Messdaten
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pfeil-rechts_blauOverbach
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Modellhafte Sanierung einer Schule (MOSES) in Stuttgart
demo-best_s-plieningen Adresse: Paracelsusstr. 4, 70599 Stuttgart
Bauherr: Stadt Stuttgart
Antragsteller: Stadt Stuttgart
Ansprechpartner: Stadt Stuttgart,
Amt f√ľr Umweltschutz - Abteilung Energiewirtschaft,
Dr. J√ľrgen G√∂rres

 

 

Projektbeschreibung

 

Allgemeine Daten
Projektadresse Grund- und Hauptschule Plieningen
Paracelsusstr. 4
70599 Stuttgart
Deutschland
Baujahr 1936 / 1957 / 1970
Sanierungszeitraum 1996 - 1997
Gesamtgrundfläche 5.260 m²
Anzahl der Sch√ľler ---
Anzahl der
Klassenzimmer
25 + 3 Fachräume
Standard-
Klassenzimmer
60 m²
20 - 25 Sch√ľler
plie_moses
S√ľdansicht von Geb√§udeteil 1 und 2

Projekt√ľbersicht

Anhand dieser Schule sollte das Sanierungspotential eines typischen Schulgebäudes in Deutschland aufgezeigt werden. Mit der Erneuerung der Heizanlage bei gleichzeitiger Verbesserung des baulichen Wärmeschutzes wurden Synergieeffekte erzielt. Dabei wurden, neben dem zu reduzierenden Energieverbrauch, Maßnahmen untersucht und optimiert.


Eingesetzte Sanierungsmaßnahmen
- Wärmedämmverbundsystem, Innendämmung
- Wärmeschutzverglaste Fenster
- Dachd√§mmung mit Polystyrol-Hartschaumplatten (von Sch√ľlern und Lehrern im Rahmen einer Projektarbeit verlegt)
- Erneuerung des Beleuchtungssystems, tageslichtabhängige Kunstlichtsteuerung
- Erneuerung der Heizanlagentechnik (Gas-Brennwertkessel / Niedertemperaturkessel), Heizkörper und Leitungssystem

 

Lage plie_brd_karte
Standort der Schule in Deutschland

Stuttgart, die Hauptstadt des Bundeslandes Baden-W√ľrttemberg, liegt im Neckartal im S√ľdwesten Deutschlands mit einer geographischen H√∂he zwischen 200 m und 400 m √ľber NN.
Breitengrad 48,7 ¬įN
L√§ngengrad 9,2 ¬įO
H√∂henlage 240 m √ľber NN
Mittlere Jahrestemperatur 8,6 ¬įC
Mittlere Temperatur im Winter 5,8 ¬įC
Klima - Beschreibung Sonnig, temperiert
W√ľrzburg Testreferenzjahr (TRY)
Gebäudetyp / Baujahr
Das Demonstrationsobjekt ist eine Grund- und Hauptschule, die in drei Abschnitten in den 30er, 50er und 70er Jahren entstand.
Bauweise und Bausubstanz sind typisch f√ľr die jeweilige Bauzeit.
Gebäudetyp Baujahr
vor 1910 1910-1930 1930-1950 1950-1970 1970-1990 nach 1990
Dorfschule
Mehrgeschossige
Schule
Mittelflur-Schule
Seitenflur-Schule X X X
Pavillon-Schule
Hallen-Schule
Zentral-Schule
Kammform-Schule
Offenes-Konzept-Schule
Cluster-Schule
Sonstige

 

Ausgangszustand

Gebäudekonstruktion
Der Gebäudeabschnitt 1 wurde in Ziegelbauweise erstellt. Die Aussenwände des Abschnitts 2 wurden in Stahlbetonskelettbauweise mit Ziegelausfachung errichtet. Das Gebäude 3 wurde in Stahlbetonbauweise mit aussenseitiger bzw. innenseitiger Wärmedämmung erstellt. Die Fenster waren doppelverglaste Holzverbundfenster. Oberer Gebäudeabschluss der Bauabschnitte 1 und 2 ist ein nicht ausgebautes Satteldach. Die oberste Geschossdecke war mit Torfmull gedämmt. Das Gebäude 3 besitzt ein bereits 1990 saniertes Flachdach mit einer Stahlbetonrippendecke. Die Kellerdecken der drei Gebäudeabschnitte sind aus Stahlbeton und hatten keine Wärmedämmung.
plie_grundriss
Grundriss der verschiedenen Gebäudeabschnitte

