Bericht Salierschule Speyer

Bericht Salierschule Speyer Mit freundlicher Unterstützung des Ministeriums für Umwelt, Forsten und Verbraucherschutz Rheinland Pfalz Projektbegleitung Energetische Sanierung Grundschule und Turnhalle in Speyer 1 54

Verantwortlich im Sinne des Pressegesetzes für den Inhalt sind die Autoren. Aus der Benutzung der Studie können gegenüber der Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz keine Schadensersatzansprüche geltend gemacht werden. Die Forschungsanstalt ist bemüht, die Studien auf Wahrheit, Inhalte und Herkunft zu prüfen. Sie kann jedoch beispielsweise die Urdaten von Vor-Ort-Erhebungen, gegebenenfalls verwendete Algorithmen und Hintergrundinformationen nicht prüfen.

Inhaltsverzeichnis 1 Zusammenfassung der Ergebnisse und Empfehlungen... 3 2 Einleitung... 7 3 Projektauftrag... 8 4 Objektbeschreibung... 12 5 Bewertung Energie-Potential... 16 6 Bewertung Solarstrom-Potential... 39 7 Bewertung CO 2 -Potential... 52 8 Bewertung Finanz-Potential... 53 9 Impressum... 54 2 54

1 Zusammenfassung der Ergebnisse und Empfehlungen Die Stadt Speyer strebt an, im Sinne eines Vorbildcharakters, den Energieverbrauch von städtischen Gebäuden zu senken und damit einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten. Der Rat der Stadt Speyer hat die Wichtigkeit der Thematik erkannt und die Chance genutzt, diese energetische Zielsetzung auch für den Neubau der Salierschule Speyer zugrunde zu legen. Allerdings mitten in der Realisierungsphase nach Fertigstellung des Rohbaus, was zunächst zu einem Baustopp führte. Das neue Ziel umfasste die Ausführung des Schulneubaus im Passivhaus-Standard und die Ausführung der Sporthalle als Energiegewinn-Sporthalle. der Fachhochschule Kaiserslautern wurde beauftragt zu prüfen, ob die Salierschule Speyer mit dieser neuen Zielsetzung in das Forschungsprojekt Energetisch optimierte Schule aufgenommen werden kann. Im Auftrag des Ministeriums für Umwelt, Forsten und Verbraucherschutz Rheinland-Pfalz wurde der Neubau der Salierschule Speyer von INBG begleitet. In diesem Kontext wurde die Machbarkeit der geänderten energetischen Zielsetzung auf Grundlage der vorhandenen Planung und bereits durchgeführten Baumaßnahmen geprüft und bewertet. Schulgebäude: Das neue geänderte Energiekonzept nach Passivhaus-Standard bedeutete für den Entwurf der Salierschule Speyer, dass die geplante Dämmung der Außenhülle und die vorgesehenen Fenster und Türen auf den notwendigen Passivhaus-Standard angehoben werden mussten. Außerdem musste die Konzeption der Technischen Anlagen angepasst werden. In einem ersten Schritt wurde anhand einer energetischen Plausibilitätsprüfung berechnet, ob eine Realisierung des Schulgebäudes als Passivhaus-Ausführung überhaupt möglich ist. Dabei wurden die Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Werte) der Außenhülle betrachtet. 3 54

Die geänderte Planung der Salierschule Speyer erfüllte die Mindest-U-Werte des Passivhaus-Institutes Darmstadt. Im Vergleich zu einer in Hessen realisierten Passivhaus- Schule würde die Salierschule Speyer mit den o.a. Werten sogar einen um 1 kwh/m 2 geringeren Heizwärmebedarf erreichen. Die Bewertung der Gebäudehülle wurde mit Hilfe der Anforderungen der zum Zeitpunkt der Bearbeitung gültigen Energieeinsparverordnung (EnEV 2007) ausgearbeitet. Die Salierschule Speyer hat ein sehr gutes A/V-Verhältnis, was auf die gute Planung zurückzuführen ist. Die Ergebnisse der Plausibilitätsprüfung fielen entsprechend positiv aus. Somit konnte nachgewiesen werden, dass die geplante Gebäudehülle der Schule sich grundsätzlich für die Passivhausplanung eignet. Im zweiten Schritt überprüfte das INBG, ob sich für den Salierschulen-Neubau die Mehrdämmung auf Passivhaus-Niveau wirtschaftlich lohnt. Es wurde ein Vergleich der Energiekennwerte zwischen mehreren Varianten durchgeführt. INBG regte an, die Wirtschaftlichkeitsbewertung von den Ausschreibungsergebnissen abhängig zu machen. Die Ausschreibung der Dämmung sollte in verschiedenen Stärken und Güten erfolgen, um auf der Basis der dann vorliegenden Angebotspreise das wirtschaftliche Optimum zu ermitteln. Turnhalle Für die geplante Turnhalle wurde eine separate energetische Plausibilitätsprüfung durchgeführt. Der Nachweis führte zum Ergebnis, dass ein Jahres-Heizwärmebedarf von 33 kwh/(m²a) erreicht wird, der mehr als doppelt so hoch wie der zulässige Passivhaus- Grenzwert von 15 kwh/(m²a) ist. Zurückgeführt wurde dies auf die geringe Verglasungsfläche der ursprünglich geplanten Halle, die keine nennenswerten passiven solaren Gewinne lieferte. 4 54

Das führte zur Erkenntnis -und wurde auch anhand einer Tageslicht-Simulation bestätigtdass die Anpassung des Entwurfes durch Einplanung von größeren Fenstern die Berechnungen für die Turnhalle beeinflussen würden, so dass das Erreichen des Passivhaus- Standards für die Halle machbar wäre. Die zum Erreichen des Passivhaus-Standards notwendigen Maßnahmen hätten, aufgrund der großen Verglasungsflächen, eine erhebliche Änderung der Architektur zur Folge. Mehrkosten würden für eine effizientere Dämmung und die vergrößerten Verglasungsflächen entstehen. Das ursprüngliche Ziel war, eine Energiegewinn-Sporthalle zu errichten, also ein Gebäude, das mehr Energie produziert (z.b. mit Strom durch eine Photovoltaik-Anlage auf dem Dach) als verbraucht. Die Angaben zum Verbrauch wurden dem Ertrag der ausgelegten PV-Anlage gegenübergestellt. Das Ergebnis lieferte die Bestätigung, dass die Turnhalle als Energie-Gewinn-Sporthalle gelten kann, auch wenn -auf den Gesamtkomplex bezogen- sich unter den angenommenen Vorgaben kein Energiegewinn ergibt. Passivhausgeeignete Anlagentechnik Die Anlagentechnik für den Gesamtkomplex wurde von einem externen Planungsbüro erstellt und durch INBG in verschiedenen Varianten betrachtet und analysiert. Die geplante zentrale Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung und einem Luft-Heizregister je Nutzungsbereich wurde in einer dynamischen Simulation geprüft. Temperaturdifferenzen von bis zu 3 C ergaben sich für einen Klassenraum, der 3 Seiten der Außenhülle besitzt, im Vergleich zu einem Klassenraum, der von allen Seiten von Innenräumen umgeben ist. INBG sprach die Empfehlung aus, zusätzliche statische Heizflächen einzubauen, um Spitzen abzudecken und einzelne Räume individuell beheizen zu können. Fassaden-Elemente an der Turnhalle könnten zur Unterstützung der Warmwasseraufbereitung eingeplant werden. Bei Einsatz von Erdsonden, Wärmepumpen, einer Photovoltaik-Anlage und von Solarthermie könnte komplett auf fossile Brennstoffe verzichtet werden, unter der Annahme, dass der noch zusätzlich benötigte Strom ebenso regenerativ gewonnen wird. Das geplante Mini-Blockheizkraftwerk wurde als sinnvoller Lösungsansatz erachtet, wenn 5 54

