Solaranlagen und Produkte der Vormonate:

Klimatisierung plus Klimaschutz:
Fachhochschule spart Energie mit passiver Kühlung

Der Sommer 2003 hat gezeigt, dass es in Büros, Wohnräumen oder Hörsälen unangenehm heiß werden kann. Bei Außentemperaturen über 30 ° Celsius ist der Wunsch nach einer Klimaanlage verständlich. Doch herkömmliche Klimaanlagen sind wahre Stromfresser und tragen über ihren Energieverbrauch zur globalen Erwärmung bei. Dass es auch anders geht, beweist das Gebäude der Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg in St. Augustin: ein ganzes Bündel energetisch-ökologischer Maßnahmen sorgt dafür, dass die Studierenden sich wohlfühlen.

Die energieeffiziente passive Klimatisierung lässt die Fachhochschüler "Mit kühlem Kopf studieren" - so der Titel des Projektinfos 07/02 des BINE Informationsdienstes, dessen Ergebnisse wir in Zusammenarbeit mit BINE vorstellen
BINE Informationsdienst

Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg: Fassadenintegrierte PV-Anlage.

Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg: Fassadenintegrierte PV-Anlage. Foto BINE Informationsdienst.
Die Fachhochschule wurde durch einen Generalunternehmer schlüsselfertig ausgeführt und ist seit 1999 in Betrieb. Die Bausumme betrug rund 50 Millionen Euro. Im Rahmen des Förderkonzeptes "SolarBau" wurde die umfangreiche Auswertung der Betriebsdaten vom Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit (BMWA) gefördert. Damit soll die Effektivität und Leistungsfähigkeit der Bausteine zur Energieoptimierung für große und komplexe Gebäudestrukturen im praktischen Betrieb wissenschaftlich überprüft werden. Mittelpunkt der Untersuchung sind Seminarräume und zentrale Hörsäle.

Die eingesetzten Erdreichwärmetauscher und eine adiabate Kühlung (Kühlung durch die Befeuchtung der Luft, auch "Transpirationskühlung" genannt) haben sich als Energie sparende Alternative zur konventionellen Klimatisierung bewährt. Eine Nachtauskühlung erhöht den Komfort in den Seminarräumen. Als problemlose Zusatzmaßnahmen erwiesen sich der erhöhte Wärmeschutz und die Solarstromanlagen. Die intensive Überwachung machte den Einfluss der Regelung der Haustechnik sowie des Nutzerverhaltens beziehungsweise der Nutzerwünsche auf den Energieverbrauch deutlich. Im Foyer zeigt ein Display aktuelle, relevante Öko-Daten an. Zum Beispiel die Leistung der Photovoltaikanlagen oder die Temperatur im Erdkanal. Ein Computer erläutert das Begleitforschungsprogramm.

Baukonzept, Planung und Ausführung

Die FH Bonn-Rhein-Sieg ist eines von vielen erfolgreichen Beispielen dafür, dass sich Maßnahmen zur Energieeinsparung zweckmäßig in ein Gebäudekonzept integrieren lassen. Durch eine sorgfältige Planung und frühzeitige Zusammenarbeit mit den Fachingenieuren können ohnehin notwendige Elemente energetisch optimiert beziehungsweise ersetzt werden. Die Betriebskosten sinken und der Nutzerkomfort steigt, ganz abgesehen von der ökologischen Qualität. Schon bei der Auslobung des Architekturwettbewerbs, der einem Großprojekt oft voran geht, kann ein ökologisches Konzept eingefordert werden. Aber auch nach der Entwurfsphase ist es dafür nicht zu spät: Der Bau der Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg in Sankt Augustin belegt, dass entsprechende Maßnahmen auch bei einem fertigen Entwurf den Energiebedarf erheblich senken können. So lag der Heizenergieverbrauch im Jahr 2000 bereits deutlich unter den Vorgaben der Wärmeschutzverordnung (WSVO '95).

FH Bonn-Rhein-Sieg: Gebäudesteckbrief

Nach der Optimierung der Haustechnik und der Beseitigung bautechnischer Mängel sank er 2001 um weitere 17 %. Mit 11,73 Kilowattstunden pro Kubikmeter (kWh/m3; klimabereinigt) lag der Verbrauch mehr als 40% unter den Vorgaben der WSVO. Bauherr der Hochschule ist das Land Nordrhein-Westfalen. Erst nach dem Architekturwettbewerb 1995 wurde entschieden, zusätzliche 4% der Bausumme für ökologische Zwecke einzusetzen. Dadurch konnte am Grundkonzept nicht mehr gerüttelt, aber über Ausführungsweisen und Zusatzmaßnahmen noch verhandelt werden.

