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Kurztitel: Energieoptimiertes Bauen; EnEff-Schule: Neubau der St. Franziskus-Grundschule in Halle (Saale) als Nullenergiehaus in Holzbauweise
Laufzeit: 09/2011 bis 03/2018
Standort: Murmansker Straße 13 06130 Halle (Saale)
Themen: Neubau von Einzelgebäuden, Heizen, Lüften, Kühlen, Tageslicht & Beleuchtung, Dezentrale Energieerzeugung, Abwärmenutzung, Solare Wärme, Solarstrom
Innovation: Ökologische Baustoffe und Passivhauskonzept
Schlagworte:

Quintessenz

  • Zellulosegedämmter Holzbau erfüllt Passivhaus-Kriterien
  • Kastenfenster mit zwei zweifachverglasten Isolierglasfenstern erreicht U-Wert von 0,6 W/m²K
  • 36 m² Solarkollektoren an der Südfassade unterstützen Warmwasserbereitung für Großküche
  • Luftheizung ohne statische Heizflächen zeigt im Betrieb zu hohen Stromverbrauch
  • Schule nutzt Fernwärme aus Rücklauf des benachbarten Gymnasiums

Die zweizügige St. Franziskus-Grundschule in Halle ist nahezu vollständig in Holzbauweise errichtet und erfüllt den Passivhausstandard. Der Schulträger wollte mit dem energieoptimierten Gebäudekonzept einen hohen Lernkomfort bei überschaubaren Betriebskosten sicherstellen. Seinen Strombedarf deckt das Schulgebäude zu einem großen Teil über zwei Photovoltaik-Anlagen. Die Grundschule wurde im Februar 2014 in Betrieb genommen und seitdem wissenschaftlich evaluiert. Ein BINE-Projektinfo stellt die Monitoringergebnisse vor.

Projektkontext

Die St. Franziskus Grundschule wurde 2001 im Süden von Halle provisorisch in Containern gegründet. 2003 erfolgte der Umzug in einen maroden DDR-Plattenbau in der Jamboler Straße. Der jetzige Neubau war dann immer dringender geworden. So sollte ein ökologisch vorbildlicher Neubau entstehen, nur 300 Meter vom alten Standort entfernt.

Zum regulären Planungsteam wurde im Frühjahr 2011 die Hochschule Magdeburg-Stendal hinzugezogen – als Forschungspartner für die Qualitätssicherung in der Planungsphase und für die Erstellung eines Konzeptes zur späteren messtechnischen Überwachung und wissenschaftlichen Evaluierung.

Im Jahr 2012 erfolgte dann der erste Spatenstich am neuen Standort, Anfang 2014 wurde der Schulbau fertiggestellt und bezogen. Für einen späteren Bauabschnitt ist noch der Bau einer Turnhalle sowie einer Sekundarschule vorgesehen.

Das Monitoring begann Ende 2015 und wurde von der Hochschule Magdeburg durchgeführt, es endete im März 2018.

Blick vom Schulhof auf die Nordseite mit Klassen- und Hortflügel

© Hochschule Magdeburg-Stendal

Die Solarkollektoren in der Pfosten-Riegel-Fassade an der Südwand der Aula sollen auch im Winter und der Übergangszeit die Versorgung mit Warmwasser unterstützen.

© Hochschule Magdeburg-Stendal

Innenansicht eines Klassenraumes, alle Räume verfügen über interaktive Tafeln und dynamisches Licht

© Hochschule Magdeburg-Stendal

Der Kunstraum: An der Decke zu sehen sind die Leuchten, die Sensorik zur Regelung von Heizung, Lüftung und Beleuchtung, die Leichtbauplatten aus Holzwolle zur Verbesserung der Raumakustik und die Abluftschlitze für die Lüftungsanlage.

© Hochschule Magdeburg-Stendal

Forschungsfokus

Der Neubau wurde in den ersten Betriebsjahren wissenschaftlich evaluiert. Analysiert und optimiert werden die Wechselwirkungen zwischen der Passivhausbauweise, der Schulnutzung (und als Sonderfall die Küchennutzung) und den eingesetzten Technologien. Ein besonderer Fokus liegt in der Optimierung einer Luftheizungsanlage, die ohne statische Heizflächen auskommt.

Konzept

Gebäudekonzept

Das dreigeschossige Schulgebäude weist eine hohe Kompaktheit auf und ist in zwei miteinander verbundene Bauteile gegliedert: den Hort- und Klassenbereich sowie den Verwaltungstrakt mit Schulmensa und Hausmeisterwohnung. Eine Besonderheit ist die Holzrahmenbauweise mit Zellulosedämmung, lediglich die beiden Treppenhauskerne sind in Stahlbeton errichtet worden. Ungewöhnlich sind auch die Kastenfenster aus zwei zweifachverglasten Isolierglasfenstern mit zwischenliegender Jalousie.

