Sanierung und Monitoring des Max-Steenbeck-Gymnasiums Cottbus

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1 Sanierung und Monitoring des Max-Steenbeck-Gymnasiums Cottbus Dr.-Ing. Tobias Häusler, Brandenburgische TU Cottbus-Senftenberg EnEff:Schule Förderkennzeichen: L

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 BHaustechnik defekt Abriss oder Sanierung? Machbarkeitsstudie für vier Fälle Baunutzungskosten bis 2045

3 Sanierung: Zeitplan, Kosten, Ziele 2009 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 - Fernwärme: 100 % - 17 % Elektroenergie: 100 % % nach Sanierung (Messwerte; vor Sanierung im Jahr 2006 ist Gebäude nur in Teilnutzung) Damit reduzieren sich die jährlichen Energiekosten um mehr als Komfort nur 2 % der Messwerte zeigen niedrige Luftqualität (laut DIN 13779) nur 5 % der Messwerte außerhalb eines hohen thermischen Komforts (PMV -0,5 bis +0,5) (laut EN ISO 7730; 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 Thermische Behaglichkeit Lüftung aus Jalousie Sommerbetrieb Ferien

10 Kohlendioxidgehalt Klassenraum

11 Optimierung Trinkwassererwärmung : - geringer Solarertrag Korrektur Sensor für Kollektortemperatur - hoher Fernwärmeanteil Änderung Speicherbeladungskriterium mit Fernwärme nur zur Vereinsnutzung - hohe Verluste im Wasserspeicher Absenkung der Speichertemperatur von 70 C auf 60 C :

12 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 Anzahl der Stunden Leistungsbereich in kw

13 Vier innovative Komponenten im Monitoringprojekt: Erdwärmespeicher mit solarer Überschusswärmenutzung unter der Turnhalle 9 MWh pro Jahr, 3 K wärmer, Einsparung von ca W Sole-Erdwärmeübertrager 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

14 Turnhalle Beladung Erdwärmespeicher Speicher voll geladen oder TKollektor< TSpeicher

15 Erdwärmespeicher mit solarer Überschusswärmenutzung 26 Temperaturen Erdwärmespeicher unter der Turnhalle Temperatur in C Mittelwert Erdreichtemperatur 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

16 Sole-Erdwärmeübertrager Die 24 jeweils 70 m tiefen Erdsonden liefern im Winter Wärme zum Vorheizen der Zuluft der Lüftungsanlagen eines Schulflügels und der Aula. Im Sommer kann eine Vorkühlung erfolgen.

17 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

18 PCM-Putz-Decke im Medienraum

19 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

20 40 Betrieb der Lüftungsanlage zum Kühlen Temperatur in C K Uhr Lüftung mit Kühlung Temperaturen: Raumluft oben Zuluft Lüftung Abluft Lüftung Luft außen Ostseite Nachtlüftung besser über Fenster 20 Tageslüftung besser mit Lüftungsanlage ca Uhr Nachtlüftung 0.00 Uhr Uhr 0.00 Uhr Uhr

21 Übergabe zum Projektende Vorstellung der Ergebnisse auf der Lehrerkonferenz Nutzerhinweise für Lehrer/-innen Rauminformation

22 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.

23 Nach dem zweijährigen 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 - Heizungsabsenkung in den Ferien - Optimierung Jalousiebetrieb nach Himmelsrichtung und Tageszeit - Senkung der Fixkosten für Fernwärmeanschlüsse

24 Fernwärmerücklaufeinkopplung

25 Westhof

26 Physikraum

27 Weitere Informationen: Schlussbericht: Aktuelle BINE-Projektinfo: Diese und weitere Schulen im Förderschwerpunkt: Vom November 2017 findet in Stuttgart der 5. Kongress»Zukunftsraum Schule Bildungsgebäude nachhaltig gestalten«statt.