanlage (PV-Anlage) zur Verfügung gestellte Strom wird, soweit er nicht direkt durch die Wärmepumpe 36 und anderen Verbraucher im Gebäude genutzt wird, in Tagesbatterien gespeichert. Darüber hinaus besteht ein Anschluss an das Netz des EVU. Nur wenn die Batterien voll beladen sind, wird über­schüssiger Strom in das Netz eingespeist. Der voraussichtliche Stromverbrauch des Gebäudes wird bei ca. 49 MWh/a liegen. Die Leistung der PV-Anlage beträgt 41,5 kWp, davon wurden 1,3 kWp als Fassadenmodule installiert, der Großteil der Module befindet sich auf dem Dach des Gebäudes. Der spezifische Ertrag der PV-Anlage wird bei 945 kWh/kWp liegen, der PV-Ertrag bei ca. 38 MWh/a, was 77 % des Gebäudestrombedarfs entspricht. Die Kapazität des Elektro-Energiespeichers liegt bei 20 kWh, so Foto: Thomas Wahlbuhl Foto: Thomas Wahlbuhl Erdregister unter der Bodenplatte, links untere Lage, rechts obere Lage Lüftungsanlage in der Technikzentrale Info Projektbeteiligte Bauherr: Verbandsgemeinde Saale-Wipper Betreiber: Volkssolidarität Sachsen-Anhalt Projektsteuerung: Sachsen-Anhaltinische Landesentwicklungsgesellschaft mbH, SALEG Architekt: Kirchner + Przyborowski Dipl.-Ing. Architekten BDA, Magdeburg Fachplanung TGA: PBW – Planungsbüro Wahlbuhl, Naumburg Photovoltaik: Muting GmbH, Magdeburg Elektro: Ingenieurbüro Breitmeier, Burg Landschaftsarchitektur: Büro Grünplan, Bernburg Ausführung Heizung: Fa. Dräger, Güsten Lüftung: Fa. GKK, Osterweddingen Sanitär: Fa. Pressel, Bernburg Dämmung: Fa. Häring, Thale Elektro: Fa. Elektro-Schmidt, Mehringen Photovoltaik: Fa. Solar Energy Mitte, Gernrode 10/2015 Foto: Thomas Wahlbuhl Foto: Thomas Wahlbuhl Bauanalyse « Technik Foto: Thomas Wahlbuhl Foto: Thomas Wahlbuhl Kinder-Töpferraum mit Matschbecken Kleinkindbereich mit Wickeltisch und Waschmulden Erwachsenen- (oben) und kindgerechte (unten) Visualisierung von solarer Leistung und Erträgen der Photovoltaikanlage dass an sonnigen Tagen überschüssiger Solarstrom vom Tag für die Nacht- und frühen Morgenstunden gespeichert werden kann. Um für Kinder und Eltern Leistungen und Erträge der Photo­ voltaikanlage plastisch erleb­bar zu machen, wurde eine kindgerechte Anzeige im Ein­gangs­bereich des Gebäudes installiert. Für die Beleuchtung des Gebäudes wurde komplett energiesparende Beleuchtungstechnik eingesetzt. Dabei entfällt ca. 30 % auf eine LED-Beleuchtung und 70 % auf T5-Leuchten. beladen wird, könnte allgemein eine sinnvolle Option für die Neubauten der Zukunft werden, die sich alle durch einen sehr niedrigen Heizwärmeverbrauch auszeichnen werden. Ab April 2015 – kurz vor der Inbetriebnahme des Gebäudes – wurde auch ein Monitoring installiert, um die Funktionen und Energieströme zu ermitteln und zu überwachen. Der Unter­ grund des Gebäudes unter der Bodenplatte hatte sich bis Mitte Juli auf 21,5 °C aufgeheizt, 25 °C sind gemäß Simulation für den Wärmepumpenbetrieb im Winter notwendig, was bis Ende September erreicht werden wird. Fazit Durch die Nutzung der Gebäudehülle als „Kraftwerk“ und des Gebäudeuntergrunds als Energiespeicher, sowie Kurzzeitspeichern auf der Wärme- und Elektroseite in den Technikräumen kann die Kita als weitgehend energieautarkes Gebäude betrieben werden. Hier ergänzen sich Architektur und Gebäudetechnik dank eines integralen Planungsprozesses, einer kompakten Bauweise und der engen Abstimmung der Planungsbeteiligten zu einem optimalen Ergebnis. Eine wichtige Rolle spielten dabei auch die energetisch günstige Ausrichtung und Kompaktheit des Gebäudes und die zur Verfügung stehenden Flächenverhältnisse. Die Nutzung des Gebäudeuntergrundes als Energiespeicher, welcher mit Energie aus Solarthermie und Kondensatorabwärme von Kälteanlagen www.tab.de Foto: Thomas Wahlbuhl Lüftungskanäle farbig und LED-Leuchten im Flur 37