man davon ausgeht, dass das Schulgebäude, die Turnhalle und der noch geplante Kindergarten, sowie möglicherweise weitere Gebäude angeschlossen werden und eine kontinuierliche Auslastung gewährleistet wird. Die ursprüngliche Planung sah eine relativ kleine PV-Fläche nur auf dem Dach der Sporthalle vor. In einer Solarstrom-Potential-Analyse wurden potentielle Flächen für Photovoltaik ermittelt. Obwohl die Ausrichtung der Dachflächen nicht optimal ist und es zu Ertragsminderungen durch Fremd- und Eigenverschattung kommt, ergibt sich dennoch für Speyer ein hoher Ertrag. Die wirtschaftliche Betrachtung zeigte, dass der Betrieb einer PV- Anlage sinnvoll ist und als zusätzlicher Baustein in Betracht gezogen werden kann. Der noch fehlende Ertrag, damit der Gesamtkomplex als Energie-Gewinn-Schule bezeichnet werden kann, könnte durch PV-Module erreicht werden, die z.b. auf Überdachungen von neu errichteten Stellplätzen oder Pausenaufenthaltsplätzen angebracht sind. Ergebnis Die Betrachtung der Salierschule Speyer durch INBG erfolgte mit dem Ziel, bei der Sanierung des Neubaus auf eine energetisch optimierte Schule unter Berücksichtigung des wirtschaftlich Gebotenen zu kommen, inklusive der Überprüfung auf Machbarkeit einer Null-Emissions-Schule als aktiver Beitrag zum Klimaschutz. Bei Umsetzung aller geplanten Maßnahmen der betrachteten Aspekte ist die Salierschule Speyer als Passivhaus mit Energiegewinn-Sporthalle realisierbar. Die benötigte Restenergie könnte regenerativ über eigene Photovoltaik gedeckt oder z.b. über Windkraftenergie bezogen werden, so dass die Salierschule Speyer klimaneutral bzw. als Null-Emissions-Schule betrieben werden kann. 6 54

2 Einleitung Vor dem Hintergrund der Umweltbelastung durch CO 2 sowie dem rapiden Preis-Anstieg der sich verknappenden nicht regenerativen fossilen Energieträger (Gas, Öl, Kohle, etc.) werden Lösungen zur Reduktion des CO 2 -Ausstoßes sowie alternative Lösungen zu den fossilen Energieträgern mehr denn je benötigt. Die Bewirtschaftung von Gebäuden verbraucht in Deutschland ca. 40 % der Energie und stellt somit ein hohes Potential zur Energieeinsparung dar. Das Land Rheinland-Pfalz, als Eigentümer einer erheblichen Anzahl von Gebäuden verschiedenster Nutzungen sowie Bauarten und somit als großer Energieverbraucher, sieht sich in der Verantwortung, u. a. auch im Sinne eines Vorbildcharakters, seine eigenen Gebäude energetisch zu optimieren. Ziel ist hierbei die maximale Reduzierung des Verbrauchs von Primärenergie unter Berücksichtigung des wirtschaftlich gebotenen. An Hand ausgewählter Pilot-Projekte soll die Machbarkeit der Zielsetzung überprüft und die dabei gewonnen Erkenntnisse anderen Projekten, im Sinne eines Wissenstransfers, öffentlich zugängig gemacht werden. der Fachhochschule Kaiserslautern bietet nachstehend für das unten genannte Objekt in angewandter Forschung eine wissenschaftliche Untersuchung, Bewertung und Veröffentlichung an. Objekt: Salierschule Speyer Hasenpfuhlstr. 32 67346 Speyer Bauherr: Stadtverwaltung Speyer Technisches Gebäudemanagement Maximilianstrasse 100; 67346 Speyer Projektleitung: Dipl.-Ing. (FH) Ilona Bast 7 54

3 Projektauftrag Projekt: Energetische Sanierung der Salierschule (Grundschule) in Speyer Projektziel: Wirtschaftlich optimierte Null-Emissions-Gebäude Leistungsangebot Projektbegleitung Projektbeurteilung Mitwirkung bei der Akquise des Projektes Besichtigung des Objektes Besprechung mit den Objektverantwortlichen Beurteilung auf Aufnahme in das Programm Bestandsdatenerfassung Es wird davon ausgegangen, dass INBG alle Projekt- und Objekt-Daten, möglichst in digitaler Form, bereitgestellt werden. Übernahme der Daten Weitere Leistungen zur Erhebung von Bestandsdaten, wie z. B. Nachhallzeiten, Materialbestimmungen, u. a. m. sind nicht Grundleistungen dieses Angebots und können zusätzlich als besondere Leistungen nach Anfrage und Angebot beauftragt werden. Bewertung Energie-Potential, EnEV und DIN 18599 Übernahme der Daten von den beteiligten Planern Analyse und Bewertung der Daten Entwicklung alternativer Lösungsvarianten unter besonderer Berücksichtigung der Aspekte Energie und Wirtschaftlichkeit Lösungsvarianten für eine vom Bestand, bzw. vom aktuellen Planungsstand ausgehende energetische Verbesserung möglichst hin zu einem Energiegewinn-Standard. Bewertung Solarstrom-Potential Aufbau eines 3D-CAD-Objekt-Modells Simulation von Eigen- und Fremd-Verschattung Ermittlung der potentiellen Dach- und Fassadenflächen für PV Überprüfung der Realisierbarkeit mit marktgängigen PV-Elementen Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Bewertung CO 2 -Potential Ermittlung der CO 2 -Emissionen für die o. g. Varianten Varianten jeweils inkl. und exkl. PV 8 54

Bewertung Finanz-Potential Ermittlung der Kosten für Bau-Realisierung, -Unterhaltung und Verwertung Varianten jeweils inkl. und exkl. PV Finanzierung Fördermaßnahmen Vergleichende Bewertung der Varianten Lebenszyklusbetrachtung mit einem Bezugszeitraum von 25 Jahren (ca. halbe Lebenserwartung von Gebäuden) Bauteilbezogener Nachweis Nachweis der Varianten u. a. für Best CO 2, Best Cost, Präsentationen und Beratungsgespräche vor Ort In einvernehmlicher Abstimmung mit der Projektleitung bieten wir max. bis zu 5 Termine vor Ort an für die Begutachtung des Objektes zur Aufnahme in das Förderprogramm für die Präsentationen der Arbeitsergebnisse in den diversen Gremien sowie für Planungsbegleitende Beratungsgespräche Qualitätssicherung in der Realisierungsphase Stichprobenartiges Controlling der Bauausführung Blowerdoor-Tests Infrarot-Fotografien Nachhallzeiten u. a. m. Diese Leistungen sind nicht Grundleistungen dieses Angebots und können zusätzlich als besondere Leistungen nach Anfrage und Angebot beauftragt werden. Monitoring Monitoring der relevanten Aspekte wie Stromverbrauch, Nutzungsdauer, Luftqualität, Temperatur, Akustik, u. a. m. Zeitraum mindestens 2 Jahreszyklen ab in Betriebnahme Installation eines Internet basierten Monitoring-Systems Analyse der Messdaten Empfehlungen für die Steuerung Zur abschließenden Bewertung des Projektes empfehlen wir dringend ein Monitoring durchzuführen um - das Gebäude optimal in seinem technischen Verhalten sowie in seinem Nutzerverhalten einzustellen und - Rückschlüsse aus der Anwendung für zukünftige Planungen zu entwickeln Diese Leistungen sind nicht Grundleistungen dieses Angebots und können zusätzlich als besondere Leistungen nach Anfrage und Angebot beauftragt werden. Publikation Aufbereitung und Dokumentation der Ergebnisse Veröffentlichung 9 54

