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Adresse: |
Schulweg 13, 02785 Olbersdorf |
Bauherr: |
Verwaltung Landkreis Görlitz (vormals Landkreis Löbau/Zittau) |
Antragsteller: |
Hochschule Zittau/Görlitz |
Ansprechpartner: |
HS Zittau/Görlitz, Fakultät Bauwesen, Lehrgebiet Bauklimatik, Prof. Dr. Jens Bolsius,
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Allgemeine Daten |
Nord-West Ansicht des Hauptgebäudes |
Projektadresse |
Ehemalige Mittelschule Olbersdorf Schulweg 13 02785 Olbersdorf Deutschland |
Baujahr |
1927/28 |
Sanierungszeitraum |
2008 - 2010 |
Anzahl der Schüler |
180 |
Anzahl der Klassenzimmer |
22 |
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Bruttogeschossfläche |
5.610 m² |
Beheizte Nettogrundfläche (EBF - Energiebezugsfläche) |
4.439 m² |
Beheiztes Gebäudevolumen
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17.880 m³ |
A/V |
0,25 1/m |
Luftdichtheit |
1,4 1/h (Zielwert) |
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Projektübersicht
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Das Hauptgebäude des Olbersdorfer Schulkomplexes entstand 1927/28 zusammen mit einer Turnhalle. Das Gebäude ist ein Kulturdenkmal im Sinne des sächsischen Denkmalschutzes und wurde als ein bedeutendes regionales Beispiel für den sächsischen Schulbau der Weimarer Republik eingestuft. Zielstellung der energetischen Sanierung der Olbersdorfer Schule ist primär die deutliche Verringerung des Energieverbrauchs auf den sogenannten 3-Liter-Haus-Standard, d. h. die Senkung des jährlichen Primärenergiebedarfs für Beheizung und Belüftung (einschließlich Hilfsenergiebedarf) auf maximal 34 Kilowattstunden pro Quadratmeter Gebäudenutzfläche. Damit soll die Sanierung zum Musterbeispiel für zukünftige Modernisierungsvorhaben im Landkreis werden, der jedes Jahr ca. 3,2 Mio. Euro in den Betrieb und die Erhaltung seiner Schulen investiert.
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Lage
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Standort der Schule in Deutschland |
Breitengrad |
50,88 °N |
Längengrad |
14,77 °O |
Höhenlage |
273 m über NN |
Mittlere Jahrestemperatur |
9,9 °C |
Mittlere Wintertemperatur (Oktober - April) |
4,3 °C |
Klima (TRY-Referenzstation) |
Klimazone TRY 10, Hof |
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Gebäudetyp |
Baujahr |
vor 1910 |
1910-1930 |
1930-1950 |
1950-1970 |
1970-1990 |
nach 1990 |
Dorfschule |
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Mehrgeschossige Schule |
Mittelflur-Schule |
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Seitenflur-Schule |
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Pavillon-Schule |
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Hallen-Schule |
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Zentral-Schule |
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Kammform-Schule |
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Offenes-Konzept-Schule |
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Cluster-Schule |
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Sonstige |
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Zusätzliche Informationen |
Literatur, Quellenangabe
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[1] |
Landratsamt Zittau / HS Zittau/Görlitz, Fakultät Bauwesen: Projektbeschreibung Energetische Sanierung Schulgebäude Olbersdorf |
[2] |
Bolsius, J. / Vogel. L. / Zymek, M.: Zwischenbericht Förderprojekt Energieoptimiertes Bauen; EnEff-Schule: “Energetische Sanierung des Schulkomplexes Olbersdorf bei Zittau“ |
[3] |
Winkler, M.: Begleitforschung der Hochschule für angewandte Wissenschaften München, Fragebogen zur Beurteilung der Einrichtung |
[4] |
Milke, F. / Bolsius, J.: Präsentationen im Rahmen des Symposiums EnEff:Schule in Biberach a. d. Riß am 21.4.2009, Demonstrationsvorhaben 3-Liter-Haus-Schule Olbersdorf |
[5] |
Klimadaten des Deutschen Wetterdienstes, Monatswerte der Station Kempten, www.dwd.de |
