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Kurztitel: EnEff-Schule: Monitoring Hohen Neuendorf
Förderkennzeichen: 0327430M
Status: Abgeschlossen
Laufzeit: 05/2010 bis 07/2014
Themen: Neubau von Einzelgebäuden, Heizen, Lüften, Kühlen, Tageslicht & Beleuchtung, Solarstrom
Standort: 16540 Hohen Neuendorf, Goethestraße 1
Innovation: Hybride Lüftung integriert automatisierte Fensterlüftung und unterstützt passive Kühlung per Nachtlüftung. Neubau einer Low-Tech- und Low-Cost-Plusenergie-Grundschule mit flexiblem Raumkonzept in Form sogenannter Heimatbereiche.
Schlagworte:

Quintessenz

  • Hybrides Lüftungskonzept verbindet Lüftungsanlage mit automatisch gesteuerten Fensterflügeln
  • Raumluft erreicht die gewünschte Qualität
  • Einsatz von Biomasse und Photovoltaik für bilanzielle CO2-Neutralität
  • Nutzungszeit der Schule deutlich über Planungswert, daraus resultierend erhöhter Energiebedarf
  • Gebäude zertifiziert in Gold nach dem Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen (BNB)

Die neue Grundschule in Hohen Neuendorf soll zeitgemäßen Unterricht in einem Gebäude mit innovativem Energiekonzept ermöglichen. Ziel des Projektes ist eine Plusenergie-Schule mit minimalem Energieverbrauch im Betrieb und hohem Nutzerkomfort bei gleichzeitig günstigen Baukosten und einer über den gesamten Gebäudelebenszyklus effizienten Energie- und Kostenperformance. Der Einsatz eines hybriden Lüftungskonzeptes spart Strom, innovative Materialien und Komponenten, wie z. B. Nanogel-Verglasungen, mikrostrukturierte Sonnenschutzgläser, lichtlenkende und elektrochrome Verglasungen sind Teil des Beleuchtungskonzepts.

Projektkontext

Das neue Schulgebäude ist nach dem Plusenergie-Konzept geplant. Mit dem dafür unerlässlichen integralen Planungsprozess sollten zudem folgende Ziele erreicht werden: Minimierter Energieverbrauch, reduzierte Baunutzkosten bei gleichzeitig hohem Nutzerkomfort und eine über den gesamten Gebäudelebenszyklus effiziente Energie- und Kostenperformance.

In der Stadt Hohen Neuendorf verdoppelte sich die Zahl der Einwohner in den letzten 20 Jahren auf knapp 25.000 Einwohner. Wegen der guten Verkehrsanbindung und der unmittelbaren Nähe zur Hauptstadt Berlin ist die kleine Stadt für junge Familien attraktiv. So stieg auch die Anzahl der Schüler sprunghaft an. Für die dadurch notwendig gewordene neue Grundschule wurde Anfang 2008 eine Machbarkeitsstudie in Auftrag gegeben, welche erste Planungsdaten und Kennwerte definierte. Der Neubau liegt direkt neben einer bestehenden kommunalen Sportanlage, so dass diese für den Schulsport mit genutzt werden kann. Die Dreifeld-Sporthalle der zukünftigen Schule ist daher eine ideale Ergänzung und Aufwertung des Standortes für den Breitensport.

Erkenntnisse aus der Machbarkeitsstudie wurden zur Grundlage für ein europaweites Vergabeverfahren (nach VOF). Bereits bei der Auswahl des Architekten wurde ein besonderes Augenmerk auf Erfahrungen im energieoptimierten Bauen gelegt.

Neben der Senkung verbrauchsabhängiger (Energie-)Kosten war wesentliches Planungsziel die langfristige Minimierung der Wartungs- und Instandhaltungskosten. Vor diesem Hintergrund ist das Gebäude als „Low-Tech“- und „Low Cost“-Plusenergie-Grundschule geplant. Das Energiekonzept basiert einerseits auf der Minimierung des Energiebedarfs für das Gebäude und die technischen Anlagen und zum anderen auf der Nutzung regenerativer Energiequellen zur Bedarfsdeckung.

Forschungsfokus

Mit einer detaillierten wissenschaftlichen Evaluierung sollte untersucht werden, ob das Plusenergie-Konzept auf Schulen übertragbar ist. Dabei wurden insbesondere das hybride Lüftungskonzept, das Zusammenspiel von natürlicher und künstlicher Beleuchtung, die regelungstechnische Verknüpfung von Heiz- und Lüftungssystem und die Gebäudeenergiebilanz genauer analysiert und konkrete Hinweise zur Optimierung erarbeitet.

