EnOB-Symposium 2014
Energieinnovationen in Neubau und Sanierung Neues aus der Forschung für mehr Energieeffizienz, Raumkomfort, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit 20.–21. März 2014 Essen, Zeche Zollverein
Impressum Dieser Tagungsband erscheint zum EnOB-Symposium am 20. und 21.3.14 in Essen. Er dokumentiert die Tagung mit Kurzfassungen der Vorträge und ergänzt Poster von mehr als 135 aktuellen Forschungsprojekten der Forschungsinitiative Energieoptimiertes Bauen (EnOB). Informationen zu Forschung für Energieoptimiertes Bauen auf www.enob.info.
Veranstalter Konzipiert und organisiert wurde die Veranstaltung von dem EnOB Begleitforschungsteam um Prof. Anton Maas (Universität Kassel), Prof. Karsten Voss (Bergische Universität Wuppertal) und Prof. Andreas Wagner (KIT Karlsruhe).
Herausgeber Projektträger Jülich (PtJ) Forschungszentrum Jülich GmbH 52425 Jülich Verantwortlich: Markus Kratz
Förderung Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) www.bmwi.de Projektträger Jülich (PtJ) Verantwortlich: Markus Kratz www.fz-juelich.de/ptj/
Redaktionsschluss: 28.Februar 14 Das Urheberrecht sowie die inhaltliche Verantwortung für die einzelnen Beiträge liegen bei den jeweils genannten Autoren. Nachdruck und Weitergabe nur mit schriftlicher Genehmigung durch den Herausgeber möglich.
P3-24 S olar Decathlon Europe 2014 Team OnTop - FH Frankfurt S. Fiedler, H.-J. Schmitz���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 269 P3-25 T eam rooftop Berlin - Solar Decathlon Europe 2014 en France A. Jänicke, C. Nytsch-Geusen, F. Nasrollahi��������������������������������������������������������������������������������������� 270 P3-26 T echstyle Haus - SolarDecathlon 2014 Team InsideOut - Erfurt����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 271
Posterbeiträge: Demonstrationsgebäude Sanierung P4-01 G eneralsanierung und Umbau des Luitpoldhauses für die Stadtbibliothek Nürnberg E. Anlauft, W. Stephan, F. Büttner������������������������������������������������������������������������������������������������������� 274 P4-02 P lusenergie - Gebäude im Bestand Energieeffizienz in der Praxis Betriebsgebäude der AS Solar GmbH L. Kühl, K. Ackermann������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 275 P4-03 N iedrigstenergiehotel als Nur-Strom-Gebäude im Monitoring M. Wambsganß, J. Zauner, F. Zach������������������������������������������������������������������������������������������������������ 276 P4-04 E nergetische Betriebsoptimierung der Kunsthalle Mannheim L. Früh, S. Plesser, N. Fisch, J. Reiß, H. Erhorn, R. Kilian, V. Huckemann���������������������������������������� 277 P4-05 U mfassende energetische Sanierung und Neustrukturierung eines Universitätsgebäudes B. Lenz�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 278 P4-06 W orkout für die Dreifeldsporthalle in Dormagen B. Döring, M. Feldmann, J. Göttsche��������������������������������������������������������������������������������������������������� 279 P4-07 D as erste Betriebsjahr im Max- Steenbeck-Gymnasium Cottbus T. Häusler��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 280 P4-08 P lus-Energie-Schule Rostock Demonstrationsvorhaben zur energetischen Sanierung C. Behlke, G. Mainka, S. Winiger, H. Winkler�������������������������������������������������������������������������������������� 281 P4-09 P lusenergieschule Hoffmannallee Kleve P. Engelmann, F. Hülsmann, T. Mutz��������������������������������������������������������������������������������������������������� 282 P4-10 G ymnasium Marktoberdorf NAERCO - Nachhaltige Heizungssanierung durch Erfolgscontracting W. Stephan, G. Mengedoht������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 283 P4-11 S anierung Berufskolleg Detmold zur Plusenergie-Schule | H.Semke, S. Schwickert, O. Glahn������������������������������������������������������������������������������������������������������� 284
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EnOB – Symposium 2014 Energieinnovationen in Neubau und Sanierung
P4-12 S anierung der Uhlandschule in Stuttgart zur Plusenergieschule S. Kempe, J.-P. Bruhn, J. Görres��������������������������������������������������������������������������������������������������������� 285 P4-13 E nergetische Sanierung: CO2-freies Schulzentrum mit 3-fach Sporthalle und Schulbad W. Haase����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 286
Posterbeiträge: Querschnittsarbeiten, Planungsgrundlagen und Werkzeuge
P5-01 T echnologiematrix der EnBau- und EnSan-Demoprojekte A. Wagner, C. Moosmann��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 288 P5-02 EnOB-Gebäudedatenbank K. Voss, C. Künz������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 289 P5-03 W issenschaftliche Begleitforschung Energieeffiziente Schule - EnEff:Schule J. Reiss������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 290 P5-04 E nBop - Energieoptimiertes Bauen: Energetische Betriebsoptimierung von Nichtwohngebäuden S. Gräff, S. Plesser, N. Fisch���������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 291 P5-05 T eilenergiekennwerte von Nichtwohngebäuden (TEK) M. Hörner��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 292 P5-06 G enSAp - Integrale energetische Optimierung der Architektur von Alten-/ Pfegezentren U. Eicker, A. Löffler, M. Bossert���������������������������������������������������������������������������������������������������������� 293 P5-07 E nergetische und energiewirtschaftliche Analyse von Wärmepumpen in Nichtwohngebäuden D. Kalz, S. Herkel, K. Klein, S. Winiger������������������������������������������������������������������������������������������������ 