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
SchulbauFolie 5
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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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 Stoßlüften in Pause + einmal Unterricht
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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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 Stoßlüften in Pause + einmal Unterricht
12m³/h pro Person + 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
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
10 m
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
VARIANTE A VARIANTE B VARIANTE C
kWh/
m²N
GFa
Hilfsenergie - elektr. StromLüftung - elektr. StromLicht - elektr. StromHeizung
Klassenraum SüdTestreferenzjahr 12
Bezugsfläche: 66 m² (NGF)
ENEV 2009 Dämmung optimiert
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
VARIANTE A VARIANTE B VARIANTE C
kWh/
m²N
GFa
Hilfsenergie - elektr. StromLüftung - elektr. StromLicht - elektr. StromHeizung + BWW (nicht - regenerativ)Heizung + BWW (regenerativ)
Klassenraum SüdTestreferenzjahr 12 (Mannheim)
Bezugsfläche: 66 m² (NGF)
3 MWh/a 3 MWh/a 2 MWh/a
100%89% 81%
Holzhackschnitzel (72%)
ENEV 2009 Dämmung optimiert
PassivhausStandard
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Primärenergie
0
10
20
30
40
50
60
70
80
VARIANTE A VARIANTE B VARIANTE C
kWh/
m²N
GFa
Hilfsenergie - elektr. StromLüftung - elektr. StromLicht - elektr. StromHeizung + BWW (nicht - regenerativ)
Klassenraum SüdTestreferenzjahr 12 (Mannheim)
Bezugsfläche: 66 m² (NGF)
2 MWh/a 2 MWh/a 2 MWh/a
100%93%
125%
Holzhackschnitzel (72%)
"Nicht - Regenerativer" Primärenergiebedarf
ENEV 2009 Dämmung optimiert
PassivhausStandard
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CO2-Emissionen
0
2
4
6
8
10
12
14
16
VARIANTE A VARIANTE B VARIANTE C
kg C
O2
/m²a
Hilfsenergie - elektr. StromLüftung - elektr. StromLicht - elektr. StromHeizung
Klassenraum SüdTestreferenzjahr 12
Bezugsfläche: 66 m² (NGF)
0 tCO2/a 0 tCO2/a 0 tCO2/a
100%92%
117%
Einfamilienhaus heutiger Standard (Gas) - EFH = 1.6 tCO2/a
Holzhackschnitzel (72%)
ENEV 2009 Dämmung optimiert
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
SchulbauFolie 23
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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