Konzept

Gebäudekonzept

Mit dem Vorhaben sollte gezeigt werden, dass Plusenergie-Konzepte auch auf Schulgebäude übertragen werden können. Der Neubau umfasst den Bau einer 3-zügigen Grundschule mit integrierter Dreifeld-Sporthalle. Ziel waren optimale bauliche Voraussetzungen für ein zukunftsfähiges Lern- und Lehrumfeld, nicht zuletzt um flexibel auf neue pädagogische Konzepte reagieren zu können. Dies wird vor allem durch differenzierte, teilbare und flexibel nutzbare Räume erreicht. Im Rahmen eines integrierten Planungsansatzes werden alle technischen, energetischen und funktionalen Anforderungen als Teil der Architektur verstanden.

Die Gebäudehülle wurde in Passivhausqualität errichtet, mit dem Ziel der weitgehenden Vermeidung von Wärmeverlusten. Wichtig dafür sind eine sehr gut wärmegedämmte Konstruktion mit luftdichter Gebäudehülle (n50 < 0,6/h) und ein ausgewogenes Verhältnis von transparenten zu nicht-transparenten Fassadenflächen. Die Ausführung erfolgte in Massivbauweise aus Stahlbeton, um ausreichende thermische Speichermassen zu erreichen, mit einer Fassade aus Vormauerziegeln. In den Brüstungsbereichen der südorientierten Klassenraumfenster und der ostorientierten Fachraumfenster sowie zur Minimierung kleinflächiger Wärmebrücken werden Vakuum-Isolationspaneele (VIP) eingesetzt.

Das Tageslichtkonzept setzt auf hohe Tageslichtautonomie, die auch für die flexiblen Nutzungsszenarien der Unterrichtsbereiche eingehalten wird. Gleichzeitig wird die thermische Belastung in den Sommermonaten minimiert. Das Konzept berücksichtigt die unterschiedlichen inneren (räumlichen, lichttechnischen und gestalterischen) Anforderungen und reagiert auf die äußeren Bedingungen, indem für die verschiedenen Orientierungen und inneren Anforderungen spezifische Sonnenschutz- und Tageslichtsysteme entwickelt werden. Zum Einsatz kommen verschiedene innovative Materialien und Komponenten, wie z. B. Nanogel-Verglasungen, mikrostrukturierte Sonnenschutzgläser, lichtlenkende und elektrochrome Verglasungen.

Die Raumakustik reagiert bei der Anordnung von schallabsorbierenden Akustikelementen sowohl auf die frei zugänglichen Massivbauteile als auch die verschiedenen Raumkonstellationen (Unterrichtsräume, Turnhalle, Aula). Durch Integration innovativer Bauteilkomponenten wird das Image eines Plus-Energie-Hauses auch architektonisch transportiert, die Komponenten sollen sichtbar sein und verständlich gemacht werden. Deutlich wird dies z. B. in der Umsetzung verschiedener Sonnenschutzkonzepte und den sichtbar gemachten Lüftungselementen.

Der Pausenhof wird über die großflächige Verglasung mit der Schulstraße verbunden. Die Fassade der Schulstraße hat eine Rankgerüst und wird saisonal durch Pflanzen verschattet werden.

© IBUS Architekten und Ingenieure, Berlin/Bremen

Der Eingang der Sporthalle ermöglicht eine von der Schule unabhängige Nutzung der Halle. Die elektrochrome Verglasung der Cafeteria erlaubt den Blick auf die Sportplätze.

© T. Kwiatosz / IBUS Architekten

Weitere Abbildungen

Lageplan der Schule

© IBUS Architekten und Ingenieure, Berlin/Bremen

Der Grundriss des Erdgeschosses

© IBUS Architekten und Ingenieure, Berlin/Bremen

Der etwa 60 cm vor der Fassade angeordnete Sonnenschutz schafft eine schattige Atmosphäre, der Ausblick kann immer gewahrt bleiben. Schmale, hohe Lüftungsspiegel dienen der Lüftung in den Pausen und werden zur Nachtlüftung herangezogen.

