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Sitzungsvorlage (Anlage - Machbarkeitsstudie Schulzentrum Titz Teil 3)

Daten

Kommune
Titz
Größe
9,8 MB
Datum
30.10.2014
Erstellt
08.10.14, 18:04
Aktualisiert
08.10.14, 18:04

Inhalt der Datei

Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 3.1.4 Fenster und Außentüren Im Bestand sind Fenster und Außentüren in den meisten Fällen nicht luftdicht eingebaut und weisen nur eine schlechte Dämmqualität auf. Beim Austausch und Einbau von neuen, thermisch getrennten und luftdicht eingebauten Fenstern entsteht eine gänzliche neue bauphysikalische Situation. Die Fenster sind nunmehr nicht mehr zwingend der kälteste Punkt der Fassade, ein Feuchtetransport durch Fugen wird weitestgehend weitestgehend ausgeschlossen. Als Reaktion auf diese Veränderten Rahmenbedingungen muss zwingend ein Lüfttungskonzept entwickelt werden, um eine Verschlechterung der Raumluftqualität und insbesondere um Feuchteschäden zu vermeiden. Da eine ausreichende Fensterlüftung Fensterl nicht immer sicher gestellt werden kann – gerade im Fall der nichtbesetzten Zeiträume – ist eine kontrollierte Be- und Entlüftung mit Wärmerückgewinnung dringend zu empfehlen (siehe Titel 3.4.3 Lüftung). Sollte im Zuge einer baulichen Umsetzung in Erwägung Erwägung gezogen werden, nur die Fenster auszutauschen, ohne gleichzeitig eine Dämmung der Außenwände umzusetzen (wie im Bestand in derr Grundschule zu Zeit umgesetzt), umgesetzt), so muss sichergestellt sein, dass die Fassadendämmung später wärmebrückenfrei angeschlossen angeschlossen werden kann. Optimal ist jedoch eine zeitgleiche Umsetzung der Maßnahmen, da die Fenster erwiesenermaßen in der Dämmebene sitzen sollen, um die geringsten Einbauwärmeverluste zu erzielen. (siehe Abbildung 52 Beispiel Isothermenverlauf Passivhausfenster, Einbausituation in Dämmebene) Es wird angeraten, beim Austausch der Außentüren diese in den Gebäudeteilen mit Schüler- beziehungsweise Publikumsverkehr mit automatischen Türschließern auszustatten, um die Wärmeverluste durch eine nicht ordnungsgemäße Benutzung (dauergeöffnet halten) zu reduzieren. Wenn möglich, sollte hier immer ein Windfang ausgebildet werden. Abbildung 51 Beispiel Isothermenverlauf Passivhausfenster, Einbausituation Außenkannte Mauerwerk18 18 Quelle: (PHI, Arbeitskreis kostengünstiges Bauen, Protokollband 37, [PHI37]) RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 67 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 52 Beispiel Isothermenverlauf Passivhausfenster, Einbausituation in Dämmebene19 Im Zuge der energetischen Variantenbildungen wurde im Bereich der alten Bestandsfenster (Hauptschule sowie Nebenräume der Turnhallen), Turnhallen) sowohl in der Betrachtung der Sanierung nach EnEV 2014 als auch der Sanierung nach EnerPHit-Standard, EnerPHit der Neueinbau von Kunststofffenstern mit Dreifachverglasung kalkuliert. Ein Einbau von Dreifachverglasungen lasungen ist heute gegenüber Zweifachverglasungen Standard, Standard sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus energetischer Hinsicht. Der kostenmäßige Mehraufwand der de Fenster gegenüber einer Zweifachverglasung (wie 2010 in der Grundschule verbaut) ist heute kaum noch erheblich, jedoch ist der Dämmeffekt um ein Vielfaches höher als bei der Zweifachverglasung. Im Bereich der Turnhallen wurde der Ausbau der Glasbausteinwände Glasbausteinwände kalkuliert, da diese aus energetischer Sicht völlig unzureichend sind. Auch hier wurde der Austausch gegen Dreifachverglasungen kalkuliert, jedoch unter einer Reduzierung der Fensterflächen, um Wärmeverluste zu Nordausrichtungen zu vermeiden (nennenswerte ( solare olare Gewinne sind nur nach West-/ Süd- und Ostrichtung zu erzielen). Da die ursprünglichen Fenster in der der Grundschule erst im Jahr 2010, 2010 gegen neue, thermische Fenster, die jedoch nur zweifach verglast sind, ausgetauscht wurden, wurden werden hier im Bereich der EnEV-Variante Variante diese nicht ausgetauscht. In der EnerPHIt-Variante EnerPHIt wird hier ein, aus Nachhaltigkeitsgründen nicht wirklich vertretbarer Austausch untersucht und abschließend eine Variante mit Passivhauskomponenten gebildet, unter Beibehaltung Beibehalt der derzeit vorhandenen Fenster. 19 Quelle: (PHI, Arbeitskreis kostengünstiges günstiges Bauen, Protokollband 37, [PHI37]) RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 68 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 53 Effizienzklassen klassen Passivhausfenster. Es wurden im EnEV Fall PH-Fenster PH Fenster der Klasse B-C B installiert, für die anderen Varianten Fenster der Effizienzklasse Effizienz A. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 69 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 3.1.5 Sonnenschutz Im Winter sollen über die Fensterflächen möglichst hohe solare Gewinne erzielt werden, um diese als passive Wärmequelle zu nutzen. Im Sommer müssen vor allem die nach Süden ausgerichteten Räume gegen eine Überhitzung durch diese geschützt werden. Aus diesem Grunde runde ist es notwendig, die Südfassaden mit Sonnenschutz auszustatten. Ein solcher sollte möglichst vor den Fenstern, Fenstern in der Dämmebene wärmebrückenfrei und luftdicht ausgeführt werden. In der Praxis haben sich hier Raffstore-S Raffstore Systeme, evtl. auch Stoffbehängee bewährt, die sich relativ kostengünstig realisieren lassen. Gerade im Schulbereich empfiehlt sich eine motorbetriebene Sonnenschutzvariante, zusätzlich ausgerüstet mit einem SonnenSonnen und Windwächter. Der Sonnenwächter hilft, das Raumklima zu optimieren, während ährend der Windwächter die Behänge vor witterungsbedingten Beschädigungen schützt. Abbildung 54 Beispiel Fassadenschnitt Vorhandfassade mit Passivhausfenster und Raffstore20 20 Quelle: Rongen Architekten GmbH RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 70 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 3.2 3.2.1 Haustechnik Grundsätze eines Wärmeversorgungskonzepts Ziele eines Wärmeversorgungskonzepts Grundsätzliches Ziel eines Wärmeversorgungskonzepts ist es, die, in der Regel begrenzt vorhandenen, finanziellen Mittel möglichst effizient und nachhaltig, nachhaltig im Sinne der, im Folgenden, aufgeführten Aspekte zu verwenden: • • • • • • • • Energieeinsparung zur Minimierung der Energieverbrauchskosten Energieeinsparung zur Minimierung von Emissionen und Klimabelastung Sicherstellung einer mittelmittel und langfristig bezahlbaren Energieversorgung gieversorgung Berücksichtigung von Zukunftsoptionen Steigerung der Unabhängigkeit von Energiepreisentwicklungen Einhaltung gesetzlicher Rahmenbedingungen Verbesserung des Raumklimas, Berücksichtigung von Behaglichkeitskriterien (Gesunderhaltung) Einige dieser Aspekte sind mehr oder weniger miteinander verknüpft Zusätzliche Randbedingungen bei Sanierungsmaßnahmen Zusätzlich sind bei Bestandssanierungen folgende Randbedingungen zu berücksichtigen: • • • • • • Sanierung von sowieso-abgängigen sowieso en technischen Installationen, Installationen Auflösung von Sanierungsstau Vorlaufende Schwachstellenanalyse der bestehenden Technik Auswertung von vorhandenen Messdaten Mess Nutzungsspezifische und organisatorische Randbedingungen sind zu beachten Bei einer zeitlich gestaffelten Abfolge mehrerer Einzelmaßnahmen Einzelmaßnahmen sind in der gesamten Sanierungsphase Überinvestitionen und -dimensionierungen dimensionierungen aufgrund von Provisorien zu minimieren (Orientierung am Endzustand). Während der gesamten Sanierungsphase sind ausreichende Jahresnutzungsgrade und ggf. Lastanteile/ Laufzeiten Laufzeiten von technischen Einrichtungen anzustreben Randbedingungen zur Erfüllung der Anforderungen aus ENEV und EEWärmeG Durch das EEWärmeG sind zusätzliche Aufwendungen zum Einsatz regenerativer Energieversorgungsarten erforderlich. Für öffentliche Objekte sind dazu grundsätzlich schärfere Bedingungen zu erfüllen, erfüllen als für nicht-öffentliche öffentliche Bauvorhaben (Vorbildcharakter). An alle Maßnahmen sind im EEWärmeG spezifische Gütekriterien und Mindestdeckungsraten geknüpft (Mindestanforderungen). Die Randbedingungen des RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 71 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz EEWärmeG sind vor allem dann zu erfüllen, wenn Sanierungsmaßnahmen in einem zeitlichen Zusammenhang stehen. Emissionsbewertung Emissionsbewertung Zur Bewertung von global-wirksamen wirksamen Emissionen können Leitwerte Orientierung geben z.B. spezifische CO2-Emissionen Emissionen oder –Äquivalente, quivalente, die globale UmweltUmwelt und Klimabelastungen repräsentieren. Sonstige Bewertungskriterien Zur Bewertung von Aspekten pekten wie z.B. der Nachhaltigkeit oder bei der Berücksichtigung Berücksich lokaler Effekte müssen in der Regel mehr oder weniger individuelle und übergeordnete Bewertungskriterien angewendet werden Ebenso können Kriterien anhand von bereits existierenden Bewertungsverfahren angewendet werden (z.B. „DENA-Standards „DENA “ o.ä.). 3.2.2 Vorgehen zur Erstellung eines Wärmekonzeptes Aus den zuvor genannten Zielen und Randbedingungen ergibt sich folgendes, folgendes grundsätzliches Vorgehen, das nachfolgend erläutert wird. Es wird eebenfalls in einer verkürzten Form auf einige Hintergründe eingegangen. 1. Reduktion des Wärmebedarfs Hintergrund des grundsätzlichen Verbrauchsreduktionsgebots ist, dass jede Nutzung von Energie letztendlich die Umwelt belastet. Selbst die Verwendung von rationellen r oder regenerativen Energien stellt in dieser Hinsicht grundsätzlich keine Ausnahme dar, auch wenn natürlich deutliche Unterschiede z.B. zur Nutzung fossiler Energieträger festzustellen sind. Auch rationale oder regenerative Wärmeerzeugungsanlagen gsanlagen belasten die Umwelt proportional zum Verbrauch, spätestens dann, wenn alle Glieder der Prozesskette berücksichtigt werden. Auch regenerative Energiequellen sind endlich und - ggf. lokal - nur begrenzt verfügbar (z.B. Holz). Ihre Nutzung bedeutet bedeutet ebenfalls technischen Aufwand und benötigt Ressourcen, die möglichst für alle reichen sollten. Zudem ist keine „Zaubertechnik oder Zaubermaschinen“ Zaubermaschine “ verfügbar, deren ergänzender Einsatz derartig entlastend wirkt, dass ein mangelhafter Verbraucher oder eine ei schlechte Gebäudesubstanz kompensiert werden könnten. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 72 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Eine Verringerung des Bedarfs hingegen wirkt grundsätzlich positiv und nachhaltig auf alle betrieblichen Emissionen. Zu beachten ist allerdings, dass keine Materialien verwendet werden, deren eigene Umweltbilanz die betrieblichen Einsparungen aufzehren. Mit einer grundsätzlichen Reduktion des Wärmebedarfs der zu versorgenden Einrichtungen werden viele der o.g. Ziele in idealer Weise erreicht. Passive Wärmeerträge aus inneren Prozessen, Abwärmenutzung und passive solare Erträge können so einen höheren Anteil am Jahresenergiebedarf erreichen und insbesondere den Einsatz fossiler Energieträger vermeiden helfen. Der Idealzustand ist erreicht, wenn keine zusätzliche Energie von außen zugeführt werden muss (z.B. Nullenergiehaus) 2. Vermeidung von Spitzenlasten Spitzenlasten reduzieren technische Wirkungsgrade und sind somit oft überproportional an schlechten Jahresnutzungsgraden und hohen Verbrauchskosten beteiligt. Meist sind im Spitzenlastfall kurzzeitig besonders hohe Systemtemperaturen oder -leistungen leistungen erforderlich. Oft sind dazu sogar Zusatzsysteme technisch vorzuhalten und einzuschalten. Wärmespitzenlasten treten im Jahresverlauf in der Regel selten auf, so dass sich die dazu erforderlichen technischen en Einrichtungen – oder Überdimensionierungen - aufgrund von geringen Betriebszeiten entsprechend schlechter amortisieren. Investiv vergleichsweise aufwendige Systeme wie PelletsPellets oder Wärmepumpentechnologie, Solarthermie oder BHKW-Konzepte Konzepte können sich jedoch jedoch nur dann amortisieren, wenn auch entsprechend lange Betriebszeiten dieser Anlagen möglich sind. Als reine Spitzenlasttechnologie sind derartige Systeme deshalb ungeeignet. Nutzungsbedingte, periodische Spitzenlasten lassen sich oft durch den Einsatz von Speichertechnologien beseitigen oder zumindest dämpfen (z.B. im Bereichen von Minuten bis wenige Stunden). Durch Speichertechnologien können Spitzenlasten verringert oder verlagert werden. Im Bestand sind durch entsprechende Messreihen wesentliche Verursacher rsacher von Spitzenlasten meist gut zu lokalisieren und zu reduzieren. Länger andauernde thermische Spitzenlasten (z.B. im Bereich von Tagen oder Wochen bis hin zu Saisonspeichern) bedeuten deutlich aufwendigere Speichertechnologien, die aufgrund des heute noch üblichen Dämmstandards oft räumlich und wirtschaftlich nicht mehr oder noch nicht sinnvoll darstellbar sind. Im Rahmen eines Versorgungskonzepts wird deshalb denjenigen Verbrauchern besondere Aufmerksamkeit gewidmet, die maßgeblich Spitzenlasten verursachen. veru RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 73 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Der Idealzustand ist dann erreicht, wenn Zeiten mit Spitzenlastleistungen und Teillastzuständen durch Speichertechnologien komplett ausgeglichen und „geglättet“ werden können. 3. Senkung der mittleren Versorgungstemperaturen Thermodynamisch wird der Wirkungsgrad von Heizsystemen verbessert, wenn das Nutztemperaturniveau abgesenkt werden kann. Konventionelle Energieträger können so besser ausgenutzt werden und Wärmeverluste - auch in der Verteilung - werden verringert. Wirkungsgrade grade von alternativen Technologien wie Wärmepumpen, Solaranlagen usw. weisen eine noch höhere Abhängigkeit von betrieblich erforderlichen Nutztemperaturen auf. Ein Absenken der notwendigen Systemtemperaturen in Heiznetzen ist für einige Alternativkonzepte - z.B. der WärmepumpentechnologieWärmepumpentechnologie oder der Solarthermie – sogar zwingend erforderlich, um ausreichende Wirkungsgrade zu erreichen und einen effizienten Betrieb zu ermöglichen. So erzielt eine Wärmepumpe in Kombination mit einer Fußbodenheizung bessere Jahresnutzungsgrade, ahresnutzungsgrade, als in Kombination mit Heizkörpern. Auch BHKWs sind ebenfalls mit Brennwerttechnologie verfügbar, so dass hier mit niedrigen Systemtemperaturen die besten Nutzungsgrade erreichbar sind. Ein Minimieren von Systemtemperaturen in der Heiztechnik Heiztechnik erfordert - neben den Verbesserungen an der Gebäudehülle – in der Regel zusätzlich den Einsatz von flächendeckenden Niedertemperaturheizsystemen wie Fußbodenheizungen oder der Betonkerntemperierung (BKT). Allerdings ist deren spezifische Leistung je Flächeneinheit begrenzt, so dass thermische Schwachstellen in der Gebäudehülle (Fensterdämmung, Fensterlüftung) durch bauliche Maßnahmen auf ein Mindestmaß reduziert werden müssen. Dies ist im Gebäudebestand nachträglich oft nur mit erheblichem baulichem bauliche Aufwand erreichbar. Ebenfalls zu prüfen ist von Fall zu Fall der Einsatz von Lüftungsanlagen mit einer möglichst hohen Wärmerückgewinnung, um insbesondere den oft sehr hohen Anteil von Fensterlüftungsverlusten (30 bis zu70%) in gut gedämmten Gebäuden zu reduzieren. Alle diese genannten Technologien müssen wesentliche Teile der Gebäudeheizlast übernehmen, um die höheren Anschaffungskosten amortisieren zu können. Der thermodynamische Idealzustand ist erreicht, wenn die erforderlichen Heizkreistemperaturen nur noch unwesentlich über der Raumsolltemperatur liegen. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 74 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 3.2.3 Jahresdauerlinie Wärmebedarf & Lastverteilung Um ausgewählte aktive Maßnahmen der Wärmeerzeugung miteinander vergleichen zu können reicht es nicht aus, nur den „Auslegungsfall“ der Gebäude – z.B. benötigte Wärmeleistung am statistisch kältesten Tag des Jahres - zu betrachten. Es müssen vielmehr alle Lastzustände eines ganzen Jahres betrachtet werden, also auch Teillastfälle. In einem ersten Schritt werden im Bestand für den Istzustand entsprechend repräsentative Verbrauchswerte aufbereitet, z.B. durch Auswertung von WärmeWärme oder Gaszählern. Durch Verfahren ahren zur Klimabereinigung können Verbrauchswerte auf ein mittleres Nutzungsjahr normiert werden. Dazu werden örtliche Wetteraufzeichnungen einbezogen. Für den Istzustand ebenfalls zu berücksichtigen sind mittelmittel und langfristige Prognosen hinsichtlich einer er möglichen Nutzungsänderung. Gegebenenfalls werden ebenfalls gesetzliche Vorgaben und Rahmenbedingungen - etwa ENEV-Kriterien - vorgeprüft. In einem zweiten Schritt werden statistische KlimaKlima und Nutzungsprofile genutzt, um aus den gewonnen klimabereinigten klimabereinigten Verbrauchskenndaten des Gebäudes charakteristische Zeitverläufe des Wärme- und gegebenenfalls auch Strombedarfs zu erhalten. Das Gebäude wird über ein Jahr weg „statisch simuliert“. Dazu werden u.a. statistische Temperaturverläufe für Außentemperaturen Außentemperaturen und Nutzungsprofile für Raumtemperaturen genutzt. In einem dritten Schritt werden die zeitliche Abfolge verschiedener Lastzustände und deren Häufigkeit nach Leistung sortiert und in einer sogenannten „Geordneten Jahresdauerlinie des Heizwärmbedarfs“ für ein mittleres, klimatisches Normaljahr berechnet und dargestellt. In der Summe ergibt sich wieder der prognostizierte klimabereinigte Jahreswärmeverbrauch, die einzelnen Lastzustände sind lediglich übersichtlicher verteilt. Die Darstellungsform der geordneten geordneten Jahresdauerlinie zeigt übersichtlich auf, welcher Gebäudelastzustand zeitlich mit welcher Häufigkeit auftritt. Die genaue zeitliche Abfolge der Lastzustände ist dabei unerheblich. Meist wird eine Darstellungsfolge in zeitlich abfallender Folge gewählt.. Das Maß für den Jahresenergiebedarf sind dabei jeweils die Flächen unter den Kurven. Mit steigender Güte des Dämmstandards der einzelnen baulichen Varianten sinkt der Wärmebedarf und die Fläche unter der Kurve der geordneten Jahresdauerlinie wird analog kleiner. Es sind darüber hinaus folgende Grenzparameter als charakteristische Gebäudekennwerte direkt erkennbar: Spitzenleistung, Grundlast und Heizzeit. