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Förderkennzeichen: 0327430P
Status: Abgeschlossen
Laufzeit: 09/2011 bis 04/2016
Themen: Neubau von Einzelgebäuden, Heizen, Lüften, Kühlen, Solare Wärme, Solarstrom
Schlagworte:
PCM

Quintessenz

  • Energiebedarf minimiert, so dass PV-Anlage in der Bilanz ein Plus liefert
  • Zwei Grundwasser-Wärmepumpen und solarthermische Anlage liefern Heizwärme
  • Luftqualitätsampeln unterstützen Hybrides Lüftungssystem
  • Solarkamin unterstützt die Querlüftung sowie die passive Kühlung durch Nachtlüftung
  • Baustoffe Holz und Lehm sowie PCM-Module puffern Wärme bzw. Feuchtigkeit
  • Tiefer gelegte Terrasse vergrößert Südfassade auf schmalem Grundstück

Die „Arche Noah“ ist ein Kinderhaus, das sowohl architektonisch, bauökologisch als auch bautechnologisch und energetisch vorbildhaft konzipiert ist. Zwei Grundwasser-Wärmepumpen sind auf eine thermische Solaranlage abgestimmt und die Heizwärme wird mit niedrigen Temperaturen auf die Räume verteilt. Ein hybrides Lüftungssystem senkt den Energiebedarf für Heizung und Lüftung. Den Strombedarf für den Gebäudebetrieb und alle weiteren Geräte deckt eine Photovoltaik-Anlage auf dem Dach, wobei in der Jahresbilanz ein Plus angestrebt wird. Das Gebäude ist seit September 2013 in Betrieb.

Projektkontext

In der im Südwesten des Landkreises München gelegenen Gemeinde Höhenkirchen-Siegertsbrunn mussten zusätzliche Kindergartenplätze geschaffen werden. In dem neuen Gebäude sollten auch Krippen- und Hortplätze entstehen. Verschiedene Bürgergruppen der 10.000-Seelen-Gemeinde entwickelten die Idee, ein besonders nachhaltiges und vorbildhaftes Projekt zu verwirklichen.

Das Konzept eines Plusenergie-Kinderhauses fand in der Bürgermeisterin eine engagierte Unterstützerin. Die Gemeinde beauftragte gleich zu Projektbeginn Anfang 2010 ein interdisziplinär besetztes Planungsteam, bestehend aus den Architekten, Fachplanern und einem Forschungsinstitut zwecks wissenschaftlicher Beratung und Begleitung des Projekts. Der Gebäudeentwurf überzeugte nicht nur den Bauherren sondern auch die Jury im BMWi-Preis 2011 „Architektur mit Energie“. Die Jury vergab dem Projekt eine lobende Erwähnung mit folgender Begründung:

„Die im Wettbewerb vorgegebene Nutzenergieanforderung wird durch ein sorgsam aufeinander abgestimmtes Gebäude- und Energiekonzept weit unterschritten. Durch thermische und photovoltaische Solarenergienutzung wird auch der Primärenergiebedarf auf weniger als die Hälfte des Referenzgebäudes gesenkt. Der integrale Planungsprozess sichert eine gute Abstimmung zwischen Architektur, Bauphysik und Gebäudetechnik und bezieht die Nutzer des Gebäudes über ein pädagogisches Konzept mit ein."

Forschungsfokus

Das Fraunhofer-Institut für Bauphysik wurde von Anfang an in die fachübergreifende, integral angelegte Planung mit einbezogen. Das wissenschaftliche Monitoring wird von der Hochschule Rosenheim durchgeführt. Hier gilt es, das Zusammenspiel einiger innovativer Komponenten und Systeme genauer unter die Lupe zu nehmen und die Gebäudeperformance detailliert zu erfassen. Schließlich soll das Konzept im Erfolgsfall in weiteren vergleichbaren Gebäuden eingesetzt werden. Nicht zuletzt deshalb ist eine sorgfältige Inbetriebnahme des Gebäudes besonders wichtig. Das ist die Aufgabe der wissenschaftlichen Projektbegleitung.