294 P5-08 F ensteröffnungsverhalten und Weiterentwicklung WUFI® Plus Therm F. Antretter, S. Herkel�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 295 P5-09 K lima und Oberflächenübergangsbedingungen für die hygrothermische Bauteilsimulation D. Zirkelbach, T. Schöner, E. Tanaka��������������������������������������������������������������������������������������������������� 296 P5-10 E nergetisches Bewertungsverfahren für Bestandgebäude mit Holzbalkendecken J. Grunewald, W. Hofbauer, P. Strangfeld������������������������������������������������������������������������������������������� 297 P5-11 N utzung des energetischen Potenzials schwimmender Bauten P. Strangfeld, H. Stopp, F. Hansel, E. Völker��������������������������������������������������������������������������������������� 298 P5-12 N utzung des energetischen Potenzials schwimmender Bauten P. Engelmann, S. Strutz, T. Kramer����������������������������������������������������������������������������������������������������� 299 P5-13 M essdatenvisualisierung mit MoniSoft A. Wagner, M. Hartloff, T. Gropp���������������������������������������������������������������������������������������������������������� 300 P5-14 L OBSTER - ein innovativer Raumklima- Teststand für Nutzerkomfort- und Verhaltensstudien M. Schweiker, A. Wagner��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 301
Posterbeiträge - Übersicht
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Demonstrationsgebäude Sanierung
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Demonstrationsgebäude Sanierung
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Generalsanierung und Umbau des Luitpoldhauses für die Stadtbibliothek Nürnberg Das Luitpoldhaus wurde für die Stadtbibliothek Nürnberg generalsaniert. Die strengen konservatorischen Raumklimabedingungen werden mit weitgehend passiven baulichen Maßnahmen sowie mit minimierter anlagentechnischer Ausstattung gewährleistet. Trotz Flächenerweiterung um rund 47% steigen die Energie- und Wasserkosten nicht an. Die sehr strengen raumklimatischen Anforderungen des Altbestandes werden eingehalten. Architekturkonzept Besonderen Schwerpunkt nahm die Eingliederung des überaus wertvollen Bestandes an mittelalterlichen Büchern und Handschriften ein. Im Rahmen des Umbaus wurden u. a. ein Handschriftenlesesaal und Archivräume mit speziellen raumklimatischen Anforderungen eingerichtet. Die neue Zentralbibliothek umfasst insgesamt rund 700.000 Medien. Eine Erweiterung der Nutzfläche auf etwa 7.000 m² wurde deshalb umgesetzt.
Netzstrom
Strom
Lüftungsanlagen Sorptionsgestützte Klimatisierung Adiabate Kühlung
Solarthermie
Grundwasser
Wandtemperierung
Kälte
Wärmerückgewinnung
Fernwärme
Wärme
Ziele der energetischen Sanierung Mit dem Projekt wird gezeigt, dass es möglich ist, auch unter sehr schwierigen Ausgangsbedingungen, wie Bestandssituation, Innenstadtlage, Denkmalschutz und anspruchsvolle Raumklimaanforderungen, eine umfassende energetische Sanierung weit unter bauordnungsrechtlichem Neubauniveau umzusetzen und dabei alle Anforderungen von Funktion und Nutzung, auch die spezifischen konservatorischen Ansprüche, qualitativ hochwertig zu realisieren. Energie- und Raumklimakonzept Die Raumbereiche mit den wertvollen Altbeständen erhielten folgende Komponenten: • Wärmedämmung innen zu den normal konditionierten Bereichen • feuchtespeichernde Materialien • in Magazinen und Ausstellungsraum keine Fenster • in Lesesaal und Büros minimierte Fensterflächen • minimierte Beleuchtungsleistungen • Grundwassernutzung zur Wandtemperierung • dezentrale kleine Lüftungsgeräte mit geringem Mindestluftwechsel mit Wärme- und Feuchterückgewinnung • Lüftungsgerät mit sorptionsgestützter Klimatisierung und adiabatischer Verdunstungskühlung • thermische Solaranlage zur Regenerierung
Gebäudesteckbrief Projektstatus Standort Baufertigstellung Inbetriebnahme Bauherr Betreiber Bruttorauminhalt Arbeitsplätze Nutzfläche (nach EnEV) A/V
In Betrieb 90402 Nürnberg, Bayern 8/2012 8/2012 Stadt Nürnberg, Hochbauamt Stadtbibliothek Nürnberg 28.000 m3 100 7.178 m2 0,30 m2/m3
Demonstrationsgebäude Sanierung
Forschungsfokus Nachweis der geforderten Energiekennwerte, der Anlagenfunktionen und der Raumklimabedingungen. Erste Messergebnisse Das Gebäude und die Anlagen wurden im Oktober 2012 in Betrieb genommen. Die Einregulierungs- und Regulierungsphase wird vermutlich im Sommer 2014 abgeschlossen sein. Die bereits in der Simulation nachgewiesene Bedeutung der Einbeziehung der temperierten Wand, mit feuchtespeichernden Materialen, wird durch die Messergebnisse bestätigt. Die strengen Raumklimabedingungen, relative Feuchte 50 ±5 %, werden eingehalten. Sowohl beim Wärme- als auch beim Stromverbrauch ergeben sich nach der Sanierung deutliche Reduzierungen (Wärme von 121 kWh/m²a auf 29 kWh/m²a, Strom von 67 kWh/m²a auf 31 kWh/m²a). Die gerechneten Energiebedarfswerte unterscheiden sich stark von den gemessenen Verbrauchswerten. In den Magazinen ergeben sich ungewöhnlich geringe CO2 -Werte, deren Ursache weiter untersucht wird. Lessons Learnt Der geforderte Energiekennwert Wärme wird deutlich unterschritten. Allerdings liegt der spezifische Stromenergieverbrauch über dem gerechneten Bedarfswert, jedoch auch mit ca. 50% deutlich unter dem Verbrauchswert vor der Sanierung. Die Messungen bestätigen die Raumklimabedingungen aus den Simulationsstudien. Optimiert werden müssen vor allem noch die Anlagen mit Sondertechnologien, wie zum Beispiel die sorptionsgestützte Klimatisierung. Die Qualität und Konsistenz der Monitoringdaten aus der GLT entspricht nicht den Erwartungen.
