OSZ TIEM: Energiepavillon

Berlin-Spandau | Goldbeckweg 8-14

Einweihung am 07. April 2008
Auszeichnung mit dem Deutschen Solarpreis 2008
in der Kategorie Bildung und Ausbildung (Eurosolar)

Gebäudenutzung und pädagogischer Zweck

Der Pavillon ist für den neu eingerichteten Berufsausbildungsgang „Assistent für regenerative Energien und Energiemanagement“ am Oberstufenzentrum Technische Informatik/ Industrieelektronik/ Energiemenagement (OSZ TIEM) bestimmt. Außer diesem vollschulischen Ausbildungsgang soll nach Neuordnung industrieller Elektroberufe der/die „Elektroniker(in) für Gebäude- und Infrastruktursysteme“ im dualen Ausbildungssystem gelehrt werden. Dieses Berufsbild ist auf den industriellen Sektor ausgerichtet. Im Gebäude werden hiefür völlig neue Experimentiermöglichkeiten für einen lernfeld- und handlungsorientierten Unterricht geboten.

Das Gebäude ist ein Lernort mit Labor- und Werkstattcharakter, in dem durch Mess- und Steuertechnik das Energiemanagement im eigenen Gebäude sowohl optimiert als auch gelehrt wird und in dem technische Einzelkomponenten, z.B. thermische Solarkollektoren oder Photovoltaikmodule aufgebaut und getestet werden. Die Integration erfolgt weitgehend ohne Störung der Gebäudegrundfunktionen. Technische Modifikationen sind möglich, um dem jeweiligen aktuellen Stand der Technik in die Ausbildung einfließen lassen zu können

Alle technischen Anlagen sind über Putz angeordnet, so dass die Installationswege und Anschlüsse anschaulich am praktischen Beispiel nachvollzogen werden können

Das Gebäude dient als Kooperationsstätte zu anderen Bildungsträgern und Firmen, die auf den Gebieten der regenerativen Energie tätig sind. Die variable Möblierung ermöglicht drei Grundfunktionen: 1.Experiment (Lerninsel-Anordnung)/ 2. Seminar (U-Form-Möblierung)/ 3. Vortrag (klassische Schultischreihen-Anordnung)

Einweihung am 07.04.2008

Gastsprecher Dr. Hermann Scheer beim Initialreferat

Architektonische und baukonstruktive Komponenten

Hüllflächen-Volumen-Verhältnis
Durch die für Schulräume atypische Gebäudetiefe wird ein günstiges Hüllflächen-Volumenverhältnis erreicht, das heißt, dass die Außenwandflächen – und damit verbunden auch die Transmissionswärmeverluste – im Verhältnis zum umbauten Volumen relativ klein sind. Außerdem ist die Gebäudeform auch eine Resultierende aus der erforderlichen direkten Besonnung für die solaren Gebäudekomponenten unter Berücksichtigung des vorhandenen Baumbestandes.

Die Form des Gebäudes begünstigt die aktive und passive solare Energieversorgung.

Strömungsgünstige Gebäudegeometrie
Die leicht nach Norden ansteigende Decke des Seminarraumes begünstigt die natürliche Durchlüftung: Die Luft streicht durch natürlichen Auftrieb an der Decke über die offene Fuge zwischen Galeriedecke und Seminarraumdecke über den Luftraum der Galerie zu den Lüftungsklappen an Ost- und Westgiebel.

Um die natürliche Lüftung in der Sommernacht zur thermischen Entladung der inneren Bauteile zu ermöglichen, wurden alle Lüftungsöffnungen mit Insektenschutz- und massiven Einbruchschutzgittern ausgestattet.

Tageslicht auf der Galerie
Die Reflektoren an der gewölbten Norddachfläche lenken die direkte Sonnenstrahlung auf die Galerie und die Erdgeschossebene hinter der Galerie. Das Tageslicht gelangt durch südorientierte Dachflächenverglasungen oberhalb der technischen Kollektoren, die den Schülern zugänglich sind und deshalb die direkte Besonnung der Galerie nicht gestatten. Auf diese Weise wird „der natürliche Konflikt“ gelöst zwischen den konträren Anforderungen der Tageslichtversorgung und den opaken Kollektoranlagen. Die Glasflächen sind für die Wintermonate ausgelegt. Um das solare Überangebot der Sommermonate zu reduzieren, erhielten die Glasflächen im Süddach auf der Innenseite Sonnenschutzrollos, die von unten nach oben laufen. Bei teilweiser Schließung kann so ein Lichtüberangebot auf der Galerie abgeschattet werden und gleichzeitig über den oberen freien Teil und die Reflektoren Tageslicht ins Erdgeschoss gespiegelt werden. Die durch den innen liegenden Sonnenschutz im Sommer eingetragene Wärme wird oberhalb der Galerienutzebene über die Giebellüftungsklappen abgelüftet.