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 75 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Diese Darstellung erfolgt sowohl für verschiedene bauliche Varianten: - den instandgesetzten Istzustand Istzustan die energetische Sanierung z.B. auf Basis der Vorgaben z.B. der ENEV (Stufe 2) als zu erreichender Mindeststandard der Gebäudehülle der energetischen Sanierung z.B. auf Basis des sog. EnerPHit-Standards EnerPHit Standards (Stufe 3). Die Darstellungsform der geordneten Jahresdauerlinie erlaubt, die im Folgenden untersuchten Wärmeerzeugungsalternativen, deren Deckungsanteil an der Jahresheizenergiearbeit und die wirtschaftlichen Parameter zu ermitteln und miteinander zu vergleichen. 3.2.4 Variantenbildung und rechnerisches Vorgehen Den zuvor dargestellten Grundsätzen folgend, folgend werden im Energiekonzept verschiedene, aufeinander technisch abgestimmte, aktive und passive Maßnahmen vorgeschlagen. Aus den vorgeschlagenen Maßnahmen an der Gebäudesubstanz (passiv) und am Energieversorgungssystem orgungssystem (aktiv) wird, wird der Übersichtlichkeit halber, eine begrenzte Anzahl von „bautechnisch sinnvollen Paketen“ oder Varianten gebildet – z.B. Erneuerung der Bodendämmung in Verbindung mit dem Einsatz einer Fußbodenheizung. Es entsteht eine Verzahnung g der architektonischen und technischen Vorschläge. Durch die Variantenbildung soll die Entscheidungsfindung Zusammenhängen möglichst erleichtert werden. von komplexen Ziele sind es: 1. 2. die vorgeschlagenen Sanierungsmaßnahmen auf Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit Wirtschaftlic zu untersuchen, so dass ss sich für den Bauherrn eine, nach wirtschaftlichen Kriterien, Kriterien gestufte Rangfolge von Handlungsempfehlung ergibt die Gesamtkosten zu ermitteln um ein vorhandenes Gesamtbudget zu beachten Auswahl passiver Maßnahmen – Wärmebedarf, Thermische Gebäudehülle Passive Maßnahmen zur Reduktion des Wärmebedarfs – z.B. Dämmungen an „Dach„Dach und Gefach“ sind dazu in diesem Bericht im Bereich der Gebäudehülle (Titel 3.1) beschrieben. Weitere Möglichkeiten zur Reduktion des Wärmebedarfs Bei den heute üblichen gut gedämmten Gebäuden mit gleichzeitig hohen inneren Wärmequellen (Personen- und Gerätedichte) beträgt gt der Heizwärmeanteil zur Konditionierung der notwendigen Frischluft in der Regel mehr als 50 % des RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 76 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Gebäudegesamtwärmebedarfs. Dieser Energieverlustanteil der ungeregelten Fensterlüftung ist nicht steuerbar. Lüftungsanlagen mit WRG kommt dabei auch eine besondere b Rolle im Nachweisverfahren wie ENEV, PHPP, usw. zu. Zusätzlich sind derartige Lüftungsanlagen unabdingbar, unabdingbar um insbesondere in Gebäuden mit hoher Personendichte, Personendichte ausreichend gute Luftqualitäten zu erreichen und bauphysikalischen Mängeln vorzubeugen. vorzubeugen. Eindeutige Aussagen zu einer guten lufthygienischen Qualität mit einer Begrenzung der Luftschadstoffe macht die rel. neue DIN EN 13779. In gut gedämmten und „luftdichten“ Gebäuden – insbesondere wenn die thermische Güte über das Mindestmaß tmaß der ENEV hinausgehen hin soll – ist ihr Einsatz dringend zu empfehlen. Müssen Gebäude zusätzlich aktiv gekühlt werden, vergrößert sich das thermische und wirtschaftliche Einsparungspotential entsprechend. Einige Kommunen machen den Einsatz derartiger Anlagen im Schulbereich Schulbere schon seit Jahren zur Pflicht (z.B. Stadt Aachen). Durch eine effiziente, stromsparende, flächendeckende Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung (WRG) für alle Aufenthaltsbereiche kann der Anteil der Lüftungswärmeverluste erheblich und und nachhaltig reduzie reduziert werden. Wärmerückgewinnungsgrade von Lüftungsmaschinen können mehr als 80% betragen. Zur Erzielung dieses positiven Effekts ist bei Wärmerückgewinnungsanlagen im EEWärmeG/ ENEV eine Minimierung des Hilfsenergieaufwandes gefordert, was neben dem Einsatz hocheffizienter Antriebe z.B. entsprechende Kanalgrößen erfordert, erfordert um den kanalseitigen Luftwiderstand zu begrenzen. Zusätzlich lassen sich ggf. auch die Anschlusskosten und Nennleistungen der einzusetzenden Wärme- und ggf. auch Kälteerzeuger z.T. deutlich deutlich reduzieren. Es bieten sich zwei grundsätzliche Konzepte von Lüftungsanlagen zur Vermeidung von Fensterlüftungsverlusten an: • • dezentrales Lüftungskonzept mit WRG zentrales Lüftungskonzept mit WRG Zusätzlich sind allerdings bauliche Aufwendungen zu berücksichtigen, wie z.B.: • • • • Installationsplatzbedarf Abhangdeckenaufwand Raum- und Schachtbedarf ggf. Dachaufstellflächen RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 77 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Diese ergänzenden Optionen müssen wirtschaftlich und ggf. auch baurechtlich geprüft werden. Eine allgemeine Lüftungspflicht für Schulgebäude Schulgebäude existiert derzeit jedoch nicht. Die Mehrkosten für beide genannten Lüftungskonzepte sind erheblich, so dass immer auch eine Grundsatzentscheidung ansteht. Insbesondere die möglichen Betriebszeiten sind bei einer wirtschaftlichen Betrachtung von Bedeutung. B Auswahl aktiver Maßnahmen, Wahl verschiedener Wärmeversorgungssysteme Aus der Darstellung „Geordnete Jahresdauerlinie“ als approximierter JahresJahres Heizwärmebedarf lassen sich für die einzelnen Varianten vergleichende Rückschlüsse ziehen auf: • • • • • • • erreichbare hbare Lastanteile der verschiedenen Technologien und Kombinationen Ermittlung sinnvoller Auslegungen bzgl. Anlagenleistungen Erfüllung gesetzlicher Randbedingungen (z.B. EEWärmeG) Verbrauchs- und Wartungskosten Investitionskosten Umweltbelastung Weitere Nachhaltigkeitskriterien achhaltigkeitskriterien Es ist diejenige Heizsystemvariante - bestehend aus Wärmeerzeugung, Wärmeverteilung und Wärmeabgabe - zu wählen, die: • • alle technischen und die wirtschaftlichen Betriebsbedingungen einhält den Wärmeenergiebedarf möglichst wirtschaftlich wirtschaftlich und umweltschonend im Sinne der o.g. Aspekte bereitstellt. Bei einer zeitlichen Staffelung von Sanierungsmaßnahmen sind der IstIst und Endzustand zu berücksichtigen. Ggf. sind Interimsmaßnahmen erforderlich. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 78 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 3.2.5 Objektspezifisches Vorkonzept zur Wärmeversorgung Wärmeversorgung Im Rahmen dieser Machbarkeitsstudie wird ein Vorkonzept zur Wärmeversorgung erstellt. Dieses orientiert sich an der Realisierung von wärmetechnischen Dämmstandards, so wie er im Rahmen der Empfehlungen des Titels Gebäudehülle (Titel 3.1) vorgeschlagen wird. Aus den architektonisch tektonisch vorgeschlagenen Maßnahmen resultiert ein Dämmstandard, der zwischen den Erfordernissen der gültigen ENEV und denen des Passivhausstandards für den Gebäudebestand („EnerPHit“) liegt. Der Wärmebedarf im Istzustand wird damit tatsächlich mittelfristig nahezu nahezu halbiert. Auf Basis dieses erwarteten Wärmebedarfs Wärmebe im sanierten Zustand - inkl. l. der prognostizierten zukünftigen Veränderungen durch Nutzungsänderungen Nutzungsänderungen (Primuskonzept) - ergibt die Basis zur Ermittlung der erwarteten Verbrauchsstruktur in der geordneten Jahresdauerlinie. Die Einflüsse einer erweiterten Küchennutzung im Rahmen des Primuskonzepts Primuskonz sind dabei noch nicht erfasst, t, da eine verlässliche Prognose, Pr aufgrund der derzeitigen Datenlage, Datenlage noch nicht möglich ist. Die hier seitens TGA vorgeschlagenen Versorgungsvarianten lassen sich damit für Vorentscheidungen und erste wirtschaftliche Betrachtungen hinreichend genau vergleichen und es lassen sich vor or allem Variantenvorauswahlen und Richtungsentscheidungen treffen. Zur präzisieren Leistungsbestimmung und Verifizierung der Vorauswahl – ggf. unter geänderten Randbedingungen des Auftraggebers - ist ein erweitertes Energiekonzept unbedingt zu empfehlen. Dies ies setzt allerdings voraus, dass weitere Entscheidungen und Präzisierungen getroffen werden, hinsichtlich: • • • • Ausbildung der gewünschten Schulstruktur (Küche) Schwimmbadeinbindung Präzise Randbedingungen der dynamischen Wirtschaftlichkeitsberechnungen Kostenbudget stenbudget in Bezug auf die Liste zur Schwachtstellenanalyse, Einschätzungen Beurteilung der thermischen Qualität der Gebäudehüllen, Senkung des Wärmeverbrauchs und der Spitzenlasten Es wurden entsprechend dem o.g. Vorgehen zunächst Maßnahmen an den Gebäuden Gebäud und deren thermischen Hüllen geprüft, die den Energieverbrauch reduzieren. Hier sind, nach heutigen Maßstäben, Maßstäben erhebliche Einsparpotentiale erkennbar. Die thermische Qualität der Gebäudehüllen entspricht nicht mehr oder nur z.T. dem heutigen technischen n Standard und ist beteiligt am: RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 79 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz • • • hohen Energieverbrauch z.T. Höhe der Spitzenlasten (z.B. in Wiederaufheizphasen) schlechten Teillastverhalten Weitere Zielvorgaben ergeben Niedrigenergiehausstandard oder Gebäudebestand“ EnerPHit. sich z.B. noch durch die ENEV, den sog. „Passivhausstandard für den den Die entsprechenden Maßnahmen werden im Bereich der Architektur (Titel 3.1) untersucht. Senkung der der Versorgungstemperaturen Versorgungstemperaturen Da im Bestand flächendeckend vor allem Heizkörper installiert sind, wird die Wärmeversorgung auch in Zukunft vergleichsweise hohe Versorgungstemperaturen erfordern (im Auslegungsfall mind. > 50°C, i.d.R. im Bestand 60 – 70°C). Durch Austausch aller Heizkörper wäre eine begrenzte Absenkung der Heiz-Vorlauftemperaturen Heiz Vorlauftemperaturen möglich. Es fallen jedoch hohe wirtschaftliche Aufwendungen an. Ein Austausch ist z.Zt. nicht empfehlenswert, da die bestehenden Heizkörper noch überwiegend in einem guten Zustand sind. Der flächendeckende Einsatz einer Fußbodenheizung wäre nach einer energetischen Sanierung der Gebäudehülle zwar ebenfalls technisch möglich, bedeutet aber ein RückRück und Neubau aller Böden und entsprechend wirtschaftliche Aufwendungen. Eine flächendeckende ckende Versorgung über Fußbodenheizung wäre nur bei einer Kernsanierung der Gebäude wirtschaftlich darstellbar. Damit scheiden z.B. Wärmepumpen aus, die ein Versorgungstemperaturniveau von maximal ca. < 45°C erfordern. Das zukünftige Temperaturniveau wird mittelfristig bei 70°C und wird als langfristiges Optimum eher bei ca. 60°C liegen, wenn alle vorgeschlagenen Maßnahmen an der Gebäudehülle durchgeführt würden. Da im Bestand flächendeckend vor allem Heizkörper installiert sind und bleiben, wird die Wärmeversorgung versorgung auch in Zukunft entsprechend hohe Versorgungstemperaturen erfordern. Prognose des Jahreswärmeverbrauchs im Schulzentrum Titz, geordnete Jahresdauerlinie des Heizwärmebedarfs Aus dem Istzustand wurde für das vorliegende Objekt in einem ersten Schritt Sc der Wärmebedarf nach DIN EN 12831 bzw. ENEV (s. technische Daten der Gebäudesteckbriefe) - mit getrennter Angabe für TransmissionsTransmissions und Lüftungsverluste - aus den bisher realisierten Bauvorhaben ermittelt. Anhand der Klimadaten für den Bereich Titz, den Messwerten aus der Messkampagne 2013/14 und der Typisierung der einzelnen Gebäude wurde daraus in einem 2. Schritt RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 80 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz der zeitliche Wärmebedarf (Klimabereinigung). für ein klimatisches Normaljahr abgeschätzt Zur Vorbemessung verschiedener Wärmeerzeugungstechnologien Wärmeerzeugungstechnologien wurde aus dem genäherten zeitlichen Wärmebedarf in einem 3. Schritt eine geordnete Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs errechnet (s. Anhang), die insbesondere zur Vorauslegung der Wärmeerzeuger geeignet ist. Als Fazit erscheint eine Halbierung des des jährlichen Wärmeenergiebedarfs technisch problemlos möglich – je nach realisiertem Wärmedämmstandard (ENEV, EnerPHit oder Zwischenzustand). Dies ist an den geordneten Jahresdauerlinien im Anhang erkennbar. Das Maß für den Jahresenergiebedarf sind dabei jeweils die Flächen unter den Kurven. Sonstige Randbedingungen, thermischen und hydraulische Einbindung: (Sollzustand) Sanierung der Wärmeverteilung Hydraulische Optimierung der Kesselzentrale und der Verteilungen, Ermöglichen eines Brennwertbetriebes durch Sicherstellung niedriger – optimal geregelter Rücklauftemperaturen (siehe Anhang, Abbildung 100) und maximal möglicher Temperaturspreizungen zwischen ischen VorlaufVorlauf und Rücklauf Ersatz der für hydraulischen Schaltungen den Niedertemperaturbetrieb ungeeigneten Vorgeschlagen werden sog. Einspritzschaltungen mit 2 Wege-Ventilen, Wege Ventilen, die sowohl eine überaus gute hydraulische Entkopplung aller Heizkreise und Trassen, als auch die niedrigsten möglichen Rücklauftemperaturen aus den Heizkreisen ermöglichen. Hydraulischer Abgleich der Heizkreise Heizkörper ohne voreinstellbare Heizkörperthermostatventile oder drosselbare Rücklaufverschraubungen erhalten voreinstellbare voreinstellbare Regelventile. Hydraulische Kurzschlüsse werden so vermieden, das Netz wird technisch kalkulierbar, die Rücklauftemperaturen werden beschränkt und der Fördervolumenstrom von Heizungspumpen auf das notwendige Maß reduziert. Zonen mit Unterversorgung lassen sich so beseitigen. Durch die gleichzeitige bedarfsgerechte Fahrweise von Pumpen läßt sich auch das Stromeinsparpotential heutiger Pumpen Pump in vollem Umfang ausnutzen. Für eine Erweiterung aber auch für einen effektiven Einsatz von zukünftigen Alternativtechnologien (BHKW, Pelletkessel, Pufferspeicher) ist dies zwingend erforderlich. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 81 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Vorrüstung oder Einsatz eines Pufferspeichers Die hydraulische Einbindung verschiedener Wärmeerzeuger – insbesondere bei ergänzendem Einsatz von Alternativtechnologien Alternativtec – erfolgt durch einen thermischen Pufferspeicher, der mehrere Funktionen erfüllt: • • • • • • hydraulische Entkopplung der der verschiedenen Wärmeerzeuger und Verbraucher (gleichzeitig Funktion als „hydraulische Weiche“) thermische Einkopplung verschiedener Temperaturniveaus Temperaturniveaus in den Prozess (z.B. bei Solaranlagen, ggf. dezentral für die Sporthallenbereiche) Speicherung von Energiemengen, die nicht zeitgleich zeitgleich oder leistungsgleich zur Nutzung bereitstellbar sind (z.B. Solaranlagen) Sicherstellung einer optimalen Folgeschaltung verschiedenartiger Wärmeerzeuger Dämpfung von kurzzeitigen Verbrauchsspitzen Sicherstellung der Mindestlaufzeit Mindest von zukünftigen BHKW- oder Pelletanlagen Spätestens bei einer Erweiterung der Heizzentrale um einen ökologischen Baustein (Solaranlage-, BHKW- oder Holzfeuerung usw.) ist der Speicher in die Hydraulik einzubinden. 