Energieeffiziente Schulen
Konzept - Umsetzung - Messung - Ergebnis - KostenJohann Reiß, Micha Illner, Hans Erhorn, Annette Roser, Karin Schakib-Ekbatan, Edelgard Gruber, Manuel Winkler, Werner Jensch
2021, 372 S., 262 Abb. u. 63 Tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag
ISBN 978-3-7388-0539-0
Inhalt
Die räumlichen und hygienischen Bedingungen vieler Schulen erfüllen nicht mehr die heutigen Erwartungen. Zudem weisen die Gebäude einen hohen Energieverbrauch auf und belasten damit den Haushalt der Kommunen. In der Bevölkerung besteht Konsens, dass Schulen für die gesellschaftliche Zukunft eine hohe Bedeutung haben.
Mit der Forschungsinitiative »Energieeffiziente Schulen - EnEff:Schule« förderte das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) ein Vorhaben, bei dem gezeigt wurde, wie Schulgebäude das energetische Niveau einer 3-Liter-Haus-Schule oder einer Plusenergieschule erreichen können. Neben der energetischen Sanierung von zum Teil 50 Jahre alten Schulgebäuden wurden auch Schulneubauten erstellt. Die umgesetzten Beispiele zeigen, wie durch heute verfügbare technische und bauliche Innovation der Primärenergiebedarf für Heizung, Lüftung, Kühlung, Trinkwarmwassererwärmung und Beleuchtung wirtschaftlich gesenkt werden kann. Eine Begleitforschung hat alle Projekte intensiv begleitet, die Messergebnisse ausgewertet, dokumentiert und die Daten in Querauswertungen einander gegenübergestellt. Ferner fanden Befragungen der Schülerinnen und Schüler sowie der Lehrerinnen und Lehrer vor und nach der Sanierung statt.
Anhand der ermittelten Daten und Erkenntnisse konnten umfangreiche Empfehlungen zusammengestellt werden, die sowohl für die Sanierung als auch für den Schulneubau hilfreich sind. Für alle Personen und Institutionen, die bei der Planung eines Schulneubaus oder der Sanierung eines Schulgebäudes eingebunden sind, enthält dieses Buch wertvolle Informationen.
