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Nachhaltiges Passivhauskonzept in Niedrigenergiebauweise - Berufliche Oberschule Erding
demo-best_erding Adresse: Siglfingerstraße 50, 85435 Erding
Bauherr und
Antragsteller:
Landkreis Erding und Kreis Ebersberg,
Landratsamt Erding
Ansprechpartner: Heinz Fischer,
Landratsamt Erding

 

 

Projektbeschreibung

 

Allgemeine Daten
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Südost-Ansicht des Schulgebäudes

 

Projektadresse Berufliche Oberschule Erding
Staatliche Fachoberschule und Berufsoberschule
Siglfingerstraße 50
85435 Erding
Deutschland
Bauzeit März 2009 - Oktober 2010
Anzahl der Schüler / Lehrer 750 Schüler
68 Lehrer
Anzahl der Klassenzimmer 25 Klassenzimmer, 8 Fachräume
Standard-Klassenzimmer 7,50 m x 10,40 m
78 m²

 

Beheizte Nettogrundfläche
(EBF - Energiebezugsfläche)
6.660 m²
bei voller Auslastung
Hauptnutzfläche 5.050 m²
A/V 0,27 1/m
Luftdichtigkeit n50 0,17 1/h

Projektübersicht

Mit dem Neubau Der Fach- und Berufsoberschule verfolgen die beiden Landkreise als Bauherrschaft die Zielsetzung, den Bedarf an Primärenergie für das Schulgebäude auf ein sehr niedriges Niveau zu drosseln. Ein Primärenergiebedarf von 60 bis 70 kWh/m²a, bezogen auf die beheizte Nettogrundfläche, soll nicht überschritten werden. Ebenso soll das Gebäude über den gesamten Lebenszyklus möglichst ressourcen-schonend sein. Dazu wird mit Hilfe entsprechender Bilanzierungs-Software eine Lebenszyklusanalyse (Life-Cycle-Analysis) vorgenommen. Weiterhin soll mittels eines anschließenden Monitoring-Programms der Energiebedarf reduziert und transparent gemacht werden. Die Einbindung der Nutzer - Lehrer, Schüler und deren Eltern - steht dabei im Vordergrund.
Das innovative Projekt wurde von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt gefördert und fand bereits in der Bauphase überregional große Beachtung. So wurde es mit dem E.ON Bayern Umweltpreis 2009 ausgezeichnet.


Umgesetzte Maßnahmen / Ziele
Es wurden folgende Maßnahmen umgesetzt:
- Hochwertiger Wärmeschutz - Dämmstandard Passivhaus
- Überprüfte Gebäudedichtigkeit, Blower-Door-Tests ergaben einen Wert n50 = 0,13 1/h
- Wärmebrückenfreiheit der Konstruktion durch gezielte Entwurfsberechnungen
- Gute Raumluftqualität - Quellluft-Prinzip
- Mechanische Be- und Entlüftung mit Wärmerückgewinnung
- Nutzbarmachung der im Atrium herrschenden Thermik
- Anschluss an Geothermie-Fernwärme - Rücklaufkopplung
- Nutzung von Umweltkälte zu Kühlzwecken
- Hydraulischer Abgleich von Lüftung und Heizung
- Konzept zur verbesserten Tageslichtnutzung, sowie präsenzgeführter Kunstlichteinsatz
- Regenwassernutzung für die Toiletten
- Minimierung von Druckverlusten der Lüftung durch kurze (bzw. keine) Leitungswege
- Nutzung der Messdatenerfassung zur Überführung des Gebäudes in die geplante Betriebsweise
- Lastabhängig regelbare Ventilatoren

 

Lage

b02_lage-erding
Standort der Schule in Deutschland
Breitengrad 48,3 °N
Längengrad 11,91 °O
Höhenlage 463 m über NN
Mittlere Jahrestemperatur 8,1 °C
Mittlere Wintertemperatur (Oktober - April) 2,9 °C
Klimabeschreibung / Referenzstation Klimazone TRY:
13 Passau

 

Gebäudetyp / Baujahr
Gebäudetyp Baujahr
vor 1910 1910-1930 1930-1950 1950-1970 1970-1990 nach 1990
Dorfschule
Mehrgeschossige
Schule
Mittelflur-Schule
Seitenflur-Schule
Pavillon-Schule
Hallen-Schule X
Zentral-Schule
Kammform-Schule
Offenes-Konzept-Schule
Cluster-Schule

 

Gebäude
b03_lageplan
Lageplan des Gebäudekomplexes
Die Berufliche Oberschule Erding bildet zusammen mit den bestehenden Berufsschulen und der Kreismusikschule einen städtebaulich zusammenhängenden Komplex.