Heizung / L√ľftung und Beleuchtungsanlage
Die Niederdruck-Dampfheizkessel mit einer Gesamtleistung von 800 kW stammen aus dem Jahr 1969. Geb√§ude 1 wurde mit Dampf beheizt, das Warmwasser f√ľr Geb√§ude 2 und 3 wurde mittels W√§rmetauscher erhitzt. Rohre und Heizk√∂rper sind noch aus der Zeit der Errichtung der Geb√§ude. Die Schulgeb√§ude wurden √ľber die Fenster nat√ľrlich bel√ľftet.
Das urspr√ľngliche Beleuchtungssystem bestand aus Prismenwannen- und Rasteranbauleuchten mit Leuchtstoffr√∂hren.

Mängel / Schäden
An allen Geb√§uden gab es besonders an den Bauteilanschl√ľssen gro√üe W√§rmeverluste. Die Fenster waren undicht, teilweise verwittert und verzogen. Der Endenergieverbrauch f√ľr die Beheizung der Schule war mit 210¬†kWh/m¬≤a sehr hoch. Die Heizanlage war v√∂llig veraltet.
Der lichttechnische Zustand der R√§ume war aufgrund starker Blenderscheinungen sehr schlecht. So wurden die Jalousien geschlossen und die Beleuchtung eingeschaltet, obwohl gen√ľgend Tageslicht vorhanden war.

 

Energiesparkonzept Zusammenstellung der U-Werte der Geb√§udeh√ľllfl√§chen vor und nach der Sanierung
Gebäude-
abschnitt
Bauteil U-Wert [W/m²K]
Vor der
Sanierung
Nach der
Sanierung
1 Außenwand 1,60 0,26
Fenster 3,4 1,4
Dach 1,35 0,19
Kellerdecke 1,72 / 3,02 1,72 / 3,02
2 Außenwand 1,73 0,25
Fenster 3,5 1,4
Dach 0,85 0,18
Kellerdecke 2,35 2,35
3 Außenwände 1,36 0,26
Fenster 2,5 1,4 / 1,73
Dach 0,28 0,28
Kellerdecke 1,56 / 2,17 0,79 / 2,17


Es wurden eine Vielzahl möglicher Wärmedämmmaßnahmen und Heizungssysteme untersucht und deren Energieeinsparpotential mit den entsprechenden Investitionskosten verglichen. Die jeweils wirtschaftlichsten Maßnahmen wurden später realisiert.

Geb√§udeh√ľllfl√§chen
Die Au√üenw√§nde wurden durch ein bis zu 14 cm dickes W√§rmed√§mmverbundsystem ged√§mmt, in Bereichen, an denen die urspr√ľngliche Fassade erhalten werden mu√üte, wurde innenseitig mit Polystyrol-Hartschaum ged√§mmt.
Teile des Daches wurden mit 18 cm Polystyrol-Hartschaumplatten versehen, verlegt von Sch√ľlern und Lehrern im Rahmen einer Projektarbeit.
Die alten Fenster wurden durch Fenster mit Wärmeschutzverglasung und Holz-Aluminiumrahmen ersetzt.

Heizung / L√ľftung / Beleuchtung
S√§mtliche Anlagenteile der W√§rmeerzeugung wurden erneuert. Es wurden ein Gas-Brennwertkessel f√ľr die Grundlastdeckung und ein Gas-Niedertemperaturkessel f√ľr die Spitzenlast installiert. Das Geb√§ude 1 erhielt neue, √ľberdimensionierte Heizk√∂rper, die ein schnelles Aufheizen nach einer Absenkphase erm√∂glichen. √úber Anwesenheitstaster wird die Raumtemperatur auf Solltemperatur gehalten, ansonsten wird die Raumtemperatur reduziert.
Die W√§rmed√§mmma√ünahmen f√ľhrten zu einer dichteren Fassade, jedoch wurde keine L√ľftungsanlage installiert. Der Hausmeister sowie die Lehrer wurden darauf hingewiesen, durch gen√ľgende Fensterl√ľftung dem erh√∂hten L√ľftungsbedarf Rechnung zu tragen.
Einige ausgew√§hlte Klassenzimmer erhielten eine neue Beleuchtungsanlage mit effizienteren Leuchtmitteln, elektronischen Vorschaltger√§ten und teilweise eine zus√§tzliche tageslichtabh√§ngige Kunstlichtregelung. Aus Kostengr√ľnden konnten jedoch nicht alle R√§ume damit ausgestattet werden. Die R√§ume erhielten einen neuen Anstrich mit besseren Reflexionseigenschaften.