Verfügbare Formate
Inhaltsverzeichnis
Geleitwort
Vorwort
1 Einführung
1.1 Hintergrund
1.2 Ziele
1.3 Grundlagen und Methodik
1.3.1 Planungsphase
1.3.2 Bauphase
1.3.3 Monitoringphase und Zweitbefragungen
1.4 Datenerhebung
1.4.1 Raumparameter und deren Bewertungskriterien
1.4.2 Energiekennwerte und Ziele
1.4.3 Kosten
1.4.4 Nutzer-Gebäude-Interaktion
2 Ergebnisse der sanierten Schulen
2.1 Uhlandschule, Stuttgart
2.1.1 Projektbeschreibung
2.1.2 Monitoring-Ergebnisse
2.1.3 Sozialwissenschaftliche Begleitforschung
2.1.4 Fazit
2.2 Friedrich-Fröbel-Schule, Olbersdorf
2.2.1 Projektbeschreibung
2.2.2 Monitoring-Ergebnisse
2.2.3 Sozialwissenschaftliche Begleitforschung
2.2.4 Fazit
2.3 Felix-Fechenbach- und Dietrich-Bonhoeffer-Berufskolleg, Detmold
2.3.1 Projektbeschreibung
2.3.2 Monitoring-Ergebnisse
2.3.3 Sozialwissenschaftliche Begleitforschung
2.3.4 Fazit
2.4 Schul- und Sportzentrum, Lohr a. M.
2.4.1 Projektbeschreibung
2.4.2 Monitoring-Ergebnisse
2.4.3 Sozialwissenschaftliche Begleitforschung
2.4.4 Fazit
2.5 Max-Steenbeck-Gymnasium, Cottbus
2.5.1 Projektbeschreibung
2.5.2 Monitoring-Ergebnisse
2.5.3 Sozialwissenschaftliche Begleitforschung
2.5.4 Fazit
2.6 Gymnasium Marktoberdorf
2.6.1 Projektbeschreibung
2.6.2 Monitoring-Ergebnisse
2.6.3 Sozialwissenschaftliche Begleitforschung
2.6.4 Fazit
2.7 Nordwindkinner-Grundschule und Europaschule, Rostock
2.7.1 Projektbeschreibung
2.7.2 Monitoring-Ergebnisse
2.7.3 Sozialwissenschaftliche Begleitforschung
2.7.4 Fazit
3 Ergebnisse der Schul-Neubauten
3.1 Arche Noah Kinderhaus, Höhenkirchen-Siegertsbrunn
3.1.1 Projektbeschreibung
3.1.2 Monitoring-Ergebnisse
3.1.3 Sozialwissenschaftliche Begleitforschung
3.1.4 Fazit
3.2 St. Franziskus Grundschule, Halle
3.2.1 Projektbeschreibung
3.2.2 Monitoring-Ergebnisse
3.2.3 Sozialwissenschaftliche Begleitforschung
3.2.4 Fazit
3.3 Grundschule Niederheide, Hohen Neuendorf
3.3.1 Projektbeschreibung
3.3.2 Monitoring-Ergebnisse
3.3.3 Sozialwissenschaftliche Begleitforschung
3.3.4 Fazit
3.4 Science College, Overbach
3.4.1 Projektbeschreibung
3.4.2 Monitoring-Ergebnisse
3.4.3 Sozialwissenschaftliche Begleitforschung
3.4.4 Fazit
3.5 Willibald-Gluck-Gymnasium, Neumarkt i. d. OPf.
3.5.1 Projektbeschreibung
3.5.2 Monitoring-Ergebnisse
3.5.3 Sozialwissenschaftliche Begleitforschung
3.5.4 Fazit
4 Querauswertung
4.1 Querauswertung der Monitoring-Ergebnisse
4.1.1 Raumtemperatur
4.1.2 Luftqualität
4.1.3 Raumluftfeuchte
4.1.4 Energieverbrauch
4.1.5 Kosten
4.1.6 Innovative Komponenten
4.2 Querauswertung der sozialwissenschaftlichen Ergebnisse
4.2.1 Beschreibung der Stichprobe und Struktur der Erhebung
4.2.2 Erwartungen der Lehrkräfte an die sanierten Schulgebäude bzw. die Neubauten
4.2.3 Bewertung des Raumklimas und räumliche Aspekte im Vorher-Nachher-Vergleich
4.2.4 Bewertungen von Schülerschaft und Lehrkräften im Vergleich
4.2.5 Vergleich der sanierten Gebäude mit den Neubauten
4.2.6 Luftqualität
4.2.7 Raumtemperatur
4.2.8 Lichtverhältnisse im Klassenraum
4.2.9 Bewertung des Sonnenschutzes
4.2.10 Nutzerverhalten
4.2.11 Bewertung der innovativen Komponenten
4.2.12 Einflussfaktoren auf die Bewertung des allgemeinen Wohlbefindens in den Schulen
4.2.13 Nutzereingriffsmöglichkeiten in das Raumklima und Bewertungen
4.2.14 Bewertung des Lernklimas
4.2.15 Einbindung des Energiekonzepts und des Themas Energie in den Unterricht
4.2.16 Partizipation
4.2.17 Zusammenfassung der wesentlichen sozialwissenschaftlichen Ergebnisse
5 Strategien und Empfehlungen
5.1 Bauen als partizipativer Prozess
5.2 Ausgangsphase
5.3 Energetische Ziele
5.4 Gebäude
5.5 Anlagentechnik
5.6 Klassenraum
5.7 Betrieb
6 Ausblick
Literaturverzeichnis
Autoreninfo
Dipl.-Ing. Johann Reiß: Fraunhofer-Institut für Bauphysik; Lehrbeauftragter an der Universität Stuttgart
M.Sc. Micha Illner: Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Energieeffizienz und Raumklima am Fraunhofer-Institut für Bauphysik