Die Schule gliedert sich in zwei Hauptgebäudeteile, dem dreigeschossigen Nordkörper und den zweigeschossigen Südkörper, die über eine transparente Atrium-Eingangshalle verbunden sind.

 

b04_grundriss-EG
Erdgeschossgrundriss des Schulgebäudes

 

b05_schnitt
Querschnitt durch das Gebäude in Nord-Süd-Richtung

 

Energieeinsparung

Konzept

Durch einen spezifischen Heizwärmebedarf von ca. 10 kWh/m²a wurde der Grenzwert eines Passivhauses von 15 kWh/m²a unterschritten. Mit Hilfe einer Simulation verschiedener Konstruktionen und Entwurfsvarianten konnte eine wärmebrücken-minimierte Fassade hergestellt werden.
Der Wärmebedarf des Gebäudes wird abgedeckt durch den Anschluss an das Geothermie-Fernwärmenetz der Stadtwerke Erding.
Des Weiteren wurde eine sehr reduzierte, aber dafür hocheffiziente Haustechnik installiert, die durch ihre Einfachheit und die Mehrfachnutzung bestimmter Komponenten besticht. So wird beispielsweise zur Verringerung des vorzuhaltenden Kanalrohrnetzes das Atrium als Abluftplenum nutzbar gemacht. Die im Sommer erforderliche Kühlung wird mittels nächtlicher Querlüftung erzeugt und kann über den Tag in der massiven Baumasse gespeichert werden, so dass die Empfindungstemperaturen in den Klassenräumen meist unter 26 °C gehalten werden. Unterstützend wurden mechanische Be- und Entlüftungsanlagen zur Erreichung behaglicher Verhältnisse vorgesehen.

b06_atrium
Blick in das Atrium
Zur Minimierung der Kunstlichtbeleuchtung wurde die Fassade hinsichtlich einer guten Tageslichtversorgung konzipiert und es wurde eine präsenz- und tageslichtabhängige Beleuchtungsregelung eingesetzt.

Gebäudehüllflächen

 

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Die Süd-Fassade des Gebäudes
Die thermische Hülle der Beruflichen Oberschule Erding umschließt das gesamte Gebäude, d. h. die Dämmebene verläuft durchgehend an der äußeren Hüllfläche. Als Außenhaut wurde eine Holzverschalung gewählt Die eingesetzten transparenten Bauteile sind größtenteils als durchlaufende Fensterbänder ausgeführt. Es wurden Fensterelemente in Pfosten-Riegel-Konstruktion eingesetzt.

Zusammenstellung der U-Werte der Gebäudehüllflächen
Bauteil U-Wert
[W/m²K]
Beschreibung
Außenwand 0,13 25 cm Stahlbeton
28 cm Mineralwolle WLG 032
Fenster 0,86 3-fach-Wärmeschutzverglasung
mit hochgedämmtem Aluminiumrahmen
Dach 0,10 30 cm Stahlbeton
36 cm EPS-Wärmedämmung WLG 035 inkl. Gefälledämmung
Boden 0,18 40 cm Stahlbeton
20 cm XPS-Perimeterdämmung WLG 038

Heizung / Lüftung / Beleuchtung

 

b08_fernwaermeanschluss
Anlagenschema der Fernwärmeübergabe

Die Wärmebereitstellung der Berufsoberschule wird über den Anschluss an das öffentliche Geothermie-Fernwärmenetz der Stadt Erding sichergestellt. Die Besonderheit des Systems besteht jedoch darin, dass der Rücklauf -RL- der benachbarten Gastronomie-Berufsschule, die ebenso an das Fernwärmenetz angeschlossen ist, als Vorlauf -VL- der Berufsoberschule dient. Dementsprechend niedrig sind die Systemtemperaturen VL/RL: 50/40 °C. Durch die weitere Abkühlung ergibt sich für das System Fernwärme eine Wirkungsgradsteigerung.
Die Wärmeübergabe an den Raum erfolgt mittels an der Wand und im Boden angebrachter Flächenheizelemente.


