Ansicht von Nord-West und

von Süd-West des Kinderhauses

 

Projektübersicht

Die Energievision des Landkreises München beinhaltet den Energieverbrauch bis zum Jahr 2050 um 60 % zu reduzieren. Die verbleibenden 40 % sollen zudem durch regenerative Energien gedeckt werden. Mithilfe von Forschungsvorhaben konnten bereits erste Schritte in diese Richtung gemacht werden. Die Gemeinde Höhenkirchen-Siegertsbrunn möchte mit einem hoch energieeffizienten Neubau eines Kinderhauses einen wichtigen Beitrag zu dieser Energievision leisten. Die obersten Ziele sind eine deutliche Reduktion des Energiebedarfs und dessen effiziente und regenerative Deckung, sowie die Umsetzung eines Pilotprojekts mit Lerneffekt. Dabei sollen wissenschaftliche und wirtschaftliche Erkenntnisse gewonnen werden, die bei der Umsetzung weiterer Ziele weiterhelfen können.

Die Kinder sollen aktiv in den Umgang mit dem Gebäude eingebunden werden, so dass das Kinderhaus zu einem täglichen Lernort wird. Dabei spielen die Visualisierung von Messergebnissen und das Verständnis für effiziente Energienutzung eine wichtige Rolle. Das gewonnene Wissen wird erwartungsgemäß in die Familien getragen.

 

Gebäudetyp / Baujahr

Neben hoher Energieeffizienz stehen auch ökologische und ökonomische Nachhaltigkeit im Vordergrund. Daher wurde angestrebt, ein Plusenergiegebäude aus natürlichen und nachwachsenden Rohstoffen zu erstellen und unter Einsatz von innovativen Techniken und Materialien.

 

 

Das Gebäude ist ein Pilotprojekt, das die Sensitivität für die Bedeutung von Energieeffizienz und Nachhaltigkeit in der öffentlichen Wahrnehmung erhöhen soll. Daher wurde in der Konzeption gezielt auf sichtbare Gebäudebestandteile wie den Solarkamin, die Solarkollektoren und die Holzbauweise gesetzt.

 

 

Das etwa 2.400 m² große Grundstück verschmälert sich in südlicher Richtung, was die Entwurfsabsicht, ein nach Süden ausgerichtetes Gebäude zu gestalten, erheblich einschränkt. Dennoch ist gelungen, einen möglichst kompakten Baukörper zu schaffen, der eine hohe Flexibilität im Grundriss und in der Nutzung erlaubt.

 

 

Das 3-geschossige terrassenartig angelegte Gebäude wird durch die zentrale Eingangshalle in etwa zwei gleich große Abschnitte unterteilt. Im nördlichen Gebäudeteil sind im Erdgeschoss der Kindergarten und im Obergeschoss der Kinderhort untergebracht. In der nach Süden ausgrichteten Hälfte befinden sich im Untergeschoss die Mehrzweckräume, über die auch der "Amphitheater-Spielhof" erschlossen wird und im Erdgeschoss die Räume der Kindergrippe. Darüber liegt im Obergeschoss die für alle Betreuungsgruppen zugängliche Dachterrasse, die teilweise mit Photovoltaikelementen überdeckt ist. Der zentrale Eingang befindet sich auf der Westseite des Gebäudes.

 

 

UNTERGESCHOSS

 

Um den zentralen Kern mit Treppe, WCs und Aufzug gruppieren sich die Technik- und Abstellräume, Räume für das Personal sowie die Küche. Durch den Raum für die Mittagsbetreuung und den großen Mehrzweckraum gelangt man zu dem im Aussenbereich gelegenen Spielhof in Form eines Amphitheaters.

 

ERDGESCHOSS

Nach dem westlichen Haupteingang öffnet sich das Foyer des Kinderhauses mit dem zum Teil nach oben geöffneten breiten Flur mit der Treppenanlage.
Nördlich davon sind die Räume des Kindergartens angeordnet, südlich die der Kindergrippe. In jeder Betreuungseinheit ist der zentrale Raum in drei Bereiche unterteilt, wodurch sich je zwei Gruppen bilden können, während der mittlere Bereich gemeinschaftlich genutzt werden kann. Ebenso befindet sich in jeder Einheit eine WC-Anlage und Garderobe.

Auf der Kindergartenseite gliedert sich zu jedem Gruppenbereich ein Nebenraum. In die Kindergrippen-Einheit sind zwei Schlafräume untergebracht.

