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2009-02

Projektinformationen und Service

Unter der (Qualitäts-) Lupe
Prüfung, Analyse und Verbesserung großer Solaranlagen

Der Einsatz von Solarwärmeanlagen in Österreich zeigte in den vergangenen vier Jahren ein durchschnittliches Marktwachstum von über 18%. Ein zentraler Faktor für dieses beschleunigte Marktwachstum in den letzten Jahren war, dass zunehmend neue Anwendungsbereiche der Solarthermie erschlossen wurden. So konnten Solarenergieanwendungen vor allem im Geschoßwohnbau, im Hotellerie- und Gastgewerbe sowie in anderen potenzialträchtigen Anwendungsbereichen wie Sportanlagen und Pflegeeinrichtungen Fuß fassen.

Diese Entwicklung findet nicht nur in Österreich statt, sondern ist ein europaweit erkennbarer Trend. Um das viel versprechende Marktwachstum bei den beschriebenen neuen Anwendungen beizubehalten bzw. weiter auszubauen, bedarf es einer gesicherten Umsetzung qualitativ hochwertiger Systeme. Diese großen Solarwärmeanlagen erfahren eine äußerst rasante Markteinführung, wodurch die Gefahr besteht, dass Technik und Qualität nicht entsprechend Schritt halten können. Dies würde in weiterer Folge die viel versprechende Marktentwicklung der letzten Jahre stoppen und dem verstärkten Einsatz von Solarwärme zur Deckung des österreichischen Niedertemperaturwärmebedarfs einen empfindlichen Rückschlag versetzen. Um dieser Gefahr entgegen zu wirken, sollte durch das Projekt SOLAREFFIZIENT einheitliche Qualitätsstandards für große Solarwärmeanlagen in den Bereichen Geschoßwohnbau, Hotellerie- und Gastgewerbe, kommunalen Einrichtungen sowie Sportanlagen in Österreich geschaffen werden. Die Weiterentwicklung der Ausbildung zum „Zertifizierten Solarwärmeinstallateur“ bzw. zum „Zertifizierten Solarwärmeplaner“ stellt ein weiteres Ziel des Projekts mit nachhaltiger Wirkung dar.
Im Zuge des Projekts wird eine umfangreiche Erhebung der Qualität von großen Solarwärmeanlagen in Österreich durchgeführt. In vier Bundesländern werden dabei 110 Anlagen einer Vor-Ort-Untersuchung unterzogen, die Daten strukturiert gesammelt und im Hinblick auf qualitätssichernde Faktoren analysiert. Weitere 25 Anlagen werden einer Intensivuntersuchung unterzogen, wobei vorhandene Messdaten einen vertieften Aufschluss über das Betriebsverhalten bringen sollen. Im Anschluss wird ein „neuer Qualitätsstandard“ definiert sowie ein umfassender Qualitätssicherungs-Leitfaden erstellt, der als Arbeitsbehelf für die wesentlichen Akteure bei der Umsetzung von großen Solaranlagen dienen soll. Weiters werden für die Förderstellen der Länder und des Bundes, die Solarindustrie, Dienstleistungsunternehmen im Bereich Planung, Umsetzung und Betrieb sowie für Investoren angepasste Maßnahmenpakete geschnürt, um die Projektergebnisse zur Erhöhung der Anlagenqualität in die Praxis zu überführen.

Weitere Informationen
Ing. Christian Fink (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!),
DI(FH) Johann Breidler (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!)

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2009-02

Wassermanagement

Abbildung 1: Wahlweise Waschmaschinenanschlüsse an Trink- bzw. Regenwasser

Die Nachrüstung von innovativen Wasserkonzepten im Bestand zählt zu den wichtigsten Aufgaben in der nachhaltigen Gebäudesanierung. Ein Beispiel aus Mühlheim/Main zeigt wie die Bewohner einer Wohnhausanlage dank einer modernen Regenwasserbewirtschaftung Trinkwasser, Kanalgebühren und Waschmittel sparen können.