Der erforderliche Heizwärmebedarf des Gebäudes wird jedoch während des Schulbetriebs hauptsächlich durch die großen inneren Lasten (Personen, Licht, Maschinen) gedeckt. Aus diesem Grund dienen die Flächenheizelemente zur Abdeckung der Grundlast und sollen die Auskühlung des Gebäudes verhindern. Dazu wird ein Auslegungswert von ca. 10,5 W/m² genutzt, um bei einer Unterschreitung der Sollwerttemperatur von 15 °C in den Klassenzimmern ausreichend nachheizen zu können.
Im Erdgeschoss, im Atrium und in den Pausenräumen erfolgt die Wärmebereitstellung mittels Fußbodenheizflächen. Bei erhöhtem Bedarf kann mittels Beimischung des heißeren Vorlaufwassers des Fernwärmenetzes die Systemtemperatur angehoben werden.

 

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Konzept zur Lüftung und Kühlung des Schulgebäudes im sommerlichen Bedarfsfall


Die Kühlung des Gebäudes während der Sommerzeit erfolgt über zwei unterschiedliche Systeme. Zum einen wird nachts die "Freie Kühlung" angewandt und zum anderen wird tagsüber mittels raumlufttechnischer Anlagen (RLT) die Last abgeführt.
Bei der freien Kühlung werden die motorisch betriebenen Fenster und Oberlichter geöffnet, wodurch die Betonspeichermassen über Nacht auskühlen. Über den Tag hinweg wird die Schule mit Hilfe von Quellluftauslässen belüftet und gekühlt. Die dafür notwendige Kühlung der Zuluft erfolgt dabei passiv über 15 Meter tiefe Grundwasserförder- und Schluckbrunnen an den RLT-Zentralgeräten.

Durch ein besonderes Überströmprinzip kann auf einen anlagentechnischen Installations-Mehraufwand für Lüftungskanäle und Einbauten verzichtet werden. Die aufbereitete Zuluft wird an der Fassade in die Räume eingebracht und durch differenzdruckarme Überströmelemente gelangt dann die verbrauchte Luft unter die Kuppel ins Atrium.

b10_ueberstroemelement
Schematische Darstellung des Überströmelements

Je nach Außenlufttemperatur wird regelungstechnisch entschieden, ob im Winterfall die Abluft zentral abgesaugt und über das Wärmerückgewinnungssystem (Rotationswärmetaucher mit ηeff = 80 %) geleitet wird, oder ob bei sommerlichen Bedingungen per Axialventilator im Atriumdach die Abluft fortgeführt wird. Um im Winter die Aufheizphase zu verkürzen, kann das Lüftungsgerät unterstützend zu den Heizflächen eingesetzt werden.
Der Mindestaußenluftvolumenstrom von 15.000 m³/h wurde für eine maximale Belegung von 750 Personen mit einem spezifischen Wert von 20 m³/h je Person berechnet.
Aufgrund der unterschiedlichen geographischen Ausrichtung der Klassenzimmer entstehen für den Nord- bzw. Südbereich abweichende Lasten. Das begründet die Versorgung der Klassenräume durch zwei unterschiedlich geregelte RLT-Anlagen. Auch für die innenliegenden sanitären Räume und die Pausenhalle werden zwei RLT-Anlagen benötigt. Diese verfügen jedoch in den Sanitärräumen nicht über die thermodynamischen Luftbehandlungsfunktionen Heizen oder Kühlen, oder sie werden nur zu bestimmten Anlässen, wie z. B.Veranstaltungen in der Pausenhalle, benötigt.

 

b11_foto_atrium-flurbereich
Kunstlichtbeleuchtung
bei Tageslicht im Flur

Aufgrund des geforderten niedrigen Primärenergiebedarfs soll der primäenergieintensive Einsatz von Kunstlicht auf das geringst nötige Maß begrenzt werden. Dies gelingt vorrangig durch die Gewährleistung eines guten Tageslichtangebots, dessen Potenzial mit Hilfe eines Lichtsimulations-Programms untersucht wurde. Dadurch konnte das Tageslichtangebot in Abhängigkeit von der geplanten Kubatur und der daraus resultierenden Eigenverschattung aufgezeigt werden.
Durch die gute Tageslichtversorgung im Atrium beschränkt sich der dort notwendige Kunstlichteinsatz weitestgehend auf die frühen Morgenstunden in den Wintermonaten, in denen kein Tageslicht zur Verfügung steht.