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Projektpartner
Projektsteuerung |
Hochschule Zittau/Görlitz, Fakultät Bauwesen, Lehrgebiet Bauklimatik, Prof. Dr. Jens Bolsius,
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Architektur |
AIZ – Architektur- und Ingenieurbüro für Hoch- und Tiefbau Zittau GmbH,Â
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Forschung, Evaluierung, Energiekonzept |
Projektleitung und Energiekonzept: Hochschule Zittau/Görlitz, Fakultät Bauwesen |
Simulation der Raumluftströmung: TU Dresden, Institut für Energietechnik, Heizungs- und Raumlufttechnik |
Konzept Beleuchtung und Tageslichtlenkung: TU Dresden, Institut für Bauklimatik |
Simulation des thermischen Verhaltens des Gebäudes und der Anlagentechnik: TU Dresden; Institut für Energietechnik, Energiesystemtechnik und Wärmewirtschaft |
Fassadendämmung Vakuum-Dämm-Paneele, Optimierung der Zuluftkastenfenster: Bauhaus-Universität Weimar, Materialforschungs- und Prüfanstalt |
Anlagentechnik |
Heizung, Lüftung: Ingenieurbüro Amthor
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Gebäudeleittechnik, Elektrotechnik: Ingenieurbüro Ickrath Land Messner, Löbau,
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Förderprogramm |
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie: „Energieoptimiertes Bauen, EnEff:Schule“ |
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Links
EnSan Modellprojekte zur energieeffizienten Sanierung: www.enob.info/de/forschungsfelder/ensan
Vorträge der Projektsteuerer und Energieplaner im Rahmen des Symposiums EnEff:Schule in Biberach a. d. Riß am 21.4.2009: http://www.eneff-schule.de/index.php/Veranstaltung/Veranstaltung-Allgemein/symposium-eneffschule-biberach-2009.html
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Abbildungsnachweis
Hochschule Zittau/Görlitz, Fakultät Bauwesen
Architekturbüro AIZ, Zittau
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Bauteile |
Das Hauptgebäude ist in weiten Teilen als Mauerwerks-Konstruktion mit einer Wandstärke von 48 cm ausgeführt. Die ursprünglichen Fenster wurden als Kastenfenster ausgebildet. Auf der Straßenseite wurde im Zuge früherer Sanierungsmaßnahmen die äußere Scheibenebene durch ein 2-Scheiben Verbundglas denkmalgerecht erneuert, dabei ist die innere Scheibenebene des alten Kastenfensters entfernt worden. |
Zusammenstellung der U-Werte der Gebäudehüllflächen vor der Sanierung
Bauteil |
U-Wert [W/m²K] |
Beschreibung |
Außenwand |
1,25 |
51 cm Mauerwerk, Putz |
Fenster West |
1,70 |
2-Scheiben Verbundglas |
Fenster Ost |
2,80 |
Kastenfenster (Flurbereich) mit 2-fach Verglasung |
Oberste Geschossdecke |
1,70 |
2 cm Wärmedämmung 15 cm Hohlblock-Leichtbeton 5 cm Estrich |
Boden |
3,5 |
30 cm Betonplatte |
3,09 |
20 cm Leichtbeton 4 cm Estrich |
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Anlagentechnik |
Die Wärmeerzeugung der Schule erfolgt über zwei Gasheizkessel mit einer maximalen Leistung von jeweils 250-283 kW. |
Gelüftet wird über Fensterlüftung und in das Mauerwerk integrierte Abluftschächte, die typisch sind für Schulbauten der ersten Hälfte des vergangenen Jahrhunderts. Diese sind jedoch nur noch in Teilbereichen voll funktionsfähig. |
In das Mauerwerk integrierte Abluftschächte.
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Die lichttechnische Situation in den Unterrichtsräumen ist größtenteils gekennzeichnet durch eine einseitige Befensterung nach Ost oder West, lediglich die Eckräume haben an drei Raumseiten Fenster. Der Flur- und Eingangsbereich in den unteren Geschossen, sowie der Versammlungsraum werden aufgrund der Hanglage kaum durch Tageslicht belichtet. |
Typische Lichtsituation in den Klassenzimmern |
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Energieverbrauch |
Hohe Transmissionswärmeverluste der Außenwände und der Kastenfenster führten 2005/2006 zu einem Heizenergieverbrauch von 765 MWh.
