Schulneubau: Bau- und Betreiberkonzept setzt auf Wilo-Geniax

Es ersparte der Kommune nicht nur hohe einmalige Kosten. Das Partnerunternehmen übernahm neben Planung und Bau auch den Betrieb. Um seine eigenen Kosten zu reduzieren, setzt dieses auf besonders wirtschaftliche Technologien. So sorgt das Dezentrale Pumpensystem „Wilo-Geniax“ für deutlich geringere Heizkosten und optimiert den hydraulischen Abgleich.

Die Stadt Halstenbek im Kreis Pinneberg westlich von Hamburg zählt rund 17.000 Einwohner. In der neuen „Grund- und Gemeinschaftsschule an der Bek“ hat die Gemeinde jetzt einen Großteil ihrer Schulstandorte konzentriert. Der neue Gebäudekomplex umfasst ca. 9.500 Quadratmeter Nutzfläche (Bruttogeschossfläche 11.000 qm). Er ist auf maximal 900 Schüler ausgelegt. Seine Bauzeit betrug ausgehend vom Vertragsschluss 16 Monate, das Investitionsvolumen lag bei 13,6 Millionen Euro.

Der zweigeschossige Neubau gliedert sich in Grundschule und Gemeinschaftsschule. Hinzu kommen gemeinsam genutzte Bereiche wie eine Mensa. Außerdem ist ein Jugendzentrum in das Gebäude integriert. Die moderne, offene und freundliche Architektur des Neubaus schafft beste Lern- und Arbeitsbedingungen. Der Entwurf stammt vom Büro Dohle + Lohse Architekten aus Braunschweig.

Bisher größtes Objekt mit Dezentraler Pumpentechnologie

Den Auftrag für Konzeption und Bau erhielt die Goldbeck Public Partner GmbH im Rahmen eines umfassenden Public Private Partnership-Projektes. Das europaweit tätige Unternehmen ist im kommunalen Hochbau auf ganzheitliche Lösungen aus einer Hand spezialisiert. Goldbeck wird das Gebäude auch in den nächsten 22 Jahren betreiben und instand halten. Kosteneffiziente Schulgebäude zählen dabei nach eigenen Angaben zu den Kernkompetenzen des Anbieters.

Ein zentrales Planungsziel war ein möglichst geringer Energieverbrauch. Denn Goldbeck finanzierte nicht nur die kompletten Investitionskosten vor, sondern trägt auch das Energiemengenrisiko. Insofern galt es, Energieeffizienz, Investitionskosten sowie Wartungs- und Instandhaltungsaufwand auf einen möglichst wirtschaftlichen Nenner zu bringen.

Verantwortlich für die Planung war Dipl. Ing. (BA) Hendrik Seidel, Planer für Versorgungstechnik bei der Goldbeck Ost GmbH in Treuen. Er entwickelte ein zeitgemäßes Heizkonzept auf Basis von Fernwärme aus Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen. Für die Wärmeverteilung sah er zusätzlich das Dezentrale Pumpensystem „Wilo-Geniax“ vor und realisierte so eines der größten Objekte, in dem die „Geniax“-Technologie bisher installiert wurde. „Wilo-Geniax“ setzt auf mehrere Miniaturpumpen an den Heizflächen bzw. Heizkreisen. Insgesamt arbeiten im Schulneubau in Halstenbek 331 Miniaturpumpen. Die robusten Hocheffizienzpumpen versorgen jede Heizfläche bzw. jeden Heizkreis separat mit Heizwasser. Thermostatventile, wie sie in konventionellen Heizsystemen zur Regelung des Massenstroms verwendet werden, sind überflüssig. Die „Geniax“-Pumpen fördern genau so viel Wärme, wie für die Solltemperaturen im Raum benötigt wird.