AutorInnen Eva Anlauft, Hochbauamt Stadt Nürnberg,
[email protected] Prof. Dr.-Ing. Wolfram Stephan, TH-Nürnberg,
[email protected] Florian Büttner, TH-Nürnberg / ieg,
[email protected] Förderkennzeichen 0327431N
Förderkennzeichen 0327431A
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Plusenergie - Gebäude im Bestand Energieeffizienz in der Praxis Betriebsgebäude der AS Solar GmbH Die Möglichkeiten der Umsetzung von Energieeffizienz in Bestands-Nichtwohngebäuden zeigt das Beispiel des Betriebsgebäudes der AS Solar GmbH in Hannover. Im Rahmen einer ganzheitlichen energetischen Sanierung wird aus einem ehemaligen Fertigungsgebäude aus dem Jahr 1959 ein „Plusenergie“-Betriebsgebäude mit hohem Nutzerkomfort. Auf etwa 13.000 m² BGF stehen Flächen zur Büronutzung, Fertigung und Lagerung zur Verfügung. Architekturkonzept Das Gebäude ist freistehend und hat einen rechteckigen Grundriss. Die Halle besteht aus 2 Gebäudeteilen in STB-Skelettbauweise mit einer flach geneigten Satteldachkonstruktion. Der westliche Gebäudeteil ist unterkellert und hat im Kopfbau drei Geschossebenen. Der Hauptbaukörper besteht aus zwei übereinander liegenden Hallen mit einer BGF von ca. 9.082 m². Alle Büro- sowie büroähnlich genutzten Bereiche sind im „Passivhaus-Standard“ ausgeführt. Für den Fertigungsbereich mit ca. 1.000 m² BGF gelten die Anforderungen der EnEV 2009. Der Lagerbereich mit ca. 2.400 m² bleibt unbeheizt.
Gebäudesteckbrief Projektstatus Standort Baufertigstellung Inbetriebnahme Bauherr Betreiber Bruttorauminhalt
In Betrieb Nenndorfer Chaussee 9, 30453 Hannover, Nds. 03/2011 03/2011 AS Solar GmbH AS Solar GmbH (und Nutzer) 53.333 m3
Arbeitsplätze Nutzfläche (nach EnEV) A/V
250 17.066 m2 0,31 m2/m3
Forschungsfokus Schwerpunkt des Forschungsprojekts ist die Qualitätssicherung, Überwachung und Optimierung des Gebäudebetriebes in einem zweijährigen Betriebsmonitoring. In einem Leitfaden soll ein standardisiertes Sanierungskonzept zum Erreichen des „Plusenergie“-Standards festgehalten und der Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden. Kostensteckbrief Die Netto-Investitionskosten betrugen für die Kostengruppe 300 (Baukonstruktionen) ca. 3,2 Mio. € bzw. 239 €/m²BGF und für die Kostengruppe 400 (Technische Anlagen) ca. 2,3 Mio. € bzw. 171 €/m²BGF. Insgesamt beliefen sich die Sanierungskosten auf ca. 650 €/m²BGF (netto). Lessons Learnt Das Betriebsgebäude zeigt, dass Energieeffizienz im Bestand auch bei ungünstiger baulicher Ausgangssituation auf hohem Niveau umsetzbar ist. Über abgestimmte Maßnahmen an Hülle und Technik kann damit ein „Plusenergie“-Standard erreicht werden.
AutorInnen Prof. Dr.-Ing. Lars Kühl, Ostfalia Hochschule,
[email protected] Dipl.-Ing. (FH) Katja Ackermann, Ostfalia Hochschule,
[email protected] Förderkennzeichen 03ET1046A
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Energie- und Klimakonzept Der Sanierungsentwurf wird im Hinblick auf die Integration regenerativer Energien optimiert. Passiv solare Gewinne werden durch die Erhöhung der Fensterflächenanteile sowie zentral im Grundriss neu geschaffene großzügige Lichthöfe ermöglicht. Die Qualität der Außenbauteile richtet sich nach der jeweiligen Nutzung der Zonen. Im Untergeschoss befinden sich die Wärme-, Kälte- und Lüftungszentrale. Die aus 150 m² Vakuumröhren-Kollektoren bestehende solarthermische Kollektoranlage sowie eine Kesselkaskade von Pellet- und Scheitholzheizkesseln speisen einen 30 m³ großen, zum Wärmepufferspeicher umgebauten, ehemaligen Sprinklertank. In den Sommermonaten wird die Solarwärme zum Antrieb von zwei Absorptionskältemaschinen zur Grundlastdeckung des Kältebedarfs genutzt. Die Kompensation der Spitzenlast erfolgt über eine zusätzliche konventionelle Kompressionskältemaschine. Über die Stromlieferung der großflächigen Photovoltaik-Anlagen auf dem Dach wird bilanziell der „Plusenergie“Standard erreicht. Die Lüftung erfolgt über zwei mit einer hocheffizienten Wärmerückgewinnung ausgestattete Lüftungsanlagen.