3.2.6 Eigenschaften möglicher Wärmeerzeuger SpitzenSpitzen- und Reservewärmeerzeuger: GasGas-Kesselanlage Allgemeine Funktion Die Funktion von Kesselanlagen ist eigentlich trivial und u grundsätzlich bekannt, so dass hier nur in kurzer Form auf diese Technik eingegangen wird. Unterschiede der Kessel- und Brennertypen bestehen in der Regel nur in den verwendeten Materialien und der Feuerungstechnik. In den letzten Jahren sind hier – ähnlich wie in der Fahrzeugtechnik – immer weitergehende Verbesserungen erzielt worden. So werden im Gas-Niedertemperaturbereich Niedertemperaturbereich fast ausschließlich Brennwertgeräte verwendet, die aufgrund der verwendeten besseren Materialien keine Probleme mit Verbrennungskondensaten Verbrennungskond aufweisen. Der Kondensationseffekt erlaubt gleichzeitig eine höhere Ausnutzung des Brennstoffes – die Mehrkosten haben sich gegenüber konventioneller konventioneller Technik relativiert. Atmosphärische Gasbrenner werden nur noch selten eingesetzt, weil die VerbrennungsVerbrennungs Gemischaufbereitung i.d.R. schlechter als bei „gesteuerten“ Brennern mit Gebläse ist und so ein höherer Anteil an SekundärSekundär Schadstoffen entstehen kann. In Altanlagen ist zudem der Bereitschaftsverlust Bereitschaftsverlust von atmosphärischen Anlagen durch „Naturzug“ hoch. Zur Verbesserung der Verbrennungstechnik werden insbesondere im RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 82 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz größeren Leistungsbereich Gas-Gebläsebrenner Gas Gebläsebrenner eingesetzt, die durch Verwendung von Lamdasonden die Gemischaufbereitung optimieren optimieren und nur wenig „Schadluft“ durch den Kesselkörper fördern. Drehzahlgeregelte Antriebe der Brenner-Lüftermotore Brenner Lüftermotore erlauben einen in weiten Bereichen leistungsgeregelten Betrieb. Bei Gas-Neuanlagen Neuanlagen im mittleren und großen Leistungsbereich werden deshalb bei konventionellen heutzutage Brennwertgeräte mit Gas-Gebläsebrenner Gas Gebläsebrenner eingesetzt. Auslegungskriterien Zur späteren Spitzenlastversorgung und aus Redundanzgründen wird eine zentrale modulierende Gas-Brennwertkesselanlage Brennwertkesselanlage auf nahezu 100% der Gebäudenennlast ausgelegt elegt bzw. ist bereits vorhanden. Aus technischer Sicht kann ein brennwerttauglicher Kesselwärmetauscher nicht überdimensioniert werden und führt eher zu höheren Wirkungsgraden. Die Modulation erlaubt zudem eine Leistungsanpassung bis zu einer Teillast von vo ca. 20 – 30%. Gleichzeitig ist hierdurch ggf. ein Umschalten der Versorgungsprioritäten zwischen alternativem Brennstoff und Gas möglich (Tarifautonomie). Grundlastwärmeerzeugung durch GasGas-BHKW Allgemeine Funktion BHKW-Aggregate Aggregate liefern im Betrieb gleichzeitig StromStrom und Wärme. Sie arbeiten im Grundlastbereich des verfügbaren Lastprofils der abnehmenden Verbraucher. Mit Erdgas oder Heizöl (fossile Energieträger) befeuerte BHKW zählen zur sog. „rationalen Energieanwendung“. g“. Wird das BHKW mit nachwachsenden Ressourcen betrieben (Biogas, Pflanzenöl, Holz) zählt es entsprechend zu den regenerativen Energieanwendungen. Der Vorteil einer wärmegeführten BHKW-Anwendung BHKW Anwendung ist in jedem Fall, dass die bei der gekoppelten Stromproduktion ion prozessbedingt anfallende Abwärme lokal direkt genutzt werden kann - im Gegensatz zu herkömmlichen Kondensationskraftwerken. Sinkt der aktuelle Gebäudewärmebedarf unter die BHKW-Mindestwärmeproduktion, BHKW Mindestwärmeproduktion, schaltet das Aggregat frühzeitig – wärmegeführt – ab. Dadurch wird eine nicht nutzbare Wärmeüberproduktion verhindert. Bei dieser wärmegeführten Sichtweise ist der Strom quasi Nebenprodukt. Er wird deshalb emissions-bilanztechnisch bilanztechnisch oft als „Stromgutschrift“ betrachtet. Entsprechend einer energetisch und wirtschaftlich sinnvoll einsetzbaren BHKWBHKW Leistungsgröße verringern sich der konventionelle Strombezug und gleichzeitig die damit RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 83 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz verbundenen, anrechenbaren Kondensationskraftwerken. „volkswirtschaftlichen“ Prozessverluste von Als Antriebsaggregat kommen Ottomotoren (Erdgasbetrieb), Dieselmotoren (Heizöl und Pflanzenöl) aber auch Stirlingmaschinen (Wärmezufuhr über jeden Brennstoff inkl. in Solarthermie und Holz) in Frage. Auch bei Brennstoffzellen handelt es sich um BHKW, da diese – nur ohne mechanische Antriebskomponente - ebenfalls Wärme und Strom gekoppelt erzeugen (Erdgasbetrieb) Auslegungskriterien Die minimale Auslegungsleistung orientiert sich an den derzeitig gültigen gesetzlichen Erfordernissen aus EnEV und EEWärmeG für das jeweilige Objekt. Die maximale ximale Auslegungsgröße orientiert sich an den Möglichkeiten, Möglichkeiten ausreichende Laufzeiten zur Wärme- und Stromproduktion für das Aggregat zu erzielen, so dass auch ein wirtschaftlicher Betrieb gegeben ist. Abgeschätzt ergibt sich ein wirtschaftlicher Betrieb eines ei BHKW-Aggregats Aggregats dann, wenn unter Volllastbedingungen mindestens ca. 5.000 – 6.000 Betriebsstunden pro Jahr erreicht werden können. Für allgemeine Gebäudetypen wie Bürogebäude, Schulen, Wohngebäude ergeben sich daraus BHKW-Auslegungsleistungen, Auslegungsleistungen, die sich im Bereich von 10 – 20% des Wärmebedarfs des Gebäudes bewegen (siehe geordnete Dauerlinie des Jahreswärmebedarfs). Die geordnete Jahresdauerlinie zeigt, dass bei einer BHKW-Auslegung BHKW im Grundlastbereich (10 – 20%), bereits erhebliche Anteile an der benötigten benöti Jahreswärmemenge über das BHKW bereitgestellt werden können. Dieser Anteil liegt bei den o.g. Gebäudetypen i.d.R. im Bereich von 30 – 50%. Gebäudetypen mit erheblich größeren Grundlasten wie z.B. Schwimmbädern kann der Leistungsanteil entsprechend größer grö gewählt werden. Ein zu groß ausgelegtes Aggregat (über die Grundlast hinaus) führt zu Taktbetrieb und langen Stillstandszeiten, so dass das Investitionsziel - eine Mindestdeckung des Wärmeenergiebedarfs - nicht erreicht werden kann. In begrenztem Maße kann die Betriebszeit eines BHKW durch Leistungsregelung oder Stufenschaltungen verlängert werden. Dies geht allerdings zu Lasten des Wirkungsgrades, bedeutet ein Mehraufwand an Regelungstechnik und ist z.Zt. nur bei kleinen Aggregaten verfügbar. Um kurzzeitige eitige Schwankungen im aktuellen entsprechende Pufferspeicher eingesetzt. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Wärmebedarf Seite 84 / 156 zu glätten, werden Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Durch die Stromgutschrift wärmegeführter BHKW-Aggregate BHKW Aggregate können zudem erhebliche Mengen an CO2-Emissionen Emissionen in der Gesamtbilanz eines Gebäudes eingespart werden, da entsprechende Emissionen in konventionellen Kraftwerken indirekt vermieden werden. Dies wird in den Bilanzmodellen - z.B. der EnEV - grundsätzlich berücksichtigt. Grundlastwärmeerzeuger HolzHolz-Pelletkessel Allgemeine Funktion Pelletskessel bestehen aus einer automatischen Brenngutförder Brenngutförderund Ascheaustrageinrichtung, zünden automatisch über ein Heißluftgebläse und besitzen eine primäre und sekundäre Verbrennungszone. Ein lambda-geregeltes lambda geregeltes Saug-Zug-Gebläse Sa sorgt für optimale Verbrennungsbedingungen. Zur exakten Anpassung an die thermische Last wird ein modulierender Pelletvorschub mit elektronischer Regelung verwendet. Es wird eine innen verlegte, druckdichte Abgasanlage aus Edelstahl über Dach Da geführt. Pelletskessel werden grundsätzlich in der Bauart Standkessel mit großem Wasservolumen und geringem inneren Druckverlust ausgeführt (gleichzeitige Wirkung als hydraulische Weiche, einfache regelungstechnische Integration). Dadurch entfallen separate rate Druckausgleichsstrecken oder –behälter behälter (separate hydraulische Weichen) und aufwendige Druckregelarmaturen bzw. elektronische Kompensationsregler. Auslegungskriterien Die minimale Auslegungsleistung orientiert sich an den derzeitig gültigen gesetzlichen Erfordernissen aus EnEV und EEWärmeG für das jeweilige Objekt. Ein Pelletskessel weist trotz Leistungsregelung eine vergleichsweise hohe thermische Trägheit auf, so dasss er nur bedingt spitzenlasttauglich ist. Die Leistungsregelung ist aufgrund des im Feuerraum befindlichen Festbrennstoffes ebenfalls nur zeitverzögert möglich, so dass ebenfalls ein Pufferspeicher benötigt wird, wird, um kurzzeitige Leistungsschwankungen auszugleichen. auszugleichen. Ein Taktbetrieb ist ebenfalls nur unter bestimmten Bedingungen möglich bzw. sollte aus technischen Gründen minimiert werden. Die minimal regelbare Leistung eines Pelletkessels beträgt ca. 20 - 30% der Nennlast. Sie ist so zu wählen, dass sie nicht unter der langfristige Gebäudewärmegrundlast der Heizzeit liegt um nicht übergroße Pufferspeicherkapazitäten zu erfordern. Die maximale Auslegungsgröße orientiert sich an regelungstechnischen und wirtschaftlichen Randbedingungen. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 85 / 156 diesen beschriebenen Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Ein Pelletkessel kann unter den beschriebenen Aspekten deshalb i.d.R. nur auf den Grundlastbedarf von ca. 20 – 40 % ausgelegt werden (s.a. geordnete Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs). Die geordnete Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs zeigt, dass bei einer Pelletkessel Pell Auslegung in diesem Bereich bereits erhebliche Anteile an der benötigten Jahreswärmemenge bereitgestellt werden können. Dieser Anteil liegt bei den o.g. Gebäudetypen i.d.R. im Bereich von 60 – 80%. Nachteilig bei Pelletanlagen in dicht besiedelten besiedelten Zonen ist ggf. eine nicht ganz auszuschließende, zeitweilige Geruchsbelästigung der unmittelbaren Nachbarschaft durch Windeinflüsse. Es werden zwar alle Grenzwerte eingehalten, trotzdem sollte durch die Lage des Kamins mit entsprechender Sorgfalt gewählt werden (Hauptwindrichtung etc.) Ebenfalls zu berücksichtigen ist Zusatzplatzbedarf auslösen kann. die Brennstofflagerung, die einen erheblichen Es ist eine Bunkeranlage auszulegen, die im Dauerbetrieb für mindestens 2 - 4 Wochen Lagerkapazität bereitstellt, t, um nicht einen zu häufigen LKW-Anlieferungsverkehr LKW Anlieferungsverkehr zu verursachen. Grundlastwärmeerzeugung: Thermische Solaranlage zur Warmwasserbereitung Es können sowohl Flach- als auch Röhrenkollektoren verwendet werden. Röhrenkollektoren benötigen tendenziell geringere gere Kollektorflächen (ggf. Vorteil bei Platzbeschränkungen), sind aber spezifisch teurer. Im Falle einer zusätzlich gewünschten Heizungsunterstützung weisen Röhrenkollektoren Vorteile auf, da ihre Verluste bei den im Heizfall vorhandenen tiefen Außentemperaturen raturen geringer sind. Die solare Wärme wird direkt in-Pufferspeichern in eingekoppelt. Bei der Auslegung wird Sommervolldeckung angestrebt, um den taktenden Betrieb anderen Wärmeerzeuger mit längeren Stillstandszeiten zu vermeiden Dies ist z.B. bei Kesseln energetisch unerwünscht (Auskühlverluste), bei BHKW aus mechanischen Gründen. Die Kollektoren müssen dazu bei Südorientierung mit einem Neigungswinkel von ca. 30 – 40° installiert werden. Bei einer optional zusätzlich zu einem BHKW eingesetzten thermischen Solaranlage ist zu berücksichtigen, dass die Anlage in der Übergangszeit nicht zu viel Wärmegrundlast abdeckt, um die wirtschaftlich erforderlichen Mindestlaufzeiten des BHKW nicht zu gefährden. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 86 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 3.2.7 Auswahl und Empfehlung für Wärmeversorgungsvarianten in Titz Titz Aus dem energetischen Konzept – insbesondere derr durchgeführten Mängelanalyse – kommen aus Sicht der Verfasser im Fall des Schulzentrums Titz folgende technische Wärmeerzeugungsstrategien und Anlagentechniken mittelmittel und langfristig in Betracht bzw. werden vorgeschlagen: GrundlastGrundlast- / Führungswärmeerzeuger • BHKW-Anlagemit Anlagemit den Antriebsvarianten: Antriebsv Erdgas- oder Biogas-Ottomotor Biogas Stirlingmotor (Nutzung des Energieträgers Holz zur Stromerzeugung) In BHKW-Anlagen Anlagen können regenerative Brennstoffe (Biogas, Holz) oder rationell genutzte Brennstoffe (Standard-Erdgas (Standard Erdgas zur Stromerzeugung)verwendet werden • • Pelletkessels als regenerativer Wärmeerzeugungsanteil, bei größeren Anlagen auch Hackschnitzelfeuerungen Einsatz von dezentralen thermischen Solaranlagen bei dezentralen Warmwasserbereitungen mit hohem Verbrauch (Sporthallen, Küchen), Auslegung auff Sommervolldeckung zur Minimierung von Netzverlusten (Vermeidung des verlustreichen Sommerbetriebs für die Technikzentrale Wärmepumpenanlagen scheiden aufgrund des erforderlichen Temperaturniveaus für die Heizungsanlage aus. Zweistufige Anlagen, die ein ausreichendes ausreichendes Temperaturniveau erreichen könnten, scheiden z.Zt. noch aufgrund des deutlich geringeren COP-Wertes COP aus (Maß für den Wirkungsgrad). Spitzenlastwärmeerzeuger • • Nutzung des bestehenden Gas Brennwertkessels Gas-Brennwertkessels als redundanter Spitzenlastwärmeerzeuger Demontage des bestehenden Niedertemperatur-Heizkessels: Niedertemperatur Schaffung des erforderlichen Platzes für alternative Wärmeerzeugung ggf. Weiterbetrieb des Geräts im Bestzustand als Redundanz Zur Interimsversorgung, späteren Spitzenlastversorgung und für den zeitweisen zeitwe zur Hochtemperaturbetriebentsprechender Heizkreise – wird diemodulierende GasGas Brennwertkesselanlage beibehalten. Gleichzeitig ist hierdurch ggf. ein Umschalten der Versorgungsprioritäten zwischen alternativem Brennstoff und Gas möglich (Tarifautonomie), (Tarifautonomie), wenn z.B. alternative Brennstoffe wie Holz-Pellets Pellets oder Hackschnitzel zum Einsatz kommen. Der Spitzenkessel stellt ebenfalls die Redundanz bei Ausfall des Grundlastaggregats sicher. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 87 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Thermische Solaranlage zur Warmwasserbereitung Die solare Wärme wird direkt rekt im Wärmepufferspeicher der Sporthallen eingekoppelt. Eine solarthermische Anlage kann im einfachsten Fall auf die maximale Pufferspeicherkapazität einspeicherbare Wärme ausgelegt werden. Dadurch werden die Solaranlagenkosten nicht durch größere Pufferspeicher speicher wirtschaftlich belastet und kein zusätzliche Platzbedarf erzeugt. Bei der Auslegung wird eine Sommervolldeckung angestrebt, da dann andere Wärmeerzeuger nur im Teillastbetrieb bzw. mehr oder weniger intensiv Takten. Bei einem optional eingesetzten eingesetzten BHKW ist zu berücksichtigen, dass die Anlage in der Übergangszeit nicht zu viel Wärmegrundlast abdeckt, um die Laufzeiten z.B. eines BHKW nicht zu gefährden. 3.2.8 • • • • Anpassung der Hydraulik Hydraulische Optimierung der Kesselzentrale und der Verteilungen, Ermöglichen eines Brennwertbetriebes durch Sicherstellung niedriger Rücklauftemperaturen (siehe Anhang, Abbildung 101) Sanierung der Wärmeverteilung: Ersatz der für den Niedertemperaturbetrieb ungeeigneten hydraulischen Schaltungen, Absenkung der Rücklauftemperaturen und Sicherstellung einer ausreichenden Temperaturspreizung zum bestimmungsgemäßen bestimmungsgemäßen Betrieb der vorhandenen vorhanden Anlagen. Vorgeschlagen werden sogenannte Einspritzschaltungen mit 2 Wege-Ventilen, Wege die sowohl eine überaus gute hydraulische Entkopplung aller Heizkreise und Trassen, als auch die niedrigsten möglichen Rücklauftemperaturen aus den Heizkreisen ermöglichen (siehe Anhang, Abbildung 101) Für eine Erweiterung des Schulbetriebs in Bezug auf das Primuskonzept aber auch für einen n effektiven Einsatz von zukünftigen Alternativtechnologien (BHKW, Pelletkessel, Pufferspeicher) ist dies zwingend erforderlich. Durchführung eines hydraulischer Abgleichs in geringem Umfang Austausch defekter Heizkörper RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 88 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 3.2.9 Warmwassererzeugung Sporthallen Wasserhygiene Aus Gründen der Trinkwasserhygiene und Vermeidung von Keimkontaminationen im Warmwassernetz sollten die vorhandenen Warmwasserspeicher zu reinen Pufferspeichern mit Frischwasserstationen (thermische Durchlauferhitzer) umgebaut werden. In den Speichern wird dann nur Heizungswasser vorgehalten (siehe Anhang, Abbildung 101) 3.2.10 Sporthallenheizung Einsatz einer Schwingbodenheizung in der Sporthalle der Hauptschule, Ersatz der Luftheizung – ggf. Sanierung der Lüftungskanäle und effiziente Nutzung zur Wärmerückgewinnung. 