Projektbeurteilung Die Betrachtung umfasst das Bauvorhaben eines Schul-Neubaus und einer Turnhalle. Aktueller Planungsstand zu Beginn der Projekturteilung: Die Planung basiert auf dem energetischen Standard der EnEV 2007. Der Rohbau ist fertig gestellt. Die Baustelle ist bis auf weiteres eingestellt. Mögliche Optimierungspotentiale: Sowohl die Schule als auch die Sporthalle weisen mögliche Optimierungspotentiale auf. Erste qualitative Einschätzung: Die klare Bauform erlaubt die Minimierung von Wärmebrücken. Bezüglich des Dämmstandards ist jeder U-Wert technisch umsetzbar, bis hin zu passivhaustauglichen Dämmstärken. Der Einbau einer kontrollierten Lüftung in alle Klassenräume ist aus hygienischen Gründen zwingend notwendig und aus bauphysikalischen Gründen anzuraten. Gleiches gilt für die Sporthalle; dort ist aber zu untersuchen, ob in Abhängigkeit von Nutzungsdauer und Belegungsdichte eine Lüftung mit Wärmerückgewinnung wirtschaftlich sinnvoll ist. Eine Steigerung der Stromeffizienz insbesondere für Beleuchtung, Heizungspumpen, Ventilatoren kann durch Optimierung nach DIN 18599 erreicht werden. Optimal ausgerichtete Dach- und Fassadenflächen zur Gewinnung von Solarstrom sind vorhanden. Erste quantitative Einschätzung: Das Diagramm beinhaltet die Werte der Turnhalle und der Schule. Die Turnhalle wurde nach EnEV-Aspekten begutachtet. Dadurch ist der EnEV-zulässige Verbrauch höher als der vorhandene. 10 54

Abbildung 1: Der Primärenergiebedarf beschreibt den Energiebedarf für die Bereitstellung von Heizenergie und Warmwasser. Darüber hinaus sind auch alle Umwandlungsverluste und Hilfsenergien berücksichtigt. Das Diagramm vergleicht den aktuellen Verbrauchswert mit dem Grenzwert nach EnEV 2002. Minimalwerte für die Verbesserung der thermischen Hülle in Passivhausstandard, sowie für die technische als auch bauliche Optimierung zeigen die Grenzen des Einsparpotentials auf. Die Solarstromgewinne zeigen den Bereich von pessimistischen zu optimistischen Annahmen bezüglich gebäudeintegrierter PV-Anlagen. Fazit: Auf Basis der o. g. Optimierungspotentiale halten wir das Projekt für eine modellhafte Realisierungsstudie für sehr gut geeignet. Ein Null-Emissionsstandard für das Schulgebäude scheint umsetzbar. Durch die spezifisch höheren Werte der Sporthalle ist dieses Ziel für das Gesamtprojekt schwer erreichbar. 11 54

4 Objektbeschreibung Ausgangssituation Nach Fertigstellung des Rohbaus wurde seitens der Bauherrschaft die energetische Zielsetzung der Baumaßnahme geändert, was zunächst zu einem Baustopp führte. Das neue Ziel umfasste die Ausführung des Schulneubaus in Passivhaus-Standard und die Ausführung der Halle als Energiegewinn-Sporthalle. der Fachhochschule Kaiserslautern wurde beauftragt zu prüfen, ob die Salierschule Speyer mit dieser neuen Zielsetzung in das Forschungsprojekt Energetisch optimierte Schule aufgenommen werden kann. In diesem Kontext wird die Machbarkeit der geänderten energetischen Zielsetzung auf Grundlage der vorhandenen Planung und bereits durchgeführten Baumaßnahmen geprüft und bewertet. Die Schule ist als Ganztags-Grundschule geplant. Ein Bestandsgebäude befindet sich in direkter Nachbarschaft und wird die Bibliothek sowie die Schul-Mensa beinhalten. Desweiteren wird der Komplex in Zukunft um einen Kindergarten-Neubau erweitert. 12 54

Ursprünglicher Planungsstand nach EnEV 2007 Folgende Daten zum Planungsstand lagen zu Beginn der Bearbeitung vor: Schulgebäude Die Gründung des Schulgebäudes erfolgt über eine Plattengründung mit einer 35 cm starken Stahlbetonplatte und einer darunter liegenden 8 cm Styrodurdämmung. Die Wände wurden mit Wienerberger T14 Poroton Planziegel errichtet (Stärke Außenmauerwerk 36,5 cm). Die Unterzüge und Stürze wurden umlaufend mit 3 cm Styrodur beklebt. Die Deckenkante ist mit einer Styrodurdämmung von 6 cm beklebt. Die gegenläufigen Pultdächer mit einer Neigung von 8 sind als Holzkonstruktion geplant, die Deckung mit einem Foliendach. Im Dach über der Atriumfläche sollen Oberlichter eingebaut werden, die gleichzeitig als RWA ausgebildet werden. Die südgerichtete Fassade, welche der Erschließung dient, ist als Glasfassade in einer Pfosten-Riegel- Konstruktion geplant. Technische Anlagen Schulgebäude: Für das Schulgebäude ist eine Fußbodenheizung vorgesehen, deren Wärme über eine Sole-Wasser-Wärmepumpe erzeugt werden soll. Die dafür benötigte Heizzentrale liegt nicht in der thermischen Gebäudehülle. Jeder Schulsaal soll mit einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung über einen rekuperativen Wärmetauscher ausgestattet werden. Wirkungsgrad ca. 90 %. Die Lüftung wird über CO2-Sensoren gesteuert. Turnhalle Die Sporthalle ist auf Streifen-Fundamenten gegründet. Darunter befindet sich eine 8 cm Styrodurdämmung. Die Außenwände entsprechen der Ausführung des Schulgebäudes. Die Stürze sind ebenso mit 3 cm Styrodur beklebt und im Ringankerbereich wurde 6 cm Dämmung verarbeitet. Die Dachkonstruktion des Hallenbereiches wird in Stahl ausgeführt. Die Dacheindeckung erfolgt mit einer 2- schaligen Trapezblechdeckung incl. Dazwischen liegender Dämmung, hierauf wird die Photovoltaikanlage montiert. Der Sozialtrakt mit Umkleiden und Geräteräumen wird aus einer Nagelbinderkonstruktion errichtet und mit einem zweischaligem Trapezblechdach incl. Dämmung und Photovoltaikanlage gedeckt. Technische Anlagen Turnhalle: In der Sporthalle sind nur für Umkleide- und Duschbereiche eine Lüftungsanlage zur Beund Entlüftung mit Wärmerückgewinnung über rekuperative Wärmetauscher vorgesehen. Die Steuerung erfolgt über Feuchtefühler. Schulgebäude Turnhalle 13 54

Grundriss Schulgebäude und Turnhalle Überarbeitete Planung nach Passivhaus-Standard Folgende Daten bzw. Informationen werden als Basis zur Passivhaus-Bewertung herangezogen: Schulgebäude Die geplante Dämmung der Außenhülle und die vorgesehenen Glaselemente wurden auf den notwendigen Passivhaus-Standard angehoben. Technische Anlagen Schulgebäude: Die geplante Ausführung der zentralen Lüftungseinheit incl. Wärmerückgewinnung wurde mit Warmwasserheizregister ergänzt. Um entstehende Spitzenwerte im Wärmebedarf innerhalb der Schulräume aufzufangen, erfolgt der zusätzliche Einbau einer statischen Heizung in den einzelnen Räumen. Die Warmwasserbereitstellung erfolgt im Schulgebäude über Durchlauferhitzer. Turnhalle In erster Linie soll die Turnhalle zu einer Energiegewinn-Sporthalle werden. Es ist zu prüfen, ob der EnEV2007 Standard dies bereits zulässt oder ob auch hier der Passivhaus-Standard als Basis umgesetzt werden muss. Technische Anlagen Turnhalle: Die im Hallenbereich geplante Deckenheizung wurde gegen eine Fußbodenheizung getauscht. Das Turnhallen-Dach wird mit einer Photovoltaik-Anlage versehen. Die Warmwasser-Bereitstellung in der Turnhalle soll über Wärmepumpen mit Anschluss an geothermische Erdsonden erfolgen. Die Machbarkeit der Geothermie muss anhand von geologischen Untersuchungen geprüft werden. Der vorhandene Gasbrennwert- Kessel im Bestandsgebäude dient als Ergänzung. 14 54

