Schulbaupreis 2013 - Auszeichnung beispielhafter Schulbauten in Nordrhein-Westfalen

Im Schulzentrum Horn war für die 1.250 Schüler eine Mensa mit 150 Plätzen / 450 Essen erforderlich. Die Stadt entschied sich für eine gemeinsame Mensa für alle Schulformen als integrative Einrichtung. Neben der Nutzung nachwachsender Rohstoffe (Holzrahmenbauweise) und energetisch optimierter Bauweise (u.a. Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung, LED-Beleuchtung, hoch-wärmegedämmte Bauteile) wurde das Ziel von Nachhaltigkeit und Genera¬tionen-gerechtigkeit insbesondere durch ein innovatives Energiekonzept erreicht. Die Wärmeversorgung erfolgt durch Anbindung an eine vorhandene Holzhackschnitzelanlage in der Realschule, ergänzt durch zwei neue Blockheizkraftwerke. Eine PV-Anlage auf der Mensa und die BHKW versorgen im Verbund Mensa, Realschule, Gymnasium, Hallenbad und Grundschule mit erneuerbarem bzw. nachhaltig erzeugter Energie. Durch Smart-Home-Technologie und Smart Metering werden Erzeugung und Verbrauch optimal aufeinander abgestimmt und der Bezug aus dem öffentlichen Netz minimiert. Neben der Umwelt¬belastung können dadurch auch die Bewirtschaftungskosten nachhaltig reduziert werden.


Ausgangssituation:
Das Schulzentrum besteht bereits aus einem Hallenbad, der Grundschule, der Realschule, dem Gymnasium, der Hauptschule, der Teutoburgerwald-Schule und einer Dreifachturnhalle.
Für die nachfolgenden Darstellungen sind die Realschule, das Gymnasium, das Hallenbad, die Grundschule und die zukünftige Mensa relevant. Diese bilden, bis auf die neue Mensa, bereits einen Wärmeverbund welcher aus einer Holzhackschnitzelheizung und einer Gaskesselanlage gespeist wird.
Stromseitig werden die genannten Gebäude, bis auf die noch zu errichtende Mensa, derzeit separat aus dem öffentlichen Netz versorgt.


Ziel:
Um die definierten Vorgaben von intelligenter und energiesparender Nutzung ebenso zu erfüllen wie der Nutzung regenerativer Energien bei gleichzeitiger Reduktion der Betriebskosten gerecht zu werden, optimiert das Konzept die Strom- und Wärmebilanz wie folgt:
Im Wärmesegment soll der Bedarf der Mensa weitestgehend reduziert werden. Der verbleibende Wärmebedarf ist möglichst CO2-neutral bereitzustellen.
Auch im Stromsegment ist der Bezug zu minimieren und gleichzeitig der Anteil vor Ort erzeugter und genutzter Energie zu maximieren. Diese vor Ort erzeugte Energie soll dabei einen möglichst hohen zeitgleichen Anteil des Lastgangs decken. Die Einspeisung bzw. der Bezug aus dem öffentlichen Netz ist auf ein Minimum zu beschränken.
Dieses Konzept trägt der zukünftigen Entwicklungen durch vermehrte Nutzung und Einspeisung regenerativer erzeugten Stroms in das öffentliche Netz Rechnung, sorgt es doch durch eine intelligente Steuerung für einen Abgleich zwischen Verbrauch und Erzeugung.


