Energieverbrauch und Komfort Erfahrungen nach der Sanierung eines Schulgebäudes zum Passivhaus

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Ferdinand Michel
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1 Energieverbrauch und Komfort Erfahrungen nach der Sanierung eines Schulgebäudes zum Passivhaus am Beispiel des Max-Steenbeck-Gymnasiums Cottbus Dr.-Ing. Tobias Häusler, Brandenburgische TU Cottbus-Senftenberg EnEff:Schule Förderkennzeichen: L

Ausgangslage Turnhalle Zwei Schulgebäude mit Mittelgang, Zwischenbau und Aula 1.461 m² NGF 8.

2 Ausgangslage Turnhalle Zwei Schulgebäude mit Mittelgang, Zwischenbau und Aula m² NGF m² NGF Baujahr 1974 in Großplattenbauweise Jahr 2010: sehr schlechter Zustand: Dach und Fassade undicht, Lüftungsanlage und B Haustechnik defekt Abriss oder Sanierung? Machbarkeitsstudie für vier Fälle Baunutzungskosten bis 2045

3 Sanierung: Zeitplan, Kosten, Ziele 2008 Entscheidung der Stadt Cottbus: Sanierung zur Energie-Spar-Schule Baumaßnahmen, Oktober 2012: Eröffnung Monitoring und Optimierung im BMWi - EnOB Forschungsprojekt genaue Energieerfassung und Optimierung für die Stadt Cottbus Baukosten ca. 12,8 Mill. Euro (brutto) Schulgebäude: KG 300: 460 /m², KG 400: 254 /m² (netto für BGF) BMWi-Forschungsprojekt zum Einsatz innovativer Komponenten und für das Monitoring des Energieverbrauchs und des thermischen Komforts Ziele: 3-Liter-Haus-Schule, d.h. < 34 kwh/m²a für Heizung und Lüftung Erste Sanierung einer Plattenbau-Schule zum Passivhaus

4 Wichtige energetische Sanierungsmaßnahmen Sechs zentrale Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung Luftdichtigkeit n 50 = 0,32 1/h (Blower-Door) 3-fach Fenster mit mehreren Öffnungsflügeln pro Klassenraum ca. 30 cm Wärmedämmung und Dämmschürze

5 Endenergieverbrauch vor Sanierung - nach Sanierung Fernwärme: 100 % - 17 % Elektroenergie: 100 % % (Messwerte; vor Sanierung (2006) Gebäude nur in Teilnutzung) Damit reduzieren sich die jährlichen Energiekosten um mehr als Komfort nur 2 % der Messwerte zeigen schlechte Luftqualität nur 5 % der Messwerte außerhalb eines hohen thermischen Komforts (PMV -0,5 bis +0,5) (etwas schlechtere Werte aber im Keller, 2. OG und Aula) Betriebsoptimierung Einstellung von Temperaturen, Lüfter- und Pumpenlaufzeiten, Leistungen, Schaltkriterien, Korrektur von Fehlbetrieben

6 Elektroenergieverbrauch Tendenz Elektroenergie Grundstück 174,8 177,5 162,9 159,9 In MWh Mehr-/Minderkosten zum Vorjahr kwh/m²a: Schule Lüfter 4,44 5,06 4,40 4,54 Pumpen 0,71 0,77 0,86 1,08 Beleuchtung 5,44 5,33 4,62 4,09 Steckdosen 3,85 3,84 3,84 3,81 Turnhalle Lüfter 2,91 3,20 2,24 3,32 Pumpen 1,90 1,25 0,72 0,34

7 Fernwärmeverbrauch Tendenz Fernwärme Schule in MWh 228,5 160,9 168,3 176,5 Fernwärme Schule 215,0 189,6 186,3 176,7 temperaturkorrigiert in MWh Minderkosten zum Vorjahr kwh/m²a: Schule Radiatoren 24,28 17,69 19,87 19,96 Lüftungsanlage 4,29 2,90 2,60 3,19 Turnhalle Warmwasserbereitung 10,78 6,88 4,67 5,72 Solare Einstrahlung in kwh/m²a Außenlufttemperatur in C 8,7 10,4 10,3 10,1

8 Primärenergieverbrauch Ziel: 3-Liter-Schule (34 kwh/m²a) Jahr Schule kwh/m²a Turnhalle kwh/m²a ,1 33, ,6 29, ,9 22, ,9 27,8 PE-Faktor Fernwärme = 0,7; Strom = 2,6

9 Vier innovative Komponenten im Monitoringprojekt: Erdwärmespeicher mit solarer Überschusswärmenutzung unter der Turnhalle 9 MWh pro Jahr, 3 K wärmer, Einsparung von ca W Erdwärmetauscher-Sonden zum Vortemperieren der Zuluft für Haus A und ZB liefern im Winter 10 % der Heizwärme, im Sommer 0,5 K kühlere Luft durchschnittlich 17 MWh Wärme im Winter und 16 MWh Kälte im Sommer Fernwärme-Rücklaufnutzung im Westteil von Haus A Beheizung zu über 50 % aus der Rücklaufwärme z.b. Primärheizkreis 48 C/38 C und Sekundärheizkreis 35 C/25 C 2013: 16,2 MWh, 2014: 10,8 MWh, 2015: 15,3 MWh, 2016: 15,1 MWh PCM-Latentspeichereinsatz im Medienraum Deckentemperatur fast immer über Schmelztemperatur, keine Wärmeaufnahme