Lage Standort: Salierschule(Grundschule) und Turnhalle Mausbergweg 106 67346 Speyer Fakten in Kürze Neubau Schulgebäude: Fertigstellung: voraussichtlich 2009 BRI: 7849,72 m 3 BGF: 1697,56 m 2 NF: 1425,78 m 2 A/V-Verhältnis: 0,35 1/m Einteilung: 2 Geschosse, kein Keller EG: Klassenräume, Lehrmittelraum, Sanitärbereich, Atrium, Flur OG: Klassenräume, Lehrmittelraum, Sanitärbereich, Flur Neubau Turnhalle: Fertigstellung: voraussichtlich 2009 BRI: 6196,30 m 3 BGF: 954,23 m 2 NF: 814,01 m 2 A/V-Verhältnis: 0,42 1/m Einteilung: Halle, WC/Duschen, Umkleide/Geräte, Flur, Technik 15 54

5 Bewertung Energie-Potential Ausgangssituation Die ursprüngliche Planung bis zum Baustopp basiert auf dem energetischen Standard der EnEV 2007. Die für die Bewertung des Energie-Potentials zur Verfügung gestellten Daten stammen vom Wilhelm Ingenieurbüro für Bauwesen aus Speyer. Herr Dipl.-Ing. (FH) Karl-Heinz Wilhelm hat einen Nachweis nach PHPP durchgeführt. Zusammenfassung des geplanten Energiekonzeptes für die Grundschule Stand August 2008 Zentrales Lüftungsgerät mit Wärmerückgewinnung, ein Luft-Heizregister je Nutzungsbereich (Klassenräume Ostausrichtung, Klassenräume Westausrichtung, Flur/Atrium). Außerhalb der Betriebszeiten soll eine Stütztemperatur von 15-17 C gefahren werden. Die Lüftungsanlage sollte in diesen Zeiten auf min. Grundlüftung reduziert bzw. ausgeschaltet werden. In der Anheizphase vor Unterrichtsbeginn (Lufttemperaturen bis 25 C) werden im reinen Umluftbetrieb (sowie nach Nutzungsende bis Filter trocken) gefahren. Für die Nachheizung der Luft-Heizregister bietet sich der Gasbrennwertkessel im Nachbargebäude an. Im Flur/Atrium-Bereich ist eine Fußboden-/Wand- oder Deckenheizung vorgesehen, an die die vorgesehene Sole-Wärmepumpe, die auch die Sporthalle bedient, angeschlossen werden soll. Desweiteren wird das von der Stadt Speyer beauftragte Planungsbüro für HT überprüfen ob eine energetisch/technisch und wirtschaftliche Nutzung der Wärmepumpe in Verbindung mit der Erdwärme zur Kühlung im Sommer über die Flächenheizung im Atrium/Flur sinnvoll ist. Das Energiekonzept änderte sich im Laufe der Projektbearbeitung, da zwischenzeitlich die Ergänzung um einen Kindergarten eingeplant wurde. Mit dem schon begonnenen Bau der Salierschule führte das schließlich zu der Erstellung eines neuen Energiekonzepts. Zusammenfassung des geplanten Energiekonzeptes für die Grundschule Stand Oktober 2008 Da auf eine entsprechende Zuheizung durch den bisherigen Kessel im bestehenden Gebäude nicht verzichtet werden kann, wurde vorgeschlagen, neben diesem Kessel ein Mini BHKW für die Wärme- und Stromerzeugung zu errichten. Der Kessel sollte dann nur noch für Not- und Spitzenlast zum Einsatz kommen. Das BHKW sollte in seiner Dimension auch weitere Bebauung im Umfeld versorgen können, direkt mit einem Mikrowärmenetz den anschließend noch zu errichtenden Kindergarten. Zusätzliche Investitionen in erdbodennahe 16 54

Geothermie könnten dann sowohl für die Schule als auch für den Kindergarten entfallen. Durch die Schaffung eines einheitlichen Nahwärmenetzes für alle geplanten Gebäude, wären zukünftig alle Wärmeerzeugungstechniken an einem Punkt anschließbar und der unterschiedliche Wärmebedarf in allen Gebäuden könnte besser ausgeglichen werden. Schulgebäude Im Folgenden wird anhand einer energetischen Plausibilitätsprüfung mit Hilfe der Software Energieberater von Hottgenroth Software GmbH &Co.KG geprüft, ob eine Realisierung des Schulgebäudes in Passivhausausführung möglich ist. Dabei wurden für die bereits realisierten Bauteile des Rohbaus und die noch zu ergänzenden Elemente bzw. für die Außenhülle die Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Werte) verwendet, die auf dem energetischen Planungsstand des Energieberaters Herrn Dipl.-Ing. (FH) Wilhelm vom Wilhelm Ingenieurbüro für Bauwesen aus Speyer vom August 2008 beruhen. Zusätzlich wurde eine Lüftungsanlage mit einer Wärmerückgewinnung in die Berechnung miteinbezogen. In der unten aufgeführten Tabelle sind Richtwerte des Passivhausinstitutes für Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) dargestellt. Diese sollten erfüllt werden, um eine realisierbare Planung auf Passivhausniveau zu ermöglichen. Fazit: Die Salierschule Speyer erfüllt die Mindest-U-Werte des Passivhaus-Institutes Darmstadt. Im Vergleich zu einer in Hessen realisierten Passivhaus-Schule erreicht die Salierschule Speyer mit den o.a. Werten sogar eine um 1 kwh/m 2 geringeren Heizwärmebedarf. 17 54

Zusammenfassung der Ergebnisse der Plausibilitätsprüfung für das Schulgebäude: EnEV - Anforderungen an Nicht-Wohngebäude (Primärenergiebedarf / m³ im Jahr) Bewertung der Gebäudehülle Fazit: Die Gebäudehülle der Grundschule eignet sich grundsätzlich für die Passivhausplanung. 18 54

Variantenvergleich Passivhaus EnEV 2007: In den folgenden Diagrammen werden die Energiekennwerte des Schulgebäudes der Salierschule Speyer in der Passivhausplanung mit einer konventionellen EnEV 2007-Planung verglichen. 19 54

Energieeinsatz und Energieverluste im direkten Vergleich Fazit: Bei einer EnEV 2007-Planung steigert sich der Heizwärmebedarf des Schulgebäudes um 107% und der Endenergiebedarf um 161%. Passivhaus-Standard ist auf jeden Fall empfehlenswert! 20 54