3.2.11 Einsatz von Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung • • Einsatz von Lüftungsanlagen zur Vermeidung von Feuchteschäden, ggf. Einsatz von Anlagen mit WRG und Mehrfachnutzung der Luft (siehe Grafik xxxx_3.2.11.1) zur zusätzlichen und nachhaltigen Sicherstellung lufthygienischer Parameter Einsatz von Lüftungsanlagen in den Schulklassen zur Vermeidung von Feuchteschäden in hochwertig hochwertig gedämmten Gebäuden, ggf. Einsatz von Anlagen mit WRG zur zusätzlichen und nachhaltigen Sicherstellung lufthygienischer Parameter in Aufenthalts- oder Nassräumen und Räumen mit hoher Personendichte (s.a. DIN EN 13779) RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 89 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 3.2.12 Einsatz von Stromspartechnologien, Beleuchtung und Hilfsstrom • • • Einsatz hocheffizienter Pumpen, Reduktion Reduktion des Pumpenstrombedarfs Es werden Pumpen mit einer Proportionalkennlinie eingesetzt, die mit fallendem Volumenstrom (Last) den aufgebauten Differenzdruck automatisch verringern. Zusammen mit einem gut regelbaren Motor wird dadurch der Hilfsenergiebedarf gesenkt und hydraulischen Problemen vorgebeugt. Einsatz von Lüftungsanlagen mit hocheffizienten Antrieben und druckverlustarm ausgelegten Kanalnetzen Erneuerung der Beleuchtungsanlagen in der Sporthalle der Hauptschule, • Erneuerung der Beleuchtungsanlage und/-oder und/ oder unsanierten Bereich der Hauptschulklassen • Verbesserung der Beleuchtungsanlagen in Grundschule und Sporthalle der Grundschule durch Einsatz von Beleuchtungssteuerungen Beleuchtung Beleuchtungssteuerung im 3.2.13 Gebäudeautomation und Zählerstruktur • • Installation einer erweiterbaren gebäudeübergreifenden zentralen Regelung (DDC) mittelfristige Erweiterung der DDC durch einen GLT-Rechner GLT Rechner mit automatischem Energiemesskonzept zur laufenden Kontrolle der Energieverbräuche, Benchmarking und zur Fehlererkennung 3.2.14 Gesamtoptimierung benachbarter Liegenschaften • • Wiedereinbindung des Schwimmbades zur Vergrößerung des Grundlastanteils für alternative Wärmeerzeuger Kopplung der Anlagentechniken des Schulzentrums mit mit denen des Kindergartens ( Kindergarten partizipiert an ggf. eingesetzten Alternativtechnologien). RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 90 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 4 Kosten und Wirtschaftlichkeit Die ermittelten Ergebnisse aus der Bestandsanalyse, die reine Instandsetzungsmaßnahme sowie einzelne Varianten zur energetischen Sanierung wurden mithilfe eines Wirtschaftlichkeitstools vergleichend gegenübergestellt und überprüft. Es handelt sich dabei um ein Excel-Tabellenwerk, Tabellenwerk, welches im Hochbauamt der Stadt Frankfurt entwickelt wurde. Gebäude verursachen über ihren ihren gesamten Lebenszyklus hinweg Kosten. Diese Dies beziehen sich auf die Errichtung, Errich den Betrieb beziehungsweise Unterhalt und auch den späteren Abriss des Gebäudes. Im Sinne eines wirtschaftlichen Umgangs mit Ressourcen besteht bei der Konzeption eines Gebäudes – auch im Sanierungsfall – die Zielvorgabe, die gebäudebezogenen Kosten während des Lebenszyklus zu minimieren. „Im Im Rahmen der knapper werdenden Haushaltsmittel ist es notwendig, für alle […] durchgeführten Maßnahmen einen detaillierten Wirtschaftlichkeitsnachweis W tsnachweis zu erbringen. Dabei kann es nicht Ziel sein, einzig die Investitionskosten zu minimieren und dabei hohe Folgekosten in der Zukunft in Kauf zu nehmen. Vielmehr müssen sämtliche Kosten während Bau und Betrieb eines Gebäudes über die gesamte Nutzungsdauer Nutzun incl. einfacher Ansätze für die Umweltfolgekosten in der Berechnung enthalten sein. Daher wurde ein Verfahren zur Berechnung der Gesamtkosten von Gebäuden entwickelt, welches bei den Investitionskosten auf der DIN 276 (Fassung Juni 1993) basiert.“ basiert.“21 Das verwendete Berechnungswerkzeug der Stadt Frankfurt dient dazu, unter Einbeziehung aller wesentlichen Faktoren die „jährlichen Gesamtkosten (Summe aus Kapitalkosten, Betriebskosten und Umweltfolgekosten) über den gesamten Betrachtungszeitraum (Planung, Bau, Betrieb, Abriss und Entsorgung) zu minimieren.“22 Im Folgenden wird die Lesart des Tools schematisch dargestellt und die Ergebnisse zusammentragen. Die detaillierten Berechnungen erechnungen sind auf der Studie beigefügten CD zu finden. 21 22 Quelle: (Hochbauamt Frankfurt a. M.: Amtsverfügung 23/2000) Quelle: (Leitlinien wirtschaftliches Bauen der Stadt Frankfurt a. M., www.energiemanagement.stadt-frankfurt.de www.energiemanagement.stadt (BNB) ) RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 91 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 4.1 4.1.1 Randbedingungen der Wirtschaftlichkeitsberechnung Allgemeine Daten Nachfolgend wird der Aufbau der Gesamtkostenberechnung (siehe iehe CD) erläutert: Im ersten Blatt ‚Gesamtkosten‘ „[…] werden für verschiedene Varianten der Bauausführung die Gesamtkosten zusammengestellt. Diese setzen sich aus den Kapitalkosten, den mittleren Betriebskosten über den Betrachtungszeitraum und den Umweltfolgekosten Umwe zusammen. Zur Charakterisierung des Gebäudes sind darüber hinaus wesentliche Kenngrößen des Gebäudes mit aufgeführt, die Grundlage für die Gesamtkostenermittlung waren. Damit fasst dieses Blatt alle wesentlichen Ergebnisse der anderen Rechenblätter Rechenb 23 (Tabellen) zusammen.“ Der Betrachtungszeitraum wurde für die Gebäude des Schulzentrums der Gemeinde Titz auf 25 Jahre festgelegt, dies entspricht einem realistischen Zeitraum, in dem die Kostensteigerungen für Energie und Sonstiges abgeschätzt und die Investitionskosten amortisiert werden können. Die mittlere Lebensdauer der verwendeten Bauteile liegt über diesem Zeitraum Bei der ökonomischen und ökologischen Bewertung über den Lebenszyklus des Gebäudes ist es erforderlich, die Lebensdauer der Bauteile Bauteile in die Bewertung einzubeziehen. Die in den nachfolgenden chfolgenden Tabellen Tabelle ‚Baukosten‘ angegebenen Lebenserwartungen beziehen sich auf den bisherigen Erfahrungszeitraum mit diesen Gewerken. Die tatsächliche Lebensdauer der Bauteile wird vor allem von den Bauteileigenschaften, Bauteileigenschaften, der Ausführungsqualität, der konkreten Beanspruchung und der Wartung / Instandhaltung beeinflusst. Die Lebenserwartung wird deshalb mit von-/bisvon Werten angegeben. Die Kosten für Inspektion und Wartung, Reinigung sowie der werterhaltende Bauunterhalt werden mit einbezogen. Der Kapitalzins auf dem freien Markt entspricht dem Zins der letzten fünf Jahre, zum Zeitpunkt der Studie liegt er auf einem historischen Tief. Dieser er ist mit 3,0 % angesetzt, das entspricht einem mittleren Zinssatz Zi über eine Laufzeit von 25 Jahren. Für die, über den reinen Instandsetzungsstand sowie die energetische Sanierung auf dem gesetzlichen Mindeststandard (EnEV 2014), 2014) hinausgehenden Varianten wurde ein kumulierter Zinszatz von 1,0 % angesetzt. Dieser geht davon aus, dass ein Teil der Sanierungskosten über das KfW-Förderprogram 218 (Kredit) „IKK – Energetische Stadtsanierung – Energieeffizient 23 Quelle: (http://www.energiemanagement.stadt-frankfurt.de/Investive(http://www.energiemanagement.stadt Massnahmen/Gesamtkostenberechnung/Gesamtkosten-Erlaeuterungen.pdf) Massnahmen/Gesamtkostenberechnung/Gesamtkosten RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 92 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Sanieren“24 finanziert wird, mit einem, zum Zeitpunkt der Studie entsprechend entsprechend niedrigen Zinssatz von 0,1 %. Die Förderprogramme werden näher unter Titel 4.2.3 dieser Studie erläutert. Das statistische Bundesamt lieferte die Daten zur Preissteigerung Energie und zur Preissteigerung Sonstiges, betrachtet über die letzten 10 Jahre. Gerechnet wurde nach der Annuitätenmethode, A die Annuitätsfaktoren errechnen sich aus diesen Daten. „Die Annuitätenmethode ist ein Verfahren der klassischen, dynamischen Investitionsrechnung. nsrechnung. Der Kapitalwert einer Investition wird auf die Nutzungsdauer so verteilt, dass die Zahlungsfolge aus Einzahlungen und Auszahlungen in die sogenannte Annuität umgewandelt wird. Im Gegensatz zum Kapitalwert wird also nicht der Gesamtzielwert ermittelt, ttelt, sondern der Zielwert pro Periode.“25 Aufbau der Tabelle: Im Bereich der ‚Kapitalkosten‘ werden die reinen Investitionskosten für die untersuchten Varianten zusammengefasst, eventuell abzüglich einzelner Zuschüsse (siehe Titel 4.2.3), aus denen sich der Eigenkapitaleinsatz errechnet. Unter Punkt ‚E. mittl. Betriebskosten‘ werden die Betriebskosten, die in der jeweils untersuchten Variante nte entstehen, zusammengefasst. Der Wert der mittleren Betriebskosten bezeichnet net dabei die durchschnittlich jährlichen Betriebskosten über den Betrachtungszeitraum, gemittelt unter Berücksichtigung der vorgenannten Preissteigerungen. Die unter ‚G. Gesamtkosten‘ osten‘ aufgeführten Werte beziffern jeweils die mittleren, jährlich aufzubringenden Gesamtkosten der jeweils untersuchten Varianten, berechnet aus den aufzubringenden Kapitaldiensten, mittleren Betriebskosten und Umweltfolgekosten. Die Gesamteinsparsummen en der Varianten beziehen sich dabei auf den instandgesetzten instandgesetzte Bestand, das heißt, die dringend erforderlichen erforderliche Maßnahmen sind bereits in die Grundlagenbetrachtung ‚Instandsetzung‘ mit eingeflossen. 24 (https://www.kfw.de/inlandsfoerderung/%C3%96ffentliche //www.kfw.de/inlandsfoerderung/%C3%96ffentliche-Einrichtungen/EnergetischeStadtsanierung/Finanzierungsangebote/Energieeffizient-Sanieren-Kommunen-%28218%29/) Stadtsanierung/Finanzierungsangebote/Energieeffizient 25 Quelle: (http://de.wikipedia.org/wiki/Annuit%C3%A4tenmethode) RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 93 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 4.2 4.2.1 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Parameter der dynamische dynamischen ynamischen Wirtschaftlichkeitsberechnung Methode Betrachtungszeitraum Kapitalzins Annuitätenmethode 25 Jahre 3 % (reine Instandsetzung sowie EnEV 2014) durchschnittlicher Zins der letzten fünf Jahre auf dem freien Markt, anteilig eingeflossen für nicht förderfähige Maßnahmen Kapitalzins 1 % (kumulierter Zins unter Berücksichtigung Berücksi KfWKredite für energetische Sanierungen aktueller Förderzins der KfW-Bankengruppe Bankengruppe Programm 218 anteilig eingeflossen Preissteigerung Energie Preissteigerung sonstiges im 5 % (für alle Energieträger gleich) 2,5 % nach statistischem Bundesamt Abbildung 55 Deckblatt Gesamtkosten Hauptschule RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 94 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 4.2.2 Berücksichtigung von Reinvestkosten, Restwerte Im Rahmen der Machbarkeitsstudie und der Anwendung der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung des „Frankfurter Modells“ sind insbesondere bei technischen Anlagen Reinvestitionen zu berücksichtigen, wenn der Betrachtungszeitraum der Liegenschaft die technische Lebensdauer einer Komponente übersteigt. Der Betrachtungszeitraum beträgt im vorliegenden vorliegenden Fall des Schulzentrums Titz 25 Jahre und orientiert sich an der Lebensdauer der baulichen Maßnahmen in der Architektur. Um die, im Betrachtungszeitraum erforderlichen, erforderlichen Reinvestitionen von kürzerlebigen Anlagen der er TGA zu berücksichtigen, werden die entsprechenden entsprechen zyklischen Reinvestitionskosten technischer Anlagen durch einen entsprechenden Aufschlag auf die prozentualen jährlichen Instandsetzungsaufwendungen berücksichtigt. Der Aufschlag wird in erster Näherung durch einen linearen jährlichen prozentualen Abschreibungsanteil gebildet. Durch die Annuitätenmethode und den berücksichtigten allgemeinen Preissteigerungsansatz des Frankfurter Modells werden die zyklischen Reinvestitionskosten damit „dynamisiert“. Nachteilig teilig ist bei dieser Betrachtungsweise, dass gegebenenfalls vorhandene Restwerte technischer Anlagen nicht als „wirtschaftlicher Bonus“ berücksichtigt werden können. Wenn man vereinfachend annimmt, dass die Restwerte den zukünftigen Rückbaukosten entsprechen, hen, ist dieser Einfluss jedoch unerheblich. 4.2.3 Energiepreise Bezug, Bruttokosten (mittlere Energiekosten für Privatpersonen in Titz) Strom 0,2270 Euro/kWh Gas (Erdgas) 0,0640 Euro/kWh (im Vorkonzept ohne Berücksichtigung Steuerrückerstattung BHKW Gas Ga Pellet 0,0534 Euro/kWH Vergütung, Bruttovergütungen BHKW Strom eingespeist 0,105 Euro/kWh BHKW Strom selbstgenutzt vermiedener Strompreis (im Vorkonzept ohne Berücksichtigung von Zahlung der EEG Umlage für sebstgenutzten Strom) RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 95 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 4.2.4 Fördermittel Zur finanziellen Unterstützung der energetischen Baumaßnahmen können Fördermöglichkeiten in Anspruch genommen werden. KfWKfW-Förderprogram 218 Im Rahmen der Förderprogramme der KfW-Bankengruppe KfW Bankengruppe steht das Programm Progra 218 26 (Kredit) „IKK – Energetische Stadtsanierung Stadtsanieru – Energieeffizient Sanieren“ für energetische Gebäudesanierungen, die über den gesetzlichen Mindeststandard hinausgehen, hinausgehen zu Verfügung. (Stand 01.09.2014) 2014) „Es Es gelten folgende Höchstbeträge: • • • • • Sanierung zum KfW-Effizienzhaus: Effizienzhaus: 500 Euro pro m² Nettogrundfläche (NGF) Einzelmaßnahmen: insgesamt 300 Euro pro m² NGF bis zu 100 % Finanzierung Ihrer förderfähigen Kosten Auszahlung zu 100 %, wahlweise in einer Summe oder in 2 Teilbeträgen Abruf innerhalb lb von 12 Monaten nach Zusage – in Einzelfällen kann diese Frist auf maximal 36 Monate verlängert werden Für das Darlehen kommt der am Tag der Auszahlung geltende Produktzinssatz zur Anwendung. Maßgeblich für die Zinsfestschreibung ist der Zeitpunkt Ihres Kreditabrufs.“27 Effektivzins pro Jahr 0,10 % 0,10 % Laufzeit tilgungsfreie Anlaufzeit Zinsbindung 20 Jahre 30 Jahre 3 Jahre 5 Jahre 10 Jahre 10 Jahre Bei einer Komplettsanierung zum Effizienzhaus werden auf die Kreditsumme Tilgungszuschüsse gewährt, die sich nach dem erzielten KfW-Effizienzhaus Effizienzhaus-Standard richtet: KfWKfW-Effizienzhaus KfW-Effizienzhaus 55 KfW-Effizienzhaus 70 KfW-Effizienzhaus 85 KfW-Effizienzhaus 100 KfW-Effizienzhaus Effizienzhaus Denkmal Höhe des Tilgungszuschusses 17,5 % des Zusagebetrages 12,5 % des Zusagebetrages 7,5 % des Zusagebetrages 5,0 % des Zusagebetrages 2,5 % des Zusagebetrages 26 Quelle: (https://www.kfw.de/inlandsfoerderung/%C3%96ffentliche-Einrichtungen/Energetische (https://www.kfw.de/inlandsfoerderung/%C3%96ffentliche Einrichtungen/EnergetischeStadtsanierung/Finanzierungsangebote/Energieeffizient-Sanieren-Kommunen-%28218%29/) Stadtsanierung/Finanzierungsangebote/Energieeffizient 27 Quelle: (https://www.kfw.de/inlandsfoerderung/%C3%96ffentliche landsfoerderung/%C3%96ffentliche-Einrichtungen/Energetische Einrichtungen/EnergetischeStadtsanierung/Finanzierungsangebote/Energieeffizient Stadtsanierung/Finanzierungsangebote/Energieeffizient-Sanieren-Kommunen-%28218%29/#2) RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 96 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Bei den untersuchten Sanierungen nach EnEV-Standard EnEV Standard können diese Kredite und die damit verbundenen Tilgungszuschüsse nicht in Anspruch genommen werden, da d diese lediglich den gesetzlichen Mindeststandard widerspiegeln. Die KfW-Effizienzhäuser KfW Effizienzhäuser (die genauen Kriterien sind den Fördermodalitäten zu entnehmen) definieren Standards, die über den gesetzlichen Mindeststandard hinausgehen. Bei den Untersuchungen zur Sanierung im EnerPHit-Standard EnerPHit Standard kann sowohl bei der Hauptschule als auch bei den beiden Turnhallen wirtschaftlich der Standard eines KfWKfW Effizienzhauses 70 erreicht werden, das mit einem Tilgungszuschuss von 12,5 % gefördert wird. Bei der Grundschule kann, aufgrund der bereits erfolgten Sanierungen, Sanierungen wirtschaftlich kein Effizienzhaus-Standard Standard erreicht werden, werden, so dass hier dieser Fördertopf nicht ausgeschöpft werden kann. „progres.nrw“ Im Rahmen des Förderprogrammes „progres.nrw“28 stellt ellt das Land NRW über die Bezirksregierung Arnsberg Fördermittel zu Verfügung. Für kommunale Bauten sind diese jedoch nicht genau beziffert, beziffert sondern müssen mit den Regierungsstellen verhandelt werden. Gefördert werden Maßnahmen, die den hocheffizienten Umgang Um mit Energie behandeln, besonderess Augenmerk liegt dabei auf der Passivhausförderung und Maßnahmen, die den Einsatz von regenerativen Energien im Land voranbringen. Gefördert werden kann ein prozentualer Ansatz der Mehrkosten, die aufgebracht werden müssen, mü um ein Gebäude über den gesetzlichen Mindeststandard hinaus zu sanieren. Der Zuschuss liegt bei ca. 20 % der Mehrkosten. Die progres-Mittel Mittel sind kumulierbar mit anderen Fördertöpfen, wie den KfW-Krediten. KfW Aufgrund der am 01. Juli 2014 verkündeten Haushaltssperre werden allerdings zu Zeit keine Anträge mehr abschließend bearbeitet. Bei Aufhebung der Haushaltssperre oder nach Beschluss eines Nachtragshaushaltes für 2014 kann über neue Anträge wieder entschieden en werden. Da ein möglicher Baubeginn nicht in 2014 realistisch ist, dürfte das Schulzentrum hiervon nicht betroffen sein. Im Regelfalle stehen Gelder des neuen Haushaltsjahres ab Mitte März des jeweiligen Jahres zu Verfügung (Es besteht jedoch kein Rechtsanspruch anspruch auf die Fördergelder). Bei den untersuchten Varianten zur Sanierung im EnerPHit-Standard EnerPHit Standard wurde bei der Hauptschule und der Grundschule sowie bei den beiden Turnhallen eine Fördersumme in Höhe von 20 % der Mehrkosten gegenüber der jeweiligen Variante Vari EnEV 2014 angenommen. 28 Quelle: (http://www.progres.nrw.de/page.asp?RubrikID=6987) RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 97 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 4.3 4.3.1 TGATGA-Kosten, integraler Baustein der Gesamtkostenbetrachtung Ergebnistabelle der Schwachstellenanalyse Bei den Begehungen wurden technische Schwächen und Mängel in der Substanz festgestellt und in einer umfangreichen tabellarischen tabellarischen Mängelliste zusammengefasst. zusammengefasst Hier sind alle weiteren festgestellten Mängel und empfohlene Maßnahmen in einem Katalog übersichtlich zusammengestellt und erläutert. Es werden Abhilfemaßnahmen und Handlungsempfehlungen zur Sanierung angegeben, sowie deren deren Investitionsvolumen und wirtschaftlichen Randbedingungen wie Lebensdauer, InstandhaltungsInstandhaltungs und Wartungsbedarf berücksichtigt. Die Mängelliste ist Grundlage der dynamischen Wirtschaftlichkeitsberechnung. Der Maßnahmenkatalog ist somit die Basis für eine weitergehende wirtschaftliche Betrachtung im Rahmen der Vollkostenbetrachtung des „Frankfurter Models“. Die ausführliche Tabelle befindet sich auf der beigefügten CD. Die gebäudespezifischen ebäudespezifischen Maßnahmen und deren Kosten sind Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen htungen für die einzelnen Gebäude eingeflossen. in die Die Maßnahmen und Varianten zur Sanierung der Energiezentrale wurden in einer separaten Wirtschaftlichkeitsbetrachtung untersucht. 