Maßnahmen:
Wärmebedarf:
Das definierte Ziel von geringen Energieverbrauch und möglichst CO2-freier Erzeugung soll durch die konsequente Dämmung des Gebäudes und der Konstruktion in Holz-Rahmen-Bauweise und die Einbeziehung der Mensa in den Wärmeverbund mit dem Wärmeerzeuger Holzhackschnitzelkessel erreicht werden.
Die Holzkonstruktion dient als CO2-Speicher. Über das Entnehmen der Bäume und die Naturverjüngung der frei gewordenen Waldflächen, wird aktiv CO2 eingelagert. Das Holz stammt aus stadteigenen Waldflächen und wurde durch die ansässige Industrie und das Handwerk weiterverarbeitet.
Durch die Dämmung wird der Transmissionswärmebedarf des Gebäudes auf 10 kW reduziert. Ein weiterer Ansatzpunkt ist die Heiz- und Lüftungstechnik. Die Heizflächen sind als Niedertemperatursystem ausgelegt. Fensterkontakte verriegeln die Heizflächen gegen geöffnete Fenster. Die Lüftungsanlage ist mit einer Wärmerückgewinnung ausgestattet die einen Wirkungsgrad von 60 % aufweist.
Der verbleibende Wärmebedarf von 90 kW wird aus den bereits bestehenden Wärmeverbund Realschule-Gymnasium, an dem die Mensa anzuschließen ist, gedeckt. Die Wärme aus diesem Verbund kommt bereits zu 50 % über die Holzhackschnitzelanlage und zu 50% aus einer Gaskesselanlage. Sie ist somit zu 50% CO2 frei.
Der Anteil aus dem Gaskessel soll zu Gunsten eines Blockheizkraftwerks ( 2 Module mit je 30 kW thermisch) weiter reduziert werden. Anvisiert ist ein verbleibender Restanteil der Gaskesselanlage von 25 %. Die ohnehin schon geringen CO2-Emissionen reduzieren sich um weitere 35 %.

Strombedarf:
Der Strombedarf soll durch energiesparende Technik reduziert werden. Dabei kommen in der Küche energiesparende Geräte zum Einsatz. Die Beleuchtung wird bedarfsgerecht gesteuert und mit LED Technik ausgestattet. Die Heizung verfügt über Hocheffizienzpumpen.

Die Mensa wird in einen neu zu erstellenden Stromverbund, zusätzlich bestehend aus der Realschule und dem Gymnasium, einbezogen. Dieser Stromverbund bietet sich an, um die Bezugskosten zu reduzieren und eine für den Betrieb der Blockheizkraftwerke günstigen Lastverlauf zu erhalten.
Der Gesamtstrombedarf des Verbundes wird voraussichtlich 240.000 kWh pro Jahr betragen.

Lt. Zieldefinition soll ein möglichst hoher Anteil des Strombedarfs durch die Eigenerzeugungsanlagen gedeckt werden. Die Eigenerzeugung wird über das bereits beim Wärmebedarf erwähnte Blockheizkraftwerk mit 2 x 15 kW elektrisch und über eine Photovoltaikanlage mit 40 kWp auf dem Dach der Mensa realisiert.
Um den selbstgenutzten Anteil des Stroms zu maximieren, soll das Lastverhalten der Verbraucher dem Erzeugungsangebot angepasst werden. Dieses Erzeugungsangebot lässt sich nur zum Teil beeinflussen, da die Photovoltaikanlage strahlungsabhängig Energie liefert. Das Blockheizkraftwerk unterliegt dem Zwang der gleichzeitigen Nutzung von Strom und Wärme. Jedoch ergänzen sich gerade diese beiden Erzeuger. Die Photovoltaikanlage erzeugt im Sommer ihre größten Strommengen. Im Winter ist die Solarausbeute eher gering. Das Blockheizkraftwerk ist dagegen auf die Abnahme der Wärme angewiesen die gerade im Winter hoch und im Sommer gering ist. Somit weisen die beiden Erzeuger eine gegensätzliche, sich aber ergänzende Erzeugungsstruktur auf. Vorteilhaft wirkt sich auch die Nutzung der Gebäude im Stromverbund aus. Die Gebäude haben ihre Hauptnutzungszeit in den Tagesstunden. Dies ist kompatibel mit der Erzeugungsstruktur der Photovoltaikanlage, besonders im Sommer.