© IBUS Architekten und Ingenieure, Berlin/Bremen

Die Galerie der Schulstraße verbindet verschiedene Funktionen im Obergeschoss. Die Schulstraße bildet die Haupterschließung der Schule und verbindet die beiden Haupteingänge mit allen Funktionsbereichen der Schule.

© T. Kwiatosz / IBUS Architekten

Die Stahlbetondecke bleibt unverkleidet, um die Speichermasse nutzen zu können. Die akustisch notwendige Reduzierung der Nachhallzeiten wird durch Breitebandabsorber an den Wänden erreicht.

© IBUS Architekten und Ingenieure, Berlin/Bremen

Die Ostfassade der Cafeteria wurde mit einer elektrochromen Verglasung ausgeführt.

© IBUS Architekten und Ingenieure, Berlin/Bremen

Die Fassade der Eingangshalle hat einen einfachen außenliegenden, feststehenden Sonnenschutz.

© T. Kwiatosz / IBUS Architekten

Energiekonzept

Durch die parallele Entwicklung von Energie- und Gebäudekonzept wurde ein hoher Integrationsgrad von architektonischem Entwurf und technischer Gebäudeausrüstung erreicht. Bei der Erstellung des Energiekonzeptes standen die Nutzung von natürlichen Ressourcen und passive Maßnahmen im Vordergrund, um aktive technische Komponenten im Sinne eines Lean-Building-Konzeptes (Schlanke Gebäudetechnik) zu minimieren. Dadurch werden die Lebenszykluskosten der technischen Anlagen und der Energiebedarf des Gebäudes deutlich verringert.
Schwerpunkte sind:

  • Eine Gebäudestruktur mit viel Speichermasse für freie Kühlung, um die sommerliche Überhitzung zu vermeiden und den thermischen Komfort zu steigern.
  • Ein Raumkonzept mit Tageslichteinfall von mehreren Seiten, um eine hohe Tageslichtautonomie zu erreichen und damit den Strombedarf zu senken.
  • Ein Beleuchtungskonzept mit einer präsenz- und raumtiefenabhängigen Beleuchtungssteuerung, um nur das notwendige Maß an elektrischer Beleuchtung nachzuführen. Das Konzept sieht einen kombinierten Einsatz von LED-Leuchten und energieeffizienten konventionellen Leuchtsystemen vor.
  • Ein hybrides Lüftungskonzept mit hauptsächlich natürlicher Lüftung. Luft wird nur dann maschinell bewegt, wenn es energetisch sinnvoll ist oder es Nutzungs- und Witterungsbedingungen erforderlich machen. Das Lüftungskonzept sieht vor, mittels maschineller Grundlüftung den Anstieg des CO2-Gehalts in Klassenräumen zu verlangsamen und mittels zentral angesteuerter motorischer Fensterflügel über Stoßlüftung den CO2-Gehalt wieder auf Außenluftniveau zu bringen sowie über natürliche Nachtlüftung einer sommerlichen Überhitzung zu begegnen.
  • Eine nachhaltige Energieerzeugung durch kombinierten Einsatz von Biomasse (Pellet-Heizkessel und Pellet-BHKW) und Solarenergie (PV Anlage), um CO2-Neutralität und die Zielsetzung des Plusenergie-Konzepts zu erreichen.

Energieflussdiagramm

© BLS Energieplan, Berlin

Weitere Abbildungen

Natürliche Belüftung

© IBUS Architekten und Ingenieure, Berlin/Bremen

Lüftungswege der mechanischen Belüftung

© IBUS Architekten und Ingenieure, Berlin/Bremen

Details des Tageslichtkonzepts und des passiven Sonnenschutzes

© IBUS Architekten und Ingenieure, Berlin/Bremen

Performance

Das Ziel einer Plusenergiebilanz wird im Monitoring-Zeitraum nicht erreicht. Der Gesamt-Endenergieverbrauch von ca. 50 kWh/m²a für Wärme und ca. 20 kWh/m² für Elektrizität lassen auf eine gute Gebäudeperformance schließen, die Werte liegen jedoch über den prognostizierten Werten der Planer. Der höhere Verbrauch lässt sich im Wesentlichen auf die im Vergleich zur Bedarfsberechnung längeren Nutzungszeiten und eine intensive außerschulische Nutzung zurückführen. Insbesondere der Sportbereich hat, aufgrund der hohen installierten Leistung für künstliche Beleuchtung, einen sehr großen Anteil am gesamten Stromverbrauch. Zukünftig sollte daher ein verstärktes Augenmerk auf effiziente Beleuchtungstechnik sowie eine effiziente Tageslichtnutzung in Sporthallen gelegt werden.