Konzept

Gebäudekonzept

Um die angestrebten Ziele eines flexibel nutzbaren, ansprechenden Plusenergie-Kinderhauses mit hohem Komfort erreichen zu können, mussten bereits im Gebäudeentwurf sämtliche energetische Potenziale genutzt werden. Gleichzeitig sollten auch die speziellen Anforderungen an verschiedene, kindgerechte Aufenthaltsbereiche erfüllt werden. Das längliche, Nord-Süd-orientierte Grundstück stellte hierbei eine besondere Herausforderung für die Architekten dar. Mit dem vorliegenden Entwurf konnte es dennoch gelingen, die Aspekte Südorientierung und Kompaktheit gleichermaßen umzusetzen. Der in der Mitte des Grundstücks platzierte Baukörper weist eine vergrößerte Südfassade auf, die durch eine etwas tiefer gelegte, vorgelagerte Terrasse entsteht.

Die gewählten natürlichen Baustoffe Holz (Holzrahmenbauweise) und Lehm (speziell entwickelte Lehmregale als Innenwände der Gruppenräume) sollen das Innenraumklima verbessern, sie dienen als Puffer für Feuchtigkeit und Wärme. Daneben kommen auch innovative Systemlösungen zum Einsatz, um den Raumkomfort und die Energieeffizienz zu erhöhen: PCM-Module sollen die Wärmespeicherfähigkeit der Räume erhöhen, wohingegen an der Holzbalkendecke montierte Akustik-Baffel die Raumakustik positiv beeinflussen.

Ansicht Nord-Ost: Neben einem sehr effizienten Umgang mit der auf dem Gebäudedach erzeugten Energie hat sich der Bauherr einer regionalen Wertschöpfung, der Nachhaltigkeit und einem gesunden Raumklima verpflichtet.

© Fraunhofer IBP

Innen doch unverwechselbar ein Kinderhaus: Gruppenraum nach Nord-Ost. Doch auch hier gibt es innovative Baukomponenten, so beispielsweise in der Holzbalkendecke montierte Akustik-Baffel zwecks Verbesserung der Raumakustik.

© Fraunhofer IBP

Weitere Abbildungen

Auch der Gruppenraum im Untergeschoss erhält vergleichsweise viel Tageslicht.

© Fraunhofer IBP

Die Fenster übernehmen im Sommer eine wichtige Funktion für die manuelle Lüftung und passive Kühlung durch Nachtlüftung in Verbindung mit einem Solarkamin. Die Lüftungsflügel befinden sich aus Sicherheitsgründen hinter einem Schutzgitter.

© Fraunhofer IBP

Großes, raumhohes Fenster mit Lüftungsflügel hinter Schutzgitter. Diese großen Öffnungen ermöglichen in Verbindung mit dem "Solarkamin" eine effektive Nachtlüftung des Gebäudes zur passiven Kühlung.

© Fraunhofer IBP

Der Technikraum im Keller beherbergt die Anlage zur mechanischen Lüftung mit Wärmerückgewinnung sowie Grundwasser-Wärmepumpen und Warmwasserspeicher.

© Fraunhofer IBP

Der Solarkamin auf dem mit der Solarstromanlage komplettierten Dach des Kinderhauses.

© Fraunhofer IBP

Blick aus dem Foyer nach oben in den Solarkamin. Das innen liegende schwarzen Blechkreuz unterstütz den Kamineffekts infolge verstärkter Aufheizung

© Fraunhofer IBP

Energiekonzept

Das energetische Konzept setzt zuallererst auf einer Minimierung des Energiebedarfs und im zweiten Schritt auf eine nachhaltige und effektive Deckung des verbleibenden Bedarfs mit regenerativen Energieträgern. Der gesamte Strombedarf für den Gebäudebetrieb und für alle weiteren, nutzungsbezogenen Geräte wird bilanziell durch die Photovoltaik-Anlage auf dem Dach erzeugt. In der jährlichen Bilanz wird ein Überschuss (Plus) angestrebt.

