Passivhaus Schulen der Stadt Offenbach

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1 Inhalt Passivhaus Schulen der Stadt Offenbach Anna Heep, Stadtplanung, Verkehrs- und Hochbaumanagement Stadt Offenbach Merle Stapp, HOCHTIEF Solutions AG Prof. Dr. Harald Krause, B.Tec und Hochschule Rosenheim Passivhaustagung Besondere Bedingungen in ÖPP-Projekten Passivhaus Zertifizierung 5. Energetische Kenndaten und Gebäudetechnik 6. Sommerlicher Wärmeschutz 7. Energetisches Bautagebuch 8. Erste Nutzererfahrung 9. Zusammenfassung Passivhausschulen Offenbach / 2 Warum Passivhaus-Standard Grundschule Beethovenschule Offenbach ist seit 1998 Mitglied im Klimabündnis mit dem Ziel, alle 5 Jahre den CO2-Ausstoß um 10% zu reduzieren EU-Gebäuderichtlinie zur Steigerung der Energieeffizienz von Gebäuden Hessischer Energiegipfel Umsetzungskonzept der Hessischen Landesregierung Kommunales Engagement zur Erzielung der Klimaschutzziele Beitrag zur Reduzierung des Energie- und CO 2 -Verbrauchs kommunaler Gebäude Realisierung von nachhaltigen und ressourcenschonenden Bauweisen Ausübung der kommunalen Vorbildfunktion Passivhausschulen Offenbach/ 3 Bausoll: Abriss Bestandsgebäude Beethovenschule Auslagerung Schulbetrieb in Interimscontainer auf Grundstück (zwei dreigeschossig Anlagen) Neubau Grundschule mit Betreuungsbereich und Zweifeldsporthalle, Cafeteria und Stadtteilbüro in Passivhausbauweise Rahmendaten: BGF Schule: m² BGF Sporthalle: m² Grundstück: m² Pausenhof: ca m² (Optional m²) Planungs-/ Bauzeit: / büro Heimel & Wirth, Frankfurt Passivhausschulen Offenbach / 4

2 Grundschule Beethovenschule (Forts.) Grundschule Beethovenschule (Forts.) Passivhausschulen Offenbach / 5 Passivhausschulen Offenbach / 6 Grundschule Beethovenschule (Forts.) Grundschule Beethovenschule (Forts.) Passivhausschulen Offenbach / 7 Passivhausschulen Offenbach / 8

3 Berufsschulzentrum Buchhügel Bausoll: Sanierung Bestandsgebäude THS (Niedrigenergie Basic) Neubau Dreifeldsporthalle THS/ KKS (Passivhaus/ Niedrigenergie Plus) Neubau Erweiterungsgebäude THS/ KKS (Passivhaus) Auslagerung Bestandspavillons in Interimscontainer auf Grundstück (zwei eingeschossige Anlagen) Rahmendaten: BGF Bestandsgebäude: m² BGF Sporthalle: m² BGF Erweiterungsneubau: m² Grundstück: m² Planungs-/ Bauzeit: Architekten: hhp Objektplan, Frankfurt Passivhausschulen Offenbach / 9 Passivhausschulen Offenbach / 10 Passivhausschulen Offenbach / 11 Passivhausschulen Offenbach / 12

4 Passivhausschulen Offenbach / 13 Passivhausschulen Offenbach / 14 Besondere Bedingungen in ÖPP-Projekten Öffentlich-Private-Partnerschaft Partnerschaftliche Zusammenarbeit der Privatwirtschaft mit der öffentlichen Hand Betrachtung der Gebäude von der Angebots-, über die Bauphase in eine 20-jährige Betriebsphase -> Optimierung Lebenszykluskosten Betrachtung sowohl der Erstinvest- als auch der Betriebskosten Einbeziehung des Fachwissens aller Beteiligten schon in der Angebotsphase (Klärung wesentlicher Detailpunkte) -> Der PHPP-Nachweis wird erstmals aufgestellt und während der Bauphase kontinuierlich gepflegt! Passivhausschulen Offenbach / 15 Passivhausschulen Offenbach / 16