Zudem kann aufgrund der Marktsituation ein geplantes Pellet-BHKW nicht installiert werden, was zu einer weiteren Verschlechterung in der Primärenergiebilanz führt.

Die thermischen Komfortbedingungen in der untersuchten Schule bieten sowohl im Winter als auch im Sommer sehr gute Behaglichkeitswerte. Eine massive Stahlbetonweise mit einem hohen Anteil thermisch verfügbarer Speichermasse ermöglicht eine effiziente Regeneration in den kühleren Nachtstunden durch die freie Lüftung und verhindert somit eine Überhitzung der Klassenräume tagsüber.

Optimierungsmaßnahmen und -möglichkeiten

Aufgrund der detaillierten Messdatenerfassung konnten bereits frühzeitig Fehler im Gebäudebetrieb erkannt und behoben worden. Hierzu zählen ein falsch positionierter Außentemperaturfühler, falsche Betriebszeiten der Lüftungsanlagen und fehlerhafte Programmierungen der Gebäudeautomation.

Das hybride Lüftungskonzept, eine Kombination aus einer mechanischen Grundlüftung und einer automatisierten natürlichen Stoßlüftung sorgt bei fehlerfreiem Betrieb für eine gute Raumluftqualität – mit einem minimalen Einsatz elektrischer Energie. Im Gebäudebetrieb zeigte sich jedoch, dass die Lüftungsflügel der Schule sehr störanfällig und häufig außer Betrieb sind. Zudem gibt es Verbesserungsmöglichkeiten bei der Wetterschutzregelung und im Zusammenspiel mit dem Heizungssystem. Um auch in der kalten Jahreszeit eine hohe Nutzerakzeptanz für automatisierte natürliche Lüftungsvorgänge zu erzielen, müssen die tatsächlichen Nutzungszeiten in der Lüftungsstrategie berücksichtigt werden und manuelle Anpassungen, z. B. bei Nutzungsänderungen, sollten durch autorisierte Personen einfach möglich sein.

Exemplarischer Verlauf für die CO2-Konzentration am 13. Januar 2014, ein typischer Schultag. Zum Vergleich wird der Öffnungszustand der Lüftungsflügel und die Raumtemperatur im Referenzklassenraum 2.2 sowie die Außentemperatur am gleichen Tag gezeigt.

© Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin

Weitere Abbildungen

Energiesignatur für den Wärmeverbrauch der Schule basierend auf täglichen Mittelwerten für die Schuljahre 2012/13 und 2013/14.

© Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin

Energiesignatur für die elektrische Leistungsaufnahme der Schule basierend auf täglichen Mittelwerten für die Schuljahre 2012/13 und 2013/14.

© Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin

Energieflussdiagramm für den elektrischen Energieverbrauch der Schule. Das Diagramm basiert auf Messdaten aus dem Schuljahr 2013/14.

© Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin

Energieflussdiagramm für die Wärmeversorgung der Schule. Das Diagramm basiert auf Messdaten aus dem Schuljahr 2013/14.

© Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin

Anteil der Gebäudezonen am Jahresgesamtverbrauch 2013 für elektrische Energie und Wärmeenergie (oben) mit tabellarischer Übersicht der spezifischen Verbräuche (unten).

© Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin

Wirtschaftlichkeit

Ziel der Konzeption ist es, die Bewirtschaftungskosten der Schule für die Kommune langfristig so niedrig wie möglich zu halten. Dabei werden einerseits die Instandhaltungs- und Wartungskosten durch den Einsatz langlebiger, robuster und wartungsarmer Bauteile und Baustoffe minimiert, andererseits werden die Verbrauchskosten für Energie auf ein sehr niedriges Niveau reduziert. Das Plus-Energie-Konzept ermöglicht darüber hinaus, einen wesentlichen Teil der Energiekosten durch den Ertrag aus der Energieerzeugung zu kompensieren.

Die Baukosten sind mit denen konventioneller Gebäude vergleichbar, Energiekosten vgl. unten stehende Kostentabelle.

Auszeichnungen

Das Gebäude wurde nach dem Bewertungssystem des Bundes BNB „Unterrichtsgebäude“ zertifiziert und ist damit die bisher einzige mit GOLD zertifizierte Schule in Deutschland mit einem Erfüllungsgrad von 80,2%.