FH Bonn-Rhein-Sieg: Gebäudesteckbrief

Modellfoto-FH Bonn-Rhein-Sieg

 

 

 

FH Bonn-Rhein-Sieg Modellfoto
Grafik und Bild: BINE Informationsdienst.

Das Ökologie- und Energiekonzept umfasst ein ganzes Bündel von Maßnahmen, darunter die Verwendung umweltfreundlicher Baustoffe, wie Holz und mineralischer Dämmstoffe. Darüber hinaus enthält das Konzept einen erhöhten Wärmeschutz, effektive Tageslichtnutzung, transparente Dämmsysteme (TWD), eine bedarfsgerecht programmierbare Heizungsregelung sowie die Abwärmenutzung von Kühlanlagen. Die weitgehend natürliche Klimatisierung und die passive sommerliche Nachtkühlung sorgen für angenehmes Klima in Hörsälen und Seminarräumen. Im Glasdach der zentralen Fassade im Eingangsbereich und an südorientierten Fassaden sind Photovoltaikelemente mit einer Gesamtfläche von 222 Quadratmetern eingebaut. Die Spitzenleistung der Solarstromanlagen beträgt 22 Kilowatt (kWp). Der Solarstrom wird in das gebäudeinterne Netz eingespeist. Eine Fassade der Maschinenhalle (100 m2) mit reiner Südorientierung ist als Solarwand mit transparenter Wärmedämmung (TWD) ausgeführt, im unteren Bereich mit einer massiven Betonwand als Absorber (UWand=1,4 W/m2K). Dach- und Fassadenbegrünung sowie die Versickerung des Regenwassers auf dem Gelände sollen das Mikroklima verbessern, den Kühlbedarf der Gebäude verringern und die Kanalisation entlasten.

Heizung, Lüftung und Klimatisierung

Die Seminarräume sind nicht aktiv klimatisiert. Im Sommer soll kühle Nachtluft die gespeicherte Wärme aus den Massivbauteilen abführen und die Innentemperaturen gering halten. Gegenüberliegende Räume sind deshalb über großvolumige Kanäle im Flur verbunden. Bei geöffneten Oberlichtern entsteht so aufgrund von Druckdifferenzen an den gegenüberliegenden Fassaden eine Querlüftung. Die Oberlichtklappen sind zentral gesteuert.

Schema der Nachtauskühlung im Seminarbereich
In ihrer Maximalleistung ersetzt die passive Nachtkühlung nach Simulationen eine konventionelle Kühlung mit 100 bis 150 Kilowatt, allerdings bei deutlich eingeschränkter Verfügbarkeit. Eine zuverlässige und sinnvolle Steuerung der Sonnenschutzeinrichtungen ist daher unerlässlich. Nur Räume mit besonders hohen elektrischen Lasten (z. B. EDV-Räume) haben kleine, dezentrale Klimageräte.
Schema der Nachtauskühlung im Seminarbereich. Grafik: BINE Informationsdienst.

Die Beheizung der Seminarräume erfolgt über Heizkörper. In vielen Räumen sind Fensterkontakte vorgesehen, welche die Heizleistung drosseln, solange ein Fenster geöffnet ist. Die Heizung ist außerdem entsprechend Belegungsplänen raumweise programmierbar ("Stundenplanheizung"). Die Zuluft für den Hörsaalbereich wird durch einen Erdreichwärmetauscher geleitet, in dem sie im Winter vorgewärmt wird. Ein Rotationswärmetauscher überträgt zusätzlich die Wärme der Abluft auf die Zuluft (Wärmerückgewinnung). Wird es draußen kälter, schaltet außerdem ein Heizregister ein. Im Sommer kann die Wärmerückgewinnung mit einem "Bypass" umgangen werden, die Luft kommt dann direkt aus dem kühlen Erdkanal. Zusätzlich ist für Spitzenlasten eine so genannte adiabate Kühlung vorgesehen. Sie wird erreicht, indem Wasser verdunstet und dabei die umgebende Luft abkühlt. Schon in der Antike wurden Räume nach diesem Prinzip gekühlt, zum Beispiel mit Hilfe von Springbrunnen. Das Verfahren der Verdunstungskühlung wird heute meist indirekt angewendet: man befeuchtet und kühlt die Abluft und überträgt die Kälte über einen Wärmetauscher auf die Zuluft. Das Maß der Abkühlung ist von der Temperatur und Feuchte der ein- und ausströmenden Luft sowie dem Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung abhängig. Die erreichbare Kühlung ist also physikalisch begrenzt und abhängig von der Witterung. Die Zuluft-Temperatur überschreitet nach den bisher gesammelten Erfahrungen (Stand 2002) nur selten 22° C, so dass sich ein angenehmes Raumklima einstellt. Im Durchschnitt erreicht die adiabate Kühlung sehr effektive Kühlleistungen. Eine Regelungsstrategie in Abhängigkeit vom Luftzustand kann die Effizienz noch steigern. Der Erdreichwärmetauscher beeinträchtigt einerseits die Energiebilanz des adiabaten Kühlsystem, andererseits könnten ohne die Kombination beider Komponenten die angestrebten Zulufttemperaturen nur teilweise erreicht werden.