Dipl.-Ing. Hans Erhorn: Principal Adviser für das Fraunhofer-Institut für Bauphysik
Dr. Annette Roser: Leiterin des Geschäftsfeldes Sozialwissenschaftliche Evaluation am Institut für Ressourceneffizienz und Energiestrategien (IREES)
Dr. Karin Schakib-Ekbatan: Senior-Wissenschaftlerin im Geschäftsfeld Sozialwissenschaftliche Evaluation am Institut für Ressourceneffizienz und Energiestrategien (IREES)
Dipl.-Soz. Edelgard Gruber: Senior Consultant am Institut für Ressourceneffizienz und Energiestrategien (IREES)
Dr. Manuel H. Winkler: Sachgebietsleiter im Baureferat der Landeshauptstadt München
Prof. Dr.-Ing.: Werner Jensch: Professor für Gebäudeautomation und Informationstechnologie, Hochschule München, Fakultät 05 / Fachbereich Energie- und Gebäudetechnik
Publikationslisten zum Thema:
Schulgebäude, Energieeffizienz, Plusenergiehaus, Energieeinsparung, Sanierungsmaßnahme, Energetische Sanierung, Forschungsprojekt, Forschungsergebnis,
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Der Autor zeigt verständlich und anwendungsorientiert, dass Energieeinsparung weder beim Neubau noch bei der Sanierung Einschränkung und Verzicht, sondern Behaglichkeit, Qualitätssteigerung, Werterhaltung und Klimaschutz bedeutet. Mehr denn je geht es um den Klimaschutz. Bis 2030 sollen die Emissionen von Treibhausgasen gegenüber 1990 um mindestens 55 Prozent sinken, bis 2050 soll Deutschland weitgehend treibhausgasneutral werden. Ziel ist es, die Erderwärmung auf deutlich unter 2 Grad Celsius zu begrenzen. Dabei spielt der Gebäudesektor eine entscheidende Rolle, denn etwa 35 Prozent des Energieverbrauchs entfällt in Deutschland auf Gebäude. Mit dem Bau eines energieeffizienten Gebäudes oder einer entsprechenden Sanierung werden Emissionen des Klimakillers CO2 reduziert bzw. vermieden. Das Buch ist ein kompetenter Ratgeber, der dem Leser produktneutrale, unabhängige Informationen an die Hand gibt, um bei seinem Bauvorhaben in jeder Phase und für jedes Bauteil die richtige Entscheidung im Sinne eines energieeffizienten Gebäudes treffen zu können. Dazu werden nach den Grundlagen der Bauphysik alle wichtigen Themen praxisnah erläutert, von den Bau- und Wärmedämmstoffen über Bauteilkonstruktionen, Wärmebrücken, Fenster, Luft- und Winddichtheit, Lüftungs- und Heizungsanlagen bis zur Nutzung regenerativer Energien - ergänzt durch fachliche Exkurse und zahlreiche Abbildungen.
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In zahlreichen Beiträgen namhafter Autoren aus Wissenschaft und Praxis werden aktuelle Fragestellungen rund um das Themengebiet Denkmal und Energie beleuchtet. Es dient zum Wissenstransfer von praxisrelevanten Projektbeispielen, aktuellen Forschungserkenntnissen und der Wirkungsweise neu entwickelter Materialien an die Handlungsakteure im Bauwesen. Hierzu werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie eine Symbiose zwischen dem behutsamen Umgang mit dem Gebäudebestand, einer energetischen Ertüchtigung und der Verbesserung des Nutzerkomforts geschaffen werden kann.
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Das Instrumentarium für Entwurf und Bemessung energetischer Konzepte unter Einbeziehung der licht- und wärmedurchlässigen Gebäudehülle sowie der Heizungs- und Klimatechnik, der Beleuchtung und der stromerzeugenden Anlagen liefert DIN V 18599 "Energetische Bewertung von Gebäuden - Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung", Teile 1 bis 12 in der aktuellen Fassung von 2016. Diese Norm ist das Recheninstrument, mit dem alle Bilanzanteile umfassend und mit vertretbarem Aufwand zusammengeführt werden können und die Effizienz eines Gebäudes ganzheitlich bewertet werden kann. Im Bauphysik-Kalender 2019 werden alle zwölf Normteile aktuell aus erster Hand für die Praxis kommentiert. Dabei werden die Hintergründe und Grundlagen von Nutzungsrandbedingungen erläutert und Hinweise