Referenz Sauter FM: Gebäudeautomation für Nürnberger Schule im Passivhaus-Standard

Viele öffentliche Schulgebäude in Deutschland genügen heutigen Anforderungen an Energieeffizienz und lernfördernde Raumbedingungen nicht mehr: Sie verbrauchen alters- und bauartbedingt oft überdurchschnittlich viel Energie für Heizung sowie Strom und beeinträchtigen das Leistungsvermögen der Schüler aufgrund von Überwärmung im Sommer sowie einer durch unzureichende Lüftung bedingten zu hohen CO2-Konzentration.

Bei der bereits im Jahr 2017 fertiggestellten Johann-Pachelbel-Realschule sieht dies ganz anders aus: Der Schulkomplex, dessen Bau vom Nürnberger Stadtrat in Form einer Öffentlich-Privaten-Partnerschaft (ÖPP) beschlossen wurde, setzt Maßstäbe hinsichtlich Energieverbrauch und Lernkomfort. Das Gebäude mit einer Nutzfläche von 16.000 m² und insgesamt 108 Klassenzimmern wurde im Passivhaus-Standard errichtet. Es ist mit hocheffizienter Gebäudetechnik ausgestattet, deren nachhaltiges Energiekonzept Erdwärmenutzung, Eigenstromerzeugung, mechanische Lüftung und eine Gebäudeautomation mit Energiemanagement zur optimalen Regelung und Kontrolle beinhaltet. Die Temperierung der Klassenzimmer erfolgt mit Heiz- und Kühldecken, ergänzt um Einzelraum-Lüftungsgeräte. Außenluftmenge und Luftqualität sind individuell einstellbar und garantieren optimale Voraussetzungen für die Gesundheit und das Leistungsvermögen der Schüler. Zusätzlich kann die Raumluft über einen Schalter am Raumbediengerät per Knopfdruck innerhalb von nur 15 min komplett ausgetauscht werden. Die Überwachung und Analyse aller Vorgänge wird dabei für jedes einzelne Klassenzimmer von einer Gebäudeleittechnik der Sauter FM GmbH, Augsburg, überwacht

Schulneubau im Passivhausstandard
Abbildung 1: Der im Passivhaus-Standard erstellte hocheffiziente Neubau der Johann-Pachelbel-Realschule und staatlichen Fachoberschule II in Nürnberg wurde in Form einer Öffentlich-Privaten-Partnerschaft (ÖPP) errichtet. (Abb. Sauter)

Das Gebäude wurde durch das Bauunternehmen Georg Reisch GmbH & Co. KG aus Bad Saulgau nach Entwürfen des Stuttgarter Architekturbüros Lederer Ragnarsdóttir Oei (LRO) im Passivhaus-Standard errichtet, der das Erreichen eines behaglichen Innenklimas sommers wie winters bei minimalem Energieeinsatz ermöglicht. Neben der Planungs- und Bauleistung beinhaltet der ÖPP-Vertrag auch den Betrieb des Gebäudes über 25 Jahre. Seit August 2017, einem Monat vor Eröffnung der Schule, ist die Sauter FM GmbH mit dem Facility Management der Schule beauftragt und stellt seither den reibungslosen Betrieb sowie ein optimales Energiemanagement sicher.

Erste kommunale Schule in Süddeutschland mit Sole-Wasser-Wärmepumpe

Der H-förmige Bau mit 21.500 m² Bruttogeschossfläche verfügt über eine vorgehängte, hochwärmegedämmte Ziegelfassade sowie eine umfassende Dachbegrünung und beherbergt insgesamt 108 Klassenzimmer für etwa 1.350 Schüler. Auch bei der Haustechnik wurde keine Standardlösung verbaut: „Eine energieeffiziente Wärme- und Kälteerzeugung, eine Photovoltaik-Anlage, eine kontrollierte Lüftung und eine moderne Gebäudeautomation mit Energiemanagement gehören zum nachhaltigen Energiekonzept“, erläutert Stefan Müller, Objektleiter Sauter FM. „Als erste kommunale Schule in Süddeutschland erfolgt die Wärme- und Kälteerzeugung mittels einer Erdwärmepumpe.“ Im Heizbetrieb leistet diese 311 kW, im Kühlbetrieb 254 kW. Für die Soleanlage wurden 59 Erdsonden bis in 70 m Tiefe verlegt. Zur Abdeckung der Spitzenlast verfügt das Schulzentrum zusätzlich über einen Gas-Brennwert-Heizkessel (314 kW im Heizbetrieb 50/30 °C).