Energie |
Verbrauch [kWh/m²a] |
Endenergie Heizung |
122,7 |
Primärenergie gesamt |
174,2 |
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Schäden und Mängel |
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Die Wände des Gebäudes sind nicht gedämmt. Auf der Hofseite des Hauptgebäudes sind die ursprünglichen Fenster erhalten und weisen insbesondere im Flurbereich einen erhöhten Wärmedurchgang auf. Die Fenster sind von einem umlaufenden Betongewände umgeben, was die wärmetechnische Situation im Winter noch verschlechtert.
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Anhand einer thermographischen Aufnahme aufgezeigte Wärmeverluste der Gebäudehülle |
Infolge der fehlenden Verschattung kommt es im Sommer bereits vor Schulbeginn auf der Ostseite zu hohen thermischen Lasten. Besonders in den Unterrichtsräumen im Dachgeschoss klagen die Nutzer über eine teilweise sogar unzumutbare Arbeitsbedingungen. Die in das Mauerwerk integrierten Abluftschächte sind nur im Eingangsbereich und teilweise in den Toiletten noch voll funktionsfähig, während sie in den Klassenräumen bei Renovierungsarbeiten größtenteils verschlossen wurden. Die natürlichen Lichtverhältnisse sind vor allem im Flur- und Eingangsbereich, sowie im Versammlungsraum und den Unterrichtsräumen im Dachgeschoss unzureichend. Die Konsequenz ist eine ganztägige Kunstlichtbeleuchtung. Auch im Bereich der Turnhalle wird der Fensterflächenanteil als kritisch gering eingestuft. |
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Besonderheiten |
Das Gebäude ist ein Kulturdenkmal im Sinne des sächsischen Denkmalschutzes. Daher muss bei der Suche nach Möglichkeiten zur Verbesserungen der Dämmeigenschaften der Gebäudehülle die denkmalschützerisch geforderte maximale Aufbauhöhe der Fassade beachtet werden. |
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Durch die Sanierung wird die Schaffung eines lernfördernden Raumklimas anvisiert und zwar durch die Verbesserung der Raumlufthygiene und Raumakustik, sowie die Senkung der sommerlichen Innenraumtemperaturen. |
Besonderes Augenmerk wird dabei auf eine denkmalgerechte hocheffiziente Wärmedämmung der Fassade und eine beispielgebende energieeffiziente Lüftung der Unterrichtsräume gelegt. |
Simulation der Innenraumtemperaturen |
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Architektur
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Im Sinne des Denkmalschutzes wird das Gebäude in seiner Erscheinung so wenig wie möglich verändert. Lediglich im Untergeschossbereich auf der Hofseite werden die Lichtschächte teilweise entfernt und das Gelände abgeböscht, um eine bessere Nutzung des Tageslichts zu ermöglichen. Aus dem gleichen Grund werden die Fenster im Dachgeschoss vergrößert. Im Inneren werden die Grundrisse entsprechend modernen Schulerfordernissen überarbeitet. Die Freifläche östlich des Hauptgebäudes wird einer umfassenden Neugestaltung unterzogen. Dabei soll gleichzeitig der Boden für die Nutzung als Energiequelle von Erdwärme über Erdsonden erschlossen werden. |
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Bauteile |
Im Bereich der baulichen Substanz wird vor allem eine Verbesserung der Dämmeigenschaften der äußeren Gebäudehülle angestrebt. Eine aus denkmalschützerischer Hinsicht unproblematische Innendämmung wäre aufgrund der entstehenden zahlreichen Wärmebrücken energetisch ungünstig. Außerdem bewirkt eine Innendämmung die thermische Abkopplung des massiven Außenmauerwerkes. Höhere sommerliche Innentemperaturen wären die unerwünschte Folge. |
Außenwanddämmung mit Vakuumdämmpaneelen |
