TGA-Planung 2011

Prok. Manfred Thonhauser, Ing. Heinz Lillich

Hoher Nutzerkomfort bei niedrigen Energiekosten

Schule der Zukunft

Energiekonzept und Gebäudeausrüstung für das Bundesoberstufenrealgymnasium in Neulengbach.
Nach dem Architektenwettbewerb wurde im August 2008 mit der Umsetzung des Siegerprojektes des Architekturbüros SHIBUKAWA EDER Architects begonnen.

Das neue Schulgebäude des BORG Neulengbach ist als einstöckiger Baukörper ausgeführt und in der ersten Ausbaustufe für 10 Stammklassen ausgelegt.

Die Stammklassen, die Schuladministration und Lehrerzimmer sind im Obergeschoss untergebracht. Die Sonderunterrichtsräume, die Bibliothek, die Aufwärmküche, der Speise- und Mehrzwecksaal sowie die Nebenräume wurden im Erdgeschoss situiert. Der erweiterbare Turnsaal ist an das Schulgebäude angebaut und kann bei Veranstaltungen mit dem Mehrzweckraum und Speisesaal verbunden werden.


Die offene und weitläufige Ausführung des Gebäudes stellte die Herausforderung für die Planung als Niedrigstenergiehaus dar. Auf Grund des Pflichtenheftes „Energieeffizienz“ für NÖ Landesgebäude, der ÖNORM H 6039 und auf Basis von bereits vorhandenen Studien und Referenzprojekten und der Berechnungen des Energieverbrauches, Tageslichtnutzung, Sommerverhalten und Luftqualität wurde ein Gebäudeklimakonzept mit hohem Nutzerkomfort, hoher Lern- und Lehrqualität bei niedrigen Betriebskosten und Energieverbrauch konzipiert und in der Folge umgesetzt.

Nach dem offiziellen Baubeginn am 27.7.2009 wurde die Schule mit Beginn des Schuljahres 2010/2011 am 5.9.2010 in Betrieb genommen.

Technische Gebäudeausrüstung

Um den gewünschten Erfolg bei der Umsetzung der Vorgaben, keine fossilen Brennstoffe, keine sommerliche Überhitzung und zufriedenstellende Raumluftqualität, zu erzielen, wurde bei der Planung der Schwerpunkt auf die Lüftungsanlage und die Heiz-/Konditionierungsanlage gelegt.

Nach Untersuchung von mehreren Varianten und Berücksichtigung der vorhandenen Platzverhältnisse für Technikflächen wurde folgendes System gewählt:

  • Es wird ein zentrales Lüftungssystem mit zwei Konditionierungsanlagen ausgeführt.
  • Die Bereitstellung der Heizenergie erfolgt über zwei Wärmepumpenanlagen, welche die Primärenergie aus dem Boden (Erdwärmetauscher und Brunnen bzw. Tiefenbohrungen) beziehen.
  • Die sommerliche Überhitzung wird ebenfalls durch das Konditionierungssystem Wärmepumpe/Konditionierungsanlage vermieden.
  • Die Baukonstruktion wird in Passivhausstandard hergestellt.

Nach Ermittlung der Basisdaten wurden folgende Anlagensysteme geplant:

Heizungsanlage

Beheizung der Stammklassen, Sonderunterrichtsräume und Administration mittels statischer Heizflächen. Die Mediumtemperatur des Heizkreises wurde mit 40/30°C festgelegt.

Für die Gänge, Pausenzonen, den Speise- und Mehrzwecksaal sowie Turnsaal wurde eine Fußbodenheizung zur Abdeckung der Heizlast vorgesehen. Dieser Heizkreis wird mit einer Medientemperatur von 35/30°C betrieben.

Für die Warmwasserbereitung Bereich Turnsaal und Küche wurden zwei zentrale Systeme vorgesehen, welche von einem eigenen Heizkreis (45/30°C) betrieben werden. Für die Legionellenbekämpfung wurden zusätzliche E-Heizregister in den Warmwasserbereitungen installiert, sodass die Warmwassertemperatur auf 70°C aufgeheizt werden kann.