Variantenvergleich Passivhaus Passivhaus ohne Mehrdämmung EnEV 2007: Der ursprüngliche Planungsstand der Stadt Speyer für die Salierschule sah keinen Passivhausstandard vor. Erst während der laufenden Planung wurde auf eine Passivhausrealisierung gesetzt. Die Kosten für die Mehrdämmung stammen aus einem Kostenanschlag der Stadt Speyer und belaufen sich auf ~50.000 (netto) bei einer 10cm starken Mehrdämmung der Außenhülle. Um die Effizienz der verschiedenen Ansätze zu klären wurde ein Vergleich der Energiekennwerte zwischen den 3 Varianten durchgeführt. Fazit: Die Berechnungen ergeben, dass sich bei der Variante PH-Schule ohne Mehrdämmung nur eine Steigerung von 3kWh/m²a (von 14 auf 17kWh/m²a) des gerechneten Heizwärmebedarfs im Vergleich zur Passivhausschule ergibt. Es stellt sich die Frage, ob eine Mehrinvestition von 50.000 (netto) gegenüber 17% eingespartem Heizwärmebedarf sinnvoll ist. Im ungünstigsten Fall ist die Einsparung im Lebenszyklus von 30 Jahren geringer als die Investition. Diese Problematik wird auf den folgenden Seiten näher untersucht. 21 54

Wirtschaftliche Betrachtung der Mehrdämmung Die folgenden Diagramme zeigen eine wirtschaftliche Betrachtung der Dämmung auf 30 Jahre mit Entwicklung der Energiekosten für 4 Energiepreissteigerungsszenarien bei 3%, 5%, 7% und 10% Energiepreissteigerung. Dabei wird die Summe der Heizenergiekosten (inkl. Preissteigerung 3%, 5%, 7% und 10%) der folgenden Varianten gegenübergestellt: Variante 1 Passivhaus-Schule ohne Mehrdämmung Variante 2 Passivhaus Die Einsparnisse durch die Mehrdämmung werden mit den Mehrkosten verglichen. Der Energiepreis wird im Mittel mit 0,09 / kwh (netto) (Gas ca. 0,08 /kwh, Strom ca. 0,14 /kwh, beides netto) angenommen und ist abhängig vom Energieträger. Der Betrag von 50.000 (netto) wird als vorhandenes liquides Kapital in die Betrachtung mit einkalkuliert. Szenario 1: 3% Energiepreissteigerung Heizenergiekosten + Heizenergieersparnis auf 30 Jahre bei 3% Energiepreissteigerung Die Energieersparnisse bei 3% Energiepreissteigerung belaufen sich in 30 Jahren auf insgesamt 16.518,18 (netto). Bei 3% Energiepreissteigerung lohnt sich die Mehrdämmung wirtschaftlich nicht. 22 54

Szenario 2: 5% Energiepreissteigerung Heizenergiekosten + Heizenergieersparnis auf 30 Jahre bei 5% Energiepreissteigerung Die Energieersparnisse bei 5% Energiepreissteigerung belaufen sich in 30 Jahren auf insgesamt 23.067,57 (netto). Bei 5% Energiepreissteigerung lohnt sich die Mehrdämmung wirtschaftlich nicht. Szenario 3: 7% Energiepreissteigerung Heizenergiekosten + Heizenergieersparnis auf 30 Jahre bei 7% Energiepreissteigerung Die Energieersparnisse bei 7% Energiepreissteigerung belaufen sich in 30 Jahren auf insgesamt 42.167,30 (netto). 23 54

Bei 7% Energiepreissteigerung lohnt sich die Mehrdämmung wirtschaftlich nicht. Szenario 4: 10% Energiepreissteigerung Heizenergiekosten + Heizenergieersparnis auf 30 Jahre bei 10% Energiepreissteigerung Die Energieersparnisse bei 10% Energiepreissteigerung belaufen sich in 30 Jahren auf insgesamt 73.430,13 (netto). Bei 10% Energiepreissteigerung würde sich die Mehrdämmung wirtschaftlich lohnen. Fazit: Bei den ersten drei Varianten der Energiepreissteigerung, stehen die Mehrkosten für die Dämmung in keinem Verhältnis zur Einsparung. Erst bei einer jährlichen Preissteigerung von 10% würde sich die Investition lohnen. Da es sich bei den Mehrkosten um einen Kostenanschlag handelt, kann eine Endbetrachtung erst nach Durchführung der Ausschreibungen erfolgen. Die Ausschreibung der Dämmung sollte in verschiedenen Stärken und Güten erfolgen, um auf der Basis der dann vorliegenden Angebotspreise das wirtschaftliche Optimum zu ermitteln. 24 54

Turnhalle Im Folgenden wird anhand einer energetischen Plausibilitätsprüfung festgestellt, ob eine Realisierung der Turnhalle in Passivhausausführung möglich und sinnvoll ist. Als Basis dienen die Daten der ermittelten Planungswerte durch den Energieberater Dipl.-Ing. (FH) Wilhelm. Zusätzlich wurden vom Passivhaus-Institut zertifizierte Fenster, sowie eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung und einem Wärmebereitstellungsgrad von 80% in den Nachweis miteinbezogen. In der unten aufgeführten Tabelle sind Richtwerte des Passivhausinstitutes für Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) dargestellt. Diese müssen erfüllt werden, um eine realisierbare Planung auf Passivhausniveau zu ermöglichen. Fazit: Trotz der getroffenen Maßnahmen führt der Nachweis nicht zu einem ausreichenden Ergebnis, da der Jahres-Heizwärmebedarf mit 33 kwh/(m²a) mehr als doppelt so hoch wie der zulässige Grenzwert nach Passivhaus-Standard ist. Zurückzuführen ist dies möglicherweise auf die geringe Verglasungsfläche der ursprünglich geplanten Halle, die keine nennenswerten passiven solaren Gewinne liefert und auf den geringen vorprojektierten Wärmebereitstellungsgrad der Lüftungsanlage. 25 54

Ausführliche Berechnungsunterlagen der Plausibilitätsprüfung (Turnhalle): Der Passivhaus-Nachweis wurde anhand des Passivhaus-Projektierungs-Pakets (PHPP) 2007 durchgeführt. 26 54

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Optimierungsvariante (Turnhalle): Folgende planerischen Maßnahmen könnten zum Erreichen des Passivhaus-Standards umgesetzt werden: 1. Erhöhung der Gebäudedichtigkeit von 0,6/h auf 0,1/h 2. Solare Gewinne über Vergrößerung der Glasflächen mit Südorientierung 3. Erhöhung des Wärmebereitstellungsgrades der Lüftungsanlage auf mind. 85 % Eine Tageslichtsimulation ergab, dass die geplante Verglasungssituation im Gebäude keine ausreichende Versorgung mit natürlichem Licht gewährleistet, wodurch ein erhöhter Strombedarf zur künstlichen Beleuchtung zu erwarten ist. Unter dem Aspekt der Verbesserung wird eine Öffnung der Nordfassade empfohlen und die Möglichkeit Dachflächenfenstern einzubauen sollte überprüft werden. Im Zusammenhang mit der Prüfung des Passivhaus-Standards wurden verschiedene Varianten berechnet um festzustellen, mit welchem Aufwand dieser erreicht werden könnte. Darauf basierend erfolgte eine Gegenüberstellung der möglichen Energieersparnis mit dem Energieertrag. Variante 1: Turnhalle mit Dachflächenfenster (ca. 122 m²), Lüftungsanlage mit 85 % Wärmebereitstellungsgrad. Hierbei erzielter Heizwärmebedarf: 15 kwh/(m²a) Variante 2: Turnhalle mit Dachflächenfenster (ca. 73 m²), Lüftungsanlage mit 92 % Wärmebereitstellungsgrad. Hierbei erzielter Heizwärmebedarf: 15 kwh/(m²a) Variante 3: Turnhalle ohne Dachflächenfenster, Lüftungsanlage mit 92 % Wärmebereitstellungsgrad. Hierbei erzielter Heizwärmebedarf: 26 kwh/(m²a) Turnhalle mit Dachflächenfenster Turnhalle mit geöffneter Nordfassade 28 54