5 Besondere Bedingungen in ÖPP-Projekten (Forts.) Ziele: Effiziente und langfristige Verwaltung und Bewirtschaftung der Objekte bei maximaler Verfügbarkeit und wirtschaftlich optimiertem Betrieb der gebäudetechnischen Anlagen Sicherung des Werterhaltes der Gebäude Garantie der Mengen an Wärmeenergie, Strom und Wasser als maximalen Verbrauch Enge Abstimmung der Beteiligten in Bau- und Betriebsphase Facility Management verantwortlich für den Betrieb, die Instandhaltung und Wartung, die Gewährleistungsverfolgung sowie die Steuerung und Überwachung der haustechnischen Anlagen -> Umfangreiche Gebäudeleittechnik notwendig Beethovenschule Freiflächenplan Passivhausschulen Offenbach / 17 Passivhausschulen Offenbach / 18 Beethovenschule (Forts.) Beethovenschule (Forts.) Ansichten Grundrisse Nord Ost West Süd Erdgeschoss Passivhausschulen Offenbach / 19 Passivhausschulen Offenbach / 20

6 Beethovenschule (Forts.) Grundrisse Berufsschulzentrum Buchhügel Freiflächenplan Erweiterungsneubau T H S KKS Sporthalle Obergeschoss Passivhausschulen Offenbach / 21 Passivhausschulen Offenbach / 22 Ansichten Erweiterungsneubau Grundriss Erweiterungsneubau Süd Ost West Erdgeschoss Obergeschosse Passivhausschulen Offenbach / 23 Passivhausschulen Offenbach/ 24

7 Ansichten Neubau 3-Feld-Sporthalle Süd Grundriss Neubau 3-Feld-Sporthalle Nord Süd Passivhausschulen Offenbach / 25 Passivhausschulen Offenbach/ 26 Ansichten Sanierung Bestandsgebäude THS Grundrisse Sanierung Bestandsgebäude THS Ost West Erdgeschoss Süd Nord 2. Obergeschoss Passivhausschulen Offenbach / 27 Passivhausschulen Offenbach / 28

8 Energetische Kenndaten und Gebäudetechnik Zertifizierung Zertifizierung, Begleitung Passivhaus-Zertifizierung für Übersicht U-Werte, blower door Ergebnisse, Wärmebrückenzuschläge Heizungs- Lüftungstechnik Kühlbedarf EDV-Räume End- und Primärenergiebilanzen Grundschule Beethovenschule inkl. Sporthalle Erweiterungsbau Berufsschulzentrum Buchhügel Für die Sporthalle Buchhügel war aufgrund verschiedener Energiestandards von Umkleide- und Hallenbereich keine Zertifizierung möglich Umkleidebereich der Sporthalle wurde Passivhaus geeignet ausgeführt Passivhausschulen Offenbach / 29 Passivhausschulen Offenbach / 30 Gebäudehülle Beethovenschule Gebäudehülle Buchhügel Erweiterungsneubau Bauteil Aufbau Fläche in m² U-Wert in W/(m²K) Außenwand Außenluft Außenwand Erdreich Dach, Decken Bodenplatte Fenster Stahlbeton, Kalksandstein, 300mm WDVS Stahlbeton, Kalksandstein, 300mm Perimeterdämmung Stahlbeton mm Gefälledämmung Bodenaufbau, Dämmung, Stahlbeton, Dämmung Holz-Alu-Fenster; PR- Fassade ,110 bis 0, ,113 bis 0, , ,132 bis 0, ,74 Wärmebrücken Länge in m Psi-Wert in W/(mK) Außenluft Kanten u.a ,011 Perimeter Bodenplatte-Außenwand 427 0,021 Erdreich Innenwände-Bodenplatte 691 0,063 Bauteil Aufbau Fläche in m² U-Wert in W/(m²K) Außenwand Außenluft Außenwand Erdreich Dach, Decken Bodenplatte Fenster Stahlbeton, 300mm WDVS ,110 bis 0,113 Stahlbeton, 300mm Perimeterdämmung Stahlbeton mm Gefälledämmung Bodenaufbau, Dämmung, Stahlbeton, Dämmung Holz-Alu-Fenster; PR- Fassade ,113 bis 0, , ,121 bis 0, ,78 Wärmebrücken Länge in m Psi-Wert in W/(mK) Außenluft Kanten u.a ,017 Perimeter Bodenplatte-Außenwand 315 0,067 Erdreich Innenwände-Bodenplatte 521 0,118 Passivhausschulen Offenbach/ 31 Passivhausschulen Offenbach/ 32

