Energetische Sanierung Gymnasium Söderblom in Espelkamp

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1 Energetische Sanierung Gymnasium Söderblom in Espelkamp

2 Überblick Dezentrale Belüftung Im Zuge der Sanierung des Ev. Schulzentrums in Espelkamp wurden verschiedene geeignete Maßnahmen durchgeführt, die den Energieverbrauch, die Energiekosten und damit die Emissionen senken. Diese kurze Evaluierung soll Ihnen einen Einblick in die vorgenommenen Veränderungen und deren Auswirkungen geben. Mensa Heizung LED BHKW CO 2 - Bilanz Stromeinsparung Fenster/ Fassaden KaTplan GmbH Münster 2

3 Zeitstrahl KaTplan GmbH Münster 3

4 Mensa Mensa Im Jahre 2011 wurde die neue Mensa auf dem Schulgelände fertig gestellt. Sie ist mit modernster Technik ausgestattet und bietet auf 133m² Essfläche genug Platz für die hungrigen Schüler KaTplan GmbH Münster 4

5 Mensa Mensa Da bei dem gesamtem Bauvorhaben speziell umweltfreundliche, kostengünstige und energiesparende Alternativen bevorzugt wurden, wurde auch in der neuen Mensa eine Wärmepumpe mit Hybridfunktion eingebaut. Wärmepumpen machen unabhängig. Sowohl von der Verfügbarkeit fossiler Energieträger als auch von unkalkulierbaren Preisentwicklungen. Und natürlich von den Temperaturen, die draußen herrschen. Wärmepumpen arbeiten prinzipiell wie Kühlschränke. Nur eben umgekehrt. Das Prinzip ist ganz einfach: Einer natürlichen Wärmequelle (Wasser, Erdreich oder Luft) wird Wärme entzogen, um sie für den Heizbetrieb zu nutzen. Das Heizsystem besteht immer aus drei Komponenten: -Wärmequellenanlage -Wärmepumpe -Wärmeverteil- und Speichersystem KaTplan GmbH Münster 5

6 Mensa Wärmepumpe mit Hybridfunktion Die Wärmeabgabe erfolgt am besten über eine Niedertemperaturheizung, hier in der Mensa über eine Fußbodenheizung. Ein Wasser-Glykol-Gemisch wird durch Rohre im Boden gepumpt und wird dort von der Erde erwärmt. Danach wird die Wärme (ca. 8-12C ) in einem geschlossenen Kreislauf aus dem Boden in das Heizsystem transportiert. Für einen geregelten und effizienten Betrieb ist es wichtig, eine gleichbleibende möglichst hohe Temperatur der Wärmequelle zu haben. Das ist auch im Winter bei 90 Metern Tiefe gegeben KaTplan GmbH Münster 6

7 Mensa Wärmepumpe mit Hybridfunktion In dem Heizsystem der Mensa ist eine zusätzliche Besonderheit eingebaut: Eine Hybridwärmepumpe. Hybrid bedeutet zuerst einmal vermischt, in diesem Fall wurde zusätzlich zu den Erdbohrungen ein Ventilator mit einem Wärmtauscher im Freien hinter der Mensa aufgestellt, durch den ebenso die Wasser- Glykol-Leitungen laufen. Bei dieser Systemvariation ist es gegeben, dass das wärmere Umgebungsmedium (Außenluft, oder Erdwärme) als Wärmequelle zur Erwärmung des Kältemittels bevorzugt wird KaTplan GmbH Münster 7

8 Mensa Wärmepumpe mit Hybridfunktion Innerhalb der Wärmepumpe fließt das flüssige Kältemittel in den sogenannten Verdampfer, darin fängt die Flüssigkeit schon bei sehr niedrigen Temperaturen an zu kochen bzw. sie verdampft. Dabei kühlt sie ab und nimmt Wärme auf. Die so aufgenommene Energie wird gespeichert. Das Kältemittel ist also nicht mehr flüssig, sondern gasförmig. Im nachgeschalteten Verdichter wird das Volumen des Kältemittelgases reduziert. Dabei steigt der Druck und damit auch die Temperatur des Kältemittels. Das heiße Kältemittel strömt nun weiter zum Verflüssiger. Das ist ein Wärmetauscher, in dem die gewonnene Umweltwärme auf das Heizsystem übertragen wird. Nachdem das Kältemittel den Kreislauf durchlaufen hat und durch die Abkühlung wieder flüssig geworden ist, kann nach der Druck- und Temperaturabsenkung durch das Expansionsventil wieder neue Wärme aus der Umwelt aufgenommen werden. Der Kreislauf beginnt also wieder von vorne KaTplan GmbH Münster 8