Nutzung und Abkopplung vom Kanal im kommunalen Wohnungsbau

Von Martin Lienhard *

Die städtische Wohnbaugesellschaft „Gemeinnützige WohnBau Mühlheim/Main“ südöstlich von Frankfurt/Main stand vor der Aufgabe, im Rahmen der fälligen Sanierung von insgesamt 8 Wohnblöcken mit ca. 450 Bewohnern eine Attraktivitätssteigerung der Liegenschaft zu realisieren.
Neben der Umgestaltung der Außenanlagen wurde dabei auch eine zeitgemäße Regenwasser-bewirtschaftung umgesetzt, die sowohl die Komponente „Nutzung“ für den Bewohner unmittelbar, als auch die Komponente „Versickerung“ mit wirtschaftlichen Vorteilen als mittelbare Folge gewährleistete.
In der Schillerstraße 62-96, haben 176 Familien nun die Möglichkeit, das Regenwasser vom Dach für die Waschmaschine zu verwenden. Sie sparen damit Trinkwassergebühren und Waschmittel sowie Niederschlagsgebühren für das Ableiten von Regenwasser im öffentlichen Kanal.
Die städtische Wohnbaugenossenschaft hat die 4-geschossigen Wohnblöcke in der Schillerstraße vor 45 Jahren erstellt. Das fortschrittlich-ökologische Denken seitens der Stadtverwaltung ist nach wie vor ausschlaggebend für eine derartige Investition.
Seit August 2006 haben die Mieter die Wahl, ihre Waschmaschine im Kellergeschoss wie früher an das Trinkwasser anzuschließen oder stattdessen das kostenlose Regenwasser aus der Zisterne zu nutzen (Abbildung 1).
Entgegen einem weit verbreiteten Irrtum ist die Nutzung von Regenwasser für das Wäschewaschen in keiner Weise untersagt. Lediglich der Anbieter von nicht selbst genutztem Wohnraum (Vermieter) muss dem Mieter eine Wahlfreiheit für das Wäschewaschen ermöglichen. Dieser Sachverhalt ist vom Bundesgesundheitsministerium vom 04.02.2002 explizit festgehalten worden.
Die Parteien haben sich durchweg für die von der Bauherrschaft angebotene Alternative entschieden.
Zusätzlich wurde die Bewässerung der ca. 10.000 m² großen Außenanlage berücksichtigt. Diese Nutzungsart für das Regenwasser ist mit Sicherheit am weitesten verbreitet. Der Bedarf wurde anteilig den einzelnen Zisternenstandorten zugeschlagen.
Wegen der in Mühlheim umgesetzten so genannten gesplitteten Abwassergebühr wirkt sich das Abkoppeln befestigter (Dach-)Flächen vom Mischwasserkanal sofort gebührenmindernd aus.
Der Überlauf der insgesamt 18 Zisternen wird auf den Grundstücken versickert. Dadurch ist die Voraussetzung gegeben, dass die Gebäude insgesamt von der Niederschlagsgebühr befreit sind, die beim Ableiten in den Kanal in Mühlheim am Main fällig ist.
Weniger Abwassermenge, weniger Trinkwasseraufbereitung und eine geringere Abwasserbelastung durch Waschmittel sind darüber hinaus Pluspunkte für die Umwelt und steigern Akzeptanz und Attraktivität der Immobilie.

Regenwasser als Rohstoff

Die Landschaftsarchitekten Büttner/Löffler aus Berlin nutzten die Tatsache, dass nach der aktuellen Trinkwasserverordnung das Wäschewaschen mit Regenwasser grundsätzlich zulässig ist, wenn den Bewohnern die Wahl zwischen Trink- und Regenwasser gelassen wird.