Als energetisch beispielgebende Lösung im Bereich von Niedrigenergie- und Passivhäusern sollte deshalb vorzugsweise eine Außendämmung ausgeführt werden. Um die denkmalschützerischen Anforderungen der maximalen zusätzlichen Aufbauhöhe der Fassade von 6 cm zu erfüllen und um gleichzeitig hohe energetische Effekte erzielen zu können, werden für die Fassadendämmung Vakuumdämmpaneele vorgesehen. Diese haben noch keine allgemeine Zulassung und erfordern daher für die Baugenehmigung eine Zustimmung im Einzelfall. |
Zu Testzwecken wird in der Materialforschungs- und Prüfungsanstalt der Bauhaus-Universität Weimar eine Musterwand errichtet. Die für den Einsatz vorgesehenen Vakuumdämmpaneele sind mit einer strapazierfähigen Ummantelung aus Glasfaserzusatz umgeben, die die Platten vor Beschädigung schützt. Zur Befestigung der Platten wird ein Klebesystem mit Stufenfalz entwickelt, welches ohne den Einsatz von zusätzlichen Dübeln auskommt, wodurch Wärmebrücken auch am Stoß der Elemente verringert werden. Nach dem die Platten an der Wand aufgeklebt sind, können sie verputzt werden. Besondere Aufmerksamkeit gilt dabei der Entwicklung eines wärmebrücken-reduzierten Fensteranschlussdetails an die Vakuumdämmpaneele. |
Musterfläche mit Oberputz |
Des weiteren werden die Transmissionswärmeverluste der obersten Geschossdecke durch eine begehbare Wärmedämmung verringert, die in den Spitzboden über dem Dachgeschoss eingebracht wird. |
Zusammenstellung der U-Werte der Gebäudehüllflächen vor und nach der Sanierung
Bauteil |
U-Wert [W/m²K] |
Beschreibung |
Vor der Sanierung |
Nach der Sanierung |
Außenwand |
1,25 |
0,34 |
7 cm ESP-Dämmung |
Fenster West |
1,70 |
0,90 |
Zuluft-Kastenfenster elektrochrome Verglasung |
Fenster Ost |
2,80 |
Oberste Geschossdecke |
1,70 |
0,22 |
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Boden |
3,50 |
0,36 |
10 cm Beton 4 cm Estrich 2 cm Vakuumdämmpaneele |
3,09 |
0,32 |
10 cm Beton 4 cm Estrich 10 cm XPS-Dämmung |
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Anlagentechnik |
Neben der Verbesserung der thermischen Gebäudehülle wird die anvisierte energetische Einsparung vor allem durch den Einsatz moderner Heizungstechnik und effizienter Lüftungsstrategien erreicht. Dabei wird vor allem Wert auf wartungsarme Technik in schulalltagstauglicher Ausführung gelegt. Im Rahmen des energetischen Konzepts wird eine Gasabsorptionswärmepumpe geplant, mit Spitzenlastabdeckung durch den Gas-Brennwertkessel. Die Gasabsorptionswärmepumpe koppelt die Nutzung von Erdwärme über Erdsonden mit einer im Vergleich zum Brennwertkessel erhöhten Ausnutzung des Brennstoffes Gas. Neben einer Senkung des Energieverbrauchs kann so der bisher nur zögerliche Einsatz dieser innovativen Technik gefördert und diese durch eine qualifizierte messtechnische Begleitung zusätzlich optimiert werden. Während in den Sanitärräumen eine konventionelle zentrale Abluftanlage mit Präsenzsteuerung eingesetzt wird, wird für die Unterrichtsräume eine bedarfsangepasste Lüftung entwickelt, welche weitgehend auf natürlicher Auftriebswirkung beruht und nur gegebenenfalls durch Ventilatoren mit geringem Elektroenergieverbrauch unterstützt wird („Hybride Lüftung“). |
Simulation der Innenraumtemperaturen |
Dafür wird der Umbau der vorhandenen Kastenfenster und der teilweise mit Wärmeschutzverglasung erneuerten Fenster in Zuluftkastenfenster vorgenommen. Außenluft gelangt über eine Öffnung am unteren Rahmen in den Scheibenzwischenraum, erwärmt sich, steigt auf und tritt am oberen Fensterrahmen in den Raum ein. Mit der Vorwärmung und der Zuführung oberhalb der Aufenthaltszone wird das Zugluftrisiko stark vermindert. |
Zur Vermeidung von Fehlströmungen sind zusätzliche Winddruckbegrenzer und Rückschlagklappen in das Fenster zu integrieren. Bei Erreichen einer festgelegten Außentemperatur werden Oberlichter an den Innenflügeln der Fenster automatisch geöffnet, wodurch der Volumenstrom zur Raumbelüftung erhöht wird.