9 Mensa Mensa Die Mensa ist nach modernster Bauart und höchstem technischen Standard gebaut worden. Auf 133m² Essfläche finden zahlreiche Schüler Platz. Zusätzlich ist der Betrieb zweigeteilt; So öffnet am Morgen die Mensa die Türen für die Schüler und bietet im eigenen Kiosk verschiedenste Snacks an. Zu Mittag werden dann die Schüler mit einem umfangreichen warmen Mittagsangebot versorgt KaTplan GmbH Münster 9

10 Mensa Mensa Der Einbau der neuen Technologie hat nicht nur den Vorteil, dass der Verbraucher unabhängig von schwankenden Rohstoffpreisen ist, sondern hilft auch erheblich bei der Einsparung des CO 2 - Ausstoßes. Durch den Einbau der Wärmepumpe zur Versorgung der Mensa werden jährlich ca. 16,72 Tonnen CO 2 eingespart KaTplan GmbH Münster 10

11 Dezentrale Belüftung Bisherige Be- und Entlüftung Die bisherige Erwärmung und der Luftwechsel der Klassenräume wurde durch herkömmliche Guss- Gliederheizkörper und eine Kipp- bzw. eine Stoßlüftung der Fenster durchgeführt. Dieses einfache Verfahren hat entscheidende Nachteile: mitunter sehr hohe CO 2 -Belastung in den Klassenräumen Lärmbelastung durch offene Fenster starke und schnelle Abkühlung unregelmäßiger Luftaustausch Witterungsabhängigkeit KaTplan GmbH Münster 11

12 Dezentrale Belüftung TROX-SCHOOLAIR Dezentrales Belüftungssystem KaTplan GmbH Münster 12

13 Dezentrale Belüftung TROX-SCHOOLAIR Dezentrales Belüftungssystem Das neu eingebaute dezentrale Belüftungssystem ist mit einer Zu- und Abluftfunktion, einer Wärmerückgewinnung sowie einer Heizfunktion und einem Luftqualitätsfühler ausgestattet, die ein verbessertes Raumklima und eine gute Luftqualität herstellen. Hierzu zählen folgende Komponenten: Gegenstrom-Wärmeübertrager zur Lufterwärmung Motorisierte Absperrklappen für Außen- und Fortluft, stromlos geschlossen, um unkontrollierte Luftströmungen zu verhindern Bedarfsabhängige Be- und Entlüftung durch Überwachung der Raumluftqualität mit entsprechender Regelung möglich Dezentrales Lüftungsgerät mit hohen Volumenströmen KaTplan GmbH Münster 13

14 Dezentrale Belüftung Gegenstrom- Wärmeübertrager Der eingebaute Gegenstrom-Wärmeübertrager hat die Funktion, dass die warme verbrauchte Abluft in einem Wärmetauscher, ihre Wärme an die frische kalte Außenluft abgibt. Für den reinen Heizbetrieb ohne Nutzung ist eine Umluftfunktion vorgesehen. Das Ergebnis ist eine durch die Wärmerückgewinnung bereits lauwarme Außenluft, der nur noch wenig Wärmeenergie fehlt, um ein perfektes Raumklima zu schaffen. Die Restwärme wird über einen Wärmetauscher aus dem Heizungsnetz nachgeheizt. Im Sommerbetrieb werden die Räume über einen Bypass in den Nachstunden mit kühler Außenluft abgekühlt um die Aufheizung des Gebäudes im Hitzeperioden zu verringern KaTplan GmbH Münster 14