Tageslichtnutzung und Wärmedämmung mit TWD

Deckenbündige Oberlichter mit transparenter Wärmedämmung (TWD) streuen das Tageslicht weit in die acht Meter tiefen Seminarräume und bieten gleichzeitig eine guten Wärmedämmung. Das Beleuchtungsniveau ist im mittleren und hinteren Raumbereich bei direktem Sonnenlicht deutlich angehoben, wie Simulationen zeigten. Oberlichter und Fenster haben separate, automatisch gesteuerte Lamellen-Jalousien. So kann zur Vermeidung von Blendungen auch lediglich der untere Bereich abgedunkelt werden.

FH Bonn-Rhein-Sieg: Seminarräume Die einzelnen Leuchtbänder werden manuell geschaltet und durch Sensoren tageslichtabhängig geregelt. Die Verkehrsflächen erhalten durch Lichtbänder zu den direkt belichteten Räumen natürliches Licht. Allerdings ist der Effekt durch die große Tiefe der dazwischen liegenden Räume (8 m) begrenzt. Das Kunstlicht in den Fluren wird manuell beziehungsweise über Bewegungsmelder geschaltet.
FH Bonn-Rhein-Sieg: Seminarräume. Foto BINE Informationsdienst.

Energetische Qualität - zufriedene Nutzer

Für den Bauablauf lassen sich folgende Erfahrungen zusammenfassen: Natürliche passive Effekte, wie Nachtkühlung oder Erdwärme, sind besser nutzbar, wenn die Komfortansprüche in Abstimmung mit dem Bauherren bzw. den Nutzern tolerant ausgelegt werden. Wichtig ist es, die angestrebten Ziele für die energetische Qualität frühzeitig konkret festzulegen. Für die Bauüberwachung und Qualitätssicherung haben sich der Blower-door-Test und die Thermografie bewährt.

Komponenten des Systems zur Energieversorgung Eine gute Dokumentation der Planung und Ausführung ist auch bei der Betriebsführung von Nutzen. Denn mit zunehmender Komplexität der Gebäudetechnik wächst die Gefahr, dass unwirtschaftliche Betriebsweisen unerkannt bleiben und Einsparpotenziale nicht erschlossen werden. Monitoringprogramme helfen, die Energieeffizienz sowie den Komfort für die Nutzer zu optimieren. Die erforderlichen Daten stellen die Meß-, Steuerungs- und Regelanlagen meist selbst bereit.
Tabelle: BINE Informationsdienst
Komponenten des Systems zur Energieversorgung

Ein Gebäude und seine komplexen Funktionen sind den Nutzern nicht immer leicht zu vermitteln. Das Interesse der Studierenden erwies sich als eher gering: der eigene Komfort geht vor. Laut einer Befragung sind die meisten mit den Komfortbedingungen in den Seminarräumen zufrieden. Auch der Verzicht auf eine konventionellen Kühlung und der Einsatz der adiabaten Kühlung in den Hörsälen wird als angenehm eingestuft.
Tabelle: BINE Informationsdienst

Effizienz der Energie sparenden Maßnahmen

 

 

Text und Illustrationen: BINE Informationsdienst http://www.bine.info.
Redaktion Solarserver: Rolf Hug.

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"Mit Sonnenwärme kühlen: Das Interesse an solarer Klimatisierung wächst"

Tabelle: BINE Informationsdienst

BINE Informationsdienst

 

Das BINE projektinfo 07/02 ist als PDF-Download hier erhältlich

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