Darüber hinaus hat die Deutsche Energieagentur (dena) dem Projekt 2012 das Gütesiegel „“Good practice Energieeffizienz“ verliehen.

Pädagogikkonzept

Das Raumkonzept soll ein zeitgemäßes pädagogisches Konzept unterstützen. Grundschulpädagogische Vorgaben definieren Unterricht längst nicht mehr als den klassischen Frontalunterricht, sondern als einen durch den Lehrer moderierten und angeleiteten selbstständigen Prozess mit individueller Förderung einzelner Schüler oder Gruppen, mit Binnendifferenzierung, vielfältigen Unterrichtssituationen, jahrgangsübergreifenden Gruppen und mit aktiver Beteiligung der Schüler. Projektarbeit, Nutzung unterschiedlicher Medien und unterschiedliche Arbeitsformen kennzeichnen den Unterricht.

Projektkenndaten

Gebäudekenndaten

Schulträger, Investor, Betreiber, Nutzer Stadt Hohen Neuendorf  
Gebäudetyp Zweigeschossige Schule in Massivbauweise  
Fertigstellung, Inbetriebnahme 06.2011  
 
Flächengrößen/Maße  
Bruttogrundfläche (nach DIN 277) 7.414 m²  
Beheizte Nettogrundfläche (für Nichtwohngebäude, in Anlehnung an DIN 277) 6.563 m²  
Bruttorauminhalt 37.735 m³  
Arbeitsplätze (oder Schüler oder vergleichbare Personenangaben) ca. 350 Schüler  
Nutzfläche AN (nach EnEV) 6.563 m²  
A/V-Verhältnis (ggf. vor / nach Sanierung) 0,39 m²/m³  

Energiekenndaten

Energiekennwerte Bedarf  
Energiekennwerte nach EnEV, d.h. nach DIN 4108-6 bzw. DIN 18599 berechnet. Bezugsfläche ist jeweils die beheizte Nettogrundfläche nach DIN 277.  
Neubau  
Heizwärmebedarf (Nutzenergiebedarf Wärme) 30,2 kWh/m²a  
Endenergie gesamt (nach DIN V 18599) 50,6 kWh/m²a  
Primärenergie Wärme 13,3 kWh/m²a  
Primärenergie Gesamt 41,3 kWh/m²a  
Referenzwert nach DIN V 18599 155 W/m²K  
 
Energiekennwerte gemessen (Verbrauch)  
Bezugsfläche ist jeweils die beheizte Wohnfläche (Wohngebäude) bzw. die beheizte NGF für Nichtwohngebäude. Primärenergiefaktoren nach DIN 4701-10.  
Neubau  
Endenergie Strom (Bilanzraum nach DIN V 18599) 13,10 kWh/m²a  
Endenergie Strom gesamt 19,50 kWh/m²a  
Endenergie Wärme Pellets 50,9 kWh/m²a  
Primärenergie Strom und Wärme (Bilanzraum nach DIN V 18599) 43,0 kWh/m²a  
Primärenergie Gesamt 59,0 kWh/m²a  
 
weitere spezifische Verbrauchsdaten für Beleuchtung, Klima, Lüftung etc.  
Neubau  
Endenergie Beleuchtung, gesamt 9,4 kWh/m²a  
Endenergie Beleuchtung ohne Sporthalle 6,2 kWh/m²a  
Hilfsenergie Heizkessel (Endenergie) 0,4 kWh/m²a  
Hilfsenergie Lüftung (mechanisch + natürlich, gesamt) 3,0 kWh/m²a  
Hilfsenergie Lüftung (mechanisch + natürlich, ohne Sporthalle) 1,8 kWh/m²a  
Hilfsenergie Kühlung (Endenergie) 0,7 kWh/m²a  

Kostenkenndaten

Baukosten  
Kosten netto nach DIN 276 bezogen auf die Bruttogrundfläche (BGF) nach DIN 277  
Kosten für die Baukonstruktion [KG 300] 908 EUR/m²  
Kosten für die Technischen Anlagen [KG 400] 279 EUR/m²  
Es handelt sich hierbei um eine Kostenfeststellung  
 
Nutzungskosten  
Neubau  
Energiekosten gesamt 5,36 EUR/m²a  
Heizenergie gesamt 1,63 EUR/m²a  
Strom gesamt 3,73 EUR/m²a  

Letzte Aktualisierung: 2. August 2017

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