 

Erzielte Energieeinsparung


Heizung
Der 1977 gemessene Heizenergieverbrauch von 382 kWh/m¬≤a konnte haupts√§chlich durch √úberwachungsma√ünahmen der Stadt Stuttgart ohne Kapitalaufwand auf 210 kWh/m¬≤a in den fr√ľhen 90er Jahren reduziert werden. Durch die Sanierung konnte der Verbrauch nochmals deutlich gesenkt werden. Nach Beendigung der Sanierungsarbeiten wurde ein Heizenergieverbrauch von 49 kWh/m¬≤a gemessen. Der Wirkungsgrad der Heizanlage mit den zwei Heizkesseln betr√§gt etwa 95 %.
Heizenegieverbrauch vor und nach der Sanierung
Gebäude-
abschnitt
Heizenergieverbrauch [kWh/m²a]
Vor der Sanierung Nach der Sanierung (gemessen)
1997/1998* 1998/1999
1
(2.090 m²)
250 36 43
2
(1.110 m²)
210 40 45
3
(2.060 m²)
140 40 55
Gesamt 200 38 49
*) 1997/1998 keine vollständige Messperiode
(Datenaufzeichnung ab 19. November 1997)
Strom
Das neue Beleuchtungssystem ben√∂tigt deutlich weniger elektrische Energie. Der Stromverbrauch verringerte sich von urspr√ľnglich 8,6 kWh/m¬≤a auf 2,6 kWh/m¬≤a. Das System mit tageslichtabh√§ngiger Regelung erwies sich im Vergleich zum System mit manueller Regelung als nicht wirtschaftlich, da dessen Stromverbrauch mit 2,2 kWh/m¬≤a nur geringf√ľgig niedriger ist.

 

Nutzerbewertung
plie_user145
Nach Beendigung der Messphase wurden die Besch√§ftigten der Schule √ľber das sanierte Geb√§ude und dessen Heizanlage sowie dessen Beleuchtungssystem befragt.
Vollste Zufriedenheit der Nutzer ergab sich bei der Bewertung des Geb√§udes und der Heizanlage. Die tageslichtabh√§ngige Regelung der k√ľnstlichen Beleuchtung wurde ebenfalls bef√ľrwortet.
Die automatische Steuerung der Jalousien wurde jedoch bem√§ngelt. Die pl√∂tzliche, nicht bewusst gesteuerte Ver√§nderung der Beleuchtungsverh√§ltnisse und die Motorenger√§usche wurden als st√∂rend und konzentrationsschw√§chend empfunden. Des Weiteren kommt es aufgrund der einheitlichen Steuerung der kompletten besonnten Fassade auch zur Verdunkelung von R√§umen, die durch B√§ume bereits nat√ľrlich verschattet sind. Die automatische Steuerung der Jalousien wurde deshalb auf Wunsch der Lehrer am Ende der Messphase deaktiviert.
Sch√ľler der Schule in
Stuttgart-Plieningen

 