für die Erstellung eigener Nutzungsprofile gegeben. Es wird gezeigt, wie sich unterschiedliche Ausführungen des Wärmeschutzes, des Sonnenschutzes und der Bauart auf den Heizwärmebedarf und Kühlbedarf auswirken. Die Bewertung von Anlagenkonzepten und die Nachweise nach dem Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz EEWärmeG werden dargestellt. Auf den Einfluss der Betriebsführung der Anlagentechnik und der Gebäudeautomation wird eingegangen. Außerdem werden Hinweise zur Praxistauglichkeit und -relevanz einiger Kennwerte gegeben. Die Verfahren zur Ermittlung der Primärenergiefaktoren werden ebenfalls erläutert. Das neue Tabellenverfahren nach DIN V 18599 Teil 12 stellt vorausgewertete Tabellen für die Aufwandszahlen von Anlagenteilbereichen der Anlagentechnik zur Verfügung. Damit wird die energetische Bewertung von Gebäuden und der Anlagentechnik transparenter und übersichtlicher. Zukünftig wird dies auch für ausgewählte Typen von Nichtwohngebäuden möglich sein. Berechnungsbeispiele und Beispielgebäude in den einzelnen Kommentaren dienen der direkten Praxisanwendung der Norm. An die Planer werden also hohe Anforderungen gestellt, daher zeigen Beiträge mit Ausführungsbeispielen z. B. zukun
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Mit der Energiebilanzierung von Gebäuden sind im Rahmen der Bauantragsstellung oder Bestandsmodernisierung Fachplaner betraut. Für den Nichtwohnungsbau ist in Deutschland die Normenreihe DIN V 18599 die einzig zulässige Norm, für den Wohnungsbau eines von mehreren Alternativverfahren. Kommt die DIN V 18599 zum Einsatz, wird eine Software verwendet. Darüber hinaus ist für jede Zone des Berechnungsmodells eine Monatsbilanz u.a. für die Nutzungs- und Nichtnutzungszeiten sowie für den Heiz- und Kühlfall durchzuführen. Alleine die Fülle der erforderlichen Berechnungen macht den Softwareeinsatz erforderlich. Ziel des Projektes war es daher, eine verbindliche Dokumentationsrichtlinie (Ausgabeformat und Handlungsanweisung zur Erstellung) zu entwickeln, die allen Ansprüchen einer Prüfung und allen Wünschen der beteiligten Kreise gerecht wird. Angestrebt wird die Veröffentlichung der Projektergebnisse als Beiblatt zur DIN V 18599.
Tamara Bimesmeier, Karin Gruhler, Clemens Deilmann, Jan Reichenbach, Sonja Steinmetzer
Sekundärstoffe aus dem Hochbau
Energie- und Materialflüsse entlang der Herstellung und des Einsatzortes von Sekundärstoffen aus dem Hochbau für den Baubereich
Abschlussbericht SEROBAU.
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Das Recycling von Bauabfällen ist ein wichtiger Baustein zur Ressourcenschonung. Das Forschungsvorhaben ist eine Sondierungsstudie, die sich insbesondere dem Aspekt der energetischen Aufwendungen im Zuge der Kreislaufführung im Bausektor widmet. Den bisher üblichen massebezogenen materiellen Betrachtungen zum Recycling werden energetische Aufwendungen gegenübergestellt und geprüft, inwieweit sich Recycling auch aus energetischer Perspektive lohnt. Dabei wird die Wertigkeit des möglichen neuen Einsatzortes der Rückbaumaterialien mitberücksichtigt. Für jede Bauproduktgruppe werden instruktive Nutzungsbeispiele in Form charakteristischer "durchgängiger" Prozessketten vom Rückbaumaterial bis zur Einsatzvariante nachgezeichnet und aus energetischer Perspektive in drei Schritten analysiert: 1. Aufbereitung des Rückbaumaterials bis zum Sekundärstoff - Modulare Berechnung des Energieaufwands der Sekundärstoffaufbereitung; 2. Erreichen der funktionalen Äquivalenz (Einsatzfähigkeit als Substitut) auf Grundlage von Unterschieden zwischen Primär- und Sekundärstoffverwendung bis zur Einsatzvariante; 3. Gegenüberstellung der Energieaufwendungen für die Substitut- und Primärstoffherstellung.
Stefan Schäfer, Alexander Pick
Entwicklung von planaren Ziegelfertigteilen für die Herstellung von weitspannenden Schalentragwerken
Abschlussbericht.