Abbildung 2: Bau eines Regenwasserspeichers

Abbildung 3: Schnittzeichnung Regenwasserspeicher

Abbildung 4: Filterkorb

Die Zisternengröße wurde mit einer Computersimulation so berechnet, dass die möglichen Entnahmemengen in einem guten Verhältnis stehen zu den Erträgen durch die angeschlossenen Dachflächen. Alle 18 Regenspeicher stammen aus der Baureihe „Regenspeicher Typ Comfort mit Filterkorb“ von Mall Umweltsysteme (Abbildungen 2, 3 und 4). Das Fassungsvermögen beträgt zwischen 7 und 11 m³.
Wichtig war die Anordnung eines zuverlässigen und robusten Filtersystems, da einerseits an die Qualität des genutzten Wassers in der Waschmaschine hohe Anforderungen zu stellen sind, andererseits wegen der kompletten Kanalabkopplung sämtliches Überschusswasser in die Kunststoffrigolen der Versickerung geleitet werden und somit auch Starkregenereignisse im Filterbereich verkraftet werden müssen.
Es wurde ein Filtersystem nach DIN 1989-2, Typ A (mit großem Rückhaltevolumen) eingebaut.
Die Zisternen-Konfiguration bietet bis zu 85% Verbrauchsdeckung bei 95% Niederschlagsausnutzung.
Die hohe Niederschlagsausnutzung ist ein Indiz für die vergleichsweise kleine Sammelfläche gegenüber den Nutzungsmengen aus Waschmaschine und Bewässerung. Es würde wirtschaftlich keinen Sinn machen, eine hundertprozentige Verbrauchsdeckung anzustreben; die Mehrkosten für die dann wesentlich größere Zisterne stünde im keinem Verhältnis zu den zusätzlichen Einsparungen.

Abbildung 5: Wasserverbrauchsübersicht

Abbildung 6: Verbrauchsabdeckung und Niederschlagsausnutzung

Ebenso zeigen die Ergebnisse, dass der Anschluss weiterer Verbraucher (z.B. Toiletten) wenig sinnvoll ist.
Bei maximalem Wasserstand wird weiter zufließendes Regenwasser zur Versickerung in eine unterirdische Rigole abgeleitet. Überläufe in die Kanalisation gibt es nicht. Das ungenutzte Dachwasser trägt so zur Grundwasseranreicherung bei.

Ökonomisch planen

Abbildung 7: Druckerhöhungsanlage

Die Pumpentechnik sitzt innerhalb des Gebäudes im Keller. Insgesamt wurden 18 Kellerräume mit 6 bis 8 Waschmaschinen vorgesehen. Pro Zisterne bzw. pro Waschmaschinenkeller ist eine kompakte Druckerhöhungsanlage installiert, die auch sicherstellt, dass bei leerer Zisterne automatisch Trinkwasser nachgespeist wird, durch einen DIN gemäßen freien Auslauf.
Damit ist die strikte Trennung zwischen Trinkwassernetz und Regenwasser gewährleistet. Darüber hinaus helfen Schilder an Leitungen und Entnahmestellen eine Verwechslung zu vermeiden
Für die Toilettenspülung mit Regenwasser in allen vier Geschossen wäre eine wesentlich aufwändigere Leitungsführung erforderlich gewesen als für die Waschmaschinennutzung. Da alle Waschmaschinen im Kellergeschoss versammelt sind, ist das Verteilnetz kurz und damit preiswert.
Pro Bewohner und Tag lassen sich mit Waschmaschine laut DIN 1989-1 ca. 10 Liter Trinkwasser einsparen. Bei kalkulierten ca. 450 Einwohner ergibt sich somit ein Maximaleinsparpotential von 4.500 Liter pro Tag bzw. 1.600 m³ pro Jahr und somit ein Einsparvolumen von ca. 6.000 € pro Jahr.
Die Dosierung beim Waschmittel kann grundsätzlich im niedrigsten Härtebereich stattfinden, da das weiche Regenwasser aus Zisternen keine nennenswerten Anteile von Kalk enthält. In Mühlheim mit Wasser-Härtebereich 3 lohnt es sich. Ein weiterer Verwendungszweck für die gesammelten Niederschläge ist die Bewässerung der Außenanlagen. Pro Zisterne und Aufgang steht eine Zapfstelle an der Außenwand zur Verfügung. Damit werden zusätzlich mindestens 60 Liter Trinkwasser pro m² Geländefläche im Jahr gespart.
Aus Tabelle 1 wird deutlich, dass das wirtschaftliche Einsparpotential noch wesentlich höher liegt, wenn man durchschnittliche kommunale Gebührenniveaus zu Grunde legt, d.h.