9 Gebäudetechnik - Überblick PHPP Blatt Zusatz-Lüftung Fernwärmeanschluss, PE-Faktor 0,6 bis 0,7 Beheizung/Kühlung über Lüftungsanlage Umluftbetrieb für Aufheizbetrieb oder außerhalb der Nutzungszeiten Volumenstromregelung in Abhängigkeit der Präsenz bzw. CO 2 - Konzentrationen bzw. Heizlast Indirekte adiabate Kühlung Minimierung der Druckverluste Mittlere Wärmebereitstellungsgrade > 80% (inkl. Küchenlüftung) Frischluftdimensionierung 20 m³/h pro Person Erhöhte mechanische Nachtlüftung im Sommer Heizkörper in den Umkleideräumen Thermische Solaranlagen zur Warmwasserbereitung (Sporthalle, Küche) Effiziente Küchengeräte Gebäudeleittechnik für Beleuchtung, Heizung, Lüftung, Sonnenschutz und Erfassung der Energieverbrauchsdaten Ermittlung des mittleren energetisch relevanten Außenluftvolumenstroms Klassenräume Raumvolumen 7273 m³ Nennluftvolumenstrom 8984 m³/h Stunden % vom Nennluftwechsel Volumenstrom Luftwechselrate Schulbetrieb Heizperiode 00:00-6:00 Uhr Nachtbetrieb 6 0% 0 0,00 6:00-7:30 Uhr Spülphase 1,5 0% 0 0,00 Raumbezeichnung Zuordnung 7:30-16:00 Raumvol. Uhr Schulbetrieb Volumenstr. je Raum 8,5 Luftwechsel 100% Nutzungszeiten 7940 Faktor Zeitanteil Faktor 1,09 Zeitanteil Faktor Zeitanteil Lüftungs- A x h VZU VAB VÜBER je Raum n Std./Tag Tage/Wo. Wo./Jahr Red.1 Red. 1 Red.2 Red.2 Red.3 Red. 3 16:00-17:30 Uhr Spülphase 1,5 0% 0 0,00 gerät m³ m³/h m³/h m³/h 1/h h d Wochen 17:30-20:00 Uhr Absenkbetrieb 2,5 15% ,16 Klassenräume , , % 57% 30% 18% 15% 25% 20:00-24:00 Uhr Nachtbetrieb 4 0% 0 0,00 Betreuung 2 792, , % 62% 60% 8% 20% 31% tagesmittlerer Volumenstrom m³/h Stadtteiltreff 3 316, , % 100% Ferienzeit, Wochenende - Heizperiode Sporthalle , , % 8% 40% 92% Anlage aus 24 0% 0 0,00 Küche 5 492, , % 67% 26% 11% 21% 22% tagesmittlerer Volumenstrom 24 0 m³/h WC-Anlagen 6 133, tagesmittlerer Volumenstrom Heizperiode 6, % 100% 1891 m³/h Schulbetrieb Sommer 00:00-6:00 Uhr Nachtkühlung 6 10% 794 0,11 6:00-7:30 Uhr Spülphase 1,5 10% 794 0,11 7:30-16:00 Uhr Schulbetrieb 8,5 100% ,09 16:00-17:30 Uhr Spülphase 1,5 10% 794 0,11 17:30-20:00 Uhr Absenkbetrieb 2,5 10% 794 0,11 20:00-24:00 Uhr Nachtbetrieb 4 10% 794 0,11 tagesmittlerer Volumenstrom m³/h Ferienzeit, Wochenende - Sommer nach Bedarf ,88 tagesmittlerer Volumenstrom m³/h Passivhausschulen Offenbach/ 33 Passivhausschulen Offenbach/ 34 Zusammenfassung Lüftung Beethovenschule Strangschema Lüftung Beethovenschule PHPP Blatt Zusatz-Lüftung sehr hilfreich Ergebnisse der Lüftungsauslegung und Geräteauswahl: Lüf- Bezeichnung Auslegung Mittelw. / Jahr effekt. Wärmebereitstellungsgrad spez.- tungs- der Anlage VZU VAB VZU VAB Luftwech. Leistungsgerät Nr. m³/h m³/h m³/h m³/h 1/h aufnahme 1 Klassenräume % 0,38 2 Betreuung % 0,36 3 Stadtteiltreff % 0,39 4 Sporthalle % 0,50 5 Küche % 0, WC-Anlagen % 0, Ergebnis Gesamtanlage ,38 82% 0,46 Passivhausschulen Offenbach/ 35 Passivhausschulen Offenbach/ 36