Inbetriebnahme und Optimierung Der Umzug in das neue Betriebsgebäude begann mit der Nutzung der Lagerbereiche im April 2010. Ab März 2011 erfolgt zudem die Nutzung der Bürobereiche. Der die Cafeteria beherbergende Gebäudeteil befindet sich derzeit noch in der Sanierung. Vor der Nutzung des Gebäudes erfolgten die Inbetriebnahmen der Technikzentralen. Die Kompressionskälteanlage sowie die Absorptionskälteanlage sind aufgrund des bis heute nicht erforderlichen Bedarfs an Kälteenergie noch nicht in Betrieb genommen. Das Installieren der zur Überwachung und Optimierung des Gebäudes erforderlichen Messtechnik wurde im Herbst 2013 abgeschlossen.
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Niedrigstenergiehotel als Nur-Strom-Gebäude im Monitoring Im Projekt „Niedrigstenergiehotel“ wurde ein Bestandsgebäude mithilfe eines umfassenden Sanierungskonzeptes zu einem energiesparenden Nur-Strom-Gebäude umgewandelt. Eine höchst wärmegedämmte Hülle, komplett neue Anlagentechnik und eine intelligente Verknüpfung der Anlagenteile versprechen niedrigen Energiebedarf bei gleichzeitig hohem Komfort. Beim energetischen Monitoring werden die Energieströme dieser Anlagen gemessen, die Ergebnisse ausgewertet und daraus Ansätze zur Optimierung erarbeitet.
Zimmerebene
Heiz- /Kühldecke
43x
Heizdecke
Wärmepumpe
Pufferspeicher
Verbraucher
Wärmetauscher
Trinkwasser
Neutralleiter Bad/Kitchenette
Zimmer
Systemebene Solarthermie
Warmspeicher
Systempuffer 11-17°C
Kaltspeicher
freie Kühlung
Dach
Kellergeschoss
Sanierungskonzept Das bauliche Konzept des Hauses beruht auf neuesten technischen Entwicklungen, die eine möglichst niedrige Energie-Bilanz ermöglichen. Die 43 komfortabel eingerichteten Zimmer sind mit einer kompletten Küche oder Kitchenette ausgestattet. Eine Anforderung, die jedes Hotel betrifft, ist die Vermeidung von Legionellen im Brauchwasser. Anstatt der üblichen, energieintensiven Warmwasserversorgung mit sehr hohen Vorlauftemperaturen oder dezentralen Elektroboilern wurde hier eine Lösung mit Wärmepumpen in jedem Hotelzimmer umgesetzt,um Warmwasser hygienisch und mit geringem Energieeinsatz bereitzustellen. Über einen Neutralleiter auf niedrigem Temperaturniveau werden alle Räume miteinander verknüpft. Dampf aus einer effizienten zentralen Erzeugung versorgt Dampfduschen in den Zimmern und wird zudem für anfallende Reinigungen genutzt, wodurch das Hotel - bei höchstem hygienischen Standard nahezu reinigungs- und lösungsmittelfrei betrieben werden kann. Energiekonzept Der Grundgedanke des Energiekonzeptes basiert auf der Unterteilung in zwei Ebenen: System/Gebäudekomplex und Zimmer. Die Kleinstwärmepumpen in jedem Zimmer decken den Wärmebedarf innerhalb der „Apartments“, während sich die Klimadecke bei Kühlbedarf direkt aus dem Neutralleiter speist. Hauptaufgabe dieses Zweileitersystems ist jedoch die Vernetzung aller Räume. Zentrale Wärme- und Kältespeicher dienen darüber hinaus als mittel- und langfristige Puffersysteme für nicht unmittelbar nutzbare thermische Energie.