• Gebührenhöhe pro m² versiegelte Fläche
• Verzicht auf getrennte Schmutzwasserveranschlagung des genutzten Regenwassers für die Waschmaschine

Regenwassernutzung ist heute Stand der Technik. Die Schnittstelle zwischen Tiefbau (Zisternen und Sammelleitungen) und Sanitärtechnik (Druckerhöhungsanlage und Verteilleitungen) ist einfach und klar (Abbildung 7). Bei diesem Projekt wurde ein Komplett-System von Mall verwendet, um sicherzustellen, dass die Komponenten kompatibel sind, auch wenn sie von verschiedenen Gewerken montiert werden.
Durch eine so genannte „schwimmende Entnahme“ wird gewährleistet, dass immer die beste Wasserqualität entnommen wird, ohne Sediment vom Speicherboden und ohne Schwimmschicht von der Wasseroberfläche. Das Filtersystem muss nur einmal pro Jahr kontrolliert und gegebenenfalls gereinigt werden.

Tabelle 1: Wirtschaftliches Einsparpotential durch Regenwassernutzung

¹) z. B. in Berlin
²) d. h. keine Schmutzwasserabgabe für genutztes Regenwasser

Ausblick

Mühlheim/Main gehört zu den Kommunen, die die gesplittete Abwassergebühr in ihrer Satzung verankert haben. Hier sind pro 10 m² versiegelter Grundstücksfläche 4,90 € pro Jahr fällig, wenn zur Ableitung der öffentliche Kanal in Anspruch genommen wird.
Bei einer Gesamtdachfläche von ca. 3.550 m² werden den Mietern folglich zusätzlich zur Trinkwassereinsparung (siehe Tabelle 1) 1.775 € pro Jahr erlassen.
Die momentane Entwicklung lässt vermuten, dass in 10 Jahren 9 von 10 Kommunen in Deutschland diese Niederschlagsgebühr haben werden, mit noch deutlich höheren Beträgen. Berlin verlangt vom Grundstückseigentümer jetzt schon 14,80 €, Bonn 15,00 € pro 10 m². Dann zahlt sich das Regenwasser sammeln tatsächlich aus und der vorhandene Zisternenanschluss wird in den Immobilienangeboten als bevorzugtes Ausstattungsmerkmal erscheinen.
Es bleibt festzuhalten:

• Zeitgemäße Regenwasserbewirtschaftung führt zu Attraktivitätssteigerung auch im Bestand auch bei Mehrfamilienhäusern
• Wäschewaschen mit Regenwassernutzung ist zulässig
• Abkopplung hat hohen hydrologischen bzw. ökologischen Nutzen und schafft Planungsspielräume
• Gesplittete Abwassergebühr schafft Gebührengerechtigkeit und entscheidende ökonomische Impulse

Weitere Informationen:
Mall GmbH, Hüfinger Str. 39-45, 78166 Donaueschingen-Pfohren
Tel. 0771/80 05-162, Fax 0771/80 05-3162, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

*) Dipl.-Ing. Martin Lienhard ist Leiter der Technischen Abteilung bei Mall GmbH, Sprecher fbr-Fachgruppe Regenwasserbewirtschaftung, Mitglied im DIN-Auschusses NAW V 8 Regenwassernutzungsanlagen [^]

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2009-02

Projektinformationen und Service

PV*SOL 4.0 mit neuem Dachparameter-Dialog und Schieflastberechnung
Überschusseinspeisung mit PV*SOL 4.0 und PV*SOL Expert 4.0 rechenbar

Abbildung 1: Polygondachansicht in PV*SOL 4.0

PV*SOL, das Programm zur Auslegung und Simulation von Photovoltaik-Anlagen der Dr. Valentin Energiesoftware GmbH, wurde auf der Intersolar 2009 mit dem komplett neu gestalteten Dialog „Dachparameter“ vorgestellt, der eine komfortable und umfangreiche Abbildung beliebiger Dachformen und Sperrflächen mit automatischer Modulbelegung ermöglicht. Ein weiteres wichtiges Feature ist die Berechnungsmöglichkeit der in Europa gültigen Schieflastvorschriften der Energieversorger. Zudem wurde die Oberfläche komplett überarbeitet und modernisiert.