Der Wärmeenergiebedarf wird durch ein hohes Wärmeschutzniveau aller Bauteile der Gebäudehülle auf Passivhausniveau mit bilanziell nachgewiesener Wärmebrückenfreiheit und Luftdichtheit minimiert. Die mechanische Lüftung sorgt für eine hohe Luftqualität. An den Deckensegeln angebrachte Leichtbauplatten aus Holzwolle sollen die Raumakustik in den Klassen- und Gruppenräumen verbessern.

Großzügige Fenster an den langgestreckten Nord- und Südfassaden ermöglichen eine gute Versorgung der Räume mit Tageslicht. Auch die Flurtrennwände bestehen in Teilbereichen aus Glas- und Fensterelementen.

Erdgeschoss-Grundriss der St. Franziskus Grundschule (Technik, Sanitärräume, Schulküche mit Aula und Hort)

© Steinblock Architekten

Energiekonzept

Die Schule ist an den Fernwärmerücklauf des benachbarten Gymnasiums angeschlossen und nutzt außerdem Umweltenergie über einen Erdwärme-Wärmetauscher (Luftvorwärmung) sowie Sonnenenergie über Solarthermie und Photovoltaik.

Heizung
Der Heizwärmebedarf ist sehr gering. Über zentrale Luftheizregister wird die bereits über Wärmerückgewinnung temperierte Zuluft mit Fernwärme weiter erwärmt. Lediglich die Hausmeisterwohnung weist elektrische Luftheizregister mit Einzelraumregelung auf.

Warmwasserbereitung für die Küche
Der Warmwasserbedarf für täglich bis zu 400 frisch zubereitete Essen wird durch 36 Quadratmeter Solarkollektoren an der Südfassade unterstützt, die Nachheizung erfolgt mit Fernwärme und Strom in einem 2000 Liter großen Pufferspeicher. Ein Salzhydratspeicher sollte solare Überschüsse über mittlere Zeiträume speichern.

Wasser
Für die WC-Spülungen kommt Regenwasser zum Einsatz.

Lüftung
Die Schule verfügt über mehrere Lüftungsanlagen, jeweils mit Nutzung von Erdwärme und Wärmerückgewinnung. Zur Reduktion der Hilfsenergie erfolgt neben einer Zeitsteuerung eine raumweise, präsenzgesteuerte Volumenstromanpassung. Lediglich die Aula, gleichzeitig Speisesaal, ist aufgrund der stark schwankenden Belegungsdichte mit einer CO2-Regelung ausgestattet. Die Kastenfenster können manuell geöffnet werden.

Kühlung
Im Sommer wird das Gebäude passiv per Nachtlüftung gekühlt. Dabei wird ein Erdwärmeluftregister als Wärmetauscher genutzt (Passivkühlung). Auf eine aktive Kühlung wird komplett verzichtet.

Beleuchtung
Die künstliche Beleuchtung wird überwiegend bedarfsabhängig geregelt, die Intensität variiert also je nach Tageslichtsituation und Präsenz in den Räumen.

Strom
Zwei Photovoltaik-Anlagen mit insgesamt 80,75 Kilowatt Spitzenleistung decken in der Jahresbilanz einen Großteil des Strombedarfs.

Die Solarkollektoren in der Pfosten-Riegel-Fassade an der Südwand der Aula sollen auch im Winter und der Übergangszeit die Versorgung mit Warmwasser unterstützen.

© Hochschule Magdeburg-Stendal

Blick auf ein Kastenfenster mit geschlossener Jalousie, welche sich innen im Zwischenraum befindet.

© Hochschule Magdeburg-Stendal

Maßnahmen und Komponenten im Gebäude

© BINE Informationsdienst

Pädagogikkonzept

Es war ein Lernprozess, den Schülern die Passivhaus-Bauweise näher zu bringen. Inzwischen sind die Themen Nachhaltigkeit, Energiesparen, Klimaschutz und erneuerbare Energien fester Bestandteil von Projekten. Das Thema Nachhaltigkeit von Baumaterialien wird den Schülern vermittelt. Unter Einbeziehung aller vier Klassen wurde ein Kinderbuch verfasst, das die Schultechnologie erklärt.