Gebäudesteckbrief Projektstatus Standort Inbetriebnahme Zeitraum Monitoring Bauherr Betreiber Zimmer Nutzfläche (nach EnEV)
So nutzt beispielsweise die kleine individuelle „Wellness-Oase“ im eigenen Badezimmer den Wärmeüberschuss aus allen Teilen des Hotels. Darüber hinaus anfallender Bedarf wird über Solarthermiesysteme und freie Kühlung gedeckt. BackupSysteme sichern im Notfall die unterbrechungsfreie Versorgung mit Wärme- und Kälteenergie. Monitoringkonzept Im Zuge des von der Hochschule Rosenheim durchgeführten energetischen Monitorings werden alle bedeutenden elektrischen und thermischen Energieströme im Hotel erfasst. Dazu wird eigene Messtechnik an ausgewählten Stellen der Haustechnik integriert. Die Systemebene (Neutralleiter, Speicher- und Erzeugersysteme, Lüftungsanlage, Dampferzeugung) wird komplett erfasst, während auf Zimmerebene eine repräsentative Auswahl von zwölf Apartments detailliert messtechnisch ausgestattet wird. Die Messungen werden durch Informationen des vorhandenen Gebäudeleitsystems und des Anlagenbetreibers ergänzt, um eine genaue Extrapolation der Teilergebnisse auf alle Räume des Hotels zu ermöglichen. Forschungsfokus - Validierung und Optimierung des ambitionierten Energiekonzepts - Einfluss von Hilfsströmen auf die Gesamtenergiebilanz - Projektübergreifende und vergleichende Perfomanceanalyse (Universität Wuppertal) - Befragung zum Nutzerkomfort (KIT Karlsruhe)
AutorInnen In Betrieb Utzschneiderstraße 3, 80469 München, Bayern 9/2011 4/2014 bis 3-2016 DP Vermögensverwaltung GmbH & Co.KG (und Investor) DP Hotelbetriebs GmbH & Co.KG (und Nutzer) 43 1.494 m2
Demonstrationsgebäude Sanierung
Prof. Mathias Wambsganß, HS Rosenheim Johannes Zauner, HS Rosenheim,
[email protected] Florian Zach, HS Rosenheim,
[email protected] Förderkennzeichen 03ET1186A
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Umfassende energetische Sanierung und Neustrukturierung eines Universitätsgebäudes Das Ziel der derzeit stattfindenden Sanierung des im Jahr 1962/63 erstellten Hochschulgebäudes liegt insbesondere in der Verbesserung der energetischen Performance sowie in einer deutlichen Steigerung des Nutzerkomforts. Das Gebäude wird zudem völlig neu strukturiert und erweitert, wobei ehemals im Außenbereich liegende Gebäudeflächen in den Innenraum integriert werden. Architekturkonzept Das Gebäude wies vor der begonnenen Sanierung eine äußerst schlechte Performance der Gebäudehülle auf und es lagen enorme Wärmebrücken sowie eine hohe Gebäudeundichtigkeit vor. Eklatante Wärmebrücken werden eliminiert, indem die bisher auf allen Etagen etwa 1m auskragenden Deckenplatten dem Gebäudeinnenraum zugeschlagen werden. Diese Erweiterung führt nicht nur zu einem erheblichen Flächengewinn, sondern erspart auch eine besonders aufwendige und kostenintensive Dämmung der zuvor auskragenden Elemente. Der Erdgeschossbereich des Gebäudes diente vor der Sanierung lediglich der Erschließung der Obergeschosse und war dem Außenbereich zugeschlagen. Zukünftig ist das komplette Erdgeschoss dem Innenraum zugehörig, so dass neben einer deutlichen Verbesserung des A/V-Verhältnisses auf eine aufwändige Dämmung der zuvor an den Außenbereich grenzenden Bodenplatte des ersten Obergeschosses verzichtet werden kann. Ein bisher offenes Kaltatrium wird mit einer Folienkissenkonstruktion überdacht und als mäßig temperierte Zone ebenfalls dem Innenraum zugeschlagen, wodurch sich eine wesentliche Verbesserung der Kompaktheit ergibt. Die Büroraume in den Obergeschossen wiesen aufgrund einer Tiefe von 7 m sowie eines zusätzlich etwa einen Meter auskragenden Vordaches einen sehr stark abfallenden Tageslichtquotienten auf. Der Vorbau wurde dem Innenraum zugeschlagen und die Raumtiefe auf 5 m reduziert. Energie- und Klimakonzept Das Energiekonzept stützt sich im Wesentlichen auf die effiziente Nutzung eines vorhandenen Nahwärmeund -kältenetzes. Das Konzept der Lüftung basiert auf einer anspruchsvollen Kombination, die sich aus einer
Gebäudesteckbrief Projektstatus Standort Baufertigstellung Inbetriebnahme Bauherr Betreiber Bruttorauminhalt
In Planung Englerstraße 2, 76131 Karlsruhe, Baden-Württemberg (geplant) 08/2014 (geplant) 10/2014 Vermögen und Bau Baden-Württemberg Karlsruher Institut für Technologie - KIT 68.530 m3
Arbeitsplätze Nutzfläche (nach EnEV) A/V
256 21929 m2 0,13 m2/m3
Demonstrationsgebäude Sanierung
kontrollierten Be- und Entlüftung in Verbindung mit einer natürlichen Lüftung zusammensetzt und auch die im Gebäude vorhandene thermische Speichermasse sowie den im Atrium entstehenden thermischen Auftrieb nutzt. Der Schutz vor einer sommerlichen Überhitzung des Gebäudes wird über einen effizienten, außenliegenden Sonnenschutz gewährleistet, der strahlungsintensitätsgeregelt arbeitet. Bei der Verschattung des Atriums wird neben der Strahlungsintensität auch der vorhandene Sonnenhöhenwinkel berücksichtigt, um Überhitzungen zu vermeiden. Forschungsfokus Innerhalb des Forschungsprojektes werden die Verbräuche von elektrischer Energie sowie von Wärme und Kälte ermittelt und Optimierungsvorschläge erarbeitet. Vertieft betrachtet werden die Gebäudelüftung und der thermische Komfort. Die Gebäudelüftung wird über eine Fensterlüftung sowie eine Lüftung über das Gebäudeatrium in Verbindung mit der mechanischen Lüftungsanlage umgesetzt. Insbesondere soll die Leistungsfähigkeit des natürlichen thermischen Auftriebs innerhalb des Atriums überprüft werden. Das Atrium fungiert in Abhängigkeit der Außentemperatur als Überstrom- oder Abluftzone. Hierzu wird im Atrium zu ausgewählten Zeiten das vorhandene Druckprofil ermittelt und darauf aufbauend werden Aussagen über die daraus resultierende Effizienz der natürlichen Lüftung unter variierenden Innenraumund Witterungszuständen getroffen. Zur Beurteilung des thermischen Komforts werden in ausgewählten Bereichen Messungen der relevanten Raumklimagrößen, wie z.B. der Strahlungstemperatur, der Lufttemperatur, der Luftgeschwindigkeit und der relativen Luftfeuchte vorgenommen.