Die Planungssoftware PV*SOL und PV*SOL Expert ist in der Lage, auch PV-Anlagen für die Eigennutzung von PV-Strom zu planen und wirtschaftlich zu bewerten. Grundsätzlich wird zwischen Volleinspeisung und Überschusseinspeisung unterschieden.
In PV*SOL 4.0 können beliebige Dachformen abgebildet werden, indem man eine beliebige Anzahl von Eckpunkten definiert. Gängige Voreinstellungen wie rechteckige, trapezförmige oder dreieckige Dächer sind bereits enthalten. Jede Art von Sperrflächen – bis hin zur Kreisform - kann dargestellt und bei der automatischen Modulbelegung berücksichtigt werden. Ebenfalls können mehrere Belegungsfelder eingestellt und beliebig verschoben werden. Dies ermöglicht die Visualisierung von Flachdachanlagen, bei denen die Module in eine andere Richtung als parallel zur Dachkante ausgerichtet sind. Die Modulausrichtung erfolgt automatisch immer nach Süden. Einmal eingegebene Objekte können kopiert, Sperrflächen und Belegungsfelder können einfach positioniert werden. Die Abstände eines Objekts zu den Gebäudekanten werden laufend aktualisiert. So ist es möglich, Objekte in Relation zu den Dachgrenzen zu positionieren. Die Bedienung erfolgt über eine PopUp-Menüführung, so dass man Objekte bequem per Mausklick bearbeiten kann.
Abbildung 2: Moderne Oberfläche in PV*SOL 4.0

Auf dem gesamten Simulationssoftware-Markt zur PV-Anlagenplanung ist PV*SOL 4.0 von Valentin EnergieSoftware eines der wenigen Programm, welches die gültigen Schieflastvorschriften der Energieversorger in Deutschland, Österreich, der Schweiz und der Tschechischen Republik derart detailliert berücksichtigen kann. Wie bisher wird das Programm in fünf Sprachen auf den Markt kommen. Es wird ab Anfang Juli zum Kauf erhältlich sein.
Desweiteren wird PV*SOL Expert, das dynamische Simulationsprogramm mit 3D-Visualisierung und detaillierter Verschattungsanalyse, erstmals mehrsprachig vorgeführt werden.

Weitere Informationen:
Eine Demoversion des Programms sowie weitere Informationen über die Firma und ihre Produkte finden Sie auf der Internetseite www.valentin.de.

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2009-02

Nachhaltige Gebäude

Abbildung 1: Grund- und Hauptschule nach der Sanierung (Quelle:Pfeil & Koch ingenieurgesellschaft GmbH & Co. KG, Stuttgart)

Der Gemeinderat Eggenstein-Leopoldshafen bei Karlsruhe beschloss 2001 die stufenweise nachhaltige Sanierung aller Gebäude im Schul- und Sportzentrum unter anderem der Grund- und Hauptschule und die Realisierung eines solaren Nahwärmesystems mit Langzeitwärmespeicher für das gesamte Schulzentrum, als weltweit erstes System dieser Art im Gebäudebestand.[1]

Sommersonne heizt im Winter
Nachhaltige Sanierung einer Grund- und Hauptschule mit Integration in eine solare Nahwärme mit Langzeitwärmespeicher

Von Christian Kley, Markus Pfeil und Holger Koch*

Die Gemeinde Eggenstein-Leopoldshafen mit ca. 15.000 Einwohnern befindet sich in der Nähe von Karlsruhe. Das am Ortsrand gelegene Schul- und Sportzentrum besitzt die typische Struktur und Architektur aus den 1960er Jahren. Größtes Gebäude ist eine Grund- und Hauptschule (nachfolgend „GHS“ abgekürzt) mit einer Bruttogeschoßfläche von 4.150 m² (Abbildung 1). Aus der im Gebäude befindlichen Heizzentrale wurden von Anfang an weitere Gebäude des Schulzentrums über ein Nahwärmenetz mit Wärme aus einem Gaskessel (defekt, Ausfall 2001/02) und zwei Ölkessel (Baujahr 1970, je 750 kW) versorgt. Die weiteren Gebäude des Schulzentrums, welche über die Nahwärme versorgt wurden, sind eine Wettkampfsporthalle (2.300 m² Bruttogeschoßfläche), ein Hallenbad (2.400 m² Bruttogeschoßfläche) sowie ein Feuerwehrhaus (1.600 m² Bruttogeschoßfläche). Bis zum Jahr 2001 waren Sanierungsmaßnahmen an sämtlichen Gebäuden zurückgehalten worden. Gleichzeitig wurde der Druck immer stärker, umfängliche Sanierungen anzugehen, um die Bausubstanz zu erhalten und um den sich mehrenden Reparaturen an der Gebäudetechnik entgegenzuwirken. Die Gebäudetechnik war in allen Gebäuden Erstausrüstung, so dass die technische Lebensdauer schon weit überschritten war. Im Jahr 2001 wurde der Neubau einer 3-Feld-Sporthalle beschlossen. Dieses Bauvorhaben war die Initialzündung für das Gesamtkonzept.