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Schalentragwerke besitzen unter baukulturellen, tragkonstruktiven und ästhetischen Gesichtspunkten hohe Potentiale für das Bauwesen. Obwohl sie zahlreiche Vorteile gegenüber anderen Konstruktionen aufweisen, kommen sie in der heutigen Architektur aufgrund hoher Kosten nur noch selten zur Anwendung. Die Relevanz des Forschungsthemas wird deutlich an dem geringen Anteil von Schalentragwerken an der Anzahl neuer Bauprojekte. Dies ist auf den hohen Ressourceneinsatz an Personal, Schalung und Unterkonstruktionen, wie z. B. Lehrgerüsten zurückzuführen. Um dieser Problematik entgegenzuwirken gilt es, den Anteil an Personal und Schalung zu reduzieren, Lehrgerüste zu vereinfachen und den Planungs-, Produktions- und Bauprozess zu vereinfachen. Unser Forschungsansatz sieht eine Methodik zur wirtschaftlichen Herstellung von mehrfach gekrümmten Ziegelschalen durch einfache, planare Bauteile vor. Ziel ist es, komplexe Bauwerke wie Schalentragwerke durch einen erhöhten Vorfertigungsgrad konkurrenzfähiger zu machen und damit die Diversität des Spektrums an Bauwerken dieser Art wieder zur erhöhen. Durch die Verlagerung eines Großteils der Arbeiten von der Baustelle in die Vorfertigung lässt sich diesem Problem entgegenwirken.
Oliver Kornadt, Svenja Carrigan, Tim Schöndube, Stefan Winter, Klaus Mindrup, Gerhard Knieriemen, Franz Loderer, Juliane Nisse, Hans R. Peters, Saif Rashid, Christof Richter, Torsten Schoch, André Staniszewski
Dynamisch thermisch-hygrisches Verhalten von Massivbaukonstruktionen: Entwicklung eines Wärmespeicherfähigkeitsindex für Gebäude aus Mauerwerk und thermisch aktivierbare Massivholzelemente. Abschlussbericht
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Die thermische Speicherfähigkeit von Baukonstruktionen kann erheblichen Einfluss auf den Energieverbrauch und die thermische Behaglichkeit von Gebäuden haben. Im Zuge immer genauerer Berechnungs- und Bilanzierungsverfahren ist es notwendig, auch den Einfluss der Wärmespeicherfähigkeit eines Gebäudes auf den Energiebedarf zu berücksichtigen. Hier setzt das vorliegende Forschungsprojekt mit einer Untersuchung und Bewertung der Auswirkungen der Wärmespeicherfähigkeit auf das thermische Verhalten von Gebäuden an. Außerdem wird eine Berücksichtigung der Wärmespeicherfähigkeit auch für moderne Holzkonstruktionen immer wichtiger. Ziel des Forschungsprojektes war zum einen die Entwicklung eines Wärmespeicherfähigkeitsindex für Gebäude, welcher es ermöglicht, ohne aufwendige Simulationsrechnungen Aussagen bezüglich des Einflusses der Wärmespeicherfähigkeit auf den Nutzenergiebedarf für Heizen, das sommerliche Überhitzungspotential und die thermische Behaglichkeit treffen zu können.
Kristin Bräunlich, Martina Broege, Alfred Bruns, Thomas Hartmann, Oliver Kah, Christine Knaus, Sven Knothe, Matthias Weinert, Julia Sophie Weiser, Enrico Zönnchen
Studie zur technischen, energetischen und wirtschaftlichen Bewertung von Abluft- und Umluft-Dunstabzugshauben in Wohnküchen in energieeffizienten Gebäuden
Abschlussbericht.
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Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll für Dunstabzugssysteme in Wohnküchen der energetische Einfluss im Gebäude und die Wirksamkeit der Systeme in Bezug auf die Reduzierung von Küchendünsten untersucht werden und dies insbesondere im Abluft- und Umluftbetrieb. In einem ersten Arbeitsschwerpunkt wurden normative und gesetzliche Rahmenbedingungen ermittelt. Die sich daraus ergebenden Anforderungen sind sowohl für die weiteren Untersuchungen als auch zur Ableitung von Planungsempfehlungen grundlegend. Außerdem befasst sich das Forschungsvorhaben mit der technischen Bewertung von Dunstabzugssystemen. Hierbei sollen wesentliche Bewertungsverfahren und Kennzeichnungen einer kritischen Prüfung unterzogen werden. Der dritte Themenbereich behandelt die Wechselwirkung von Dunstabzugssystemen mit dem Gebäude und weiteren technischen Systemen. Werden Dunstabzugssysteme im Abluftbetrieb verwendet, muss für eine ausreichende Nachführung von Außenluft gesorgt werden, andernfalls können kritische Unterdrücke in der Wohnung auftreten. Die Erkenntnisse aus der Studie sind ferner in einem Leitfaden für Nutzer, Planer und Gutachter zusammengefasst.
Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.
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