Autor Prof. Dr.-Ing. Bernhard Lenz Hochschule Karlsruhe - Technik und Wirtschaft
[email protected] Förderkennzeichen 03ET1035K
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Bildschirmanzeige der Messwerterfassung Komfort im Schülerlabor
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Plusenergieschule Hoffmannallee Kleve Der Gebäudekomplex der Realschule Kleve wird saniert und zum Teil durch Neubauten erweitert, um als Gesamtziel ein Energiepluskonzept umzusetzen. Durch Bedarfsreduktion im Bestand und Nutzung erneuerbarer Energien sowie Kraft-Wärme Kopplung wird das Ziel einer primärenergetisch positiven Jahresbilanz erreicht. Ein weitere Schwerpunkt ist die Berücksichtigung der Interaktion mit dem Versorgungsnetz.
Bildquelle: Fraunhofer ISE
Lageplan des Schulcampus Bildquelle: Hülsmann & Thieme Architekten
Thermografie: altes (links) und bereits saniertes Gebäude (rechts) Bildquelle: Fraunhofer ISE
Die Ausgangssituation Der Schulcampus setzt sich aus einer heterogenen Mischung von Gebäuden verschiedener Baualtersklassen und Nutzungen zusammen. Die Bestandsgebäude stammen größtenteils aus den Jahren 1950 bis 1970, Haus 4 (oberes Bild) wurde bereits 1904 erbaut und steht unter Denkmalschutz. Derzeit läuft die Schule für die Jahrgänge 6 bis 10 als 4-zügige Realschule im gebundenen Ganztagsbetrieb. Diese Schulform wird in den nächsten vier Jahren durch eine sechszügige Sekundarschule ersetzt, die derzeit die Jahrgangsstufe 5 bedient. Integrales Konzept für den Campus Im Zuge der geplanten Maßnahmen werden die Gebäude saniert oder durch Neubauten ersetzt. Ziel für Sanierung und Neubau ist Passivhausstandard, lediglich bei Haus 4 sind aufgrund der denkmalgeschützten Bausubstanz Grenzen gesetzt. Zur Erreichung der energetischen Ziele für den Gesamtcampus wird der Heizwärmebedarf durch hohen baulichen Wärmeschutz und Lüftung mit Wärmerückgewinnung deutlich reduziert, von ursprünglich 170 kWh/m²a im Gesamtdurchschnitt auf < 30 kWh/m²a. Ein hohes Maß an Tageslichtnutzung verringert den Bedarf an elektrischer Energie, der zukünftig höhere Ausstattungsstandard (Projektoren, EDV, Lüftungsanlagen) erhöht jedoch den Bedarf und muss beim Versorgungskonzept entsprechend berücksichtigt werden. Einbeziehung denkmalgeschützter Substanz Eine besondere Herausforderung ist die Integration des denkmalgeschützten Haus 4. Derzeit wird untersucht und abgestimmt, inwiefern sich unter den Maßgaben des Denkmalschutzes Maßnahmen wie Wärmedämmung, aber auch Energiegewinnung wie Photovoltaik, im Gebäude integrieren lassen.
Gebäudesteckbrief Projektstatus Standort Baufertigstellung Inbetriebnahme Bauherr Betreiber Bruttorauminhalt Nutzfläche (nach (EnEV) A/V
geplant Hoffmannallee 15, 47533 Kleve, NRW vorr. 2016 2012 Stadt Kleve Stadt Kleve ca. 32.700 m³ ca. 12.900 m² (Planung noch nicht abgeschlossen)
Demonstrationsgebäude Sanierung
Versorgungskonzept des Gesamtcampus Neben dem bilanziellen Ausgleich von Energiebezug und lokaler regenerativer Erzeugung auf Jahresbasis wird auch der zeitlich höher aufgelöste Abgleich von Lastgängen optimiert. Zur lokalen Deckung des Strom- und Wärmebedarfs kommt neben Photovoltaik (PV) auch Kraft- WärmeKopplung (KWK) in Form eines Blockheizkraftwerks (BHKW) zum Einsatz. In einem Speicher- LastManagement werden sowohl thermische (Warmwasser-) Speicher, als auch elektrische Speicher in Form einer Redox-Flow Batterie eingebunden. Ziel ist eine Minimierung der Anschlussleistung sowie eine Vermeidung von Lastspitzen, d.h. eine Maximierung der Eigenversorgung. Gebäude- und Anlagensimulation Im Planungsprozess wurde zur Auswahl und Analyse des Versorgungssystems ein Simulationsmodell aufgebaut um damit dynamische Gebäude- und Anlagensimulation durchzuführen. Gebäude und Versorgungstechnik werden in einem thermohydraulischen Modell abgebildet, zum Einsatz kommt die Programmiersprache Modelica in der Simulationsumgebung Dymola. Im Ergebnis zeigt sich, dass trotz geringer Volllaststunden der Einsatz eines BHKWs sinnvoll ist. Kombiniert mit einem großen thermischen Speicher (> 60m³ Wasserspeicher), einer 110 kWp PV-Anlage und der Möglichkeit zur direkten Speicherung von elektrischer Energie (Kapazität 100 kWh) wird neben der Deckung des Heizwärmebedarfs auch der lokale Strombedarf nahezu vollständig durch Eigenerzeugung gedeckt. Optimierungspotential besteht noch im Umgang mit sommerlichen Überschüssen: bei fehlender Nutzung (Sommerferien) und hoher solarer Einstrahlung wird das Netz zeitweise mit hohen Einspeiseleistungen belastet.