Vergleich der Energieersparnis anhand der Varianten 1-3 mit dem Energieertrag durch die PV-Anlage Energieersparnis bezogen auf Fachplanung nach Konzept 2 (33 kwh/m 2 a). Überprüfung der Turnhalle auf Energiegewinn-Sporthalle Die vorliegenden Angaben zum Verbrauch der beiden Gebäude und zum Ertrag der Photovoltaik-Anlage sind nachfolgend in einer Tabelle einander gegenüber gestellt: Fazit: Grundsätzlich ist die Turnhalle eine Energie-Gewinn-Sporthalle, jedoch bezogen auf den Gesamtkomplex ergibt sich unter den angenommenen Vorgaben kein Energiegewinn. Die zum Erreichen des Passivhaus-Standards notwendigen Maßnahmen hätten, aufgrund der großen Verglasungsflächen, eine erhebliche Änderung der Architektur zur Folge. Zusätzlich wäre die Fläche für die Photovoltaik-Anlage um ca. 110m 2 kleiner. Mehrkosten würden für die effizientere Dämmung und die vergrößerten Verglasungsflächen entstehen. 29 54

Ausführliche Berechnungsunterlagen der Optimierungsvariante (Turnhalle): Der Passivhaus-Nachweis wurde anhand des Passivhaus-Projektierungs-Pakets (PHPP) 2007 durchgeführt. 30 54

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Anlagentechnik des Gesamtkomplexes Salierschule Speyer Als Heiz-Lüftungs-Konzept wurde zu Beginn der Planung eine zentrale Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung und einem Luft-Heizregister je Nutzungsbereich geplant. In einer dynamischen Simulation zweier unterschiedlicher Klassenräume, eines Kopf- und eines Zwischenraumes, ergab sich eine Temperaturdifferenz um bis zu 3 C (siehe nächstes Kapitel). Um diese Abweichungen aufzufangen ist es möglich, statische Heizflächen als Zusatzleistung einzubauen. Die Warm-Wasser-Versorgung soll im Schulgebäude mit Hilfe von Durchlauferhitzern sichergestellt werden. In der Sporthalle ist die Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung nur für die Umkleide- und Duschbereiche vorgesehen. Die Steuerung erfolgt über Feuchtefühler. da die Warmwasseraufbereitung nur für die Duschen vorgesehen ist, soll hier der vorhandene Brennwertkessel im Bestandsgebäude zum Einsatz kommen. Um jedoch diese Anlage zu entlasten und unabhängiger von fossilen Brennstoffen zu werden, wurde angedacht mit Geothermie und einer Wärmepumpe mit großem Pufferspeicher zu arbeiten. Es ist durch ein geologisches Institut zu prüfen, ob der Einsatz von Geothermischen Erdsonden möglich ist. Diese Anlage wurde in der zweiten Planungsphase um die Option eines Mini-Blockheizkraftwerkes (BHKW) als Nutzungseinheit für den zukünftig geplanten Gesamtkomplex ergänzt. Der Systemvorschlag der Anlagentechnik für die Salierschule Speyer wurde vom Kluge Planungsbüro für Heizungs-, Lüftungs-, Klima- und Sanitärtechnik aus Ettlingen erstellt. Fakten in Kürze Planungsstand Februar 2009 - Warmwasserbereitung nur für Turnhalle vorgesehen (Duschen) - Im Schulneubau WW nur über Durchlauferhitzer - Trinkwassererwärmung für Turnhalle über bestehenden Brennwertkessel - Erdsonden und Wärmepumpe mit großem Pufferspeicher im Technikraum der Turnhalle - Erweiterung der Anlage durch BHKW (wegen Einbindung des geplanten Kindergartens) - Pro Schulsaal eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung über rekuperativen (rückgewinnend) Wärmetauscher, Wirkungsgrad 90%, Steuerung über CO 2 -Sensoren - Im Sporthallenbereich ist lediglich für Dusche und Umkleiden eine Lüftungsanlage mit Be- und Entlüftung mit Wärmerückgewinnung über rekuperativen Wärmetauscher vorgesehen. Steuerung über Feuchtefühler Optimierungsmöglichkeiten - Trinkwassererwärmung für Turnhalle über Erdsonden und zwei Wärmepumpen - Wegfall des kleinen Pufferspeichers - Evtl. Vergrößerung des Hauptpufferspeichers - Solarthermie zur Trinkwassererwärmung - Brennwertkessel wird nur zu Spitzenlastzeiten aktiviert - Turnhalle über Deckenstrahler beheizt Wegfall der Fußbodenheizung 32 54

Abb. Siehe anhang Die Salierschule Speyer verfügt im bestehenden Gebäude über einen Brennwertkessel mit einer Leistung von 45kW. Dieser soll zur Trinkwasser-Erwärmung der Duschen in der Turnhalle eingesetzt werden, hierzu wird über eine außerhalb der thermischen Hülle liegende Fernleitung ein ca. 750 Liter großer Pufferspeicher auf etwa 45 C beheizt. Dieser Puffer wiederum versorgt zwei Wärmetauscher mit einer Leistung von jeweils 53kW, durch die der Trinkwasser-Kreislauf auf ca. 40 C geheizt wird. Da der Trinkwasserkreislauf vom Heizkreislauf getrennt ist, kann auf eine höhere Temperatur des Heizkreislaufes zum Abtöten von Keimen - verzichtet werden. Im Technikraum der Turnhalle sind zusätzlich zwei je 80kW leistende Sole-Wärmepumpen mit Erdsonden vorgesehen, die zum einen die Heizung der Turnhalle und zum anderen über eine außerhalb der thermischen Hülle liegende Fernleitung die Heizung des Schulgebäudes bereitstellen sollen. Fazit: Zur Unterstützung der Warmwasseraufbereitung für den Turnhallenbetrieb kann eine Solaranlage als Fassaden-Element eingeplant werden oder man koppelt die Brauchwassererhitzung mit den Sole-Wärmepumpen. Eine Mehrinvestition in zusätzliche Erdsonden und in einen größeren Pufferspeicher wäre eventuell notwendig. Bei einer vollständigen Entkopplung vom Gasbrennwert-Kessel im Bestandsgebäude und Einsatz der Erdsonden, der Wärmepumpen, der Photovoltaik-Anlage und der Solarthermie könnte komplett auf fossile Brennstoffe verzichtet werden, unter der Annahme, dass der noch zusätzlich benötigte Strom ebenso regenerativ gewonnen wird. Das BHKW wird dann als sinnvoller Lösungsansatz erachtet, wenn man davon ausgeht, dass das Schulgebäude, die Turnhalle und der noch geplante Kindergarten, sowie möglicherweise weitere Gebäude angeschlossen werden und eine kontinuierliche Auslastung gewährleistet wird. 33 54

Kurzuntersuchung von zwei unterschiedlichen Klassenräumen im Hinblick auf eine zentrale Lüftungsanlage mit Beheizung Bei einer zentralen Lüftung mit Beheizung besteht die Problematik darin, eine ausgeglichene RLT-Einstellung sowohl für den energetisch optimalen als auch für den energetisch suboptimalen Klassenraum zu finden. Dies kann im besten Fall während der ersten Heizperiode geschehen oder im schlimmsten Fall während oder nach der zweiten Heizperiode. Wird die Vorlaufzeit und die Solltemperatur der Lüftung, z.b. am Montagmorgen, für den optimal gelegenen Klassenraum ausgelegt, d.h. die Nutzer haben bei Unterrichtsbeginn die gewünschte operative Temperatur und auch die daraus resultierende Behaglichkeit, ist diese Einstellung für den suboptimal gelegenen Klassenraum (hoher Wandanteil gegen Außenluft + Dachfläche) nicht ausreichend, da eine höhere Solltemperatur der Lüftungsanlage oder auch eine andere Vorlaufzeit benötigt wird, um die geforderte operative Raumtemperatur zu erhalten und die Behaglichkeit sicherzustellen. Klassenraum 1: energetisch suboptimaler Klassenraum Lage: OG, Eckzimmer hoher Wandanteil gegen Außenluft + Dachfläche 34 54