Auffallend positiv wurde bemerkt, dass in Gruppengesprächen manche Kinder sogar Werte für die Luftfeuchtigkeit und CO2-Gehalte einordnen und bewerten konnten. Darüber hinaus stand die Grundschule bereits im Fokus eines Jugend-forscht-Projektes von Schülern im benachbarten Gymnasium, die über einige Wochen hinweg manuell die CO2-Gehalte in vier Klassenräumen protokollieren ließen.

Ein Monitor im Foyer zeigt zudem die aktuellen Temperaturen im Pufferspeicher der Solarthermie-Anlage.

Performance und Optimierung

Die ersten Betriebsergebnisse zeigten Optimierungspotenzial insbesondere beim zu hohen Strombedarf für die Lüftung und beim Strombedarf für die Beleuchtung der Verkehrsflächen.

75% des Wärmeeinsatzes sind Nutzwärme, der Rest Netzverluste. Die hohen Netzverluste sind darin begründet, dass die Hauptfernwärmeeinspeisung in 70 m Entfernung angeordnet ist, entsprechend lang sind die Wärmeleitungen im Erdreich. Insgesamt liegt der gemessene Wärmeverbrauch bei ca. 14 kWh/m2a, einschließlich Netzverlusten. Damit verbraucht die Grundschule nur 10% der Energie, die Grundschulen im Bundesdurchschnitt benötigen, und erreicht Passivhausniveau.

Der Stromverbrauch beläuft sich auf durchschnittlich 110 MWh/a. Davon werden rund 60% aus dem Netz bezogen und der Rest über die PV-Anlagen vor Ort produziert. Fast 50% des Gesamtstromverbrauchs des Schulgebäudes (ohne Küche) verbrauchen die beiden zentralen Lüftungsanlagen. Aufgrund des gewählten Konzepts besteht nur wenig Optimierungsspielraum. Eine Trennnug von Heiz- und Lüftungsfunktion ist für künftige Projekte empfehlenswerter.

Der Salzhydratspeicher für die überschüssige Solarwärme kommt praktisch nicht zum Einsatz, da kaum Überschusswärme nach der Beladung der beiden anderen Speicher vorhanden ist.

Im Laufe des Monitorings stellte sich heraus, dass die Kosten für den Betrieb der Pumpen der Regenwassernutzungsanlage sehr hoch sind, sodass noch offen ist, ob dieses Konzept weiter betrieben wird.

Weitere Monitoringergebnisse fasst ein BINE-Projektinfo zusammen.

Auswertung der Komfortlufttemperatur während der Nutzungszeit in Anlehnung an DIN EN 15251

© FhG-IBP

Weitere Abbildungen

Energieflussdiagramm Fernwärme-Verbrauch (Endbericht 2017)

© Hochschule Magdeburg-Stendal

Energieflussdiagramm Fernwärme-Verbrauch 2015

© Hochschule Magdeburg-Stendal

Energieflussdiagramm Strom-Verbrauch (Endbericht 2017)

© Hochschule Magdeburg-Stendal

Energieflussdiagramm Strom-Verbrauch 2015

© Hochschule Magdeburg-Stendal

Energieflussdiagramm Wasser-Verbrauch (Endbericht 2017)

© Hochschule Magdeburg-Stendal

Projektkenndaten

Gebäudekenndaten

Konstellation: Who is who?  
Bauherr, Investor, Betreiber, Nutzer Edith-Stein-Schulstiftung des Bistums Magdeburg
   
Gebäudetyp Grundschule mit Hort, Mensa und Hausmeisterwohnung
   
Baujahr des Gebäudes 2014
Fertigstellung 01.2014
Inbetriebnahme 02.2014
   
Flächengrößen/Maße  
Bruttogrundfläche (nach DIN 277) 3.764 m²
Beheizte Nettogrundfläche (für Nichtwohngebäude, in Anlehnung an DIN 277) 2.965 m²
Bruttorauminhalt 13.993 m³
Arbeitsplätze (oder Schüler oder vergleichbare Personenangaben) 220 Personen
A/V-Verhältnis 0,345 m²/m³

Energiekenndaten

Energiekennwerte Bedarf        
Neubau / nach … vor Sanierung    
Heizwärmebedarf (Nutzenergiebedarf Wärme) 20,53 kWh/m²a  
Primärenergie Wärme 6,95 kWh/m²a  
Primärenergie Gesamt 61,10 kWh/m²a  
         
Energiekennwerte gemessen (Verbrauch)        
Neubau / nach … vor Sanierung    
Endenergie Strom gesamt 39,00 kWh/m²a  
Endenergie Wärme 11,00 kWh/m²a  
Primärenergie Wärme 2,30 kWh/m²a  
Primärenergie Gesamt 96,00 kWh/m²a  

Letzte Aktualisierung: 24. Oktober 2018

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