4.3.2 Beschreibung und Zuordnung in Sanierungsstufen, gebäudespezifisch Die jeweiligen igen Einzelmaßnahmen der Schwachstellenanalyse werden nach Prioritäten entsprechenden Sanierungsstufen zugeordnet. In begrenztem Umfang können – je nach Budgetierung der Baumaßnahmen und in Abstimmung zwischen Bauherrn und Planung die Zuordnungen auch verändert und der Bildung von Bauabschnitten angepasst werden. Stufe 1.1 1.1: .1: Allgemeine Instandsetzungsmaßnahmen Maßnahmen und Investitionen der Stufe 1.1 1 dienen lediglich der Erneuerung abgängiger Anlagen und der Instandsetzung bestehender, mängelbehafteter mängelbehaftete Anlagen. Energieeinsparungen lassen sich nur in begrenztem Umfang - ggf. indirekt – erzielen. Stufe 1.2 1.2: .2: Instandsetzungsmaßnahmen Primus Wie vor, jedoch mit Erweiterung um die Funktionen des Primuskonzepts RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 98 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Stufe 2.1 2.1: .1: empfohlene Maßnahme zur Sanierung in Anlehnung nach Vorgaben der ENEV 2014 Maßnahmen und Investitionen der Stufe 2.1 2 sind energetisch wirksam und werden empfohlen, um Gebäude und Technik im Wesentlichen nach den Vorgaben der ENEV 2014 zu sanieren. Energieeinsparungen gieeinsparungen lassen sich in entsprechendem Umfang erzielen und sind im Rahmen der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Wirtschaftlichkeitsbetrachtung berücksichtigt. Unter anderem werden zur Erfassung der erzielbaren Energieeinsparungen die z.Zt. vorhanden klimabereinigten Verbräuche, Wärmebedarfsberechnungen Wärmebedarfsberechnungen und das PHPP-Passivhaustool PHPP zur energetischen Bewertung herangezogen. Stufe 2.2: 2.2: empfohlene Maßnahmen zur Sanierung nach Vorgaben EnerPhit Maßnahmen und Investitionen der Stufe 2.2 sind energetisch wirksam und werden empfohlen, um Gebäude äude und Technik nach den Vorgaben EnerPhit = „Passivhausstandard für den Gebäudebestand“ zu sanieren. sanieren Energieeinsparungen lassen sich in entsprechend größerem Umfang erzielen, als bei einer nach ENEV 2014 durchgeführten Sanierung. Allerdings sind entsprechend entsprechend höhere Investitionen aufzuwenden. Dies ist im Rahmen der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung berücksichtigt. Es werden ebenfalls die Rechenmodelle der Stufe 2 herangezogen. herangezogen Stufe 3.1: 3.1: Energieverbund Schwimmbad Wie vor unter 2.2 beschrieben, jedoch mit Wärmeverbund Schwimmbad (ohne Sanierung der anderen technischen Einrichtungen des Schwimmbades). Stufe 3.2: 3.2: Energieverbund Schwimmbadmit Sanierungen im technischen Sanierungen im Schwimmbad Wie vor unter 3.1 beschrieben, jedoch mit Sanierung der anderen technischen t Einrichtungen des Schwimmbades. Stufe 4: Energieverbund Kindergarten Wie vor, jedoch mit Energieverbund Kindergarten (ohne Sanierung der anderen technischen Einrichtungen des Kindergartens). Stufe 5: Maßnahmen zur Sanierung nach Vorgaben weiteren, ggf. auch zukunftsweisenden Zusatzoptionen EnerPhitt EnerPhi mit Maßnahmen und Investitionen der Stufe 4 gehen noch deutlich über die Maßnahmen der Stufe 3 hinaus. Sie verstehen stehen sich ggf. auch als „Menüliste“, „Menüliste“, um weitere Schritte in Richtung Ökologie, Zukunftsfähigkeit Zukunftsfähigkeit und Komfortsteigerungen des Schulzentrums zu erreichen. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 99 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 4.3.3 Variantenbetrachtung Sanierung Energiezentrale Aufbauend der Ausführungen in den vorangegangenen Kapiteln wurden für die Sanierung der Energiezentrale die folgenden fünf Varianten hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit untersucht. Variante 1 – Nullvariante: Instandsetzung der bestehenden Zentrale Variante 2 – Installation eines Pelletkessels 150 kW mit Brennwertkessel Spitzenlastkessel und Redundanz bestehendem Gas Gas- Variante 3 – Gas-BHKW BHKW für das Schulzentrum mit bestehendem Gas-Brennwertkessel Gas Spitzenlastkessel und Redundanz (ohne Schwimmbadaufschaltung) Variante 4 – Gas-BHKW BHKW für Schulzentrum und Schwimmbad Gas-Brennwertkessel Brennwertkessel Spitzenlastkessel und Redundanz mit bestehendem Variante 5 – Gas-BHKW BHKW für Schulzentrum und Schwimmbad mit bestehendem Gas-Brennwertkessel Brennwertkessel Spitzenlastkessel und Redundanz optimie optimierte Auslegung 4.3.4 Kostenermittlung der TGATGA-Varianten Die TGA Kostenermittlung für die verschiedenen Sanierungsstufen der einzelnen Gebäude ist im Rahmen der oben beschrieben Schwachstellenanalyse tabellarisch erfolgt und in den Gesamtkostentabellen des Titels Tit 0 (in den 400er-Kosten Kosten nach DIN 276) enthalten. Die TGA-Kosten Kosten zur Instandhaltung, EnEVEnEV und EnerPhit-Variante Variante Gesamtwirtschaftlichkeit berücksichtigt. sind in der Für die unterschiedlichen Varianten der Sanierung der Energiezentrale wurden die Kosten ebenfalls tabellarisch zusammengestellt. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 100 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 4.4 Gesamtkostenbetrachtung Gesamtkostenbetrachtung Zusammenfassend lässt st sich für das Schulzentrum der Gemeinde Titz anhand der vorgenannten Parameter und der, unter den Sanierungsvarianten, jeweils vorgeschlagenen konkreten Aufbauten ein wirtschaftliches Optimum errechnen. Die Ergebnisse sind im Folgenden für die Einzelgebäude gegenübergestellt. Die hier eingefügten Grafiken stellen die Ergebnisse aus dem PHPP und dem Frankfurter Berechnungsmodell dar (die kompletten Tabellen sind im Anhang in CDCD-Form beigefügt). 4.4.1 Grundschule An der Grundschule wurden 4 Varianten untersucht: u • • • • Bestandssituation mit reiner Instandsetzung Energetische Sanierung nach EnEV 2014 inkl. Instandsetzung Energetische Sanierung nach EnerPHit inkl. inkl. Instandsetzung (inkl. erneutem Fensteraustausch) Energetische Sanierung mit Passivhauskomponenten inkl. Instandsetzung (wie EnerPHit unter Beibehalt der Fenster von 2010) Der nachfolgenden Grafik kann entnommen werden, dass der reine Heizwärmebedarf, Heizwärmebedarf im Vergleich zum heutigen Gebäudebestand, Gebäudeb bei einer EnEV 2014-Sanierung Sanierung um ca. 25 % reduziert und bei einer EnerPHit-Sanierung EnerPHit um bis zu 80 % sowie bei einer teilweisen Passivhauskomponenten-Sanierung Sanierung immerhin noch um bis zu 65 %. Heizwärmebedarf (Euro) 25000 20000 Istsituation 15000 EnEV 10000 EnerPHit PKK 5000 0 Abbildung 56 Variantenvergleich eich Heizwärmebedarf nach PHPP (Euro) RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 101 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Bei einem detaillierten Blick auf die Verteilung der Verlustraten ist zu erkennen, dass sich die Erhöhung richtig deutlich erst in der EnerPHit-Variante EnerPHit (sowie PHK) K) bemerkbar macht: Die Luftdichtigkeit in Kombination mit einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung (WRG) trägt wesentlich h zur Minimierung, auch der Lüftungswärmeverluste bei. In der EnEVEnEV Variante wurde lediglich mit einer reinen Abluftanlage gearbeitet. Lüftungs- und Transmissionswärmeverluste 250 200 150 Heizwärmebedarf 100 Solare und interne Gewinne 50 Verluste Gebäudehülle 0 Verluste Fenster Lüftungswärmeverluste Abbildung 57 Variantenvergleich Verteilung der LüftungsLüftungs und Transmissionswärmeverluste gegenüber den passiven Energiegewinnen nach PHPP [kWh/(m²a)] Auswertung der Gesamtkosten Anhand des Diagramms zu dem Variantenvergleich in den Gesamtkosten wird verdeutlicht, dass sich eine EnerPHit-Sanierung Sanierung im Vergleich zu den reinen Instandsetzungen Instands nicht rechnet. Hier würde, bei den vorgenommenen Parametern zur Energiepreisentwicklung, Energiepreisentwicklung in 25 Jahren, die Höhe der Einsparungen, unter denen der Instandsetzungsvariante, Instandsetzungsvariante lediglich bei -28.840 Euro liegen. Eine EnEV-Sanierung Sanierung würde sich gegenüber der reinen Instandsetzung rechnen, hier wäre die Einsparung gegenüber der Instandsetzungsvariante Instandsetzungsvariante bei insgesamt 493.700 Euro (siehe Zeile G3, Abbildung 60). Eine Sanierung mittels Passivhauskomponenten würde sich am deutlichsten rechnen, hier läge die Einsparung gegenüber der Instandsetzungsvariante nach 25 Jahren bei insgesamt 558.524 Euro. Bei einer Betrachtung über die 25 Jahre hinaus würde sich der Einsparungseffekt Einspa weiter verstärken. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 102 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz €/m²a 120 Gesamtkosten 100 Umweltfolgekosten Verwaltung+Versicherung Instandhaltungskosten Betriebsführungskosten Reinigungskosten Wasser-/Abwasserkosten Stromkosten Heizkosten Kapitalkosten 80 60 40 20 0 Instandsetzung EnEV EnerPHit PHK 0 Abbildung 58 Variantenvergleich der Gesamtkosten des Frankfurter Gesamtkostentools Gesamtk - Vergleichsgrafik (ausführliche (a Berechnung siehe CD) Die vorgenannte Grafik der Gesamtkosten geht davon aus, dass die Lüftungsanlage, die in der EnerPHit- und in der PHK-Variante PHK kalkuliert wird, eine durchschnittliche Lebensdauer von über 25 Jahren erfüllt. Dies ist unter den realen Bedingungen Bed auch durchaus chaus legitim, da in der Regel derartige haustechnische austechnische Einbauten eine deutlich längere Lebensdauer als in der DIN angenommen aufweisen. Geht man jedoch von einer Betrachtung nach reiner DIN aus, müsste die Lüftungsanlage nach 15 Jahren ausgetauscht sgetauscht werden (was in Hinsicht auf eine nachhaltige Bauweise kaum zu empfehlen ist). Unter Berücksichtigung eines Austausches nach 15 Jahren und entsprechender Erhöhung des kumulierten Instandhaltungsaufwandes Instandhaltun saufwandes entsteht die nachfolgende Gesamtkostenvers stenverschiebung, nach der sich nur noch eine reine EnEVEnEV Sanierung gegenüber der Instandsetzungsvariante rechnen würde (Einsparung (Einspar EnEV nach 25 Jahren: 232.812 Euro, Einsparung nach PHK-Komponenten: PHK -186.869 186.869 Euro). Im Hinblick auf die deutliche Verbesserung der Luftqualität Luftqualität und die damit verbundenen Erhöhungen der Leistungsfähigkeit von Schülern und Lehrern wäre jedoch der Einbau einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung sowie BeBe und Entlüftung dringend zu empfehlen. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 103 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Gesamtkosten €/m²a 120 100 Umweltfolgekosten Verwaltung+Versicherung Instandhaltungskosten Betriebsführungskosten Reinigungskosten Wasser-/Abwasserkosten Stromkosten Heizkosten Kapitalkosten 80 60 40 20 0 Instandsetzung EnEV EnerPHit PHK 0 Abbildung 59 Variantenvergleich der Gesamtkosten des Frankfurter Gesamtkostentools Gesamtk - Vergleichsgrafik (ausführliche (a Berechnung siehe CD) mit erhöhten Instandhaltungskosten aufgrund des kalkulierten Austausches der Lüftung nach 15 Jahren RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 104 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 60 Deckblatt Gesamtkostenberechnung Grundschule (siehe CD) RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 105 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 4.4.2 Hauptschule An der Hauptschule schule wurden 4 Varianten untersucht: • • • • Bestandssituation mit reiner Instandsetzung mit der derzeitigen Minimalnutzung von 100 Personen Bestandssituation mit reiner Instandsetzung unter Berücksichtigung einer Vollnutzung durch 360 Personen im Primus-Vollbetrieb Primus Energetische Sanierung nach EnEV 2014 inkl. Instandsetzung (Primus-Vollbetrieb) (Primus Energetische Sanierung nach EnerPHit inkl. Instandsetzung (Primus-Vollbetrieb) (Primus Der nachfolgenden Grafik kann entnommen werden, dass dass der reine Heizwärmebedarf im Vergleich zum Bestand, unter Vollnutzung der Primusschule, Primusschule bei einer EnEV 20142014 Sanierung um 60 % reduziert werden kann, bei einer EnerPHit-Sanierung Sanierung um bis zu 85 %. Heizwärmebedarf (Euro) 50000 40000 Bestand 30000 Primus 20000 EnEV EnerPHit2 10000 0 Abbildung 61 Variantenvergleich eich Heizwärmebedarf nach PHPP (Euro) Auch bei der Hauptschule wird bei einem detaillierten Blick auf die Verteilung (siehe Abbildung 62) der Verlustraten erkennbar, erkennbar dass die Luftdichtigkeit in Kombination mit einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung (WRG) wesentlich esentlich zur Minimierung, auch der Lüftungswärmeverluste beiträgt trägt. In der EnEV-Variante wurde auch hier lediglich mit einer reinen Abluftanlage gearbeitet. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 106 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Lüftungs- und Transmissionswärmeverluste 250 200 150 Heizwärmebedarf 100 Solare und interne Gewinne 50 Verluste Gebäudehülle 0 Verluste Fenster Lüftungswärmeverluste Abbildung 62 Variantenvergleich Verteilung der LüftungsLüftungs und Transmissionswärmeverluste gegenüber den passiven Energiegewinnen nach PHPP [kWh/(m²a)] Auswertung der Gesamtkosten Anhand des Diagramms zu dem Variantenvergleich in den Gesamtkosten wird verdeutlicht, dass sich die Betriebskosten durch die Implementierung der Primusschule deutlich erhöhen. In beiden Varianten, Bestand mit 100 Personen und Bestand (Primusschule) mit 360 Personen, wurden die reinen Instandhaltungskosten gerechnet. Die energetischen Sanierungsvarianten varianten werden mit der Primus-Vollnutzung Primus verglichen. Eine EnEV-Sanierung Sanierung würde sich gegenüber gegenüber der reinen Instandsetzung (Primus-Vollnutzung) (Primus rechnen, hier wäre die Einsparung nach 25 Jahren bei insgesamt 1.881.535 Euro (siehe Zeile G3, Abbildung 65). Eine Sanierung im EnerPHit--Standard würde sich am deutlichsten rechnen, hier läge die Einsparung gegenüber der Instandsetzungsvariante (Primus-Vollnutzung) Vollnutzung) nach 25 Jahren bei insgesamt 1.978.456 Euro. Bei einer Betrachtung über die 25 Jahre hinaus würde sich der Einsparungseffekt Einsparungseff weiter verstärken. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 107 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Gesamtkosten €/m²a 140 120 Umweltfolgekosten Verwaltung+Versicherung Instandhaltungskosten Betriebsführungskosten Reinigungskosten Wasser-/Abwasserkosten Stromkosten Heizkosten Kapitalkosten 100 80 60 40 20 0 Instandsetzung Primus EnEV EnerPHit 0 Abbildung 63 Variantenvergleich der Gesamtkosten des Frankfurter Gesamtkostentools Gesamtk - Vergleichsgrafik (ausführliche (a Berechnung siehe CD) Die vorgenannte Grafik der Gesamtkosten geht auch bei der Hauptschule davon aus, dass die Lüftungsanlage, die in der EnerPHitEnerPHit und in der PHK-Variante kalkuliert wurde, eine durchschnittliche Lebensdauer von über 25 Jahren erfüllt. Dies ist, ist, wie beschrieben, unter den realen ealen Bedingungen legitim, da in der Regel haustechnische haustechnische Einbauten eine deutlich längere Lebensdauer aufweisen. Geht man wieder von einer Betrachtung nach reiner DIN aus und kalkuliert den Austausch Aust der Lüftungsanlage nach 15 Jahren ein, entsteht die nachfolgende Gesamtkostenverschiebung, ostenverschiebung, nach der sich zwar immer noch beide Sanirungsvarianten rechnen würden, jedoch die EnEV-Sanierung deutlicher als die EnerPHit-Sanierung EnerPHit (Einsparung EnEV nach 25 Jahren: 1.549.496 Euro, Einsparung EnerPHit: EnerPHit 984.599 Euro). Im Hinblick auf die deutliche Verbesserung der Luftqualität und die damit verbundenen Erhöhungen der Leistungsfähigkeit von Schülern und Lehrern wäre jedoch auch hier der Einbau einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung sowie BeBe und Entlüftung E dringend zu empfehlen,, zumal das Einsparungspotential immer noch deutlich wäre gegenüber der reinen Instandhaltung. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 108 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Gesamtkosten €/m²a 140 120 Umweltfolgekosten Verwaltung+Versicherung Instandhaltungskosten Betriebsführungskosten Reinigungskosten Wasser-/Abwasserkosten Stromkosten Heizkosten Kapitalkosten 100 80 60 40 20 0 Instandsetzung Primus EnEV EnerPHit 0 Abbildung 64 Variantenvergleich der Gesamtkosten des Frankfurter Gesamtkostentools - Vergleichsgrafik (ausführliche Berechnung echnung siehe CD) mit erhöhten Instandhaltungskosten aufgrund des kalkulierten Austausches der Lüftung nach 15 Jahren RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 109 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 65 Deckblatt Gesamtkostenberechnung Hauptschule (siehe CD) RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 110 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 4.4.3 Turnhalle Grundschule An der Turnhalle der Grundschule schule wurden 4 Varianten untersucht: • • • • Bestandssituation mit reiner Instandsetzung Energetische Sanierung nach EnEV 2014 inkl. Instandsetzung Energetische Sanierung nach EnerPHit inkl. Instandsetzung mit Einbau einer hochdämmenden Vakuum-Isolationspaneel-Dämmung Vakuum Dämmung im Fußboden der Nebenräume Energetische Sanierung nach EnerPHit inkl. Instandsetzung mit Einbau einer PUR29Dämmung im Fußboden der Nebenräume Der nachfolgenden Grafik kann entnommen werden, dass der reine Heizwärmebedarf im Vergleich zum Bestand bei einer EnEV 2014-Sanierung 2014 lediglich um 35 % reduziert werden kann, bei einer EnerPHit-Sanierung Sanierung mit Vakuum-Isolationspaneel Isolationspaneel aber sehr deutlich um bis zu 73 % und unter Verwendung einer PUR-Dämmung PUR um bis zu 70 %. Heizwärmebedarf (Euro) 10000 8000 Bestand 6000 EnEV 4000 EnerPHIT (VIP) EnerPHit (PUR) 2000 0 Abbildung 66 Variantenvergleich eich Heizwärmebedarf nach PHPP (Euro) Auch bei der Turnhalle Grundschule Grundschule wird bei einem detaillierten Blick auf die Verteilung der Verlustraten (siehe Abbildung 67) erkennbar, dass die Luftdichtigkeit in Kombination mit einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung (WRG) wesentlich zur Minimierung, auch der Lüftungswärmeverluste beiträgt. In der EnEV-Variante EnEV wurde wie bisher lediglich mit einer reinen Abluftanlage gearbeitet. Im Hinblick auf die Verluste über die Gebäudehülle wird hier bereits ersichtlich, dass der Unterschied zwischen den Dämmstoffen in der EnerPHit-Sanierung insgesamt keine großen Auswirkungen rkungen hat. 29 PUR: Polyurethan RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 111 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Lüftungs- und Transmissionswärmeverluste 250 200 150 Heizwärmebedarf 100 Solare und interne Gewinne 50 Verluste Gebäudehülle 0 Verluste Fenster Lüftungswärmeverluste Abbildung 67 Variantenvergleich Verteilung der LüftungsLüftungs und Transmissionswärmeverluste gegenüber den passiven Energiegewinnen nach PHPP [kWh/(m²a)] Auswertung der Gesamtkosten Anhand des Diagramms zu dem Variantenvergleich in den Gesamtkosten wird verdeutlicht, dass sich alle drei energetischen Sanierungs-Varianten Sanierungs gegenüber der Bestands-Variante Bestands mit reiner Instandsetzung rechnen würden. Eine EnEV-Sanierung Sanierung würde gegenüber der reinen Instandsetzung eine Einsparung nach 25 Jahren von insgesamt 318.869 Euro (siehe Zeile G3, Abbildung 70) erwirken. Eine Sanierung im EnerPHit--Standard mit einer hochwertigen VIP-Dämmung Dämmung würde sich gegenüber der EnEV-Variante Variante rechnen, jedoch würde sie sich mit einer Einsparung von 364.869 Euro im m direkten Vergleich mit der EnerPHit-Variante Variante mit PUR-Dämmung PUR aufgrund der höheren Investitionskosten nicht lohnen. Die Einsparung bei der EnerPHitEnerPHit Sanierung mit PUR-Dämmung Dämmung brächte die größte Einsparung mit 404.980 Euro nach 25 Jahren gegenüber der Instandsetzungsvariante ndsetzungsvariante. Bei einer Betrachtung über die 25 Jahre hinaus würde sich der Einsparungseffekt weiter verdeutlichen. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 112 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz €/m²a 140 Gesamtkosten 120 Umweltfolgekosten Verwaltung+Versicherung Instandhaltungskosten Betriebsführungskosten Reinigungskosten Wasser-/Abwasserkosten Stromkosten Heizkosten Kapitalkosten 100 80 60 40 20 0 Instandsetzung EnEV PHK VIP PHK PUR 0 Abbildung 68 Variantenvergleich der Gesamtkosten des Frankfurter Gesamtkostentools Gesamtk - Vergleichsgrafik (ausführliche (a Berechnung siehe CD) Auch bei der Turnhalle Grundschule müsste man nach reiner Betrachtung nach DIN von einem Austausch der Lüftungsanlage nach 15 Jahren ausgehen. Da der Einsparungseffekt der EnerPHit-Variante Variante jedoch sehr hoch ist, würde sich hier selbst in diesem Falle die größte Einsparung insparung ergeben, so dass diese Sanierung an der Turnhalle Grundschule in jedem Falle empfohlen werden kann. €/m²a 140 Gesamtkosten 120 Umweltfolgekosten Verwaltung+Versicherung Instandhaltungskosten Betriebsführungskosten Reinigungskosten Wasser-/Abwasserkosten Stromkosten Heizkosten Kapitalkosten 100 80 60 40 20 0 Instandsetzung EnEV PHK VIP PHK PUR 0 Abbildung 69 Variantenvergleich der Gesamtkosten des Frankfurter Gesamtkostentools - Vergleichsgrafik (ausführliche (a Berechnung siehe CD) mit erhöhten Instandhaltungskosten aufgrund des kalkulierten Austausches der Lüftung nach 15 Jahren RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 113 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 70 Deckblatt att Gesamtkostenberechnung Turnhalle Grundschule Grund (siehe CD) RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 114 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 4.4.4 Turnhalle Hauptschule An der Turnhalle der Hauptschule Haupt wurden ebenfalls 4 Varianten wie bei der Turnhalle Grundschule untersucht: • • • • Bestandssituation mit reiner Instandsetzung Energetische Sanierung nach EnEV 2014 inkl. Instandsetzung Energetische Sanierung nach EnerPHit inkl. Instandsetzung, Instandsetzung mit Einbau einer hochdämmenden Vakuum-Isolationspaneel-Dämmung Vakuum Dämmung im Fußboden der Nebenräume Energetische Sanierung nach EnerPHit inkl. Instandsetzung, mit Einbau einer PUR30Dämmung im Fußboden der Nebenräume Der nachfolgenden Grafik kann entnommen werden, dass sich der reine Heizwärmebedarf im Vergleich zum Bestand etwas stärker als bei der Turnhalle Grundschule reduzieren lässt, da hier auch die Fläche der Halle im Fußboden bei einer Sanierung gedämmt werden kann, bei einer EnEV 2014-Sanierung 2014 läge die Einsparung bei 40 %, im Falle einer EnerPHit-Sanierung Sanierung mit Vakuum-Isolationspaneel Vakuum deutlich höher, bei bis zu 80 % und unter Verwendung einer PUR--Dämmung bei bis zu 76 %. Heizwärmebedarf (Euro) 12000 10000 Bestand 8000 EnEV 6000 EnerPHIT (VIP) 4000 EnerPHit (PUR) 2000 0 Abbildung 71 Variantenvergleich eich Heizwärmebedarf nach PHPP (Euro) Auch bei der Turnhalle Hauptschule Haupt wird, bei einem detaillierten Blick auf die Verteilung der Verlustraten (siehe Abbildung 72), erkennbar, dass die Luftdichtigkeit in Kombination mit einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung Wärm (WRG) zur Minimierung, auch der Lüftungswärmeverluste gswärmeverluste beiträgt. In der EnEV-Variante EnEV wurde, wie bei allen Bauten, lediglich mit einer reinen Abluftanlage gearbeitet. 30 PUR: Polyurethan RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 115 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Lüftungs- und Transmissionswärmeverluste 300 250 200 150 Heizwärmebedarf 100 Solare und interne Gewinne 50 Verluste Gebäudehülle 0 Verluste Fenster Lüftungswärmeverluste Abbildung 72 Variantenvergleich Verteilung der LüftungsLüftungs und Transmissionswärmeverluste gegenüber den passiven Energiegewinnen nach PHPP [kWh/(m²a)] Auswertung der Gesamtkosten Anhand des Diagramms zu dem Variantenvergleich in den Gesamtkosten wird verdeutlicht, dass sich auch hier alle drei energetischen Sanierungs-Varianten Sanierungs Varianten gegenüber der BestandsBestands Variante mit reiner Instandsetzung rechnen würden. Eine EnEV-Sanierung Sanierung würde gegenüber der reinen Instandsetzung eine Einsparung nach 25 Jahren von insgesamt 341.083 Euro (siehe Zeile G3, Abbildung 75)) bewirken. be Eine Sanierung im EnerPHit--Standard mit einer hochwertigen VIP-Dämmung Dämmung würde sich gegenüber der EnEV-Variante Variante rechnen, jedoch würde sie sich mit einer Einsparung von 633.189 Euro gegenüber dem direkten Vergleich mit der EnerPHit-Variante Variante mit PURPUR Dämmung aufgrund der höheren Investitionskosten nicht lohnen. Die Einsparung bei der EnerPHit-Sanierung mit PUR--Dämmung Dämmung brächte die größte Einsparung mit 667.294 Euro nach 25 Jahren gegenüber enüber der Instandsetzungsvariante. Bei einer Betrachtung über die 25 Jahre hinaus würde sich der Einsparungseffekt Einspa weiter verstärken. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 116 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 180 Gesamtkosten 160 €/m²a 140 Umweltfolgekosten Verwaltung+Versicherung Instandhaltungskosten Betriebsführungskosten Reinigungskosten Wasser-/Abwasserkosten Stromkosten Heizkosten Kapitalkosten 120 100 80 60 40 20 0 Instandsetzung EnEV PHK VIP PHK PUR Variante 5 Abbildung 73 Variantenvergleich der Gesamtkosten des Frankfurter Gesamtkostentools Gesamtk - Vergleichsgrafik (ausführliche (a Berechnung siehe CD) Auch bei der Turnhalle Grundschule müsste man nach reiner Betrachtung nach DIN von einem Austausch der Lüftungsanlage nach 15 Jahren Jahre ausgehen. Da der Einsparungseffekt der EnerPHit-Variante Variante jedoch sehr hoch ist, würde sich hier selbst in diesem Falle die größte Einsparung ergeben, so dass diese Sanierung an der Turnhalle Grundschule in jedem Falle empfohlen werden kann. 180 Gesamtkosten 160 €/m²a 140 Umweltfolgekosten Verwaltung+Versicherung Instandhaltungskosten Betriebsführungskosten Reinigungskosten Wasser-/Abwasserkosten Stromkosten Heizkosten Kapitalkosten 120 100 80 60 40 20 0 Instandsetzung EnEV PHK VIP PHK PUR Variante 5 Abbildung 74 Variantenvergleich der Gesamtkosten des Frankfurter Gesamtkostentools Gesamtk - Vergleichsgrafik (ausführliche (a Berechnung siehe CD) mit erhöhten Instandhaltungskosten aufgrund des kalkulierten Austausches der Lüftung nach 15 Jahren RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 117 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 75 Deckblatt Gesamtkostenberechnung Turnhalle Hauptschule (siehe CD) RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 118 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 4.5 Energiezentrale Für die verschiedenen Varianten der Sanierung der Energiezentrale wurde eine Gesamtkostenbetrachtung auf Basis des Frankfurter Models und mit den in den vorangehenden Kapiteln aufgezählten Rahmenbedingungen durchgeführt. Nachfolgend sind die spezifischen mittleren jährlichen Gesamtkosten der untersuchten Wärmeversorgungsvarianten dargestellt. jährl. mittlere Gesamtkosten 160.000 140.000 120.000 100.000 80.000 60.000 40.000 20.000 0 Var2 Var1 Kapitalkosten Var 3 Var 4 Var 5 mittlere Betriebskosten Ohne Schwimmbad Var 1 Instandsetzung zung Var 2 Pellet Var 3 BHKW (klein) mit Schwimmbad Var 4 BHKW (groß) Var 5 BHKW (groß optimiert) Abbildung 76 Übersicht Ergebnis der Wirtschaftlichkeitsberechnung unterschiedlicher Wärmeversorgungsvarianten RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 119 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz In der folgenden Tabelle ist zusammengestellt, wie sich die mittleren jährlichen Gesamtkosten der einzelnen Varianten aus Kapitalkosten und mittleren Betriebskosten Betrieb (Verbrauchskosten + Instandhaltungskosten) zusammensetzen. Var1 Var2 Var 3 Var 4 Var 5 84.523 246.675 158.673 226.672 226.672 4.854 14.166 9.112 13.017 13.017 Baukosten Kapitalkosten € €/a Heizkosten Stromkosten Wärmeerlöse Instandhaltungskosten €/a €/a €/a €/a 21.086 30.645 19.774 30.645 22.850 27.467 9.534 19.581 heutige Betriebskosten €/a mittlere Betriebskosten €/a 61.265 109.142 jährl. mittl. Gesamtkosten €/a 113.996 15.051 59.119 -991 -20.832 21.570 59.168 -2.569 -20.832 21.570 70.000 120.248 65.368 113.949 58.866 98.506 57.337 95.660 134.414 123.062 111.523 108.677 *) Gutschrift für Wärmelieferung an das Schwimmbad Abbildung 77 Übersicht Ergebnis der Wirtschaftlichkeitsberechnung unterschiedlicher Wärmeversorgungsvarianten Es wird deutlich, dass sich die Varianten mit einem großen BHKW unter Einbeziehung des Schwimmbades, als die wirtschaftlichsten Varianten darstellen. Der Einsatzes nsatzes eines kleine BHKWs (ohne Einbeziehung des Schwimmbades) oder eines Pelletkessels lässt sich gegenüber der Variante 1 (nur Instandsetzung) nicht wirtschaftlich darstellen. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 120 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 4.5.1 Sensitivität „Energiepreissteigerung“ Um die Auswirkungen der Entwicklung der Energiepreise auf die Wirtschaftlichkeit der einzelnen Wärmeversorgungsvarianten zu ermitteln, wurde eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt. 180.000 Ohne Schwimmbad Var 1 Instandsetzung mittlere Gesamtkosten €/a 160.000 140.000 120.000 Var 2 Pellet 100.000 Var 3 BHKW klein 80.000 60.000 mit Schwimmbad Var 4 BHKW Groß 40.000 20.000 0 Energiepreissteig. 6,5 % Var1 Var 2 Energiepreissteig 5 % Var3 Var 4 Var 5 Var1 mittlere Gesamtkosten €/a Energiepreissteig. 6,5 % Energiepreissteig 5 % Energiepreissteig 3,5 % Energiepreissteig 3,5 % Var 2 135.746 113.996 96.855 155.613 134.415 117.708 Var3 Var 5 BHKW groß optimiert Var 4 144.217 123.062 106.390 Var 5 127.204 111.523 99.165 123.715 108.677 96.826 Abbildung 78 Veränderung der mittleren jährlichen Gesamtkosten für verschiedene Varianten der Energiezentrale bei unterschiedlichen Energiepreisentwicklungen Die Ergebnisse zeigen, dass selbst bei einer Energiepreissteigerung von nur 3,5 % die Variante 5 (großes BHKW mit Einbindung Schwimmbad) gleich auf liegt mit der reinen Instandsetzungsvariante. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 121 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 4.5.2 Emissionsbetrachtung und Primärenergiebetrachtung der Varianten Varianten Neben reinen wirtschaftlichen Gesichtspunkten sollten auch ökologische Gesichtspunkte bei der Entscheidung über die zu wählende Energieversorgungsvariante nicht unbeachtet bleiben. Die ökologische Qualität einer Variante lässt sich zum einen über die zu erwartenden CO2 Emissionen und zum andern über den eingesetzten Primärenergiebedarf bewerten. In den folgenden Grafiken sind die zu erwartenden CO2 Emissionen und der Primärenergiebedarf der einzelnen Varianten gegenübergestellt. CO2 Emissionen in kg/a 250.000 200.000 150.000 100.000 50.000 0 Var1 Var2 Var3 Var4 Var5 -50.000 -100.000 Gas Pellet CO2 Emissionen kg/a Strom Var1 Gas Pellet Strom eingesp. Wärme Schwimmb. Summe eingesp. Wärme Schwimmb. Var2 82.368 Var3 Summe Var4 Var5 89.258 230.933 231.124 91.800 24.711 8.814 91.800 82.280 -23.800 -77.500 -38.760 -77.500 174.168 125.325 171.538 129.633 114.864 Ohne Schwimmbad Var 1 Instandsetzung Var 2 Pellet Var 3 BHKW (klein) mit Schwimmbad Var 4 BHKW (groß) Var 5 BHKW (groß optimiert) Abbildung 79 CO2-Emissionen Emissionen der Versorgungsvarianten RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 122 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Hinsichtlich der CO2-Emissionen Emissionen liegt die Variante großes BHKW optimiert leicht vor der Pelletvariante. Primärenergiebedarf kWh/a 1.200.000 1.000.000 800.000 600.000 400.000 200.000 0 Var1 Var2 Var3 Var4 Var 5 -200.000 -400.000 -600.000 Gas Pellet PE Bedarf kWh/a Var1 Gas Pellet Strom eingesp. Wärme Schwimmb. Summe 362.421 Strom eingesp. Wärme Schwimmb. Var2 Var3 Var4 Summe Var 5 392.737 1.016.105 1.016.947 351.000 108.726 50.368 351.000 314.600 -91.000 -341.000 -148.200 -341.000 713.421 510.094 707.337 584.105 527.747 Ohne Schwimmbad Var 1 Instandsetzung Var 2 Pellet Var 3 BHKW (klein) mit Schwimmbad Var 4 BHKW (groß) Var 5 BHKW (groß optimiert) Abbildung 80 Primärenergiebedarf der Versorgungsvarianten Hinsichtlich des Primärenergieeinsatzes liegt die Pelletvariante vorne, gefolgt von der den Varianten mit großem BHKW. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 123 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 5 Handlungsempfehlungen,, Zeitschiene Handlungsempfehlungen 5.1 Ausgangslage Bindende Vorgaben für eine Sanierungsabfolge Sanierungsabfolge sind vor allem in dem dringenden Instandsetzungsbedarf festzustellen. Wichtigstes Wich Kriterium hierbei ist es,, einen Ausfall der Haustechnik zu vermeiden. Als zweites Kriterium sind der laufende Betrieb der Schulen S sowie die Hallennutzungen auch während einer Umbauzeit zu gewährleisten. Als drittes Kriterium stellt sich schließlich die Frage des Sanierungsstandards, Sanierungsstandards gemäß den vorgenannten Ausführungen. Hierbei sind die nachfolgenden Vorüberlegungen zu treffen. • • • • • • Entscheidung des Gemeinderates zur Durchführung und Festlegung eines Rahmenbudgets zur Feinoptimierung aller Sanierungsmaßnahmen Festlegung Sanierungsniveau Gebäudehülle Festlegung Sanierungsniveau Haustechnik unter Entscheidung des zukünftigen Umganges mit der Schwimmhalle Schwim Feinjustieren der Technik Akquirierung von Fördergeldern dergeldern Bildung von Bauabschnitten RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 124 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 5.2 Handlungsempfehlungen Aufgrund der Einzelbetrachtungen der Gebäude war zu ersehen, dass sich in allen Gebäuden über eine reine Instandsetzung hinaus eine energetische Sanierung rechnet, jedoch auch, dass nicht für jeden Baukörper der gleiche Standard gleich wirtschaftlich ist. Ohnehin erforderliche Instandsetzungsmaßnahmen und zu behebende Mängel sowie einige technische Sanierungsmaßnahmen Sanierungsmaßnahme sind weitgehend hend unschädlich in Bezug auf noch nicht festgelegte Gebäudezukunftsstrategien Gebäudezukunftsst (EnEV/ EnEV/ EnerPHit/ Passivhauskomponenten). Passivhauskomponenten Diese sind, z. B. bei der Haustechnik, Haustechnik die bestehenden Kesselanlagen, Verteilungen und die Regelung sowie im Hochbau die Brandschutzsanierungen Brandschutzsanierungen sowie der Mensaausbau (dies sind sogenannte Sowieso-Kosten). Sowieso Jedoch ist im Hinblick auf die vorangeschrittene Implementierung der Primusschule und die damit verbundenen zukünftigen Betriebskosten eine zeitnahe Entscheidung zu einer energetischen Sanierung nierung sinnvoll. Bei der Entscheidung zum energetischen Standard an der Grundschule steht vorrangig die Überlegung berlegung nach dem Umgang mit dem Thema Gebäudelüftung. Wie in den Gesamtkostenberechnungen ersichtlich war, war rechnet sich der Einbau einer Lüftungsanlage Lüftungsanl mit Wärmerückgewinnung rein wirtschaftlich nur bei einer Lebensdauer über 25 Jahren. Wie beschrieben ist diese Annahme durchaus realistisch, jedoch ist die wirtschaftliche Betrachtung nach DIN nicht außeracht zu lassen. Aus den Gründen der Luftqualität wäre allerdings eine ausschließlich wirtschaftliche Betrachtungsweise nicht wirklich angebracht. Die gleiche Entscheidung ist bei der Hauptschule zu treffen, wenn auch nicht in der Konsequenz wie bei der Grundschule, da hier in jedem Fall von einem deutlichen Einsparungspotential ausgegangen werden kann. Bei den beiden Turnhallen hat die Entscheidung zur Sanierung im EnerPHit-Standard EnerPHit keine Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit bei einem Ausfall der Lüftungsanlage. Auf Basis der Wirtschaftlichkeitsberechnung und der ökologischen Bewertung ergeben sich folgende Empfehlungen, abhängig davon, welche Entscheidung Entscheidung über die Zukunft des Schwimmbades gefällt wird. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 125 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Haustechnik Option 1: Entscheidung propro-Schwimmbad Das Schwimmbad bleibt mittelmittel bis langfristig erhalten: gemeinsame Zentrale von Schule und Schwimmbad mit BHKW und Spitzenlastkessel (Brennwertkessel) Option 2: Entscheidung gegen des Schwimmbads den mittel- bis langfristigen Erhalt Weiterbetrieb des Kessels in der Sanierungsphase Je nach Gesetzeslage (EEWärmeG) und politischen Vorgaben der Gemeinde (Klimaschutzziele) Ergänzung der Zentrale um einen Pelletkessel Für die weitere Planung zu der Energiezentrale sind folgende Fragen zu klären Zukunft Schwimmbad Rechtliche Rahmenbedingungen WärmeWärme und Schwimmbad Stromlieferung von Schule an Festlegung Sanierungsniveau Gebäudehülle (Schulzentrum, Schwimmbad) Grundschule Aus Gründen der Behaglichkeit und unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit empfehlen wir die Sanierung der Grundschule mit den Passivhauskomponenten unter Beibehalt der Fenster aus dem Jahre 2010. Im Vergleich zum Bestand kann bei dieser Sanierungsvariante der Heizwärmebedarf von derzeit 149,4 kWh/(m²a) auf 40,8 kWh/(m²a) reduziert werden. Der Primärenergiebedarf sinkt dabei von 182,1 kWh/(m²a) auf 60,3 kWh/(m²a). Insgesamt werden die CO2Emissionen von 41,4 kg/(m²a) auf 13,7 kg/(m²a) reduziert. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 126 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Grundschule Standard Altbau sanierungsbedürftig (Abriss) < 30 Standard < 15 Niedrigenergiehaus 0 Niedrigenergiehaus Passivhaus EnerPHit/EnerPHit i A+++ A++ A+ Niedrigstenergiehaus Energieeffizienzklassen nach EnEV 2014, Anlage 10 Endenergieverbrauch Wärme in kWh/(m²a) Nullenergiehaus Plusenergiehaus Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz A B C D E F G H < 50 < 75 < 100 < 130 < 160 < 200 < 250 > 250 41 149 Abbildung 81 Energieeffizienzklasse EnerPHit-sanierte EnerPHit Grundschule Hauptschule Aus Gründen der Behaglichkeit und unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit empfehlen wir die Sanierung erung der Hauptschule im EnerPHit-Standard. EnerPHi Hauptschule Primus Niedrigenergiehaus Niedrigenergiehaus Standard Standard Altbau sanierungsbedürftig (Abriss) A+ A B C D E F G H < 30 < 50 < 75 < 100 < 130 < 160 < 200 < 250 > 250 Passivhaus EnerPHit/EnerPHit i A+++ A++ 0 Niedrigstenergiehaus Energieeffizienzklassen nach EnEV 2014, Anlage 10 Endenergieverbrauch Wärme in kWh/(m²a) Nullenergiehaus Plusenergiehaus Im Vergleich Vergleich zum Bestand kann bei dieser Sanierungsvariante der der Heizwärmebedarf von 190 kWh/(m²a) im PrimusPrimus-Vollnutzungsfall auf 23,9 kWh/(m²a) reduziert reduziert werden. Der Primärenergiebedarf sinkt dabei von 234,2 kWh/(m²a) auf 37,1 kWh/(m²a). kWh/(m²a). Insgesamt werden die CO2-Emissionen von 53,2 kg/(m²a) auf 8,4 kg/(m²a) reduziert. < 15 24 190 Abbildung 82 Energieeffizienzklasse nzklasse EnerPHit-sanierte EnerPHit Hauptschule RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 127 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Turnhalle Grundschule Aus Gründen der Behaglichkeit und unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit empfehlen wir die Sanierung der Turnhalle Grundschule im EnerPHIt-Standard EnerPHIt Standard mit PURPUR Dämmung. Turnhalle Grundschule Standard Altbau sanierungsbedürftig (Abriss) < 30 Standard < 15 Niedrigenergiehaus 0 Niedrigenergiehaus Passivhaus EnerPHit/EnerPHit i A+++ A++ A+ Niedrigstenergiehaus Energieeffizienzklassen nach EnEV 2014, Anlage 10 Endenergieverbrauch Wärme in kWh/(m²a) Nullenergiehaus Plusenergiehaus Im Vergleich zum Bestand kann bei dieser Sanierungsvariante der der Heizwärmebedarf von derzeit 190,3 kWh/(m²a) auf 34,0 kWh/(m²a) reduziert reduziert werden. Der Primärenergiebedarf sinkt dabei von 243,2 kWh/(m²a) auf 61,6 kWh/(m²a). kWh/(m²a). Insgesamt werden die CO2Emissionen von 55,3 kg/(m²a) auf 14,0 kg/(m²a) reduziert. A B C D E F G H < 50 < 75 < 100 < 130 < 160 < 200 < 250 > 250 34 190 Abbildung 83 Energieeffizienzklasse EnerPHit-sanierte EnerPHit Turnhalle Grundschule Turnhalle Hauptschule Aus Gründen der Behaglichkeit und unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit empfehlen wir die Sanierung der Turnhalle Hauptschule im EnerPHIt-Standard EnerPHIt Standard mit PURPUR Dämmung. Im Vergleich zum Bestand kann bei dieser Sanierungsvariante der der Heizwärmebedarf von derzeit 220,1 kWh/(m²a) auf 32,0 kWh/(m²a) reduziert reduziert werden. werden. Der Primärenergiebedarf sinkt dabei von 286,0 kWh/(m²a) auf 66,9 kWh/(m²a). kWh/(m²a). Insgesamt werden die CO2Emissionen von 65,0 kg/(m²a) auf 15,2 kg/(m²a) reduziert. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 128 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Turnhalle Hauptschule Standard Altbau sanierungsbedürftig (Abriss) < 30 Standard < 15 Niedrigenergiehaus 0 Niedrigenergiehaus Passivhaus EnerPHit/EnerPHit i A+++ A++ A+ Niedrigstenergiehaus Energieeffizienzklassen nach EnEV 2014, Anlage 10 Endenergieverbrauch Wärme in kWh/(m²a) Nullenergiehaus Plusenergiehaus Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz A B C D E F G H < 50 < 75 < 100 < 130 < 160 < 200 < 250 > 250 32 220 Abbildung 84 Energieeffizienzklasse EnerPHit-sanierte EnerPHit Turnhalle Hauptschule RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 129 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 5.3 Eigenkapitaleinsatz Unter Berücksichtigung der beschriebenen Fördermittel im Bereich der d EnerPHitSanierungen entstehen für die gesamte Baumaßnahme (ohne (ohne Berücksichtigung der Mehrkosten für die Sanierung der Kesselzentrale unter Einbindung des Schwimmbades) je nach Sanierungsvariante variante unterschiedliche Kapitalaufwendungen, K die in der nachfolgenden Grafik zusammengefasst werden (Eigenkapital, nach Abzug der angenommenen Fördermittel). Eigenkapitaleinsatz (€) ( 6000000 5000000 4000000 3000000 2000000 1000000 0 Eigenkapitaleinsatz TH Grundschule Eigenkapitaleinsatz TH Hauptschule Eigenkapitaleinsatz Grundschule Eigenkapitaleinsatz Hauptschule Abbildung 85 Eigenkapitaleinsatz in Euro für die Gesamtbaumaßnahme nach Sanierungsstandard Die zuvor genannten Sanierungsempfehlungen würden für alle Gebäude insgesamt zu heutigen Preisen Investitionskosten von 5.184.346 Euro erfordern. Abzüglich der möglichen Fördermittel in Höhe von insgesamt 647.994 Euro würde der Eigenkapitaleinsatz bei 4.536.352 4.536.352 Euro liegen. Die jährlichen Gesamtkosten, die für den jeweiligen Kapitaldienst, die mittleren Betriebskosten sowie die Umweltfolgekosten Umweltfol anfallen, würden, gemäß der nachfolgenden Grafik, bei der Sanierung im EnerPHit-Standard EnerPHit Standard bzw. mit Passivhauskomponenten am geringsten ausfallen, mit jährlich im Mittel 589.817 Euro gegenüber 734.188 Euro im im Fall einer lediglich instandgesetzten Primusschule Primusschule auf dem ansonsten energetisch derzeitigem Niveau. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 130 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Jährliche Gesamtkosten (€/a) ( 800000 700000 600000 500000 400000 300000 200000 100000 0 Gesamtkosten €/a TH Grundschule Gesamtkosten €/a TH Hauptschule Gesamtkosten €/a Grundschule Gesamtkosten €/a Hauptschule Abbildung 86 jährliche mittlere Gesamtkosten für die Gesamtbaumaßnahme nach Sanierungsstandard Hieraus folgend würden die Einsparungen gegenüber der reinen instandgesetzten PrimusPrimus Vollnutzungsvariante nach 25 Jahren Betrachtungszeitraum im empfohlenen Sanierungsstandard mittels EnerPHit Sanierung EnerPHit-Sanierung beziehungsweise mittels Passivhauskomponenten am höchsten ausfallen, ausfallen mit insgesamt 3.609.254 Euro. Euro Einsparung nach 25 Jahren 4000000 3500000 3000000 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 0 -500000 Einsparung (nach Abzug Kapitaleinsatz) TH Grundschule Einsparung (nach Abzug Kapitaleinsatz) TH Hauptschule Einsparung (nach Abzug Kapitaleinsatz) Grundschule EnEV EnerPHit (THs: VIP) EnerPHit (THs: PUR)/PHK Einsparung (nach Abzug Kapitaleinsatz) Hauptschule Abbildung 87 Einsparung nach 25 Jahren nach Sanierungsstandard S RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 131 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Zusammenfassung Sanierung der Hauptschule sowie der Turnhallen im EnerPHit-Standard EnerPHit Sanierung der Grundschule mit Passivhauskomponenten: Investitionskosten gesamt, Instandsetzung + Energetische Energetisch Sanierung abzüglich Fördermittel 5.184.346 Euro -647.994 Euro Investitionskosten gesamt mt (Eigenkapital) 4.536.352 Euro abzüglich reine Instandsetzungskosten Instandsetzungsk Primus (=„Sowieso-Kosten“) 2.172.939 Euro Investitionskosten Energetische Sanierung EnerPHit/PKK EnerPHit/PKK 2.363.413 2.363.413 Euro Einsparung in 25 Jahren durch Senkung Betriebskosten 3.609.254 3.609.254 Euro Reingewinn aus rein Energetischer Sanierung 1.245.841 1.245.841 Euro RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Seite 132 / 156 Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 5.4 Zeitplan Sanierungsschritte, Empfehlung Abbildung 88 vorgeschlagener Zeitpan der baulichen Umsetzung RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 133 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Der vorliegende Zeitplan definiert eine mögliche zeitliche Abfolge einer baulichen Umsetzung dieser Machbarkeitsstudie unter Berücksichtigung der beschriebenen baulichen und gebäudetechnischen etechnischen Sanierungsschritte. Grundsätzliche Voraussetzung ist, wie beschrieben, die Gewährleistung des laufenden Schulbetriebes, die Ertüchtigung der Gebäudetechnik, um einen Ausfall zu vermeiden, sowie das entscheidende Zwischenziel, den Übergang des ersten Primus-Schuljahrganges Primus Schuljahrganges in das Gebäude der Hauptschule im Sommer 2018 zu gewährleisten. Nachfolgend werden die wichtigsten Meilensteine noch einmal aufgeführt: Grundschulzeit 1. Jahrgang PrimusPrimus-Schule 08.2014 – 07.2018 Entscheidung des Gemeinderates nderates zur baulichen Umsetzung - Ende 12.2014 Entscheidung des Gemeinderates zur Schwimmhalle - Ende 3. Quartal 2015 Grundlegender Planungszeitraum 01.2015 – 06.2015 Instandsetzungsarbeiten 06.2015 – 10.2016 EnerPHit-Sanierung Sanierung Hauptschule 11.2016 1.2016 – 10.2017 EnerPHit-Sanierung Sanierung Turnhalle Hauptschule 10.2017 – 05.2018 Hauptschulzeit 1. Jahrgang PrimusPrimus-Schule ab 08.2018 EnerPHit-Sanierung Sanierung Turnhalle Grundschule 07.2018 – 01.2019 PHK-Sanierung Grundschule 02.2019 – 12.2019 RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 134 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 5.5 Nutzerinformation Nutzerinformation Aus der Erfahrung mit vergleichbaren Baumaßnahmen, maßnahmen, beispielsweise der energetischen Sanierung des Gymnasiums Baesweiler, ist abzuleiten,, dass der grundsanierte Zustand im hochenergetischen chen Bereich eine Nutzerinformation erfordert, im Rahmen derer die Nutzer, Nutzer in diesem Falle sowohl Lehrer als auch Schüler, im Umgang mit den neuen HeizHeiz und Lüftungstechniken eines Gebäudes vertraut gemacht werden. Im Zuge dieser Schulung kann der Umgang mit einer Fensterlüftung, die auch weiterhin weiterhin in einem EnerPHit-Haus EnerPHit durchgeführt werden kann, jedoch nicht zwingend erforderlich ist, ist, erläutert werden. werden Für ein besonders luftdichtes und hochwärmegedämmtes Haus ist es in besonderer Weise ineffizient, Fenster in einer Dauerkippstellung zu halten. en. Genauso bedarf es des bewussten Umganges mit Eingangstüren, die bei unnötiger Daueröffnung gerade im effizientesten Haus einen relativ hohen Wärmeverlust auslösen. auslösen Ebenfalls sollte gegebenenfalls der Umgang mit einer, eventuell automatisierten, Lichtsteuerung erläutert werden. Eine Nutzerschulung ist ebenfalls zudem sinnvoll, um die Hochfahrzeiten von Lüftung und Heizung zu optimieren sowie die Einstellung von Sonnenschutzanlagen. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 135 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 6 Gestalterische Umsetzung – Varia Varianten Die nachfolgenden Graphiken zeigen anhand einer Perspektive des Gebäudes der Hauptschule, wie die gestalterische Umsetzung der energetischen Sanierungsempfehlungen dieser Studie aussehen könnte. Wie bereits beschrieben, wurde für diejenigen Gebäudeteile, die der erhöhten Nutzungsbeanspruchung eanspruchung ausgesetzt sind, mit Vorhangfassaden gearbeitet. In I dieser Variante optisch umgesetzt in Form einer Lochblechfassade, die den Gebäuden eine leichtere Anmutung verleit, als die bestehende Klinkerfassade. Die höher liegenden lie Fassaden wurden mit einem WDVS gestaltet. Das farbliche Konzept orientiert sich dabei an den bestehenden Klinker-Farbtönen, Klinker wobei hier auch die Freiheit genutzt utzt wurde, dem „neuen“ Schulzentrum ein verändertes Gesicht zu geben. en. Ziel dabei war es, die Zukunftsorientierung der neuen Primusschule in einen neuen, freundlichen Gesamteindruck des Gebäudes zu übertragen. übertragen Abbildung 89 Entwurf einer gestalterischen Umsetzung der Baumaßnahme Die zweite Ansichtsvariante spielt mitt größeren Lochblechanteilen in den Kopfansichten des Gebäudes. Bei den Entwürfen handelt es sich um erste Design-Studien. Design Genauere gestalterische Konzeptionen würden in der Entwurfsplanung der baulichen Umsetzung untersucht werden. RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 136 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 90 Entwurfsvariante einer gestalterischen Umsetzung RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 137 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 7 Verzeichnis Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 Logo der Gemeinde................................................................ ................................................ 1 Abbildung 2 Aufnahmen Titel ................................................................ ..................................................... 1 Abbildung 3 Luftbild ............................................................................................... ................................ ............................... 10 Abbildung 4 Organigramm des Gebäudebestands mit Baujahrübersicht ...................... 13 Abbildung 5 Lageplan Genehmigungsplanung 1975, Scan, Quelle: (Archiv Gemeinde Titz)................................................................ ........................................................................................ ........................ 15 Abbildung 6 Wandaufbauten Bestand Grundschule .................................................... ................................ 16 Abbildung 7 Bodenplattenaufbauten Bestand Grundschule ......................................... ................................ 17 Abbildung 8 Dachaufbauten Bestand Grundschule ..................................................... ................................ 18 Abbildung 9 Wärmeverluste Bestand Grundschule................................ Grundschule...................................................... 19 Abbildung 10 Wärmegewinne Bestand Grundschule .................................................. ................................ 20 Abbildung 11 Energieeffizienzklasse Bestand Grundschule (nach EnEV 2014) ............... 20 Abbildung 12 Wandaufbauten Bestand Hauptschule .................................................. ................................ 21 Abbildung 13 Bodenaufbauten Bestand Hauptschule .................................................. ................................ 21 Abbildung 14 Dachaufbauten Bestand Hauptschule ................................................... ................................ 