Klassenraum 2: energetisch optimaler Klassenraum Lage: EG, mittig gelegen, zwischen zwei Räumen eine Wandfläche gegen Außenluft Allgemeine bzw. festgelegte Parameter Wetterdaten: Baulicher Sonnenschutz: Beweglicher Sonnenschutz: Mannheim Nein Ja Wärmelasten Personenanzahl pro Klassenraum: 25 Aktivitätsgrad nach DIN 1946: körperlich nicht tätig (75W) Kunstlicht: Leuchtstoffröhre, direkte Beleuchtung Strahlungsabhängige Steuerung Wärmeeintrag pro m²: 13 W/m² Lüftung Max. Luftwechsel: 0,1 1/h Wirkungsgrad Wärmerückgewinnung: 80% Be- und Entfeuchtung: Nein Max. Zuluftmenge: 450 m³/h Heizung Innenraumtemperatur (Atrium): 15 C Sommerbetrieb: 01.05 01.09 Behaglichkeit Bekleidungsfaktor: Energieumsatz: Typischer Anzug 1 clo sitzende Tätigkeit 1,2 met 35 54

Variable Faktoren (Können für eine Kurzeinschätzung vernachlässigt werden) Bezugsfläche der 2 Klassenräume Nettovolumen der 2 Klassenräume Institut für Nachhaltiges Bauen und Gestalten Zu bestimmende Faktoren Die Vorlaufzeit der Lüftung, um bei Unterrichtsbeginn die gewünschte Temperatur zu erzielen Solltemperatur der Lüftung Daraus resultierenden Werte Die für den Nutzer gefühlte Temperatur (operative Raumtemperatur) Behaglichkeit/Komfort (Prozentsatz unzufriedener Menschen; sollte zwischen 10% - 20% liegen) Die Simulation wurde mit TRNSYSlite 5.0.50 durchgeführt. Festgelegte Parameter Wetterdaten Mannheim Zeitraum 01.01.2008 20.01.2008 Solltemperatur Lüftungsanlage 30 C Zeitprofil 06:00 13:00 Untersuchung Klassenraum 1 energetisch suboptimaler Klassenraum Komfort 01.01.2008 20.01.2008 Eingegebenes Zeitprofil Vorausgesagter Prozentsatz Unzufriedener Personen (sollte bei 10% liegen) 36 54

Temperatur 01.01.2008 20.01.2008 Zulufttemperatur Operative Raumlufttemperatur Raumlufttemperatur Außentemperatur Temperatur 16.01.2008 Zulufttemperatur Operative Raumlufttemperatur Raumlufttemperatur Außentemperatur 37 54

Untersuchung Klassenraum 2 energetisch optimaler Klassenraum Temperatur 16.01.2008 Zulufttemperatur Operative Raumlufttemperatur Raumlufttemperatur Außentemperatur Fazit: Trotz -für den Klassenraum 2 (Raum im EG)- optimal eingestellter zentraler Lüftungsanlage, wird im energetisch schlechteren Klassenraum 1 ungefähr eine um 3 C geringere operative Raumlufttemperatur (gefühlte Temperatur) erzielt. Diese kann zu Einbußen im Komfort der Nutzer führen. Die Auslegung der zentralen Lüftungsanlage sollte eine Grundversorgung sicherstellen. Für die Spitzen im Winter und die individuelle Resttemperierung der Klassenräume werden kleine statische Heizkörper empfohlen, wie diese auch an anderen nach PHPP geplanten Schulen der Fall ist. 38 54

6 Bewertung Solarstrom-Potential Einleitung Die Sonne ist eine Ressource, die vorhanden und jedem frei zugänglich ist. Sie liefert uns jährlich weit mehr Energie als auf der Erde verbraucht wird. In Deutschland bedeutet dies, je nach Region, eine Einstrahlung von 950 1200 kwh/m² jährlich. Die Nutzung der Sonnenenergie zur Stromerzeugung kann durch Solarzellen erfolgen. Sie wandeln das Sonnenlicht in elektrische Energie um. Solarzellen werden zu so genannten Modulen zusammengeschlossen, die den gleichstrom-erzeugenden Generator bilden. Der erzeugte Strom wird über einen Wechselrichter in das Stromnetz des Energieversorgers eingespeist. Die gesamte Anlage wird als Photovoltaik-anlage bezeichnet. Die Nutzung der Photovoltaik (PV) ist eine der Möglichkeiten, die Stromversorgung durch regenerative Energieträger zu sichern. Durch die Einführung des Erneuerbare- Energien-Gesetzes (EEG)- mit garantierten Einspeisevergütungen für den Solarstrom in Verbindung mit zinsgünstigen Darlehn wurden Voraussetzungen geschaffen, Solarstrom-Anlagen wirtschaftlich zu betreiben. Vor diesem Hintergrund wurde geprüft, ob und wie fern die Errichtung einer Solarstromanlage auf der Dachfläche der Salierschule Speyer generell möglich und aus wirtschaftlicher Sicht sinnvoll ist. Quelle: Photovoltaik: Strom ohne Ende; ISBN: 978-3-934595-74-3 Quelle: Photovoltaik: Strom ohne Ende; ISBN: 978-3-934595-74-3 Während Beschattungen die Arbeit eines Solargenerators entscheidend beeinträchtigt, spielen Neigung und Ausrichtung der Fläche eine geringere Rolle als oft vermutet. Dafür gibt es zwei Gründe: Erstens, die von den Jahreszeiten abhängige Sonnenbahn über dem Himmel, die vom morgendlichen Sonnenaufgang im Osten bis zum Sonnenuntergang im Westen im Winter einen Winkel ab 100 Grad und im Sommer bis zu 240 Grad erreicht. Zweitens, der hohe Anteil diffuser Sonneneinstrahlung in Mitteleuropa. Mit den o.a. Abbildungen kann abgeschätzt werden, um wie viel geringer die Sonneneinstrahlung ist, wenn der Solargenerator von der optimalen Ausrichtung abweicht. 39 54

Gebäude als 3D-CAD Objekt / Randbedingungen Nachstehende Dachflächen wurden für diese Untersuchung herangezogen: Dachfläche West Schulgebäude Dachfläche Ost Schulgebäude Randbedingungen Brutto Bezugsfläche: ca. 370m² Neigung 7 Ausrichtung +90 West Zu erwartender Solarertrag 90% E-Bau: Höhe 10,6m 16,4m Randbedingungen Brutto Bezugsfläche: ca. 680m² Neigung 8 Ausrichtung -90 Ost Zu erwartender Solarertrag 90% E-Bau: Höhe 10,6m 16,4m Bäume: Abstand ca. 15m, h= ca.12m Dachfläche 1 Sporthallengebäude Dachfläche 2 Sporthallengebäude Randbedingungen Brutto Bezugsfläche: ca. 420m² Neigung 5 Modul Ausrichtung 0 Süd Zu erwartender Solarertrag 100% E-Bau: Höhe 10,6m 16,4m Randbedingungen Brutto Bezugsfläche: ca. 500m² Neigung 5 Modul Ausrichtung 0 Süd Zu erwartender Solarertrag 100% E-Bau: Höhe 10,6m 16,4m 40 54

