Deutsche Bundesstiftung Umwelt Schulbau im Kontext ... · Schulbau Folie 4 Î60% der Tagesmittel...

SchulbauFolie 1

Transsolar Energietechnik GmbHDipl.-Ing. Alexander Knirsch

Stuttgart

http//:www.transsolar.com

Deutsche Bundesstiftung UmweltSchulbau im Kontext zwischen Ökonomie und Ökologie

Gute Luft macht Schule !

Alternativen im Vergleich

SchulbauFolie 2

Transsolar Energietechnik GmbHHigh Comfort – Low Impact

gegründet: 1992 Mitarbeiter: ca. 45

Büro: Stuttgart • München • New York

KlimaEngineering

SchulbauFolie 3

Themengebiete Schule

• Luftqualität• Wärmebedarf• sommerlicher Wärmeschutz• Tageslicht

SchulbauFolie 4

60% der Tagesmittel über 1500ppm

Luftqualität in Klassenräumen„Frische Luft an bayrischen Schulen– Untersuchungen zur Verbesserung der Luftqualität“ 09/2006

MAK-WertMax. Grenzwert (DIN1946/2)Pettenkofer-Zahl

Bayrisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit

Sollbereich

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Vergleich Luftbedarf Büroraum / Klassenraum

2 Personen-Büro 20 m² - 3 m lichte Höhe:

2 x 30 m³/h = 60 m³/h ca. 1-facher LW (3m³/hm²)

Klassenraum 30 Schüler + 1 Lehrer 66 m² - 3 m lichte Höhe:31 x 15 m³/h = 465 m³/h ca. 2.3-facher LW (7m³/hm²)31 x 20 m³/h = 660 m³/h ca. 3.3-facher LW (10m³/hm²)

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Zeitliche Entwicklung der CO2 Konzentration in der Raumluft

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 1 2 3 4 5 6

Stunden nach Veranstaltungsbeginn

CO

2 K

onze

ntra

tion

in p

pm

Stoßlüften in Pause

Pettenkofer-Wert:1000 ppm

Grenzwert: 1500 ppm

66m² Klassenraum mit 30+1 Personen Belegung

Außenluft: 350 ppm

5 m

in P

ause

5 m

in P

ause

5 m

in P

ause

5 m

in P

ause

15 m

in P

ause

10 m

in P

ause

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0

500

1000

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2000

2500

3000

0 1 2 3 4 5 6


CO

2 K

onze

ntra

tion

in p

pm

Stoßlüften in Pause Stoßlüften in Pause + einmal Unterricht


Grenzwert: 1500 ppm


Außenluft: 350 ppm

5 m

in P

ause

5 m

in P

ause

5 m

in P

ause

5 m

in P

ause

15 m

in P

ause

10 m

in P

ause

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0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 1 2 3 4 5 6


CO

2 K

onze

ntra

tion

in p

pm

Stoßlüften in Pause Stoßlüften in Pause + einmal Unterricht

12m³/h pro Person + Stoßlüften in Pause


Grenzwert: 1500 ppm


Außenluft: 350 ppm

5 m

in P

ause

5 m

in P

ause

5 m

in P

ause

5 m

in P

ause

15 m

in P

ause

10 m

in P

aus e

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Zeitliche Entwick lung der CO2 Konzentration in der Raumluft

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 1 2 3 4 5 6

S tunden nach Verans taltungsbeginn

CO

2 K

onze

ntra

tion

in p

pm

Stoßlü ften in Pause S toßlüften in Pause + einm a l U n te rrich t

12m ³/h pro Person + S toßlü ften in Pause 15m ³/h p ro P erson

Pettenkofer-W ert:1000 ppm

Grenzwert: 1500 ppm

66 m ² K lassenraum m it 30+1 Personen Be legun g

Außenluft: 350 ppm

5 m

in P

ause

5 m

in P

ause

5 m

in P

ause

5 m

in P

ause

15 m

in P

ause

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in P

ause

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Luftqualität im Klassenraum

Problem- Zuführung von Außenluft erforderlich

- Fensterlüftung im Winter nur eingeschränkt möglich (Zugerscheinung)

- Bei manueller Fensterlüftung: Wer bedient die Fenster?