Heiz- und Kühldecken temperieren das Klassenzimmer
Abbildung 2: Die 108 Klassenzimmer sind modern eingerichtet. Heiz-/Kühldecken sorgen für die Temperierung, dezentrale Lüftungsgeräte für eine gute Luftqualität. (Abb. Sauter)

Die Außenluftmenge und Luftqualität werden automatisch entsprechend der Nutzungsintensität angepasst, sodass ein CO2-Grenzwert von 1.000 ppm nicht überschritten wird. Sofern vom Nutzer gewünscht, ist es darüber hinaus möglich, die Raumluft durch Drücken des Schalters am Raumbediengerät „durchzuspülen“ – das heißt, sie innerhalb von 15 min komplett auszutauschen; eine Funktion, die gerne während der Pausenzeiten genutzt wird. Die Sauter-Gebäudeleittechnik überwacht alle Vorgänge und erlaubt eine exakte Auswertung des Raumkomforts für jedes Klassenzimmer. So kann in der Gebäudemanagementsoftware „Vision Center“ beispielsweise der Verlauf der CO2-Konzentration visualisiert und damit überprüft werden, ob die Raumluftqualität den Erwartungen entspricht. Auch der Temperaturverlauf in den Zimmern wird angezeigt.

Gebäudeleittechnik steuert Raumkomfort
Abbildung 3: Die Sauter-Gebäudeleittechnik überwacht die Vorgänge und erlaubt eine exakte Auswertung des Raumkomforts für jedes Klassenzimmer. So kann in der Gebäudemanagementsoftware „Vision Center“ beispielsweise der CO2-Verlauf pro Woche in einem typischen Klassenzimmer visualisiert werden. Das Diagramm zum CO2-Verlauf in einem Klassenzimmer im September 2021 zeigt, dass die Raumluftqualität die ganze Woche hinweg unter dem Grenzwert von 1.000 ppm bleibt. (Abb. Sauter)
Wöchentlicher Temperaturverlauf in einem Klassenzimmer
Abbildung 4: Auch der Temperaturverlauf in den Zimmern lässt sich im „Vision Center“ anzeigen. Im Diagramm ist der wöchentliche Temperaturverlauf in einem typischen Klassenzimmer im September 2021 zu sehen. Die Raumtemperatur liegt im sehr behaglichen Bereich. (Abb. Sauter)

Energiemanagement bestätigt geringen Primärenergieeinsatz und wenig CO2-Emissionen

Die Daten aus dem umfangreichen Energiemanagement der Schule zeigen deutlich, dass der Passivhaus-Standard nicht nur für Wohngebäude ein überzeugendes Konzept darstellt. Die Verbrauchswerte der Schule sind sehr niedrig. So werden zur Beheizung nur 11,5 kWh/m² pro Jahr an Endenergie (Gas und Strom) benötigt. Der Gas-Anteil (Kessel) beträgt hierbei 9,0 kWh/m², der elektrische Verbrauch der Wärmepumpe macht 2,5 kWh/m² aus. Trotz des geringen Stromverbrauchs deckt die Wärmepumpe 60 bis 79 % des Wärmebedarfs im Gebäude ab und zeigt den Mehrwert des Systems. Erfreulich ist auch der Blick auf die CO2-Bilanz des Gebäudes. Die auf dem Dach installierte PV-Anlage lieferte im vergangenen Jahr einen Stromertrag von 54,5 MWh, das entspricht 10 % des gesamten Strombedarfs und ist mehr als für den Betrieb der Wärmepumpe benötigt wird – ein beachtliches Ergebnis sowohl im Hinblick auf die CO2-Emission als auch die anfallenden Nebenkosten.

Gebäudeleittechnik steuert Schullüftung
Abbildung 5: Der gesamte Strombezug des Gebäudes im Jahr 2020 belief sich auf knapp 535 MWh. Die Wärmepumpe hatte daran einen Anteil von 47,0 MWh. Die Photovoltaik-Anlage erzeugte im selben Jahr einen Ertrag von 54,5 MWh. Demnach wird auf dem Dach des Schulkomplexes mehr Strom erzeugt, als für den Betrieb der Wärmepumpe benötigt wird, die 60 bis 79 Prozent des Wärmebedarfs der Schule bereitstellt. Die Grafik zeigt Photovoltaik-Produktion seit 2019. (Abb. Sauter)

Der Schulkomplex weist aber nicht nur einen hocheffizienten Energiestandard auf. Gleichzeitig bietet das Gebäude durch das optimale Raumklima hervorragende Lern- und Lehrbedingungen. „Das Projekt und die bisherige Zusammenarbeit wird von allen Beteiligten als sehr erfolgreich bewertet“, so Müller. „Dieses Ergebnis nährt die Hoffnung, dass die Johann-Pachelbel-Realschule / staatliche Fachoberschule II als Leuchtturmprojekt für zukünftige Neubauten und Sanierungen weiterer Schulgebäude dienen wird. Hier liegt hinsichtlich Energieeffizienz, Betriebskosten, Umweltschutz sowie Gesundheit und Lernerfolg der Schüler bundesweit ein großes, aktuell nicht ausgeschöpftes Potenzial.“

Der Beitrag wurde von der Sauter FM GmbH, Augsburg, für cci Wissensportal zur Verfügung gestellt.

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