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Projektinfos  – Energieforschung konkret

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Das sanierte Schulgebäude in Nordansicht: Die beiden Schulflügeln und der Zwischenbau umrahmen den nördlichen Schulhof. Auf den Dächern befinden sich die fünf Lüftungsanlagen.
© BTU Cottbus-Senftenberg
Sanierung zur Passivhausschule
Projektinfo 08/2017

Grundriss des Max-Steenbeck-Gymnasiums.
© ARGE Steenbeck, Cottbus

Schulflügel B vor der Sanierung: Die Thermografie zeigt den ungenügenden Wärmeschutz der Fassade.
© GWJ Ingenieurgesellschaft für Bauphysik

Zusammenfassung: eingebaute Gebäudetechnik
© BINE Informationsdienst
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Schule: Vom Plattenbau zum Passivhaus saniert

Das Schulhaus des Max-Steenbeck-Gymnasiums in Cottbus war alt und der Umfang der Bauschäden machte eine Sanierung im laufenden Betrieb unmöglich. Deshalb war nur ein Umzug möglich. Dafür musste eine alte Typenschule mit Aula und Turnhalle zunächst umfassend modernisiert werden. Die Stadt Cottbus stellte an die Sanierung hohe Ansprüche in Bezug auf Energieverbrauch, Komfort und Betriebskosten. Nach zwei Jahren Bauzeit, im Oktober 2012, bezogen Schüler und Lehrer das sanierte Gebäude. Die Nutzer loben die sehr ansprechende Optik und das angenehme Raumklima.

Das alte zweiflüglige Schulgebäude wurde 1974 aus Großplatten im Bausystem „Leichte Geschossbauweise-Cottbus“ errichtet. Dieser Gebäudetyp in Wand- Skelett-Stahlbeton-Bauweise ist regional weit verbreitet. Allein fünf baugleiche Schulen finden sich in Cottbus. So lassen sich die Erfahrungen aus diesem Bauvorhaben für weitere Projekte nutzen.

Die Stadt ließ zunächst in einer Machbarkeitsstudie vier mögliche Sanierungsvarianten prüfen: Abriss und Neubau, Sanierung nach EnEV, Sanierung zum Passivhaus bzw. zum Plusenergiehaus. Trotz höherer Baukosten gegenüber einer Standardsanierung nach EnEV zeigte die Studie, dass die wirtschaftlichste Maßnahme eine Modernisierung nach Passivhaus-Standard ist. Berücksichtigt man eine Nutzungszeit bis 2045, gleichen die geringeren Betriebskosten die höheren Baukosten aus. Aus diesem Grund entschied sich die Stadt Cottbus für diese Variante.

Nach der Planungsphase startete 2010 die Baumaßnahme. Das alte Gebäude wurde vollständig entkernt und anschließend nach Passivhaus-Kriterien saniert. Die Fassade erhielt eine 30 cm dicke Wärmedämmung und Fenster mit Dreifachverglasung. Der durchschnittliche U-Wert der Gebäudehülle beträgt 0,28 W/m2 K. Diese kann ebenfalls mit einer guten Luftdichtheit von n50= 0,32 h–1 punkten, Voraussetzung für eine effiziente Lüftung mit Wärmerückgewinnung (WRG). Ein Erdsondenfeld wärmt im Winter die Zuluft für die Lüftungsanlage vor. Geheizt wird die Schule mit Fernwärme aus Kraft-Wärme-Kopplung. Zusätzlich unterstützt eine Solaranlage die Warmwasserbereitung für die Sanitärräume in der Turnhalle. Das naturwissenschaftlich ausgerichtete Ganztags-Gymnasium mit Mensa besuchen etwa 500 Schüler.

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Stundenplan regelt die Lüftungszeiten

Auf dem Dach der Schule befinden sich fünf zentrale Lüftungsgeräte mit WRG, die das Gebäude mit Frischluft versorgen. Ein Luftvolumenstrom von 20 m3/Person gewährleistet den Grundluftwechsel, der für Schulstunden von 45 Minuten ausgelegt ist. Bei längeren Unterrichtseinheiten, die im Max-Steenbeck-Gymnasium 90 Minuten betragen, kann es notwendig sein, während des Unterrichts kurz über die Fenster zu lüften. Ein höherer mechanischer Luftwechsel wird nicht empfohlen, da im Sanierungsobjekt nicht viel Platz für Kanäle und Anlagen ist. Außerdem könnte dieser zu Strömungsgeräuschen, Zugerscheinungen, trockener Luft im Winter und zu mehr Stromverbrauch führen.

In Räumen ohne wesentliche Schadstoffquellen ist der CO2-Gehalt der Raumluft der Standardindikator für die Raumluftqualität. In anderen Projekten erfassen Sensoren die Kohlendioxidkonzentration und steuern über die Gebäudeleittechnik (GLT) die Lüftungsanlage. Erfahrungen zeigten, dass die Sensoren störanfällig sind und fehlerhafte Signale an die GLT geben können. Daher entschieden die Planer, den Stundenplan als Steuerungselement einzusetzen, um nur genutzte Räume zu lüften. Dies spart Energie und Lüftungskapazität, macht es jedoch erforderlich, den Stundenplan in die GLT einzubinden. Hier gab es anfangs Probleme mit den Softwaresystemen. Bei einer außerplanmäßigen Belegung kann die Lüftung über Präsenzmeldetasten in den Räumen aktiviert werden. Abhängig von den Innen- und Außentemperaturen wird die Zuluft mittels Erdwärmetauscher- Sonden vorgewärmt oder vorgekühlt.

Erdwärmesonden temperieren die Zuluft

Insgesamt 24 Erdsonden liefern die Wärme, um die Zuluft für Haus A, den Zwischenbau und die Aula zu temperieren und die Lüftungsanlagen im Winter eisfrei zu halten. Die Ergebnisse des Monitorings bestätigen die korrekte Auslegung der Anlage. Auch nach mehrstündigem Betrieb sinkt die Temperatur der aus dem Erdreich gepumpten Sole nicht unter 7 °C im Winter und steigt im Sommer nicht über 16 °C. Die Erdwärmetauscher-Sonden liefern somit 10% der Heizwärme und kühlen im Sommer die Zuluft. Dies entspricht durchschnittlich 17 MWh Wärme und 16 MWh Kälte. Die Temperatur der Zuluft liegt an hochsommerlichen Tagen durchschnittlich 10 K unter der Außentemperatur. Allerdings ist der Effekt in den Klassenräumen gering, da die massiven Wände und Decken viel Wärme speichern und die Luftwechselrate nicht deutlich erhöht werden kann. Gegenüber Räumen, die mit ungekühlter Luft versorgt werden, ergibt sich eine Temperaturabsenkung von 0,5 K. Zwar erreicht nicht die gesamte Kühlleistung der Zuluft den Klassenraum, die Kühlung der Kanalwege nutzt jedoch dem gesamten Gebäude.

Projektinfo 08/2017:
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Merkzettel

Adressen

Monitoring
BTU Cottbus

BINE-Projektinfo 08/2017
(PDF, 4 Seiten, 302 kB)

Links

IREES
Institut für Ressourceneffizienz und Energiestrategien

EnEff:Schule
BMWi Begleitforschung zum Thema energieeffiziente Schule

ENERGIEWENDEBAUEN
Projekte, Berichte, Nachrichten
und Analysen aus der Forschungsinitiative ENERGIEWENDEBAUEN

Infotipps

Lüften in Schulen
BINE-Themeninfo I/2015

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.