 

In den Klassenräumen werden die drei Bereiche "Fensternah", "Raummitte" und "Fensterfern" unterteilt, in denen die Tageslichtversorgung sehr unterschiedlich ausfällt. Im fensternahen Bereich können die Mindestanforderungen an die Beleuchtung von 300 bzw. 500 lx zu einem weit größeren Anteil durch Tageslicht erfüllt werden als im fensterfernen Bereich. Daher ist die Verwendung von Kunstlichtlösungen mit hoher Effizienz und niedrigen spezifischen Anschlussleistungen notwendig. Eine präsenz- und tageslichtabhängige Steuerung soll den Verbrauch und den Einsatz des Kunstlichts minimieren.

b12_foto_klassenraum
Die Lichtbänder in einem Klassenzimmer

Regelung / Monitoring

Zur Gewährleistung eines energieefizienten Betriebs wurden digitale, frei programmierbare Mess-, Steuer- und Regelungseinrichtungen installiert. Darin enthalten sind nutzerabhängige Zeitprogramme, Anlagenstrategien wie beispielsweise die Nachtabsenkung sowie Einzelraumregelungen aller Räume. Zur Einbeziehung Dritter sowie Nachverfolgung und Anlagenoptimierung wurde als regelungstechnische Besonderheit ein Monitoring-Konzept zur Erfassung aler Verbrauchswerte für Heizung, Kühlung und Strom eingeplant. Dabei erfolgt eine Visualisierung aller Anlagen in graphischer Form auf einer zentralen Leittechnik (GLT), um möglichst große Transparenz zu erreichen.

 

Energieverbrauch

Der Primärenergiebedarf wird im Energieausweis für die Berufsoberschule Erding mit 83,3 kWh/m²a bilanziert. der EnEV Anforderungswert liegt mit 258,3 kWh/m²a deutlich höher.

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Ausschnitt aus dem gemäß EnEV 2007 / DIN V 18599 erstellten Energieausweis

 

Kosten

 

Ausgehend von den regionalen Energiepreisen ergeben sich für das Gebäude folgende Betriebskosten:

Strom: 3,25 EUR/m²a
Wasser/Abwasser: 1,17 EUR/m²a
Heizung + Warmwasser: 4,45 EUR/m²a
GESAMT 8,87 EUR/m²a

 

Die Brutto-Herstellungskosten nach Kostengruppe 300 und 400 belaufen sich auf ca. 1.240 EUR/m². Damit liegen sie innerhalb der Durchschnittkosten, die vom Baukosteninformationsdienst mit 1.050 bis 1.300 EUR/m² für die beiden Kostengruppen angegeben werden.

 

Aufteilung der spezifischen Baukosten nach Kostengruppen bezogen auf die beheizte Nettogrundfläche
Position Kosten [EUR/m²]
Baukonstruktion - KG 300 937
Technische Anlagen - KG 400 303

 

Gegenüber der Standardbauweise sind Mehrkosten für die Passivhausausführung in Höhe von rund 1.252.000 Euro entstanden. Die Gesamtkosten einschließlich der Ausgaben für die Erstellung der Außenanlagen belaufen sich auf 17 Millionen Euro.

 

Zusammenfassung

Beim Bauvorhaben der Beruflichen Oberschule Erding wurde unter Einhaltung eines durchschnittlichen Kostenrahmens der Passivhausstandard hinsichtlich des spezifischen Heizenergie- und Primärenergiebedarfs erreicht. Insbesondere durch die Reduktion haustechnischer Komponenten, wie z. B. die Nutzung des Atriums als Abluftplenum und die Nachtauskühlung zur Gewährleistung des thermischen Komforts im Sommer, können die in der Lebenszyklusanalyse erfassten Größen wie die "Graue Energie" sowie die mit der Gebäudeherstellung assoziierten Schadstoffemissionen signifikant reduziert werden. Es konnte zudem gezeigt werden, dass eine zentrale Zu- und Abluftanlage mit der Führung der Abluft über die Verkehrswege und das Atrium bessere Werte und mindestens ebenso gute Wärmerückgewinnungsgrade aufweist wie dezentrale Anlagen.