Bestandsanalyse der Schule

Die zweigeschossige GHS ist das älteste (Baujahr 1970) und mit 4.150 m² Bruttogeschossfläche das größte zu versorgende Gebäude. Das Atrium-Gebäude besteht aus zwei Hauptflügeln, dem Nordflügel, mit ausschließlich Klassenzimmern und dem Südflügel, in dem neben Klassenzimmern auch Bibliothek, Schulsekretariat sowie Lehrerzimmer und Hausmeisterzimmer untergebracht sind. Am vorderen Ende des Kellergeschosses im Südflügel befindet sich die Heizzentrale, von der das Nahwärmenetz versorgt wird. Außer wenigen Maßnahmen zum Bauerhalt wurde bislang keine Modernisierung an der thermischen Hülle getätigt. Entsprechend des Baualters und der damals üblichen Bauweisen, die eher auf Schadensverhütung durch Vermeidung von Tauwasser an Innenoberflächen hinzielten als auf Energieeinsparung, waren die Energieverbräuche sehr hoch. Heizkörper standen z. T. vor Verglasungen und somit im Strahlungsaustausch mit den Scheiben. Geometrische und konstruktive Wärmebrücken waren zuhauf zu verzeichnen. Die Fenster waren weder luft- noch schlagregendicht und die Wärmedurchgangskoeffizienten von Rahmen und Verglasung nicht mehr zeitgemäß. Bei den anderen Bauteilen war der gleiche wärmetechnische Zustand wie bei den Fenstern zu beklagen.

Abbildung 2: Schule vor / nach der Sanierung mit 1.000 m² Solardächer (Quelle: Pfeil & Koch ingenieurgesellschaft GmbH & Co.KG, Stuttgart)

Bauphysikalische Modernisierung

Durch Simulation verschiedener Dämmszenarien wurde die optimale Dämmvariante für die jeweiligen Bauteile ermittelt. Hierbei wurde gezielt analysiert in wie weit die energetische Sanierung auf ein Passivhaus- oder Niedrigenergiestandard erfolgen sollte. Im Hinblick eines Optimums zwischen der nachhaltigen, ökonomischen und effizienten Qualität wurde ein Niedrigenergiestandard definiert. Über die Angabe der zu erreichenden neuen U-Werte, wurde darüber hinaus durch die Pfeil & Koch ingenieurgesellschaft eine bauphysikalische Planung und eine bauphysikalische Qualitätssicherung durchgeführt. Wesentliche Merkmale der Planung waren: hoher Wärmedämmstandard zur Verringerung der Transmissionswärmeverluste; geringe Lüftungswärmeverluste durch hohe Luftdichtheit; Minimierung des Einflusses von Wärmebrücken.
Die empfohlenen Maßnahmen zur Baukonstruktion auf einen Blick sind: Ersatz der Fenster und Außentüren; Dämmung der Außenwände (auch die Außenwand gegen Erdreich, da sich Nutzräume im Untergeschoß befinden); Ersatz der Glassteinwand durch eine Lochfassade (40 % Fensterflächenanteil); Dämmung und Erneuerung der Dachabdichtungen.

Umgesetztes Sanierungskonzept

Die Sanierung der GHS erfolgte in dem Zeitraum September 2005 bis November 2006 und umfasste somit ca. 1 Jahr (Abbildung 2). Die Sanierung wurde in zwei Abschnitten im laufenden Schulbetrieb durchgeführt. Die Pfeil & Koch ingenieurgesellschaft war dabei für Planung und Bauüberwachung der gesamten technischen Ausrüstung verantwortlich. Die augenscheinlichste Sanierungsmaßnahme an diesem Gebäude war die Änderung der Dachform. Die Flachdächer der Bestandsgebäude wurden mittels der Solardächer in Pultdächer umgewandelt (Abbildungen 3 und 4). Durch diese Maßnahme konnten 1.000 m² thermische Kollektoren von insgesamt 1.600 m² im solaren Nahwärmesystem installiert werden. Der unterhalb der Kollektoren entstandene Dachraum wurde als Aufstellungsort für Lüftungsgeräte mit Wärmerückgewinnung sowie zur Anbringung der Dachdämmung genutzt. Der Synergieeffekt der neuen Solardächer als Pultdächer umfasst neben dem Gewinn an Technikfläche und der obersten Dämmebene der thermischen Hülle darüber hinaus den Dachabschluss und die solare Wärmeerzeugung.