Tageslicht im Seminarraum
Um die Tageslichtversorgung in der Raumtiefe zu intensivieren und gleichzeitig eine Blendung in Fensternähe zu vermeiden, erhielt die Südfassade 40 cm tiefe Sonnenschutzlamellen, die bei nachführbarer Einstellung das Tageslicht an die Seminarraumdecke reflektieren. Ohne direkt die Arbeitstische oder Bildschirme zu erreichen, wird das Licht von dort diffus in die Raumtiefe weiterreflektiert. Die elektrische Beleuchtung reagiert über die tageslichtabhängige Dimmung auf das Tageslichtangebot, was den Energieverbrauch und die künstliche Beleuchtung ebenso senkt wie die thermische Belastung durch Abwärme der Leuchten. Denn bei gleicher Leuchtstärke emittiert Kunstlicht mehr Abwärme als durch das einreflektierte Tagesicht eingetragen wird. D.h., dass nicht nur die Tageslichtversorgung optimiert wurde, sondern auch der Kühlbedarf im Sommer niedrig bleibt. Außerdem sorgen Bewegungsmelder dafür, dass bei Abwesenheit von Personen das Kunstlicht ausgeschaltet bleibt.

Wärmebrücken minimiertes Bauen
Der Rahmen eines Fensters ist das thermische schwächste Bauteil eines Gebäudes. Um die Wärmebrücke zu minimieren, wurden alle Blendrahmen mit Wärmedämmung der Fassade überdeckt. Die Wärmeschutzhülle hat an keiner Stelle eine Unterbrechung. Konstruktiv bedingte Wärmebrücken wurden mit thermischen Trennungen ausgestattet. Z.B. stehen alle Außen- und Innenwände auf tragfähigen Dämmschichten, die in der Dämmebene auf der Bodenplatte liegen.

Durchdringungen – wirken ebenfalls als Wärmebrücken – wurden auf das unerlässliche Minimum beschränkt, z.B. bei der Verankerung des filigranen Fertigteils am Höhenversatz der Flachdächer von Eingangsbereich und Seminarraum. Die horizontalen Flachdächer wurden an keiner Stelle durchdrungen, die Umwehrungen stehen ohne Verschraubung „lose“ darauf (werden durch ihr Eigengewicht gehalten) bzw. sind mit den außen stehenden Stativen der Sonnenschutzanlage fest verbunden.

Energetischer Baustandard
Für den Flächen bezogenen Transmissionsverlust H_T’ [W/(m²K)] wurde eine 43%-ige Unterschreitung der zulässigen Obergrenze erreicht und für den Gebäudevolumen bezogenen Jahres-Primärenergiebedarf Q_P’ [kWh/(m³a)] eine 38%-ige Unterschreitung.

Eine Luftdichtheitsmessung nach Fertigstellung des Gebäudes erbrachte ein sehr gutes Ergebnis (n₅₀ = 0,95 [h^-1] weit unterhalb der Zulässigkeitsgrenze (n₅₀ = 1,5 [h^-1]. Auf eine Wiederholung der Messung nach Beseitigung der erkannten Leckagen konnte verzichtet werden. Der Dichtheitswert ist jetzt noch besser.

Technisches Konzept (Grundausstattung)

Wärmetechnik, -Wärmeversorgung, thermische Solaranlagen
Die zu Lehrzwecken installierten Anlagen stellen zeitweise mehr Wärmeenergie zur Verfügung, als im Gebäude selbst gebraucht wird. Die überschüssige Energie kann in das schulinterne Wärmenetz eingespeist werden. Das hierzu benötigte Energiemanagement ist somit auch Thema der eigenen Unterrichtslehre.

Der Neubau ist über einen indirekten Anschluss an das Wärmenetz des OSZ angeschlossen. Die witterungsgeführte Heizungsregelung ist mit einer internen und für den Internetzugang mit einer externen LON-Schnittstelle ausgestattet und ist an das Gebäudemanagementsystem (GMS) angeschlossen. Die mit den thermischen Solaranlagen erzeugte Wärme wird in das Wärmenetz abgegeben, zur Beheizung genutzt oder experimentell zur Trinkwassererwärmung verwendet. Über Wärmemengenzähler mit LON-Schnittstelle ist die Wärmeversorgungsanlage über das Gebäudemanagementsystem des Neubaus bilanzierbar.