Autoren P. Engelmann, Fraunhofer ISE,
[email protected] F. Hülsmann, Architekturbüro Hülsmann & Thieme,
[email protected] T. Mutz, Stadt Kleve,
[email protected] Förderkennzeichen 03ET1075D
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Sanierung der Uhlandschule in Stuttgart zur Plusenergieschule Im laufenden Schulbetrieb wird die Uhlandschule in Stuttgart-Zuffenhausen energetisch saniert und zur Plusenergieschule umgebaut, sodass sie künftig in einem Jahr mehr Energie erzeugt als sie verbraucht. Mit dem Projekt zeigt die Landeshauptstadt Stuttgart gemeinsam mit ihren Projektpartnern das technisch Machbare bei der energetischen Gebäudesanierung. Haupt- und Erweiterungsbau werden saniert, Pavillon und Turnhalle abgebrochen. Plusenergieschule Der gesamte Energieverbrauch wird künftig durch die Nutzung lokal verfügbarer Energien, über Solarenegie und Geothermie, gedeckt. Neben energetischen Sanierungsmaßnahmen (Wärmedämmung) an der Gebäudehülle werden Effizienzsteigerungen an der Anlagentechnik vorgenommen. Der Überschuss an Energie erfolgt durch die Photovoltaikanlage, die während eines Jahres mehr Strom erzeugt, als von der Schule benötigt. Die Wärmeerzeugung übernehmen Wärmepumpen und ein Erdsondenfeld. Der bisherige Gasanschluss wird zur Deckung der Wärmenachfrage nicht mehr benötigt.
Belüftung Ein dezentrales hybrides Belüftungskonzept ist integraler Bestandteil der Sanierungsmaßnahmen. Die Lüftungsgeräte haben eine hocheffiziente Wärmerückgewinnung von 90 % und werden nach Bedarf, entsprechend der CO2-Konzentration in den Räumen geregelt. Die Lüftungsanlagen werden bei Außentemperaturen von unter 15 °C betrieben. In den Sommermonaten erfolgt die Belüftung über die natürliche Fensterlüftung. Zusätzlich trägt eine Nachtlüftung über motorisch gesteuerte Fensterflügel unter Ausnutzung einer Querlüftung zur Verringerung der Wärmelasten bei.
Energiekonzept Das Energiekonzept umfasst folgende Maßnahmen: • Dämmung: hocheffiziente Dämmmaterialien und dreifachverglaste Fenster • Vermeidung von Wärmebrücken • Wärmeerzeugung: Wärmepumpe mit Erdsonden • Wärmeübergabe: Niedertemp.-Flächenheizung • Stromerzeugung: Photovoltaikanlage an Dach- und Brüstungsbereichen • Hybride Belüftung: Lüftungsanlage mit 90 % Wärmerückgewinnung • Effizientes Beleuchtungssystem: Präsenz- und tageslichtabhängige Steuerung der LED-Beleuchtung • Keine Kälteerzeugung für Kühlzwecke mit Ausnahme der Serverkühlung, die über das Erdsondenfeld erfolgt.
Wärmeerzeugung Für die Beheizung der Räume dienen KapillarrohrFlächenheizsysteme an Decken- und Brüstungbereichen (VL 37 °C / RL 27 °C). Die Wärmeerzeugung erfolgt über Wärmepumpen unter Nutzung der Erdwärme. Für das Hauptgebäude werden zwei Wärmepumpen mit je 33 kWth und im Erweiterungsbau zwei Wärmepumpen mit je 60 kWth installiert. Die höhere Leistung im Erweiterungsbau ist durch den dortigen Sanitärbereich bedingt, um die Trinkwassertemperatur auf mindestens 60 °C vorzuhalten. Das Erdsondenfeld umfasst 52 Sonden. Die Sonden haben einen Abstand von 8,5 m voneinander und können bis zu einer Tiefe von maximal 92 m eingebracht werden.
Gebäudesteckbrief Projektstatus Standort Baufertigstellung Inbetriebnahme Bauherr / Betreiber Schüler gesamt Lehrer
Im Bau Tapachstraße 4, 70437 Stuttgart, Baden-Württemberg 12/2015 1/2016 Landeshauptstadt Stuttgart 367 (weiterführend 226) 34 (Schulsozialarbeiter 2)
Autoren S. Kempe, Amt für Umweltschutz Stuttgart,
[email protected] J.-P. Bruhn, Amt für Umweltschutz Stuttgart,
[email protected] Dr. J. Görres, Amt für Umweltschutz Stuttgart,
[email protected] Förderkennzeichen 0327430J
Haupt- / Erweiterungsbau: Brutto-Grundfläche (BGF) 6.480 m2 Brutto-Rauminhalt (BRI) 25.750 m3
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Wärmedämmung Das Hauptgebäude wird vollständig wärmegedämmt. Zum Einsatz kommen hocheffiziente Wärmedämmmaterialien (u.a. Vakuumisolationspaneele). Wärmebrücken werden vermieden. Alle Fenster weisen eine Dreischeibenverglasung mit hocheffizienten Rahmenkonstruktionen auf.