Die Heizregister der Lüftungsgeräte werden mit Heizwasser 50/35°C versorgt.

Die Versorgung der Verbraucher mit Heizenergie wird durch den Einsatz von zwei Wärmepumpenanlagen gewährleistet.

Die Wärmepumpenanlage WP1 versorgt die Heizkreise statische Heizung, Fußbodenheizung und zentrale Warmwasserbereitung und die Wärmepumpenanlage WP2 übernimmt die Versorgung der Lüftungsanlagen. Diese Teilung wurde aufgrund der unterschiedlichen Temperaturniveaus gewählt, um die Leistungszahlen möglichst hoch zu halten (3,4 bis 3,8).

Als Primärenergie für die Wärmepumpenanlagen wurden in der ersten Phase der Planung ein Erdwärmekollektor für die Wärmepumpenanlage WP1 und eine Brunnenanlage für die Wärmepumpenanlage WP2 vorgesehen. Da jedoch die Sicherheit der Versorgung der WP2 durch die Brunnenanlage nicht 100 %ig gewährleistet werden konnte und auch die Ausmaße des Erdwärmekollektors (4.200 m²) enorm waren, entschloss man sich, die Primärenergiebereitstellung durch Tiefensonden zu sichern.

In beiden Wärmepumpensystemen sind Pufferspeicher für die Zwischenspeicherung der Energie vorgesehen.

Die bereitgestellte Primärenergie wird im Sommer bzw. in den Übergangszeiten für die Konditionierung des Gebäudes genützt. Dies erfolgt einerseits über die Fußbodenheizung (bei sehr langen Schönwetterperioden), andererseits durch die Lüftungsanlage mittels konditionierter Luft. Für die Konditionierung wird im Normalbetrieb das Primärenergiemedium, welches über die Umformer geführt wird, herangezogen. Das Wärmepumpensystem WP2 kann jedoch auf Konditionierungsbetrieb umgeschaltet werden und somit tiefere Kaltwassertemperaturen zu Kühlzwecken erzwingen.

Lüftungsanlagen

Für eine gute Frischluftqualität in den Klassenräumen und zur Reduzierung des Heizwärmebedarfes auf kleiner 30 kWh/m²a ist die kontrollierte, mechanische Klassenbelüftung mit hoher Wärmerückgewinnung, energieeffizienten Ventilatoren und optimierter Lüftungsregelung ein unersetzlicher Bestandteil des Haustechnikkonzeptes.

Es wurden zwei Lüftungssysteme vorgesehen.

Über die zwei Konditionierungssysteme werden die einzelnen Bereiche mit aufbereiteter Außenluft (gefiltert, beheizt oder konditioniert) versorgt. Jedes Lüftungsgerät ist mit einem hocheffizienten Rotationswärmetauscher (80 % Wärme- bzw. Feuchterückgewinnung) sowie druckgesteuerten, stufenlos geregelten, energieeffizienten Ventilatoren ausgestattet. Für die Fortluftsysteme Küche, Nassgruppen und Digestorium in der Chemievorbereitung wurde über ein rekuperatives Wärmerückgewinnungssystem der Wärmeausstoß ebenfalls weitgehendst minimiert.

Die Lüftungsanlage L1 versorgt die Klassenräume sowie Sonderunterrichtsräume samt Gängen und Nebenräumen (Lager, Vorbereitungen und Nassgruppen).

Die Lüftungsanlage L2 ist für die Versorgung der Bereiche Küche, Speisesaal, Mehrzwecksaal als Zone 1 und Turnsaal samt Garderoben und Waschräumen als Zone 2 verantwortlich. Die Zonenaufteilung wurde aus organisatorischen Gründen gewählt. So kann der Turnsaalbereich auch außerhalb der normalen Schulzeiten genützt werden und andererseits kann die Gesamtanlage L2 bei Großveranstaltungen die Bereiche versorgen, ohne dass das Anlagensystem L1 eingeschaltet wird.