Zwei Solaranlagen laden einen Pufferspeicher, der auf der Galerie im Obergeschoss steht. Zur Ladung des Pufferspeichers können zwei verschiedene Ladeschaltungen untersucht werden: Direkte Ladung über einen internen Wärmetauscher und indirekte Ladung über externe Wärmetauscher. Beide Anlagen sind über Standard-Solarregler parametrierbar. Über Wärmemengenzähler ist das Erstellen von Energiebilanzen möglich, die über das Gebäudemanagementsystem ausgewertet werden.

Für die berufspraktische und handwerkliche Übung wurden die Solartechnikkomponenten für alle Beteiligten ohne Gerüst gefahrlos erreichbar angeordnet: Die Kollektoren sind von der umwehrten Flachdach-Montagefläche und der Speicher von der Lehrgalerie aus zugänglich.

Lüftungs- und Kühlanlagen
Die Kühlung des Fachraums erfolgt im Bedarfs- oder Testfall über ein unter der Decke sichtbar eingebautes Umluftkühlgerät. Das Außengerät wurde auf dem Flachdach aufgestellt. Über LON-Bus-Schnittstellen regelt das Gebäudemanagementsystem die Kühlanlage. Die Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung versorgt den Fachraum mit Frischluft. Zur Erwärmung der angesaugten Außenluft wird die Wärme aus der Abluft genutzt. Die Lüftungsanlage und das Nachheizregister wird mit einer Lüftungsregelung betrieben, die über LON-Bus in das Gebäudemanagementsystem eingebunden ist.

Eigenversorgungsanlagen / Photovoltaikanlagen
Der Ausbildungspavillon erhielt zwei Photovoltaikanlagen. Diese speisen über zwei Wechselrichter, die elektrische Energie in das öffentliche Stromnetz. Eine Anlage kann zudem auf ein Experimentierfeld Photovoltaik geschaltet und für Lehrveranstaltungen genutzt werden. So sind verschiedene Schaltungen der Photovoltaikmodule real test- und vergleichbar. Die eingespeiste elektrische Energie wird über LON-Wirkzähler erfasst und über das GMS ausgewertet.

Niederspannungsschaltanlagen und Installationen
Die Verteilung wurde im Vorbereitungsraum montiert und nimmt die erforderlichen Sicherungen, Schaltrelais usw. auf. Für die Erfassung des Elektroenergieverbrauchs sind fünf LON-busfähige Zähler vorgesehen über die einzelne Verbraucher (Elektro gesamt, Heizung, Kälte, Lüftung, Beleuchtung) erfasst werden.

Die Arbeitsplatz bezogenen Installationen werden im integrierten Fachraum in den Fußbodentanks untergebracht. Auf der Galerie und im Vorbereitungsraum befinden sich diese Steckdosen im Brüstungskanal.

Übertragungsnetz / LON / Bus over IP
Das Übertragungsnetz für die Vernetzung der PCs und die Übertragung von LON- Signalen sind sternförmig zu den Anschlussdosen in den Bodentanks verlegt. Im Vorbereitungsraum befindet sich ein Verteilerkasten, der die LON- Controller aufnimmt, die ethernetfähig sind. Die Verschaltung mit dem Datennetz erfolgt über Patchkabel.

Steuerung Sonnenschutz, Wetterstation
Die Sonnenschutzeinrichtung wird über eine LON-kompatible Jalousiesteuerung in das Gebäudemanagementsystem eingebunden. Die am Standort herrschenden Klimadaten werden über eine Wetterstation erfasst. Die aufgenommenen Daten, wie diffuse und direkte Einstrahlung, Außentemperatur, Windgeschwindigkeit und Luftfeuchtigkeit, werden an das GMS übertragen.

Gebäudeautomation
Der Neubau wird mit einem Gebäudemanagementsystem ausgestattet, das auf der Managementebene (Lehrerebene) zentral über einen Gebäudeleitrechner verwaltet wird. An die Managementebene werden dezentral Notebooks (Schülerebene) angeschlossen. Jedes Schülernotebook ist mit einem LON-Interface und einem Relaismodul ausgestattet, das für Lehrveranstaltungen programmiert werden kann. Alle für die Gebäudefunktion erforderlichen Betriebsgrößen für die Heizung, Kühlung, Lüftung, künstliche und natürliche Beleuchtung, Sonnenschutz und Eigenstromversorgung (PV) können so über die Schülernotebooks programmiert werden. Über ISDN bzw. DSL kann das GMS mit dem Internet verbunden werden.