Optionen

- optimierte natürliche Lüftung über Schächte und Abluftkamine

- Kontrolle Raumluftqualität

- mechanische Lüftung

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Luftqualität Wärmebedarf

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Vergleich von 3 Varianten (Dämmstandard bzw. technische Ausrüstung)

Variante A Basisvariante: EnEV 2009

Variante B erhöhter Dämmstandard

Variante C Passivhaus Standard

Definition Passivhaus:

Wärmebedarf: 15 kWh/m²a*

Gesamtprimärenergiebedarf: 120 kWh/m²a

* Berechnet mit Passivhaus Projektierungs-Paket

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Heizenergiebedarf

0

10

20

30

40

50

60

70

80

VARIANTE A VARIANTE B VARIANTE C

kWh/

m²N

GFa

Heizung

Klassenraum SüdTestreferenzjahr 12

1.9 1.6 0.5

100%

84%

28%

Bezugsfläche: 66 m² (NGF)

ENEV 2009 Dämmung optimiert

PassivhausStandard

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Nutzenergiebedarf

0

10

20

30

40

50

60

70

80


kWh/

m²N

GFa

Hilfsenergie - elektr. StromLüftung - elektr. StromLicht - elektr. StromHeizung




PassivhausStandard

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Annahmen:

Wärmeversorgung über Pellet oder Hackschnitzel (75%)

Strom aus dem Netz (Strommix D)

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Primärenergie

0

10

20

30

40

50

60

70

80


kWh/

m²N

GFa

Hilfsenergie - elektr. StromLüftung - elektr. StromLicht - elektr. StromHeizung + BWW (nicht - regenerativ)Heizung + BWW (regenerativ)

Klassenraum SüdTestreferenzjahr 12 (Mannheim)


3 MWh/a 3 MWh/a 2 MWh/a

100%89% 81%

Holzhackschnitzel (72%)


PassivhausStandard

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Primärenergie

0

10

20

30

40

50

60

70

80


kWh/

m²N

GFa

Hilfsenergie - elektr. StromLüftung - elektr. StromLicht - elektr. StromHeizung + BWW (nicht - regenerativ)

Klassenraum SüdTestreferenzjahr 12 (Mannheim)


2 MWh/a 2 MWh/a 2 MWh/a

100%93%

125%


"Nicht - Regenerativer" Primärenergiebedarf


PassivhausStandard

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CO2-Emissionen

0

2

4

6

8

10

12

14

16


kg C

O2

/m²a

Hilfsenergie - elektr. StromLüftung - elektr. StromLicht - elektr. StromHeizung



0 tCO2/a 0 tCO2/a 0 tCO2/a

100%92%

117%

Einfamilienhaus heutiger Standard (Gas) - EFH = 1.6 tCO2/a



PassivhausStandard

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UrsacheHochwertiger Strom zur Einsparung von Wärme

SchlussfolgerungMechanische Lüftung ist nicht per se eine Maßnahme zur Reduzierung der CO2Emissionen

Bemerkung:Lüftungsanlagen werden teilweise in der Übergangs- und Sommerzeit nicht oder nur minimal betrieben!

Luftqualität wieder abhängig von der Bedienung der Nutzer

FragestellungWie wird in (Passivhaus)Schulen die Nachtlüftung realisiert?