15 Dezentrale Belüftung Lüftungsgerät mit Gegenstrom-Wärmeübertrager Gegenstrom- Wärmetauscher KaTplan GmbH Münster 15

16 Dezentrale Belüftung CO 2 -Konzentration in den Klassenräumen Die hier abgebildeten Kurven beschreiben die berechnete CO 2 - Konzentration in einem 67m² Beispielklassenraum ohne kontrollierte Lüftung, der mit dreißig jährigen und >14-jährigen Schülern, bei ruhiger Tätigkeit (20 bzw. 21L/h CO 2 -Abgaberate), gefüllt ist. Die gelbe Vergleichslinie ist der Wert von 1500 CO 2 in ppm, der nach der DIN einzuhalten gilt. (Programm nach NLGA) KaTplan GmbH Münster 16

17 Dezentrale Belüftung CO 2 -Konzentration in den Klassenräumen Die rote Kurve beschreibt die CO 2 -Konzentration bei den >14- jährigen Schülern, bei normaler Kipplüftung. Hierbei ist eine Kipplüftung ausschließlich in den Pausen berücksichtigt worden. Die grüne Linie beschreibt ebenfalls die Konzentration bei Kipplüftung, bei den Schülern die zwischen 10 und 14 Jahre alt sind, ebenfalls ausschließlich in den Pausen. Bei einer individuellen Kombination der beiden Varianten läge die entsprechende Kurve dazwischen. Gleichzeitig variiert die Luftwechselrate der manuellen Belüftung je nach Wetterlage extrem (Sturm, Sommerflaute, ). Die blaue und die schwarze Kurve beschreiben jeweils die CO 2 -Konzentration, die die kontrollierte dezentrale Lüftung bei Jährigen bzw. >14-Jährigen im automatischen Betrieb erreicht KaTplan GmbH Münster 17

18 LEDs Umrüstung der bestehenden Beleuchtung Im Hauptgebäude und im Nebengebäude Jung Stilling des Söderblom-Gymnasiums wurde im 2. Bauabschnitt die alte Beleuchtung der Schule gegen eine LED-Beleuchtung ausgetauscht. Die neue Beleuchtung erhält Präsenzmelder und Tageslichtsteuerungen. Die Tageslichtsteuerung hat den entscheidenden Vorteil, dass die LED-Leuchten ihre Helligkeit dem Tageslicht anpassen, sodass immer eine optimale Lichtintensität für die Schüler zur Verfügung steht. Gleichzeitig schalten sich die Lichtelemente nur bei Benutzung des Raumes ein. Demnach sind die Lichtschalter nur noch für die gewollte Verdunkelung des Raumes notwendig KaTplan GmbH Münster 18

19 LEDs Umrüstung der bestehenden Beleuchtung Die Beleuchtung wurde im Hinblick auf eine gute Ausleuchtung der Räume und Flure aber auch aufgrund der möglichen Energieeinsparung zugweise in Klassenräumen, Fluren und Nebenräumen ausgetauscht. Für eine optimale Beleuchtung war es notwendig, die Leuchten neu zu positionieren. Es wurden je Klasse im Mittel acht LED Anbauleuchten mit einer Systemleistung von je 38 W Watt verbaut. Zusätzlich wurden separate Tafelleuchten ergänzt. Die elektrische Anschlussleistung der Beleuchtung hat sich je Klasse um ca. 700W verringert. Im Flur werden durch die Umrüstung von ca. 87 Watt T8-Leuchten auf 36W-LED-Leuchten etwa 70% des Stromverbrauchs eingespart. Der Stromeinsatz für Beleuchtung verringert sich von 16 W/m² auf nur noch knapp 6 W/m² Insgesamt verringert sich die Anschlussleistung der sanierten Beleuchtung von ca. 84 kw auf 32 kw. Der jährliche Stromverbrauch reduziert sich um etwa 80% oder weit über kwh/a KaTplan GmbH Münster 19