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Lüftungsschema der Unterrichtsräume |
Neben diesen Maßnahmen zur Einbringung von Frischluft werden verschlossene Abluftschächte wieder aktiviert, so dass verbrauchte Luft weitgehend unter Nutzung des natürlichen Auftriebs abgeführt werden kann. Dabei wird ein Abluftventilator unterstützend eingeschaltet, sobald über einen Sensor eine erhöhte CO2- Konzentration gemessen wird. Bei Teil- oder Nichtbelegung des Unterrichtsraumes bleibt der Ventilator außer Betrieb. Hierdurch wird gegenüber konventionellen Abluftanlagen eine deutliche Einsparung an Elektroenergie für den Ventilatorantrieb erreicht.
Als primärenergetisch neutrale Variante zur sommerlichen Kühlung bietet sich in der Schule Olbersdorf eine effektive Nachtauskühlung an. Über eine entsprechende Nachtlüftungsfunktion in der Konzeption des Systems Kastenfenster – Abluftschacht – Abluftvolumenstromregelung können dabei die vorhandenen Gebäudemassen aktiviert werden und eine merkliche Absenkung der Raumtemperaturen in großen Bereichen des Gebäudes erreicht werden. Wenn gleichzeitig durch eine hinreichend wirksame Verschattung der Wärmeeintrag während der Hitzeperioden begrenzt wird, sind behagliche Verhältnisse auch im Sommerhalbjahr ohne weitere Klimatisierungsmaßnahmen möglich. Wesentlich für die Bauausführung ist in diesem Zusammenhang, dass die für eine lerngerechte Umgebung unverzichtbare Verbesserung der Raumakustik nicht zu einer thermischen Abkopplung des Bauwerkes führt. Im, hinsichtlich der sommerlichen Überhitzung besonders kritischen, Dachgeschoss soll dies über eine Akustikdecke mit integriertem Kühlsystem aus Kapillarrohrmatten erreicht werden.
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Zur verbesserten Tageslichtnutzung in der Schule werden die Grundrisse entsprechend modernen Schulerfordernissen überarbeitet, sowie Lamellen-Jalousien in die Scheibenzwischenräume der Kastenfenster integriert, welche die Funktionen Beschattung, Blendschutz und Lichtlenkung übernehmen. |
Schnitt durch einen Lichtschacht
Verspiegelter Lichtschacht zur Verbesserung des Tageslichteintrags
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Zudem werden alte Lichtschächte aktiviert bzw. ergänzt. Diese werden auf der Innenseite mit hochreflektierenden, aluminiumbeschichteten Platten belegt. Damit wird der Tageslichteintrag in die Unterrichtsräume im Dachgeschoss verbessert und auch Bereiche nahe oder unter Niveau des Erdbodens können so natürlich belichtet werden. |
An den Fenstern der östlichen Eckräume ist zudem der Einsatz von elektrochromen Gläsern als Sonnenschutz geplant, um der sommerlichen Überwärmung dieser Räume entgegenzusteuern. Die Kunstlichtergänzungsanlage wird tageslichtabhängig gesteuert, die Abschaltung erfolgt zentral nach Schulschluss am Nachmittag.
Für die Sanierung der Turnhalle wird der Einsatz von Dämmung, sowie bedarfsangepasster Lüftung und Beheizung vorgesehen. Da die Turnhalle ganzjährig, auch außerhalb der Schulzeit, durch Sportvereine genutzt wird, ergeben sich auch andere Betriebszeiten der haustechnischen Anlagen. Es wird ein Niedertemperaturheizsystem (Fußbodenheizung) empfohlen, welches über die Wärmepumpe des Schulgebäudes mitversorgt wird. Zudem soll eine Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung installiert werden. Bei der Konzeptionierung der künstlichen Beleuchtung ist die aus denkmalpflegerischer Sicht bedeutsame dunkle Holzbalkendecke zu berücksichtigen.