Das Lastverhalten der Verbraucher wird durch den Einsatz einer Leittechnik, die die Mensa zum „smart home“ werden lässt, gesteuert. In Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden Stromerzeugung werden Verbraucher zu oder abgeschaltet. Diese geschieht ohne Einschränkung für die Gebäudenutzer. Küchengeräte, Kälteanlagen für das Kühllager oder die Pumpen und Antriebe der Heizungsanlage unterliegen dem Verbrauchsmanagement. Alle Verbraucher die für einen „Pufferbetrieb“ geeignet sind werden an die Leittechnik angeschlossen. Des Weiteren übernimmt die Leittechnik auch die Steuerung der weiteren Verbraucher in der Mensa und sorgt für eine bedarfsgerechte Beleuchtung, eine Abschaltung der Heizung bei geöffneten Fenstern oder eine aktive Beschattung zur Verminderung der Aufheizung.
Auf Basis der beschriebenen Maßnahmen soll eine Deckung des Verbrauchs durch selbst erzeugten Strom von 80% erreicht werden. Diese Zahl bezieht sich auf dem Stromverbund von Realschule, Mensa, und Gymnasium. Somit werden ca. 200.000 kWh pro Jahr vor Ort selbst erzeugt und genutzt. 40.000 kWh pro Jahr werden in das öffentliche Netz eingespeist und 40.000 kWh pro Jahr aus diesem bezogen. Die CO2 Einsparung durch diese Maßnahmen beträgt 100 to.

Für die Errichtung des Gebäudes ist die Stadt Horn Bad Meinberg zuständig und ist Kostenträger.

Das Blockheizkraftwerk und die PV-Anlage wird von der „Gesellschaft für rationelle Energietechnik Horn Bad Meinberg GmbH“ errichtet und an die Stadt verpachtet.

E.ON Westfalen Weser AG übernimmt die Kosten für die „Smart-Home-Technik“ und stellt diese der Stadt kostenlos zur Verfügung.



Ergebnis:
Durch den Einsatz von innovativer Technik kann der Energieverbrauch von Gebäuden deutlich reduziert werden. Gleichzeitig ist es möglich durch Kombination von Anlagen zur regenerativen und rationellen Energieerzeugung einen hohen Anteil der noch benötigten Energie selbst zu erzeugen.
Durch den Stromverbund und die innovative Leittechnik mit den Smart-Home-Komponenten der E.ON Westfalen Weser werden insbesondere die Stromspitzen minimiert, wodurch die Abhängigkeit vom öffentlichen Netz deutlich reduziert wird.
Dieses Pilotprojekt bietet die Möglichkeit mit einer Kombination von Techniken aus dem Bereichen „Smart Homes“ und Eigenerzeugung, Erfahrungen zu sammeln und zukunftsfähige, innovative energetische Lösungen für lokale Energie-Verbundnetze zu liefern.
Die Ergebnisse dieses Projekts dürften bei Kommunen große Beachtung finden. Nicht nur dass sie vor der Herausforderung stehen ihre Gebäudepark zukünftig noch weiter energetisch und kostenoptimiert betrieben zu müssen, sondern auch vermehrt Eigenerzeugungsanlagen zu betreiben.
Die Stadt Horn Bad Meinberg beabsichtigt dieses Projekt als „Modellvorhaben zum effizienten Neubau von Nichtwohngebäuden kommunaler und sozialer Einrichtungen“ anzumelden.







Beteiligte Akteure:
Bauherr:
Stadt Horn – Bad Meinberg

Architektur:
tr.architekten rössing-tilicke

Verbundpartner Energie:
E.ON Westfalen Weser AG
GRE Horn-Bad Meinberg mbH

Fachingenieur Elektrotechnik:
IB Minati

Fachingenieur Heizung - Lüftung:
IB Nolting

und weitere:

Betreiber:
LKS Lippischer Kombi-Service gGmbH

Sponsoring:
Glunz AG
Staatlich Bad Meinberger Mineralbrunnen GmbH & Co. KG