10 Lüftungsanlage Klassenzimmer Lüftungsanlage Klassenzimmer Heizregister Zuluftheizung Volumenstromregler Regelbare Ventilatoren Indirekte adiabate Kühlung Passivhausschulen Offenbach/ 37 Passivhausschulen Offenbach/ 38 Sommerlicher Wärmeschutz Sommerlicher Wärmeschutz Übertemperaturhäufigkeiten Nach PHPP ist sommerlicher WS für Gesamtgebäude erfüllt Da leichte Bauweise, keine freie Nachtlüftung und kein EWÜ, musste ventilatorgestützte Lüftung mit adiabater Kühlung umgesetzt werden (deshalb höherer Strombedarf für Lüftung im Sommer) Für kritische Räume, speziell für EDV-Räume wurden Raumsimulationen durchgeführt Untersucht wurde: Verschiedene Speichermassen durch unterschiedliche Decken Kühlung durch freie Lüftung Kühlung ventilatorgestützt mit adiabater Kühlung Quelle: Bericht ITA Weimar mbh Quelle: Bericht ITA Weimar mbh Passivhausschulen Offenbach/ 39 Passivhausschulen Offenbach/ 40

11 Sommerlicher Wärmeschutz Temperaturverläufe PHPP Kenndaten Beethovenschule Gebäudekennwerte mit Bezug auf Energiebezugsfläche Energiebezugsfläche: 6943,9 m ² Verwendet: Monatsverfahren Zertifizierungsanforderungen Erfüllt? Energiekennwert Heizwärme: 11 kwh/(m 2 a) 15 kwh/(m²a) ja Heizlast: 11 W/m 2 10 W/m² n.a. Drucktest-Ergebnis: 0,5 h -1 0,6 h -1 ja Primärenergie-Kennwert 85 kwh/(m 2 a) 120 kwh/(m²a) ja (WW, Heizung, Kühlung, Hilfs- u. Haushalts-Strom): Primärenergie-Kennwert (WW, Heizung und Hilfsstrom): 40 kwh/(m 2 a) Primärenergie-Kennwert Einsparung durch solar erzeugten Strom: kwh/(m 2 a) Übertemperaturhäufigkeit: 0 % über 25 C Energiekennwert Nutzkälte: kwh/(m 2 a) 15 kwh/(m²a) Energiekennwert Entfeuchtung: kwh/(m 2 a) Kühllast: 6 W/m 2 Quelle: Bericht ITA Weimar mbh Passivhausschulen Offenbach/ 41 Passivhausschulen Offenbach/ 42 Heizwärmebedarf Beethovenschule PHPP Kenndaten Berufsschulzentrum Buchhügel Erweiterung Wärmeströme in kwh/(m²a) Passivhausschulen Offenbach/ 43 Energiebilanz Heizwärme Verluste Gewinne passiv-solare Gewinne interne Gewinne Heizwärmebedarf Wärmebrückengutschrift nicht nutzbare Wärmegew. Lüftung Außentür Fenster Bodenplatte/Kellerdecke Dach/Decken Außenluft Außenwand Erdreich Außenwand Außenluft Wärmebrückenverlust Kennwerte mit Bezug auf Energiebezugsfläche Passivhausschulen Offenbach/ 44 Energiebezugsfläche: 7258,8 m 2 Verwendet: Monatsverfahren PH-Zertifikat: Erfüllt? Energiekennwert