10 Turnhalle Beladung Erdwärmespeicher Speicher voll geladen oder TKollektor< TSpeicher

11 Erdwärmespeicher mit solarer Überschusswärmenutzung unter der Turnhalle Temperatur in C Kollektorertrag: 13,1 MWh 14,7 MWh 15,6 MWh Fernwärme für Warmwasser: 15,7 MWh 10,0 MWh 6,8 MWh Überschusseinspeicherung: 9,2 MWh 9,0 MWh 8,1 MWh Mittelwert Erdreichtemperatur Temperaturen Erdwärmespeicher unter der Turnhalle Optimierungsmaßnahmen: - Temperatursensor an den Kollektoren - Senkung der Solltemperatur Warmwasserspeicher von 70 C auf 60 C - Reduzierung der Warmwasserbereitstellungszeiten mit Fernwärme auf Zeiten der Vereinsnutzung (abends und Wochenende)

12 PCM-Latentspeichereinsatz im Medienraum Clima Akustikputz PCM - Spritzputz mit mikroverkapseltem PCM - 36 m² Deckenfläche, ca. 12 mm dick - Schmelzpeak bei C - Aufnahme der Wärme von 25 Schülern in 1,5 h

13 PCM-Putz-Decke im Medienraum

14 Akustikmessung im Medienraum

Lüftungsanlage im Sanierungsobjekt begrenzte Platzverhältnisse bei nachträglichem Einbau Dachmontage führt im Sommer zu höheren Temperaturen, im Winter zu Verlusten Auslegung für 20 m³/h und Schüler

15 Lüftungsanlage im Sanierungsobjekt begrenzte Platzverhältnisse bei nachträglichem Einbau Dachmontage führt im Sommer zu höheren Temperaturen, im Winter zu Verlusten Auslegung für 20 m³/h und Schüler ist Minimum z.t. mit Fensterlüftung ergänzen Mehr mechanischer Luftwechsel brächte zusätzliche Probleme (Strömungsgeräusche große Kanalquerschnitte, Zugluft, Kosten, Energieverbrauch, Entfeuchtung) Sommerliche Kühlung wenig effizient Abschätzung für Medienraum: Wärmeeintrag durch Personen + Computer ca. 4,0 kw Wärmeaustrag durch vorgekühlte Luft ca. 0,33 kw

16 40 Betrieb der Lüftungsanlage zum Kühlen Temperatur in C K Uhr Lüftung mit Kühlung Temperaturen: Raumluft oben Zuluft Abluft Luft außen Ostseite 20 ca Uhr Nachtlüftung

17 Online-Publikation der Messwerte enobdata.ise.fraunhofer.de Infodisplay in der Schule Webserver BTU

18 Übergabe zum Projektende Vorstellung der Ergebnisse auf Lehrerkonferenzen Nutzerhinweise für Lehrer/-innen Rauminformation

19 Beachten: Erreicht werden die energetischen Ziele wie auch ein guter thermischer Komfort und gute Luftqualität nicht automatisch, sondern nur wenn Gebäudebetreiber (Stadt Cottbus, Hausmeister) und Gebäudenutzer (Lehrer, Schüler) mit Sachverstand, Interesse und Wachsamkeit ihr Schulgebäude betreiben und nutzen. Bei voller Raumbelegung kann nach etwa 45 min ein kurzes Stoßlüften über die Fenster nötig sein. Dies ist auch in den Pausen vor jeder Unterrichtsstunde sinnvoll.

20 Nach dem Monitoring Auftrag durch die Stadt Cottbus zur Energieerfassung und Optimierung - Übergabe an die Hausmeister - Reduzierung des Stromverbrauchs in den Nichtnutzungszeiten (Lüfter aus) - Korrektur von aufgetretenen Fehlschaltungen - Besprechungen zum Gebäudebetrieb mit Schulleitung und Hausmeistern - Auslesen der Messwerte und Übergabe an Begleitforschung - Optimierung Jalousiebetrieb nach Himmelsrichtung und Tageszeit - Senkung der Fixkosten für Fernwärmeanschlüsse

Optimierung Grundpreis der Fernwärmeanschlüsse Haus ursprüngliche vertragliche Anschlussleistung gemessene Maximalleistung 2014 / 2015 Volllaststunden 2015 Grundpreis (Brutto) ca.

21 Optimierung Grundpreis der Fernwärmeanschlüsse Haus ursprüngliche vertragliche Anschlussleistung gemessene Maximalleistung 2014 / 2015 Volllaststunden 2015 Grundpreis (Brutto) ca. Arbeitspreis (Brutto) ca. B 180 kw 95 kw / 81 kw 606 h Haus B 2015 Anzahl der Stunden Leistungsbereich in kw

22 Fernwärmerücklaufeinkopplung

23 Westhof

24 Foyer

25 Physikraum

26 Vielen Dank! Schlussbericht hier:

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27 Ein Vortrag im Rahmen der Diese Seite darf nicht entfernt werden. Für die in diesen Unterlagen bereit gestellten Informationen kann keine Haftung übernommen werden. Die Verantwortung für die Inhalte in diesem Vortrag, auch urheberrechtlicher Natur, liegen bei der Referentin/dem Referent. Bei Fragen oder Ansprüchen kontaktieren Sie diese bitte direkt. Eine kommerzielle Weiterverbreitung darf nur nach schriftlicher Genehmigung der Rechteinhaberin erfolgen Referent(in) / Veranstalter(in) Die Leitveranstaltung der Energiewende in Deutschland fand in 2017 vom 03. bis zum 05. Mai im Ludwig Erhard Haus in Berlin statt. Weitere Informationen und viele Vortragsunterlagen zu über 300 Vorträgen aus 50 Veranstaltungen im Rahmen der Berliner ENERGIETAGE 2017 finden Sie unter

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