Simulation von Eigen- und Fremd-Verschattung Schulgebäude Dachfläche West Schulgebäude Eigen- Verschattung durch Dachversatz: Durch den Dachversatz kann es im Jahresverlauf eine Verschattung bis zu 44% geben. Angesichts dieser Ausgangslage, wird empfohlen, zum Versatz hin, bei der Photovoltaik Auslegung eine Abstandsfläche von ca. 4,5m einzuhalten. Fremd-Verschattung durch den E-Bau Durch den E-Bau kann es im Jahresverlauf in den Nachmittags/Abendstunden zu einer Verschattung der Dachfläche West kommen. Zu dieser Zeit ist der Direktstrahlungsanteil rückläufig. Ertrags Simulation Die Ausrichtung des Daches ist nicht optimal, dennoch ergibt sich für die Dachfläche West unter Berücksichtigung aller oben genannter Punkte ein spezifischer Jahresertrag von ca. 814.75 kwh/kwp. 41 54

Dachfläche Ost Schulgebäude Situation Winter Fremd-Verschattung durch Bäume Situation Sommer In den Wintermonaten kann der Baumbestand neben dem Schulgebäude in den Morgenstunden zu einer Teilverschattung der Dachfläche Ost führen, jedoch ist der Direktstrahlungsanteil zu diesem Zeitpunkt recht gering und der flache Einfallswinkel verringert die auftreffende Strahlung nochmals. Da es sich bei dem Baumbestand um Laubbäume handelt und diese im Winter 2/3 der Strahlung durchlassen, wird der Einfluss der Bäume marginal. In den Sommermonaten beträgt der Minderertrag durch Verschattung in der Summe aller genannten Punkte keine quantifizierbare Einschränkung, da es durch den steileren Einfallswinkel kaum zu Verschattungen kommt. Fremd-Verschattung durch den E-Bau Durch den E- Bau kann es im Jahresverlauf in den Abendstunden eine Verschattung der Dachfläche geben. Zu dieser Zeit ist der Direktstrahlungsanteil rückläufig. Ertrags Simulation Ausgehend von der Ausrichtung des Daches und aller oben genannter Punkte ergibt sich für die Dachfläche Ost ein spezifischer Jahresertrag von 895 kwh/kwp. 42 54

Turnhalle Dachfläche 1 Turnhalle Verschattung Ertrags Simulation Auf der Dachfläche 1 des Sporthallengebäudes kommt es im Jahresverlauf zu keiner Verschattung. Es kann mit einem Jahresertrag von 940 kwh/kwp gerechnet werden. Dachfläche 2 Turnhalle Verschattung Ertrags Simulation Im Bereich des Dachversatzes kann es im Jahresverlauf zu einer Verschattung von 12% -20% kommen. Angesichts dieser Ausgangslage, wird empfohlen, zum Versatz hin, bei der Photovoltaik Auslegung eine Abstandsfläche von ca. 3,5m einzuhalten. Dann ergibt sich für diese Teilfläche ein spezifischer Jahresertrag von 907,5 kwh/kwp. 43 54

Ermittlung potentieller Flächen Anhand der Auswertung der Planunterlagen, die zu Beginn der Bearbeitung vorlagen, wurde die Größe der nutzbaren Dachflächen und somit die mögliche Größe und Leistung der Photovoltaikanlage ermittelt. Die Leistung einer Anlage wird in Kilowattpeak (kwp) angegeben. Dies bezeichnet die maximale Leistung der Anlage unter optimalen Bedingungen. Optimale Bedingungen würden vorliegen, wenn 1.000 1.200 kwh/m² Strahlungsenergie auf eine südorientierte, 30 geneigte Fläche treffen würden. Da bei den wenigsten Anlagen diese optimalen Bedingungen vorliegen, wurde für die Dachflächen der Schule und Turnhalle Speyer eine Simulation mit dem Programm Ecotect durchgeführt. Hierbei berechnet das Programm die Solarstrahlung je nach Standort des Gebäudes, Neigungswinkel, Ausrichtung der Dachfläche sowie Ertragsminderungen durch Eigen- und Fremdverschattung. Die Berechnung basiert auf den zur Verfügung gestellten Daten. Für eventuell fehlende Angaben werden von uns praxisgerechte Erfahrungswerte eingesetzt. Überprüfung der Realisierbarkeit mit marktgängigen PV- Elementen Schulgebäude Dachfläche West Schulgebäude Auf der 370m² großen Dachfläche West kann unter Berücksichtigung der Abstandsfläche zum Dachversatz, eine Anlage von ca. 22 kwp installiert werden. Spez. Jahresertrag 814.75 kwh/kwp. Dachfläche Ost Schulgebäude Auf der 680m² großen Dachfläche Ost kann unter Berücksichtigung aller genannten Punkte eine Anlage von ca. 59 kwp installiert werden. Spez. Jahresertrag 895 kwh/kwp. Turnhalle Dachfläche 1 Sporthallengebäude Dachfläche 2 Sporthallengebäude 44 54

Auf der 420m² großen Dachfläche 1 kann unter Berücksichtigung aller genannten Punkte eine Anlage von ca. 51 kwp installiert werden. Spez. Jahresertrag 940,5 kwh/kwp. Auf der 500m² großen Dachfläche 2 kann unter Berücksichtigung der Abstandsfläche zum Dachversatz, eine Anlage von ca. 40 kwp installiert werden. Spez. Jahresertrag 907,5 kwh/kwp. Fakten in Kürze Auslegung Leistung Zu erwartender Jahresertrag Dachfläche West Schulgebäude 22 kwp 814,75 kwh/kwp Dachfläche Ost Schulgebäude 59 kwp 895 kwh/kwp Dachfläche 1 Turnhalle 51 kwp 940,5 kwh/kwp Dachfläche 2 Turnhalle 40 kwp 907,5 kwh/kwp Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Im Folgenden wird eine wirtschaftliche Betrachtung der PV-Anlage durchgeführt. Anhand dieser soll überprüft werden, ob sich die Anlage unter den vorliegenden Bedingungen wirtschaftlich rechnet. Alle Flächen werden zu einer Anlage zusammengefasst. Es wird angenommen, dass ein zinsgünstiges Kommunaldarlehn von ca. 4,5% 1 über eine Laufzeit von 20 Jahren aufgenommen werden kann und dass die Anlage zu einem Preis von 3.600 /kwp (netto) installiert wird. Zudem fließen Degradation der Anlage, sowie Versicherung und Wartung inkl. Inflationsaufschlag mit in die Berechnung ein. Die Investitionskosten für den Bau einer Anlage in der Größenordnung von 172 kwp (was einer Kollektorfläche von ca. 1.290m² entspricht) Gesamtleistung liegt bei ca. 620.000,-. Bei der Betrachtung ergab sich hier bei einer Laufzeit von 20 Jahren, ein jährlicher kumulierter Gewinn von ca. 5.700,-. Das Ergebnis sollte später bei einem möglichen Bau der Anlage im Gesamtkontext betrachtet werden. Für die Inbetriebnahme der Anlage wird von 2009 ausgegangen. Durch das neue EEG für 2009 ergibt sich eine Einspeisevergütung für Dachanlagen von 43,01 Cent je Kilowattstunde (kwh) bei kleinen Anlagen (bis 30 kwp). Bei größeren Anlagen wird ab einer Leistung von 30 kwp nur noch 40,91 Cent je kwh garantiert vergütet. Für Leistungen über 100 kwp gibt es 39,58 Cent je kwh. Wenn die Photovoltaikanlage nicht selbst betrieben werden soll, gibt es zudem die Möglichkeit, die Dachflächen in Form von einem Contracting-Modell zu betreiben. Hierbei werden die Dachflächen an einen externen Anlagenbetreiber vermietet. 1 Stand: 01.11.08; Preisanfrage Kreditinstitute Hessen 45 54