22 Abbildung 15 Wärmeverluste Bestand Hauptschule .................................................... ................................ 23 Abbildung 16 Wärmegewinne Bestand Hauptschule ................................................... ................................ 24 Abbildung 17 Energieeffizienzklasse Bestand Hauptschule ........................................... ................................ 24 Abbildung 18 Wärmeverluste Bestand Primusvollnutzung Hauptschule ......................... 25 Abbildung 19 Wärmegewinne Bestand Primusvollnutzung Hauptschule ........................ 25 Abbildung 20 Energieeffizienzklasse Bestand Primusvollnutzung Hautpschule ................ 26 Abbildung 21 Wandaufbauten Bestand Turnhalle Grundschule ................................... ................................ 27 Abbildung 22 Bodenaufbauten Bestand Turnhalle Grundschule ................................... ................................ 28 Abbildung 23 Dachaufbauten Bestand Turnhalle Grundschule .................................... ................................ 28 Abbildung 24 Wärmeverluste Bestand Turnhalle Grundschule ..................................... ................................ 30 Abbildung 25 Wärmegewinne Bestand Turnhalle Grundschule .................................... ................................ 30 Abbildung 26 Energieeffizienzklasse Bestand Turnhalle Grundschule ............................ 31 Abbildung 27 Bodenaufbauten Bestand Turnhalle Hauptschule ................................... ................................ 32 Abbildung 28 Dachaufbauten Bestand Turnhalle Hauptschule ..................................... ................................ 32 Abbildung 29 Wärmeverluste Bestand Turnhalle Hauptschule ...................................... ................................ 33 Abbildung 30 Wärmegewinne Bestand Turnhalle Hauptschule..................................... ................................ 34 Abbildung 31 Energieeffizienzklasse Bestand Turnhalle Hauptschule ............................ 34 Abbildung 32 Beispiel Mensaküche................................................................ Mensaküche ........................................... 36 Abbildung 33 Organigramm Maßnahmenpakete reine Instandsetzung ......................... 39 Abbildung 34 Übersicht Wärmeversorgung Schulzentrum Titz ...................................... ................................ 40 Abbildung 35 Zählerstruktur Strom des Schulzentrums Titz ........................................... ................................ 42 Abbildung 36 Heinzenergieverbrauchskennwert ......................................................... ......................... 44 Abbildung 37 Stromenergieverbrauchskennwert ......................................................... ......................... 44 RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 138 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 38 Schimmelbefall im Umkleidebereich TH Grundschule wegen fehlender Lüftungsanlage ................................................................................................ ................................ ....................................... 52 Abbildung 39 Systemschnitt WDVS-Fassade WDVS ............................................................... ............................... 58 Abbildung 40 Systemschnitt Vorhangfassade, Beispiel Tekofix wärmebrückenfreies Unterkonstruktionssystem ......................................................................................... ................................ ......................... 59 Abbildung 41 Beispieldetail Innendämmung .............................................................. .............................. 60 Abbildung 42 Wandaufbauten neu: Vorsatzschale, WDVS mit Bestandsabbruch, WDVS ohne Bestandsabbruch (v.l. ab Seite 59) ................................................................ .................................... 61 Abbildung 43 Beispieldetail Sockeldämmung ............................................................. ............................. 62 Abbildung 44 Bodenaufbauten neu, Grundschule ...................................................... ................................ 63 Abbildung 45 Bodenaufbau neu, Turnhalle Hauptschule ............................................. ................................ 63 Abbildung 46 Bodenaufbau neu, Turnhallen Nebenräume .......................................... ................................ 64 Abbildung 47 Vakuumisolationspaneel ................................................................ ...................................... 64 Abbildung 48 Dachaufbauden neu, Grundschule ....................................................... ....................... 65 Abbildung 49 Dachaufbauten neu, Hauptschule ........................................................ ........................ 66 Abbildung 50 Dachaufbauten neu, Turnhalle Hauptschule .......................................... ................................ 66 Abbildung 51 Beispiel Isothermenverlauf Passivhausfenster, Einbausituation Außenkannte Mauerwerk ................................................................................................ ................................ ............................................. 67 Abbildung 52 Beispiel Isothermenverlauf Passivhausfenster, Einbausituation in Dämmebene ................................................................................................ ................................ ........................................... 68 Abbildung 53 Effizienzklassen Passivhausfenster. Es wurden im EnEV Fall PH-Fenster PH der Klasse B-C C installiert, für die anderen Varianten Fenster der Effizienzklasse Effizienzklasse A................. 69 Abbildung 54 Beispiel Fassadenschnitt Vorhandfassade mit Passivhausfenster und Raffstore ................................................................ ............................................................................................. ............................. 70 Abbildung 55 Deckblatt Gesamtkosten Hauptschule ................................................... ................................ 94 Abbildung 56 Variantenvergleich Heizwärmebedarf nach PHPP (Euro) ........................ 101 Abbildung 57 Variantenvergleich Verteilung der LüftungsLüftungs und Transmissionswärmeverluste gegenüber den passiven Energiegewinnen nach PHPP [kWh/(m²a)] ............................ 102 Abbildung 58 Variantenvergleich der Gesamtkosten des Frankfurter Gesamtkostentools Vergleichsgrafik (ausführliche Berechnung siehe CD) ................................................ ................................ 103 Abbildung 59 Variantenvergleich der Gesamtkosten des Frankfurter Gesamtkostentools Vergleichsgrafik (ausführliche Berechnung siehe CD) mit erhöhten Instandhaltungskosten aufgrund des kalkulierten Austausches der Lüftung nach 15 Jahren ............................ 104 Abbildung 60 Deckblatt Gesamtkostenberechnung Grundschule (siehe CD) ............... 105 Abbildung 61 Variantenvergleich Heizwärmebedarf nach PHPP (Euro) ........................ 106 Abbildung 62 Variantenvergleich Verteilung der LüftungsLüftungs und Transmissionswärmeverluste gegenüber den passiven Energiegewinnen nach PHPP [kWh/(m²a)] ............................ 107 Abbildung 63 Variantenvergleich der Gesamtkosten des Frankfurter Gesamtkostentools Vergleichsgrafik (ausführliche Berechnung siehe CD) ................................................ ................................ 108 RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 139 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 64 Variantenvergleich der Gesamtkosten des Frankfurter Gesamtkostentools Vergleichsgrafik (ausführliche führliche Berechnung siehe CD) mit erhöhten Instandhaltungskosten aufgrund des kalkulierten Austausches der Lüftung nach 15 Jahren ............................ 109 Abbildung 65 Deckblatt Gesamtkostenberechnung Hauptschule (siehe CD)................ 110 Abbildung 66 Variantenvergleich Variantenvergleic Heizwärmebedarf nach PHPP (Euro) ........................ 111 Abbildung 67 Variantenvergleich Verteilung der LüftungsLüftungs und Transmissionswärmeverluste gegenüber den passiven Energiegewinnen nach PHPP [kWh/(m²a)] ............................ 112 Abbildung 68 Variantenvergleich der Gesamtkosten des Frankfurter Gesamtkostentools Gesamtkostentools Vergleichsgrafik (ausführliche Berechnung siehe CD) ................................................ ................................ 113 Abbildung 69 Variantenvergleich der Gesamtkosten des Frankfurter Frankfurter Gesamtkostentools Vergleichsgrafik (ausführliche Berechnung siehe CD) mit erhöhten Instandhaltungskosten aufgrund des kalkulierten Austausches der Lüftung nach 15 Jahren ............................ 113 Abbildung 70 Deckblatt Gesamtkostenberechnung Turnhalle Grundschule (siehe CD) . 114 Abbildung 71 Variantenvergleich Heizwärmebedarf nach PHPP (Euro) ........................ 115 Abbildung 72 Variantenvergleich Verteilung der LüftungsLüftungs und Transmissionswärmeverluste gegenüber den passiven Energiegewinnen nach PHPP [kWh/(m²a)] ............................ 116 Abbildung 73 Variantenvergleich der Gesamtkosten des Frankfurter Gesamtkostentools Vergleichsgrafik (ausführliche Berechnung siehe CD) ................................................ ................................ 117 Abbildung 74 Variantenvergleich der Gesamtkosten des Frankfurter Gesamtkostentools Vergleichsgrafik (ausführliche Berechnung siehe CD) mit erhöhten Instandhaltungskosten aufgrund des kalkulierten Austausches der Lüftung nach 15 Jahren ............................ 117 Abbildung 75 Deckblatt Gesamtkostenberechnung Turnhalle Hauptschule (siehe CD) . 118 Abbildung 76 Übersicht Ergebnis der Wirtschaftlichkeitsberechnung unterschiedlicher unters Wärmeversorgungsvarianten ................................................................ .................................................. 119 Abbildung 77 Übersicht Ergebnis der Wirtschaftlichkeitsberechnung unterschiedlicher Wärmeversorgungsvarianten ................................................................ .................................................. 120 Abbildung 78 Veränderung der mittleren jährlichen Gesamtkosten für verschiedene Varianten der Energiezentrale entrale bei unterschiedlichen Energiepreisentwicklungen ........... 121 Abbildung 79 CO2-Emissionen Emissionen der Versorgungsvarianten ......................................... ................................ 122 Abbildung 80 Primärenergiebedarf der Versorgungsvarianten .................................... ................................ 123 Abbildung 81 Energieeffizienzklasse EnerPHit-sanierte EnerPHit Grundschule ........................... 127 Abbildung 82 Energieeffizienzklasse EnerPHit-sanierte EnerPHit Hauptschule ............................ 127 Abbildung 83 Energieeffizienzklasse EnerPHit-sanierte EnerPHit sanierte Turnhalle Grundschule ............. 128 Abbildung 84 Energieeffizienzklasse EnerPHit-sanierte EnerPHit sanierte Turnhalle Hauptschule ............. 129 Abbildung 85 Eigenkapitaleinsatz in Euro für die Gesamtbaumaßnahme nach Sanierungsstandard ............................................................................................... ................................ ............................... 130 Abbildung 86 jährliche mittlere Gesamtkosten Gesamtkosten für die Gesamtbaumaßnahme nach Sanierungsstandard ............................................................................................... ................................ ............................... 131 Abbildung 87 Einsparung nach 25 Jahren nach Sanierungsstandard .......................... 131 Abbildung 88 vorgeschlagener Zeitpan der baulichen Umsetzung.............................. 133 Abbildung 89 Entwurf einer gestalterischen Umsetzung der Baumaßnahme................. 136 RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 140 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 90 Entwurfsvariante einer gestalterischen Umsetzung ................................ 137 Abbildung 91 ................................................................................................ ................................ ....................................... 146 Abbildung 92 ................................................................................................ ................................ ....................................... 147 Abbildung 93 ................................................................................................ ................................ ....................................... 148 Abbildung 94 ................................................................................................ ................................ ....................................... 149 Abbildung 95 ................................................................................................ ................................ ....................................... 150 Abbildung 96 ................................................................................................ ................................ ....................................... 151 Abbildung 97 ................................................................................................ ................................ ....................................... 152 Abbildung 98 ................................................................................................ ................................ ....................................... 153 Abbildung 99 ................................................................................................ ................................ ....................................... 154 Abbildung 100 ................................................................................................ ................................ ..................................... 155 Abbildung 101 ................................................................................................ ................................ ..................................... 156 RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 141 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Literaturverzeichnis Archiv Gemeinde Titz. 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RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 142 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Sanierung im Bestand für Nichtwohngebäude nach Anlage 3 zu §9 der EnEV 2014. Sanierung im Bestand für Nichtwohngebäude nach Anlage 3 zu §9 der EnEV 2014. Software: PHPP & designPH des Passivhaus Instituts Darmstadt. (kein Datum). RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 143 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 8 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 DVD - Inhaltsverzeichnis Machbarkeitsstudie Schulzentrum Titz – PDF-Datei PHPP Bestand Grundschule PHPP EnEV Grundschule PHPP EnerPHit Grundschule PHPP PHK Grundschule PHPP Bestand Hauptschule PHPP Bestand Hauptschule Primus PHPP EnEV Hauptschule Primus PHPP EnerPHit Hauptschule Primus PHPP Bestand TH Grundschule PHPP EnEV TH Grundschule PHPP EnerPHit TH Grundschule Grundsch PHPP Bestand TH Hauptschule PHPP EnEV TH Hauptschule PHPP EnerPHit TH Hauptschule Gesamtkosten Grundschule Gesamtkosten Hauptschule Gesamtkosten TH Grundschule Gesamtkosten TH Hauptschule TGA Schwachstellenanalyse, Einschätzungen, Blockkosten RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 144 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz 9 Anlage RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 145 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 91 RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 146 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 92 RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 147 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 93 RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 148 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 94 RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 149 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 95 RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 150 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 96 RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 151 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 97 RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 152 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 98 RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 153 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 99 RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 154 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 100 RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 155 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de Machbarkeitsstudie zur energetischen Sanierung des Schulzentrums Titz Abbildung 101 RoA RONGEN ARCHITEKTEN GmbH www.rongen-architekten.de Seite 156 / 156 Ingenieurbüro Inco GmbH www.ib-inco.de