Abbildung 3: Nach Sanierung Solardächer als Pultdächer (Quelle: Pfeil & Koch ingenieurgesellschaft GmbH & Co.KG, Stuttgart)

Abbildung 4: Installation der Solardächer auf der Schule

Die Klassenräume werden nun bedarfsabhängig be- und entlüftet, wobei zur Regelung der Lüftung CO₂-Sensoren eingesetzt werden. Somit werden effiziente Lern- und Arbeitsbedingungen für die Schüler und Lehrer erreicht. Die CO₂-Konzentration in den Klassenräumen wird gesenkt und so die Raumluftqualität verbessert. Dadurch wird die Konzentrationsfähigkeit und Produktivität der Nutzer gesteigert. Die empfohlenen Maßnahmen zur technischen Anlage auf einen Blick sind: Austausch der Heizkörper; Erneuerung des Heizwärmeverteilnetzes; Einbau einer Lüftung mit Wärmerückgewinnung; Ersatz bzw. Ergänzung der Trinkwarmwasserbereitung im Durchflussprinzip.

Energetische Qualität nach erfolgter Sanierung

Wärmetechnisch wird bei dem sanierten Gebäude der GHS der Standard der Energieeinsparverordnung (EnEV) 2004 unterschritten. Alle Bauteile wurden nach EnEV bzw. nach einem höheren, in den Studien vorgegebenen Standard gedämmt. Nach der Sanierung sollte eine Reduzierung des Jahresheizenergiebedarfs von 832 MWh/a (Energiekennzahl 52,0 kWh/m³a) im Bestand auf 258 MWh/a (Energiekennzahl 16,1 kWh/m³a) erzielt werden. Dies entspricht einer Einsparung von ca. 69 %. Die angestrebte energetische Qualität wird durch einen gemessenen Jahresheizwärmeverbrauch von 257 MWh/a im Jahr 2007 bestätigt.

Gesamtenergiekonzept des Schul- und Sportzentrums

Das Gesamtenergiekonzept sieht vor, dass alle Gebäude mit einer Bruttogeschoßfläche von insgesamt 12.000 m² über ein Nahwärmenetz mit Langzeitwärmespeicher versorgt werden (Abbildung 5). Im ersten Ausbauschritt wurde der Ersatz der abgängigen Kesselanlage und des 300 m langen Nahwärmenetzes, welches undicht war, durchgeführt. Zeitgleich erfolgte der Bau der neuen Sporthalle mit einer Kollektorfläche von 600 m². Danach wurde die alte Sporthalle sowie im darauffolgenden Jahr die Grund- und Hauptschule saniert. Die Dachflächen der GHS stellen dem System weitere 1.000 m² Kollektorfläche zur Verfügung. Die solare Wärme wird zunächst in einen 30 m³ fassenden Pufferspeicher eingespeist. Von Dort wird die Wärme entweder direkt im Nahwärmenetz genutzt oder, besonders in den Sommermonaten, in den Langzeitwärmespeicher eingelagert.

Abbildung 5: Lageplan und Gesamtenergiekonzept des Schul- und Sportzentrums (Quelle: Pfeil & Koch ingenieurgesellschaft GmbH & Co.KG, Stuttgart)

Zur Ausführung kam ein Kies/Wasser -Erdbecken-Wärmespeicher mit einem Speichervolumen von 4.500 m³(Abbildung 6). Der Speicher wird über zwei Brunnenanlagen im direkten Wasseraustausch be- und entladen. Der Speicher kann im Sommer bis zu einer Maximaltemperatur von 80 °C beladen werden. Die Entladung findet zunächst direkt und ab einer Speichertemperatur von ca. 35 °C mittels einer 60 kW Wärmepumpe statt. Diese kann den Wärmespeicher bis auf 10 °C entladen und so die Wärmekapazität des Speichers voll ausnutzen. Der solare Deckungsanteil liegt entsprechend dynamischer Simulationen zwischen 35 % und 40 %. Die Deckung des Restwärmebedarfs übernehmen zwei Gaskessel mit jeweils 600 kW Heizleistung als Spitzenlastwärmeerzeuger.