Heizwärme: 10 kwh/(m 2 a) 15 kwh/(m 2 a) ja Drucktest-Ergebnis: 0,5 h -1 0,6 h -1 ja Primärenergie-Kennwert (WW, Heizung, Kühlung, Hilfs- u. Haushalts-Strom): 112 kwh/(m 2 a) 120 kwh/(m 2 a) ja Primärenergie-Kennwert (WW, Heizung und Hilfsstrom): 30 kwh/(m 2 a) Primärenergie-Kennwert Einsparung durch solar erzeugten Strom: kwh/(m 2 a) Heizlast: 10 W/m 2 Übertemperaturhäufigkeit: 0 % über 25 C Energiekennwert Nutzkälte: kwh/(m 2 a) 15 kwh/(m 2 a) Kühllast: 4 W/m 2

12 Vergleich Endenergiebedarf Vergleich Endenergiebedarf Endenergiebedarf in MWh/a Beethovenschule Buchhügel 0 Passivhausschulen Offenbach/ 45 Passivhausschulen Offenbach/ 46 Vergleich Primärenergiebedarf Vergleich Primärenergiebedarf Primärenergiebedarf in MWh/a Beethovenschule Buchhügel 0 Passivhausschulen Offenbach/ 47 Passivhausschulen Offenbach/ 48

13 Energetisches Bautagebuch Energetisches Bautagebuch Passivhausschulen Offenbach/ 49 Passivhausschulen Offenbach/ 50 Erste Nutzererfahrungen unzensiert Erste Nutzererfahrungen (Forts.) Umstellung im Nutzerverhalten von alten Bestandsgebäuden auf technisch anspruchsvolle Gebäude bedarf einer erhöhten Aufklärung und Einweisung Um auf die Wünsche der Nutzer reagieren zu können, ist ein ausreichender Puffer für den Heizwärme- und Primärenergiebedarf im PHPP sinnvoll Durch die Automatisierung der Technik fühlt der Nutzer sich zum Teil fremdbestimmt Nachbetreuung sowie Nachjustieren der Anlagentechnik notwendig Nutzerwünsche z.b. bezogen auf die Raumtemperatur müssen abhängig von den energetischen Anforderungen beurteilt werden Auf Grund von einer hohen Anzahl von Wärmequellen im Raum (z.b. EDV-Raum mit bis zu 30 PCs) ist zum Teil das Kühlen der Räume auch im Winter notwendig Abweichungen von tatsächlichen Nutzungszeiten mit den projektierten Werten im PHPP müssen abgeglichen werden Passivhausschulen Offenbach / 51 Passivhausschulen Offenbach / 52

14 Zusammenfassung 2 PHI zertifizierte Schulgebäude wurden in einem ÖPP Projekt errichtet PHPP als energetisches Planungs- und Nachweiswerkzeug Strombedarf entscheidend für Primärenergiekennwerte Leichte Bauweise: max. Übertemperaturhäufigkeiten mit adiabater Kühlung einzuhalten Erste Nutzerrückmeldungen liegen vor Die Grundschule Beethovenschule beim Tag der! Besichtigungen am Samstag, :15, 13:15 und Uhr Passivhausschulen Offenbach / 53