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Wie bewerteten Schüler und Lehrer ihre Lernumwelt vor und nach der Sanierung?
Die Schüler waren vor dem Umzug in das sanierte Gebäude an einem anderen Ort (Zittau) untergebracht. Im Vergleich zum vorherigen Schulgebäude zeigten sich bei dem überwiegenden Teil der Komfortaspekte sowohl aus Sicht der Schüler als auch aus Sicht der Lehrer bessere Bewertungen im neu bezogenen sanierten Gebäude. Beim thermischen Komfort empfanden insbesondere die Lehrkräfte einen Unterschied durch deutlich angenehmere Temperaturen in den Klassenzimmern während der Sommermonate. Auch die akustischen Bedingungen bewerteten die Lehrer im sanierten Gebäude besser als im vorherigen Gebäude. Die Lage des sanierten Gebäudes führte zu geringerer Lärmbelästigung. Schüler wie Lehrer gaben in der schriftlichen Befragung an, sich insgesamt in der neuen Umgebung wohler zu fühlen; das Gebäude gefällt deutlich besser als die frühere Schule. In den Gruppendiskussionen mit Schülern, Lehrern und Elternvertretern wurde einhellig bestätigt, dass das sanierte Gebäude ein außerordentlich attraktives Erscheinungsbild aufweist.
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Beurteilung der Lernumwelt im Vorher-Nachher-Vergleich
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Insgesamt bestätigten die Lehrkräfte und Eltern in den Gruppendiskussionen dem sanierten Gebäude eine gelungene Eignung als Demonstrationsprojekt. Dies zeige auch die positive Resonanz von Besuchern und die wiederholte Wahl des Gebäudes als passende Umgebung für Veranstaltungen.
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Einbindung des Themas Energie in den Unterricht
Das Thema Energie war Gegenstand des Unterrichts: 80 % der Schüler gaben in der Zweitbefragung an, sich mit dem Energiesparen allgemein beschäftigt zu haben. Das sind 20 % mehr als bei der Erstbefragung. Folgen des Energieverbrauchs und des Klimawandels wurden nach Angaben der Schüler im neuen Gebäude seltener besprochen als in der alten Schule. 74 % der Schüler gaben an, auf energietechnische Besonderheiten des sanierten Gebäudes aufmerksam gemacht worden zu sein; 52 % berichteten, dass diese Besonderheiten im Unterricht behandelt wurden. An Messungen in der sanierten Schule waren die Schüler nach eigenen Angaben nicht beteiligt; Messergebnisse aus dem Gebäude-Monitoring waren ihnen nicht bekannt. In der Gruppendiskussion merkten die Schüler an, dass sie gern noch mehr über das Energiekonzept hören möchten und gerne den Heizungskeller besichtigen würden.
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Stand:
Erstbefragung |
Gruppendiskussion |
Zweitbefragung |
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[√ = abgeschlossen]
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Zum Download bereit gestellt: |
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Ergebnisdarstellung der Sozialwissenschaftlichen Begleitforschung |
PDF-Datei, 568 KB
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Von April 2011 bis August 2014 erfolgte im Rahmen des Intensiv-Monitorings die Aufzeichnung der Messdaten sowohl zur Validierung des Energiekonzepts, als auch zur Bewertung der Behaglichkeit und zur Ermittlung des Nutzerverhaltens. Eine Teilmenge der erfassten Datenpunkte wird visualisiert, indem von einigen Klassenräumen der Verlauf der stündlichen Mittelwerte der Raumlufttemperatur, der relativen Raumluftfeuchte und der CO2-Konzentration graphisch aufbereitet werden. Ferner sind die nutzflächenbezogenen kumulierten End- und Primärenergieverbräuche für die benötigte Hilfsenergie und die Beheizung dargestellt. Die zusätzliche Ausgabe der Messdaten als Excel-Tabelle ermöglicht eine individuelle Präsentation der Messdaten.
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Visualisierung der Messdaten:Â daten.eneff-schule.de/Olbersdorf.aspx
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