 

 

OBERGESCHOSS

 

Längsschnitt des Gebäudes

 

Das entwickelte Konzept beinhaltet neben Anforderungen an ein Plusenergiegebäude auch den Gebrauch von nachhaltigen Materialien. Holz als nachwachsender Rohstoff steht in der Umgebung in hohem Maße zur Verfügung. Für die Konstruktion der Gebäudehülle ist daher die Holz-Leichtbauweise gewählt worden. Ebenso muss das Gebäude in der Lage sein, Wärmespeicherfähigkeit, Luftdichtheit und Wärmebrückenfreiheit zu gewährleisten. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Wärmespeicherfähigkeit trotz Leichtbauweise wurden, neben der massiven Bauweise des Untergeschosses, in allen Gruppenräumen Lehmregalwände entwickelt und in den Deckenbereichen der direkt auf der Südseite gelegenen Räume im Erdgeschoss Thermopaneele mit PCM-Modulen (Phase-Change-Material) eingehängt.

Das Untergeschoss wird als Massivbau mit tragender Bodenplatte und betonierten Außenwänden ausgeführt. Auf der Innenseite erhalten die Außenwände eine Installationsvorsatzschale.
Die Außenwände des Erd- und Obergeschosses werden in einer Holzrahmenbauweise errichtet. Um den notwendigen Dämmstandard erreichen zu können, wurde ein optimiertes Wand-Dämm-System aus kreuzweise versetzten tragenden Holzständern mit Gefachdämmung entwickelt. Auf der Außenseite ist eine hinterlüftete Plattenfassade befestigt.

 

 

 

Die tragenden Innenwände sind Brettschichtholzelemente. Eine spezielle Konstruktion der tragenden Innenwand ist in den Gruppenräumen die "Lehmregalwand". Sie wurde entwickelt, um zur wirksamen Wärmespeicherfähigkeit weitere Baumasse zur Verfügung stellen zu können und um außerdem für das optimale Raumklima eine natürliche Feuchteregulierung zu gewährleisten. Hierbei werden die Brettschichtholzständer wechselseitig mit Lehm verputzten Volllehmsteinen und Möbelelementen ausgefacht.
Sonstige Innenwände sind in Trockenbauweise ausgeführt.

 

 

Die Fenster sind aus Dreischeiben-Wärmeschutzverglasungen in Holzrahmen.

Die Decke über dem Untergeschoss ist eine Stahlbetonkonstruktion. Über dem Erd- und Obergeschoss wurde ein Holzbalken-Deckensystem ausgeführt. Dabei sind die Bereiche in den Gruppenräumen offen gestaltet, d.h. die Deckenbalken sind hier sichtbar und parallel dazwischen eingehängt die Beleuchtungselemente und - je nach Bedarf - zur Verbesserung der Raumakustik die Baffel-Lamellen wie auch die thermischen PCM-Module. In den übrigen Deckenbereichen über den Garderoben, WC-Anlagen und der Eingangshalle/Galerie wurden die Holzdecken in kompakter Form als Holzbrettstapeldecke mit abgehängten Gipskartonelementen erstellt.

 

 

Für die Dachterrasse im Obergeschoss sind als flächige Wärmedämmung Vakuumisolationspaneele verlegt, um die Konstruktionshöhe des Terrassenaufbaus gering zu halten und dadurch einen barrierefreien Zugang ermöglichen zu können. Der weitere Aufbau besteht aus einer Folienabdichtung und einem aufgeständerten Terrassenbelag.
Das Dach über dem OG ist ebenfalls in Holzbauweise ausgeführt. Über der Tragkonstruktion liegen Dampfsperre, Dämmung, Folienabdichtung und Kiesauflage.

 

 

Als zentrale Wärmeerzeuger dienen zwei hocheffiziente Grundwasser-Wärmepumpen. Das Grundwasser wird aus einem Saugbrunnen entnommen und nach dem Wärmeentzug dem Schluckbrunnen wieder zugeführt. Für einen energieeffizienten Betrieb der Wärmepumpen wird die Wärmeverteilung auf niedrigem Temperaturniveau betrieben. Die Vor- und Rücklauftemperaturen für die Fußbodenheizung liegen bei 35 und 27 °C. Wärmepumpe 1 hat eine Leistung von 26,1 kW und versorgt die Heizungsanlage. Die Wärmeübertragung im Gebäude erfolgt über die Fußbodenheizung und durch die Lüftungsanlage. Die Lüftung hat eine Heiz- und Kühlfunktion. In den Sommermonaten wird die Lüftungsanlage für die Kühlung der Räume eingesetzt. Dazu ist ein Kaltwassernetz mit einer Kälteversorgung aus dem Grundwasser vorgesehen.