Zur Reduktion des thermischen Energiebedarfs wird eine hocheffiziente Gebäudehülle umgesetzt, die nahezu wärmebrückenfrei und luftdicht ist. Zudem kommt eine hybride Lüftungsanlage zum Einsatz. Die Innovationen im Einzelnen:

Hybrides Lüftungssystem

Das Lüftungskonzept sieht für die Lüftung der Nutzräume zwei unterschiedliche Modi vor: Im Winter, bei kalter Außenluft, erfolgt die Lüftung über eine mechanische Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung. Die Fenster sollen dabei nicht geöffnet werden. Dabei erfolgt eine Vorerwärmung der Zuluft über das Grundwasser. Der Energiebedarf wird weiter reduziert über eine hoch effektive Wärmerückgewinnung mit einer Rückwärmzahl von 90% und durch bedarfsgeführte Lüftungsregelung in Abhängigkeit der Kohlendioxid-Konzentration.

Im Sommer-Modus wird die mechanische Lüftungsanlage abgeschaltet und die Lüftung erfolgt manuell durch Öffnen der Fenster. Dies wird unterstützt durch Luftqualitäts-Ampeln, welche die CO2-Konzentration im Raum anzeigen. Zudem wurde ein Solarkamin auf dem Dach installiert, der sowohl tagsüber die Querlüftung unterstützt als auch automatisiert zur passiven Kühlung durch Nachtlüftung eingesetzt wird.

Lüftungsschema: Lüftungskonzept mit natürlicher Lüftung im Sommer und unterstützend mit einer mechanische Lüftungsanlage im Winter.

© Asböck Architekten

Weitere Abbildungen

Gebäude in Grundrissen und Schnitt. Im Erdgeschoss befinden sich Kinderkrippe und Kindergarten mit je zwei Gruppenräumen. Im Obergeschoss ist nordseitig der Kinderhort untergebracht, südseitig eröffnet sich die Dachterrasse. Im Untergeschoss sind Technikbereiche, Küche und Mehrzweckräume, sowie die tiefer gelegte Süd-Terrasse in Form eines Amphitheaters.

© Asböck Architekten

Erschließung von Grundstück und Gebäude zur optimalen Nutzung separater Freibereiche in schematischer Darstellung

© IB Hauser

Das Gebäude erzielt solare Gewinne durch eine stufenförmige, kompakte Bauweise mit Dachterrasse und tiefer gelegtem „Amphitheater“

© IB Hauser

Der sogenannte Solarkamin: Vertikal- und Horizontalschnitte zeigen die Konstruktion zur Unterstützung der sommerlichen Durchlüftung und zur passiven Kühlung durch Nachtlüftung.

© Asböck Architekten

Intelligente Steuer- und Regelungstechniken sowie Beleuchtung

Eine weitere Reduktion des Energiebedarfs für Heizen, Kühlen und Belüften soll durch den Einsatz von intelligenten Steuer- und Regelungstechniken erzielt werden:

  • Bei geöffneten Fenstern wird in den Räumen automatisch die Heizung abgeschaltet,
  • CO2-Sensoren ermöglichen eine bedarfsgesteuerte Lüftung,
  • Lüftungsampeln sollen zur gezielten Fensterlüftung motivieren,
  • Die seitlichen Öffnungen des Solarkamins werden in Abhängigkeit der Windrichtung automatisch gesteuert,
  • Grundwasser-Wärmepumpen und thermische Solaranlage werden als Wärmeerzeuger aufeinander abgestimmt und energetisch optimiert geregelt und
  • Verschiedene Kontrollsysteme zur Tageslichtversorgung und künstlichen Beleuchtung erhöhen den visuellen Raumkomfort und reduzieren den Energiebedarf für die künstliche Beleuchtung: Regelbare, lichtlenkende Sonnenschutzsysteme, tageslichtabhängige Kontrollsysteme in Gruppenräumen und Büros und Präsenzmelder in Sanitärräumen und Kellerfluren.