Die Luftmengenermittlung für die Klassenlüftung beruht auf den hygienischen Luftmengen für Personen. Für eine Stammklasse wurde die Luftmenge für 25 Schüler und 1 Lehrer mit 35 m³/h pro Person ermittelt. Somit kann gewährleistet werden, dass die Luftmenge auch für eine höhere Schüleranzahl zur Einhaltung der geforderten CO2-Konzentration von 1200 ppm ausreichend ist.

Für die Klassenräume, Sonderunterrichtsräume und die Administrationsräume wurde ein variables Volumenstromsystem vorgesehen, welches einerseits über die Raumpräsenzfühler und andererseits durch die CO2-Fühler gesteuert wird.

Die Lufteinbringung in die Räume erfolgt soweit als möglich über Quellluftauslässe, welche in den Innenwänden zum Gang situiert sind. Sollte diese Lufteinbringung nicht möglich sein (z.B. Abstand des nächsten Sitzes <1,0 m), dann wird die aufbereitete Außenluft über Sonder-Wandeinlässe (Fächerauslass), welche mittels hochinduktiven Lüftungssystem den Raum beaufschlagen, eingeblasen - keine Zugerscheinungen. Die Abluft wird an der Innenwand zum Gang über Lüftungsgitter abgesaugt oder sie überströmt in den Gangbereich. In alle Zu- und Abluftleitungen der Klassen- und Sonderunterrichtsräume und des Administrationsbereiches sind Telefonieschalldämpfer zur Verhinderung von Schallübertragungen eingebaut. Sämtliche sonstigen be- und entlüfteten Räume sind entsprechend ihrer Funktion mit Luftmengen beaufschlagt, welche Luftwechselzahlen zwischen 1 bis 10 ergeben. Die Regelung, Energieoptimierung sowie Steuerung der haustechnischen Anlagen wird von einer zentralen GLT-Anlage durchgeführt. Die Betriebskosten dieser speziellen Anlage sind nicht höher als bei herkömmlichen Schulbauten ohne einer entsprechenden Raumbelüftung. Die offene Bauweise der Schule und die ausgeklügelte Technik trägt zu einem großen Teil zum Wohlbefinden der Lehrer und Schüler bei. Damit sollten die angestrebten Lehr- und Lernziele leichter realisiert werden können.

Eckdaten der Heizungs- und Lüftungsanlage

Stammklassen: 10
Turnsaal: 1
Bruttogeschossfläche: 4.500 m²
Lüftungsanlagen: 2 mit Luftmenge 44.630 m³/h
Wärmepumpenanlagen: 2 mit Heizleistung 200 kW
Tiefenbohrungen: 32

Die Messung der Luftdichtheit des Gebäudes wurde nach dem BlowerDoor Messverfahren durchgeführt. Die Auswertung ergab einen Jahresprimärenergiebedarf von 13 kWh/m²a!

Das Projekt

Auftraggeber Land Niederösterreich Immobilienverwaltungsgesellschaft m.b.H.
Auftraggeber – Projektleitung Amt der NÖ Landesregierung – Abteilung Gebäudeverwaltung, DI Karl Dorninger
Generalplaner SHIBUKAWA EDER Architects
Technische Gebäudeausrüstung Schmidt Reuter Planung für Betriebs- und Gebäudetechnik Ges.m.b.H. / Prok. Manfred Thonhauser, Ing. Heinz Lillich
Projektdaten Bruttorauminhalt: 4.700 m³
Bruttogrundfläche: 1.300m²
Anzahl der Geschoße (über Niveau): 2
Planungsbeginn: 2012
Baubeginn: 2012
Fertigstellung: 2013
Technikkosten: 0,45 Mio EUR