 

 

Wärmepumpe 2 mit 26 kW Leistung dient der Trinkwarmwassererwärmung. Zusätzlich trägt die Solarthermieanlage (Vakuum-Röhrenkollektoren nach dem Heatpipe-Prinzip mit einer Aperturfläche von 29 m²) zur Trinkwarmwassererwärmung und zur Heizungsunterstützung bei. Zur Speicherung der erzeugten Wärme werden zwei Pufferspeicher mit je 3.000 Liter eingesetzt.

Für die Stromerzeugung sind auf dem Flachdach des Gebäudes 192 Solarmodule mit der Leistung von jeweils 250 Wpeak montiert. Die Module haben eine Neigung zur Waagrechten von 5 Grad. Die installierte Leistung liegt bei 48 kWpeak.

 

 

Bei sehr kalten Temperaturen besteht die Möglichkeit der Lufterwärmung durch das Brunnenwasser.Die Solarenergie wurde so ausgelegt, dass in den Sommermonaten kein Wärmepumpenbetrieb notwendig ist.

 

die Südfassade bietet eine großzügige Versorgung der Räume mit Tageslicht.
Für die nördlichen Gruppenräume wurden schon im frühen Entwurfsstadium Simulationen durchgeführt und dadurch, um die Effizienz der Tageslichtversorgung zu gewährleisten, die Notwendigkeit zusätzlicher Fenster festgestellt.

 

Vergleich der Tageslichtautonomie des nordseitig gelegenen Gruppenraumes, berechnet mit "DIAL".
Links mit den ursprünglich vorgesehenen Fenstern, rechts mit einem zusätzlichen Fenster.

 

Gruppenraum auf der Südseite

 

Durch den Einsatz von lichtlenkenden Sonnenschutzsystemen, tageslichtabhängigen Kontrollsystemen und Präsenzmeldern wird durch optimierte Tageslichtnutzung und zielgerichtete Steuerung eine Reduzierung des Energieverbrauchs erzielt. In Sanitär- und Verkehrsbereichen erfolgen Ein- und Ausschaltung über Präsenzsteuerung, wohingegen das Licht in Gruppenräumen und Büros aktiv eingeschaltet werden muss.

Beleuchtungselemente in der Multifunktionsdecke

 

Im Lüftungskonzept sind für das Kinderhaus zwei unterschiedliche Szenarien vorgesehen. Das Winter-Szenario sieht vor, die Fenster geschlossen zu halten. Die Lüftung erfolgt ausschließlich über die mechanische Lüftungsanlage. Dabei besteht die Möglichkeit bei sehr kalten Außentemperaturen die Luft durch das Grundwasser vorzuwärmen. Zusätzlich wird der Luft durch effektive Wärmerückgewinnung (WRG-Grad 90 %) Wärme zugeführt. Die Regelung der Lüftungsanlage ist CO2-gesteuert. Diese Faktoren führen zur Minimierung des Energiebedarfs.
Im Sommer-Szenario bleibt die Lüftungsanlage ausgeschaltet. Die Lüftung erfolgt über Fenster. CO2-Ampeln zeigen die CO2-Konzentration im Raum und unterstützen das richtige Lüftungsverhalten.

 

 