Empfehlungen
-

Enge Einbindung der Nutzer bei der Inbetriebnahme.

-

Nutzung der Messdatenerfassung zur fehlerfreien Überführung des Gebäudes in die geplante Betriebsweise.

- Verifikation der prognostizierten erreichbaren Primärenergiebedarfe.
- Kommunikation der gewonnenen Ergebnisse.

 

Zusätzliche Informationen

Literatur, Quellenangaben
[1] kplan® AG: "Architektonisches Konzept" - Neubau der FOS/BOS Erding im nachhaltigen Passivhausstandard, Konzeptbericht
[2] Jacobsen, C.: "Neubau FOS/BOS-Erding",2011, Konzeptvortrag
[3] Rohlffs, K.; König, H.; Baumann, M.; Wieder, R.; Gruber, H.; Kirchmann H.-P.: "Neubau der Fach- und Berufsoberschule in Erding: Nachhaltiges Passivhaus mit extrem niedrigem Gesamt-Primärenergiebedarf", 2008, DBU-Abschlussbericht
pdf_punkt PDF-Datei, 16.64 MB
[4] Jacobsen, C.; Hutter, C.; Kirchmann, H.-P.; Wild, W.; König, H.; Kuckelkorn, J.: "Neubau der Fach- und Berufsoberschule in Erding: Nachhaltiges Passivhaus mit extrem niedrigem Gesamt-Primärenergiebedarf", 2011, Teilschlussbericht
pdf_punkt PDF-Datei, 5.25 MB

 

Projektpartner

Projektsteuerung,
Generalunternehmer,
Architektur
kplan® AG
Aktiengesellschaft für Projektentwicklung und Gesamtplanung, Abensberg - www.kplan.de
Bauphysik - ip5 ingenieurpartnerschaft, Karlsruhe - www.ip5.de in Zusammenarbeit mit
- ebök Planung und Entwicklung GmbH, Tübingen - www.eboek.de
Anlagentechnik Ingenieurbüro Hausladen GmbH, Kirchheim - www.ibhausladen.de
Haustechnik Mathias Baumann - Ingenieurbüro für technische Gebäudeausrüstung, München
- www.ib-baumann.com
Elektrotechnik Rolf Wieder GmbH, Ingenieurbüro für elektrotechnische Anlagen, Erding - www.ib-wieder.de
Evaluierung - ip5 ingenieurpartnerschaft, Karlsruhe - www.ip5.de in Zusammenarbeit mit
- LEGEP Software, Karlsfeld - www.legep.de
Monitoring ZAE Bayern, Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e. V., Garching
- www.zae-bayern.de
Förderung Gefördert als Pilotprojekt von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt - DBU, Osnabrück - www.dbu.de

 

Links

Homepage des Landkreises Erding mit einer Projektbeschreibung und weiteren Informationen zum Projekt (Stand: 12-11-2012):
pfeil-rechts_blau www.landkreis-erding.de/Bauen,Gewerbe-Umwelt/FOSBOS/Fachkonferenz.aspx

Homepage des Generalunternehmer kplan® AG, Kurzbeschreibung Projekt (Stand: 12-11-2012):
pfeil-rechts_blau www.kplan.de/generated_html/erding_fosbos

Projektbeschreibung auf der Homepage der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (Stand: 12-11-2012):
pfeil-rechts_blau http://www.dbu.de/projekt_26170

 

Abbildungsnachweis

Fotos im Datenkopf, Südost-Ansichten, Atrium, Flurbereich und Klassenraum – aus [4];
©2011 Peter Wankerl Architekturfotografie / kplan® AG

 

Lageplan, Grundriss EG und Schnitt – aus [1]
kplan® AG

 

Schema Fernwärmeübergabe, Schema Lüftungs- und Kühlungskonzept Sommer, Schema Überströmelement, Energieausweis-Ausschnitt – aus [3]

 

 

 

 
© 2013
Fraunhofer-Institut für Bauphysik