Abbildung 6: Langzeitwärmespeicher - Fertiggestellte obere Abdichtung vor Einbringung der Wärmedämmung (Schaumglasschotter) (Quelle: Pfeil & Koch ingenieurgesellschaft GmbH & Co.KG, Stuttgart)

Energieeinsparung im Schul- und Sportzentrum

Ausgangssituation war ein Energieverbrauch sämtlicher unsanierter Gebäude sowie der neu errichteten 3-Feld Sporthalle von insgesamt 2.600 MWh/a. Legt man einen heutigen Gaspreis von 70 €/MWh zugrunde, so beträgt die jährliche Energiekosteneinsparung ca. 120.000,- €/a, bei einem solaren Deckungsanteil von 35 % und dem prognostizierten Energieverbrauch im Endausbau von nur noch 910 MWh/a. Durch die Wärmeschutzmaßnahmen bei allen Gebäuden und durch die aktive Solarenergienutzung werden im gesamten Schulzentrum 65 % Primärenergie eingespart. Damit werden jährlich 390 Tonnen CO₂-Emissionen vermieden.[2]

Fazit und Ausblick

Durch eine interdisziplinäre Zusammenarbeit aller Projektbeteiligter - Bauherr, Architekten, Energiedesignern, Landschaftsplanern, Gebäudetechnikern und Bauphysikern - und durch ein ganzheitliches konsequentes Vorgehens bei diesem Projekt, angefangen mit der Schwachstellenanalyse von Gebäudehülle und Anlagentechnik über die Erarbeitung der Sanierungsvorhaben und die Qualitätssicherung der Maßnahmen bei der baulichen Umsetzung konnten die gesteckten energetischen Sanierungsziele erreicht werden.
Die Gemeinde Eggenstein-Leopoldshafen hat sich bereits im Jahr 2001 für die Umsetzung dieser zukunftsweisenden Technologie entschieden. Die Entscheidung für ein großes Solarkonzept fiel dem Gemeinderat damals nicht leicht. Es waren nicht allein wirtschaftliche Gesichtspunkte, die für dieses System sprachen, es war vor allem die Chance, die idealen Randbedingungen (Nahwärmestruktur, unsanierte Gebäude, Platz für Speicher und Solaranlage) zu nutzen, um das erste solare Nahwärmesystem mit Langzeitwärmespeicherung im Bestand umzusetzen. Mit diesem Projekt entstand ein wichtiger Multiplikator, nicht nur für die typischen Schul- und Sportkomplexe aus den 1960er/1970er Jahren. Aus heutiger Sicht war die damalige Entscheidung der Gemeinde eine sehr weitsichtige. Es bleibt zu hoffen, dass viele Entscheidungsträger sich in der heutigen Zeit dank der guten Erfolge dieser Systeme und dem allgemeinen Klimaschutztrend leichter zu solchen Energiekonzepten entscheiden.

Danksagung

Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) und des Landes Baden-Württemberg gefördert. Die Autoren danken für die Unterstützung. Die Verantwortung für den Inhalt der Veröffentlichung liegt bei den Autoren.

*) Dipl.-Ing. Christian Kley ist Mitarbeiter der Pfeil & Koch ingenieurgesellschaft, Beratende Ingenieure VBI in Stuttgart und Köln, kley[at]pk-i.de, www.pk-i.de
Dipl.-Ing. Markus Pfeil ist geschäftsführender Gesellschafter der Pfeil & Koch ingenieurgesellschaft, Beratende Ingenieure VBI in Stuttgart und Köln, pfeil[at]pk-i.de, www.pk-i.de
Dipl.-Ing. Holger Koch ist geschäftsführender Gesellschafter der Pfeil & Koch ingenieurgesellschaft, Beratende Ingenieure VBI in Stuttgart und Köln, koch[at]pk-i.de, www.pk-i.de [^]