20 BHKW Block-Heiz-Kraftwerk -BHKW- Vor der Sanierung war das Schulzentrum mit einem abgängigen Heizsystem ausgestattet, welches u.a. an einer Stelle so undicht war, dass es ca. einen Liter beheiztes Wasser pro Minute verlor. Dadurch entstand alleine an Wasserkosten ein Schaden von ca. 852,00 jährlich. Das Schulzentrum Espelkamp wurde mit einer Anlage zur Kraft- Wärme-Kopplung ausgestattet. In dem Blockheizkraftwerk (BHKW) treibt ein Gasmotor einen Stromgenerator an. Der Strom wird zum größten Teil in den Schulgebäuden verbraucht KaTplan GmbH Münster 20

21 BHKW BHKW Ein BHKW hat mehrere entscheidende Vorteile gegenüber einer von Fernwärme angetriebenen Heizkesselanlage. Das bisher eingekaufte Stromvolumen wird nun zu einem großen Teil selber produziert. Überproduzierter Strom wird sogar zurück in das öffentliche Stromnetz eingespeist KaTplan GmbH Münster 21

22 BHKW BHKW In der Gesamtbilanz wird erheblich weniger C0 2 ausgestoßen. Gleichzeitig wird die Energieeffizienz erhöht, da sowohl die thermische als auch die mechanische Energie genutzt wird. Normale Großkraftwerke geben 60% der dort eingesetzten Brennstoffenergie nutzlos als Wärme in die Umwelt ab, in diesem Blockheizkraftwerk wird diese Wärme zur Beheizung der Schule genutzt, verfügt also über ein enormes Sparpotential. Pufferspeicher (je 1m³) werden aufgefüllt, sobald das Gymnasium kein Heizwasser mehr abnimmt (Wochenenden, Ferien, Sommertage ). Bei Bedarf wird das heiße Wasser aus diesen Tanks in das Heizsystem eingeleitet KaTplan GmbH Münster 22

23 Tausende BHKW BHKW CO 2 -Ausstoß im Vergleich in kg/a Mit BHKW Ohne BHKW Einsparungen CO2 Die Abwärme der Maschinen wird zur Beheizung der Gebäude genutzt. Durch die gekoppelte Erzeugung von Strom und Nutzwärme werden erhebliche Mengen Primärenergie eingespart und Emissionen verringert. In diesem Fall werden durch den BHKW-Einsatz die CO 2 -Emissionen der Gebäude um ca. 86,4 Tonnen CO 2 pro Jahr verringert KaTplan GmbH Münster 23

24 Stromeinsparung Stromeinsparung BHKW Stromlieferung an das Schulzentrum Espelkamp BHKW nimmt am den Betrieb auf Selbstproduktion durch das BHKW: kwh Prognose Stromverbrauch pro Jahr Selbstproduktion BHKW BHKW läuft an (Übergangsphase) Einsparung vernachlässigbar Durchschnitt KaTplan GmbH Münster 24

25 Stromeinsparung Stromeinsparung BHKW Nach bisherigen Hochrechnungen werden im Jahr ,4 % des benötigten Stroms durch das eigene BHKW erzeugt. Da durch die Modernisierung und die Sanierung der Gasverbrauch fast unverändert bleibt, obwohl z.b. durch die Mensa ein weiterer Abnehmer aufgetreten ist, ist dieser Anteil an Strom für das Schulzentrum ohne zusätzliche Emissionen! Jahresvergleich Gasverbrauch (kwh) Hochrechnung, basierend auf dem Gasverbrauch bis Jahresvergleich Gasverbräuche [kwh] Gasverbrauch Jahresvergleich Gasverbräuche [kwh] Durchschnitt KaTplan GmbH Münster 25

26 Bilanz Bilanz Durch die umgesetzten Maßnahmen der technischen Gebäudeausrüstung im Rahmen der energetischen Sanierung konnte der Gesamt-CO 2 -Ausstoß des Söderblom-Gymnasiums jährlich um ca. 200 Tonnen gesenkt werden! KaTplan GmbH Münster 26

27 Urheberrechte Sämtliche Inhalte, Fotos, Texte und Graphiken sind urheberrechtlich geschützt. Die Rechte gehören entsprechend dem Planungsbüro KaTplan, sowie der Evangelischen Kirche von Westfalen, der Firma Trox oder der Firma Viessmann KaTplan GmbH Münster 27