Zusammenfassung

Empfehlungen
- Ein integrales Sanierungskonzept, das sowohl die Geb√§udeh√ľlle als auch die Anlagentechnik mit einbezieht, f√ľhrt zu einer besseren Kosteneffizienz.
- Eine erhebliche Verbrauchsreduzierung kann durch kosteng√ľnstige Ma√ünahmen wie etwa ein neuer Anstrich der R√§ume oder die Verlegung der W√§rmed√§mmung des Daches im Rahmen einer Sch√ľler-Projektarbeit erreicht werden.
- Nat√ľrliche L√ľftung kann effizient sein, ben√∂tigt aber eventuell Unterst√ľtzung durch einfache Visualisierung des Zustands der Luftqualit√§t.
Das Energiekontrollsystem der Stadt Stuttgart hat gezeigt, dass der Energieverbrauch ohne Kapitalaufwand durch betriebliche und organisatorische Maßnahmen um bis zu 40 % reduziert werden kann. Durch die energetische Sanierung konnte der Heizwärmebedarf nochmals um mehr als 75 % reduziert werden.
Um die Ma√ünahmenkombination mit dem besten Verh√§ltnis von Investitionskosten zu Heizw√§rmeeinsparung zu erhalten, m√ľssen verschiedene Einzelma√ünahmen bewertet werden. Falls die Heizanlage ohnehin erneuert werden soll, sollte auch √ľber W√§rmed√§mmma√ünahmen an der Geb√§udeh√ľlle nachgedacht werden. Aufgrund der W√§rmed√§mmung reduziert sich die erforderliche Leistung der neuen Heizungsanlage. Die dadurch reduzierten Kosten f√ľr die Heizanlage k√∂nnen der W√§rmed√§mmung gutgeschrieben werden. Au√üerdem w√ľrde die Effizienz der Heizanlage bei einer nachtr√§glichen Verbesserung des W√§rmeschutzes verschlechtert.
Schulgebäude, die nur wenige Stunden täglich genutzt werden, sollten die Möglichkeit einer raschen Aufheizung verbunden mit einer Absenkung der Heizleistung während unterrichtsfreier Zeiten haben. Durch einen neuen (weißen) Anstrich mit sehr guten Reflexionseigenschaften ließ sich der Stromverbrauch in den Räumen um 20 % reduzieren. Das neue Beleuchtungssystem verringerte den Verbrauch um weitere 60 %. Die automatische Steuerung der Verschattungseinrichtungen kann den Kunstlichtbedarf senken. Die damit verbundenen Geräusche wurden von den Nutzern jedoch als störend und konzentrationsschwächend empfunden.
Die Integration und die Teilnahme der betroffenen Personen (Schulleitung, Lehrer, Sch√ľler und Hausmeister) an der Sanierung erwies sich als hilfreich. Die Nutzer haben dann gew√∂hnlich eine engere Beziehung zu dem Thema Energiesparen und k√∂nnen sich st√§rker mit der sanierten Schule identifizieren. Diese Motivation k√∂nnte sicherlich noch gesteigert werden, wenn die eingesparten Energiekosten teilweise an die Schule zur√ľckflie√üen w√ľrden.

 

Zusätzliche Informationen

Literatur
[1] Kienzlen, Volker, et al.: Exemplary Retrofitting of an Old School Building in Stuttgart (EROS), Proceedings IEA Future Buildings Forum "Retrofitting in Commercial and Institutional Buildings", Workshop 28.-30. April 1997, Stuttgart, Deutschland.
[2] Kienzlen, Volker, et al.: Modellhafte Sanierung einer Schule in Stuttgart Plieningen.
gi- Gesundheitsingenieur-Haustechnik-Bauphysik-Umwelttechnik 121 (2000) Heft 1.
[3] Kienzlen, Volker, et al.: Modellhafte Sanierung einer Schule (MOSES). Abschlussbericht. 1999, Stuttgart, Deutschland.

 

Projektpartner

Projektleitung Landeshauptstadt Stuttgart,
Amt f√ľr Umweltschutz, Abteilung Energiewirtschaft
Bauphysik Fraunhofer-Institut f√ľr Bauphysik (IBP), Stuttgart
Anlagentechnik Institut f√ľr Kernenergetik und Energiesysteme (IKE),
Universität Stuttgart
Messprogramm IKE in Zusammenarbeit mit dem IBP
F√∂rderprogramm Bundesministerium f√ľr Wirtschaft und Technologie (BMWi)
Projekttr√§ger J√ľlich (PTJ)

 

Links

Bundesministerium f√ľr Wirtschaft und Technologie: pfeil-rechts_blau www.bmwi.de

Projekttr√§ger J√ľlich: pfeil-rechts_blau www.kfa-juelich.de/ptj/

Fraunhofer-Institut f√ľr Bauphysik: pfeil-rechts_blau www.ibp.fraunhofer.de

Forschungsgesellschaft HLK Stuttgart mbH: pfeil-rechts_blau www.fghlk.de

Landeshauptstadt Stuttgart: pfeil-rechts_blau www.stuttgart.de

 

 

 
© 2013
Fraunhofer-Institut für Bauphysik