Mechanisch – zusätzlicher StrombedarfAutomatisch z.B. über Oberlichter – zusätzliches System, Kosten

bei Optimierung der nat. Lüftung kann u.U. auf mechanische Lüftung verzichtet werden

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Erweiterung Jörg Lederer Schule - Kaufbeuren

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• Lüftung – kontrollierte natürliche Lüftung

• Beheizung– Statische Heizfläche

• Sommerlicher Wärmeschutz– Nachtlüftung

Klassenraum

Abluft - Solarkamin

- Verglasung - Masse

Drosselklappe, thermische Trennung

schallgedämmtes Zuluftelement

Heizkörper

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Ergebnis der meßtechnischen Überprüfung• Funktion meßtechnisch nachgewiesen – aber eine angemessene Überhöhung

der Abluftkamine hätte die Wirksamkeit signifikant erhöht(Function has to follow form)

• Nutzer überwiegend zufrieden• Deutliche Optimierungspotentiale bei der Regelung• Überhitzungserscheinungen in Südwest orientierten Räumen

Ursache – Sonnenschutz wird bei Unterrichtsende automatisch hochgefahren

Schlussfolgerung• Auch bei einer automatisierten Regelung ist die Einbindung des Nutzers und

„Pflege“ des Systems essentiell für den Erfolg• Die kontrollierte natürliche Lüftung ist machbar, erfordert aber eine sensible

Abstimmung der einzelnen Komponenten insbesondere der Regelung

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Erweiterung Schiller Schule Walldorf (Planungsphase aktuell Vergabe)

- Anforderung: Passivhausstandard

- Aber Fokus liegt auf einer Gesamtoptimierung- Energetische Gesichtspunkte- Komfort im Gebäude- Flexibilität (für unterschiedliche pädagogische Ansätze)

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Problemstellung Lüftung

Das pädagogische Konzept sieht differenzierte Lernbereiche vor- Klassenraum- Differenzierungsbereich- Lerninsel (Flur / Erschließung)

Es ist nicht vorhersehbar, wo sich die Kinder aufhalten

Lösungsansatz: Kaskadierung der ZuluftDie Zuluft strömt über schallgedämmte Öffnungen in den

Klassenraum Differenzierungsraum Lerninsel

Vorteile: minimale Luftmenge, geringerer mechanischer Aufwand (Kanäle, Klappen etc.), geringerer Wartungsaufwand

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Klassenzimmer

Lerninsel

Lerninsel

Klassenzimmer

DachüberstandSonnenschutz

Balkon als Fluchtweg und Zugang zum Pausenhof

Außenluft-ansaugung

Oberlicht: - Belichtung - natürliche Querlüftung

Beweglicher Sonnenschutz mit Tageslichtlenkung

Schacht:- natürliche Abluft

Nordshed OberlichtPhotovoltaik Südseite

exponierte Betondecke -> Aktivierung der thermischen Masse durch Nachtluftspülung

Erdkanal - thermischeZuluftkonditionierung

Klassenzimmer

Lerninsel

Lerninsel

Klassenzimmer

DachüberstandSonnenschutz

Balkon als Fluchtweg und Zugang zum Pausenhof

Außenluft-ansaugung

Oberlicht: - Belichtung - natürliche Querlüftung

Beweglicher Sonnenschutz mit Tageslichtlenkung

Schacht:- natürliche Abluft

Nordshed OberlichtPhotovoltaik Südseite

exponierte Betondecke -> Aktivierung der thermischen Masse durch Nachtluftspülung

mechanische Be- und Entlüftung mit hocheffizienterWärmerückgewinnung

Heizkörper mit minimierterthermischer Masse

+

Außenluft

Fortluft Zuluft

Abluft

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Zuluft

Luftansaugung

ÜberströmungKlasse - Differrenzierungsraum

ÜberströmungDifferenzierungsraum - Lerninsel

AbluftLerninsel/Sanitärbereich

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ZusammenfassungNutzung von regenerativ erzeugtem Strom und Gasbrennwerttechnik zur Wärmeversorgung ist in Verbindung mit der hohen Dämmqualität eine energetisch sinnvolle Variante

Erdwärmetauscher bietet die Möglichkeit zur Verbesserung der sommerlichen Konditionen in Verbindung mit der automatisierten Nachtlüftung

Die optimale Tageslichtversorgung erhielt Vorrang vor der thermischen Optimierung

Unterschiedliche Rahmenbedingungen bedingen unterschiedliche Lösungsansätze

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