Niedrigexergie-Heizsystem

Die Wärmeverteilung erfolgt auf einem möglichst niedrigen Temperaturniveau, damit die Wärmepumpen energieeffizient betrieben werden können. Die zwei hocheffizienten Grundwasser-Wärmepumpen sollen mit optimierten und abgestimmten Komponenten eine erhöhte Erzeugerjahresarbeitszahl (EJAZ) erreichen.

Pädagogikkonzept

Im Betrieb des Kinderhauses geht es nicht nur darum, dass dort innerhalb eines Jahres mehr Energie erzeugt als verbraucht wird, sondern auch darum, dass die kleinen Nutzer des Gebäudes und die Besucher dies hautnah "miterleben" können. Neben einer kindgerecht gestalteten Visualisierungstafel im Foyer (vgl. Abbildungen 16-19) wurden hierfür weitere Komponenten so angebracht, dass Funktionsweisen und Zusammenhänge deutlich werden. CO2-Ampeln zeigen in den Gruppenräumen an, wenn verbrauchte Luft weggelüftet werden muss. Der Solarkamin auf dem Dach ist aus dem Foyer heraus sichtbar und veranschaulicht die natürliche Lüftung des Gebäudes. Die Solarstromanlage ist über die Dachterrasse gut einsehbar und zeigt eine wesentliche Komponente der Gebäudeenergieversorgung. Zudem wird über weitere Maßnahmen nachgedacht, mit denen Sensibilität und Verständnis der Kinder für das Thema Energieeffizienz in Gebäuden gefördert werden soll.

Ergänzende Informationen hierzu im weiteren Projektverlauf.

Kindgerechte Energie-Visualisierung 1: Startseite des öffentlich zugänglichen Touch-Screens im Eingangsbereich im Entwurf

© Fraunhofer IBP

Energie-Visualisierung 2: Folgeseite mit detailliert abrufbaren Informationen im Kontext des Gebäude-Energie-Schemas

© Fraunhofer IBP

Energie-Visualisierung 3: Folgeseite mit spezifischen Energiebilanzen für Stunde und Tag

© Fraunhofer IBP

Energie-Visualisierung 4: Folgeseite mit der Jahresenergiebilanz

© Fraunhofer IBP

Performance

Bereits nach zehn Monaten konnte im ersten Betriebsjahr eine Plusenergiebilanz erzielt werden.

Projektkenndaten

Gebäudekenndaten

Konstellation: Who is who?  
Bauherr, Investor Gemeinde Höhenkirchen-Siegertsbrunn
Betreiber, Nutzer Evang.-Luth. Kirchengemeinde
   
Gebäudetyp Kindertagesstätte
   
Baujahr des Gebäudes 2013
Fertigstellung 08.2013
Inbetriebnahme 09.2013
   
Flächengrößen/Maße  
Bruttogrundfläche (nach DIN 277) 1.858 m²
Beheizte Nettogrundfläche (für Nichtwohngebäude, in Anlehnung an DIN 277) 1.286 m²
Bruttorauminhalt 6.436 m³
Arbeitsplätze (oder Schüler oder vergleichbare Personenangaben) 140 Personen
Nutzfläche AN (nach EnEV) 1.286 m²
A/V-Verhältnis (ggf. vor / nach Sanierung) 0,38 m²/m³

Energiekenndaten

Energiekennwerte Bedarf        
Neubau / nach … vor Sanierung  
Heizwärmebedarf (Nutzenergiebedarf Wärme) 20,00 kWh/m²a  
Primärenergie Wärme 13,00 kWh/m²a  
Primärenergie Gesamt 37,40 kWh/m²a  
Mittlerer U-Wert (HT) 0,30 W/m²K  
Unterschreitung Referenzwert 27 %  

Kostenkenndaten

Baukosten bzw. Sanierungskosten    
Kosten für die (Sanierung der) Baukonstruktion [KG 300] 1.241 EUR/m²
Kosten für die (Sanierung der) Technischen Anlagen [KG 400] 640 EUR/m²

Letzte Aktualisierung: 27. März 2017

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