Um angenehme Raumlufttemperaturen ohne energieaufwendige Kühlung zu erhalten, wird die sommerliche Nachtlüftung über den Solarkamin realisiert. Er befindet sich etwa im Zentrum des Gebäudes über dem offenen Flurbereich. Diese Einrichtung ermöglicht die aktive Durchlüftung für alle Nutzräume des Gebäudes sowohl gleichzeitig als auch separat. Es können damit zwei Ziele umgesetzt werden. Zum einen kann die Querlüftung während des Tages unterstützt werden und zum andern ist damit eine automatische Nachtlüftung möglich. Der Solarkamin kann auf fünf Seiten geöffnet werden, nach unten zum Foyer und nach außen in jede Himmelsrichtung. Im geschlossenen Zustand hat er keinerlei Funktion. Im geöffneten Zustand sind neben der Öffnung nach unten zum Foyer zwei der oberen jeweils über Eck liegenden Seiten bzw. Orientierungen geöffnet. Bei Windanströmung öffnen sich jeweils die windabgewandten, im Windsog liegenden Seiten. Während die Unterstützung der natürlichen Lüftung tagsüber ausschließlich manuell nach Bedarf eingesetzt wird, ist für eine effektive Nachtauskühlung des Gebäudes (einschließlich der Entladung der in der Decke eingehängten PCM-Module) eine automatische Steuerung notwendig. Wenn im Sommer die Raumlufttemperatur nachts in einem Raum über 24 °C liegt und gleichzeitig die Außenlufttemperatur einen niedrigeren Wert aufweist, öffnet sich der Solarkamin. Damit die warme Luft auch abströmen kann, öffnet sich automatisch der Nachtlüftungsflügel in dem entsprechenden Raum und kühle Nachtluft kann nachströmen. Die Innentüren der Räume zum Flur müssen dabei natürlich geöffnet sein. Der Solarkamin und die Nachtlüftungsflügel schließen wieder, wenn die Raumlufttemperatur die Außenlufttemperatur annimmt oder unter 18 °C abfällt.

 

Zur Überprüfung der Energieeffizienz wird ein Monitoringkonzept erstellt. Dies beinhaltet die Aufzeichnung der folgenden Daten, die an die Gebäudeleittechnik übermittelt werden:

• Fenster- und Türüberwachung auf Verschluss
• CO2-Ampel im Gruppenraum
• Verschiedene Messungen: wie z. B. Energie (Strom, Wärme), Luftmenge, Präsenz
• Energiebezug aus dem Netz, Einspeisung in das Netz (PV-Anlage), Wärmepumpen, Lüftungsanlagen, Pumpen und Motoren allgemein, Durchlauferhitzer, Beleuchtung,
• Wetter- und Klimadaten: Außenlufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit, Windrichtung, Windstärke, Globalstrahlung
• Des Weiteren sind in Lagerräumen, Fluren und Toiletten Präsenzmelder installiert.

Die Überwachung der Fenster und Türenkontakte ermöglicht eine Abschaltung der Medienanlage im Mehrzweckraum und bei geöffneten Fenstern eine automatische Abschaltung der Heizungsanlage. Ferner ermöglichen CO2-Sensoren eine bedarfsgesteuerte Lüftung. Die seitlichen Öffnungen des Solarkamins können in Abhängigkeit der Windrichtung automatisch gesteuert werden. Durch das Steuern der Grundwasser-Wärmepumpen und der thermischen Solaranlage können diese energetisch optimal aufeinander abgestimmt werden. Die tageslichtabhängige Steuerung der Beleuchtungsanlagen in Gruppenräumen ermöglicht die weitere Reduzierung des Energiebedarfs. Regelbare, lichtlenkende Sonnenschutzsysteme tragen zur Effizienz der Lichtsysteme bei.

 

Die Tabelle zeigt die berechneten Energiekennwerte nach DIN V 18599 für die End- und Primärenergie. Um möglichst realistische Werte zu erhalten, wurden Anpassungen der standardisierten Randbedingungen an die Gegebenheiten vor Ort durchgeführt:

Um das "Plus" an Energie zu erreichen, muss die erzeugte Energie höher sein als die Energie, die für die Beheizung, Trinkwarmwassererwärmung, Belüftung, Kühlung und Beleuchtung einschließlich der benötigten Hilfsenergie notwendig ist. Die Tabelle zeigt den Vergleich der berechneten Werte für Bedarf und Erzeugung der Endenergie. Hier ergibt sich durch die PV-Anlage ein Plus von 1,9 kWh/m²a.

 

 

Die Netto-Gesamtkosten der Kostengruppen (KG) 200-700 für das Plusenergie-Kinderhaus belaufen sich auf ca. 5 Mio. €. Dabei fällt der höchste Betrag mit ca. 40 % in der KG 300 an. Jeweils ca. 25 % fallen der KG 400 und 700 zu. Von den Gesamtkosten sind die allgemeinen Fördergelder in Höhe von 1,2 Mio. € und 130.000 € für die PV-Anlage abzuziehen. Somit ergibt sich ein Netto-Endbetrag von ca. 3,7 Mio. €.

 

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