Gebäudenutzung Aufgrund der Vorgaben seitens der Schulraumentwicklung sind die Gebäude barrierefrei zugänglich auszulegen. Dazu werden Rampen in das Gelände der Außenanlagen eingebracht und ein Aufzug im Hauptbau nachgerüstet. Die integrierte Hausmeisterwohnung wird ausgelagert, so dass die Fläche künftig der Schule zur Verfügung steht.
EnOB – Symposium 2014 Energieinnovationen in Neubau und Sanierung
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Energetische Sanierung: CO2-freies Schulzentrum mit 3-fach Sporthalle und Schulbad Zusammenfassung: Das Bestandsschulzentrum in Lohr a.M. mit Gymnasium, Mittelschule, Schulbad, 3-fach Sporthalle und angegliederter Förderschule, Bj. 1978 im sogenannten Kasseler Schulmodell verbraucht im Bestand ca. 5 Mio. kWh Gas/a und ca. 1 Mio. kWh Strom/a. Die Generalsanierung hat als Ziel, eine Plusenergieschule mit hohem Einsatz solarer Energie zu schaffen. Technische Angaben Eine ca. 500 kWp große PV-Anlage in Verbindung mit 1.200 m² Rohrbündelabsorber werden als Quelle der Energieverwendung genutzt. Es wird tagsüber ein 100 m³ Puffer thermisch geladen, um nachts keinen WP-Strom zu benötigen. Saisonaler Ausgleich findet durch einen Eisspeicher statt, der im Sommer das Gebäude kühlt. Im Hallenbadbereich wird ein „energetischer Kreislauf“ durch intensive Abwasser-Wärmenutzung und Rückgewinnung der Abluftwärme betrieben. Durch Energiemanagement haben die regenerativen Energiequellen Vorrang.
Energieeffizienzpotential Es wird ein Steuerungsprogramm dahingehend entwickelt, dass das Energiemanagement durch eine möglichst selbstlernende Steuerung im Betrieb den unterschiedlichen Anforderungen angepasst wird. Weiterhin werden Wärmepumpen-Systeme eingesetzt, die modulartig unterschiedliche Temperaturebenen bedienen können. Es ist das Ziel, jeweils Quelltemperatur für die WP möglichst hoch zu gestalten bei gleichzeitig niedriger Zieltemperatur. So wird z. B. das Hallenbad in Zukunft in Niedertemperatur betrieben.
Anwendungsperspektive Anwendbar bei energetischen Generalsanierungen von Schulen, Sportgebäuden, Büros.
Weitere Synergieeffekte Verbesserung der Raumqualitäten durch Heiz- und Kühldecken im Schulbereich. Nutzung von Wärmeinhalt und Kälte im Eisspeicher zum Heizen und zum Kühlen. Bei höchstem Stromertrag aus PV, Aufladung des Kurzzeitspeichers mit Absorberwärme, die parallel zur Stromspitze gewonnen werden kann. Dadurch Erhöhung der Eigenstromverwendung.
Herausforderungen Derzeitige Energiekosten von 630.000 €/a auf weniger als 100.000 €/a reduzieren. Die Gebäude weitgehend CO2-frei betreiben, wobei der Energiegewinn auf dem eigenen Gebäude stattfindet unter Zuhilfenahme von Langzeit-, Kurzzeitspeicher in Verbindung mit Energiemanagement. Möglichst hohe PV-Strom-Eigenverwendung. Entlastung öffentlicher Versorgungsnetze. Kompatibilität Durch ein entsprechendes Forschungsbegleit-Programm werden die einzelnen Komponenten u. a. dahingehend untersucht, wie sie aus diesem „Idealfall“ auf nur einzelne Gebäudeteile übertragbar sind.
Kosteneffekte Die Baukosten 1978 betrugen ca. 24.5 Mio. €. Nach Abzug von Zuschüssen musste der Zweckverband Lohr ca. 12 Mio. € finanzieren. Die Kosten für Zinsen, Energie und Reparaturen betrugen seitdem ca. 37 Mio. €. Bedeutet: ca. 50 Mio. € für Invest- und Nachfolgekosten. Jetzt sind 42 Mio. € geplant. Für Eigenanteil, Zinsen, Energiekosten und Reparaturen wurden für Investition plus 30 Jahre Nachfolgekosten eine Gesamtsumme von ca. 38 Mio. € ermittelt.
Projektlaufzeit 2013 - 2017
Begleitforschung: TU Dresden, Fraunhofer ISE Freiburg, EA Dresden und EASD Dresden
Projektdurchführung Zweckverband Lohr
Autor: Werner Haase, Dipl.-Ing. (FH) Architekt Förderkennzeichen: 03ET1199A
Planungsbeteiligte: Architektur, Brandschutz, Energiekonzept, Bauleitung: Architekturbüro Werner Haase, Karlstadt TGA: Reinhard, Engert, Albert – Beratende Ingenieure GmbH, Würzburg Simulation: Wolfgang Sorge, Ingenieurbüro für Bauphysik GmbH
Demonstrationsgebäude Sanierung