Ein Fünftel weniger Heizkosten

Als ganzheitliche Lösung zur Optimierung des Heizungsbetriebs senkt „Wilo-Geniax“ den Heizenergiebedarf um durchschnittlich 20 Prozent. Dies wurde durch Vergleichsmessungen des Fraunhofer Instituts für Bauphysik IBP bestätigt. Die Ergebnisse hat der TÜV Rheinland zertifiziert . Zusätzlich sind bis zu 15 Prozent Heizenergie-Einsparpotenzial gegenüber nicht hydraulisch abgeglichenen Heizungssystemen möglich, da „Wilo-Geniax“ automatisch einen hydraulischen Abgleich vornimmt. Hendrik Seidel: „Der Planer gibt über die Vorgabe des Volumenstromes und der Druckverluste jeder Pumpe eine Drehzahl vor. So erfolgt eine erste hydraulische Einregulierung. Das System sorgt anschließend für einen permanenten hydraulischen Abgleich. Dies ist derzeit mit keiner anderen Lösung auf dem Markt möglich.“ Allein hierdurch spare das Dezentrale Pumpensystem viel Energie im Vergleich zu schlecht abgeglichenen konventionellen Heizungssystemen.

Regelung und hydraulische Optimierung übernimmt eine zentrale Steuereinheit, der sogenannte „Geniax“-Server. Aufgrund der Anlagengröße sind in Halstenbek insgesamt vier miteinander verbundene Server im Einsatz. Hier sind Temperaturvorgaben und Zeitprofile für die einzelnen Räume bzw. Raumgruppen hinterlegt. Auch Nacht- und Wochenendabsenkzeiten sowie Ferienprogramme werden damit gesteuert. Die Systemvorgaben erhalten die Server in der Schule online von der zentralen Gebäudeleittechnik der Goldbeck Gebäudemanagement GmbH in Bielefeld. Die Anbindung erfolgt über eine BACnet-Schnittstelle. Zusätzlich nutzt man dort die Wilo-Software „SysManager“, um weitere Informationen auslesen zu können.

Vorgaben durch Gebäudeautomation plus manuelle Bedienung

In der Schule erfassen Temperatursensoren die Ist-Temperaturen in den Räumen und übermitteln sie an die Server. Dort erfolgt für jeden Raum ein ständiger Abgleich mit den hinterlegten Solltemperaturen. Über Pumpenelektroniken, die den einzelnen Miniaturpumpen zugeordnet sind, regeln die Server jederzeit bedarfsgerecht die Pumpendrehzahlen. Die Solltemperaturen in den Klassenzimmern, Fachunterrichtsräumen, Lehrerzimmern und Büros können zusätzlich durch Raumbediengeräte der Ausführung „Basic Control“ auf aktuelle Anforderungen abgestimmt werden. Nebenräume, WCs und Flure sind ausschließlich mit Sensorelementen der Ausführung „Ambient Sensor“ ausgestattet. Zudem wurden im gesamten Gebäudekomplex Fensterkontakte installiert. Sie sind ebenfalls auf das Dezentrale Pumpensystem aufgeschaltet. Die Server unterbrechen bei geöffnetem Fenster die Versorgung der Heizkörper im jeweiligen Raum. Dies reduziert ebenfalls den Energieverbrauch.

Für optimale Energienutzung bei maximalem Heizkomfort sorgen auch eine selbstlernende Aufheizoptimierung sowie eine Heiz-Ende-Optimierung. Das bedeutet, dass das System jeden Raum analog zu den eingestellten Zeitprofilen rechtzeitig auf die gewünschte Temperatur bringt. Doch bereits vor dem eingestellten Ende der Nutzungszeit regelt der „Geniax“-Server die Miniaturpumpen herunter bzw. schaltet sie ab, um die im Raum vorhandene Restwärme voll auszunutzen.

Bedarfsgeführte Vorlauftemperatur

Das Dezentrale Pumpensystem stimmt auch den Betrieb der Heizzentrale jederzeit exakt auf den momentanen Gesamtwärmebedarf im Gebäude ab. Es berücksichtigt beispielsweise auch solare Gewinne und innere Lasten und reduziert entsprechend die Vorlauftemperatur. So reagiert es flexibel und schnell auf interne Wärmequellen wie die von Menschen abstrahlende Körperwärme. „Das ist gerade in der neuen Schule ein großer Vorteil. Denn mehr als 700 Personen im Gebäude verursachen während der Unterrichtszeit einen erheblichen Wärmeeintrag. Große Fensterflächen sorgen für zusätzliche Wärmegewinne auch an sonnigen Wintertagen“, so Goldbeck-Planer Seidel. Ein konventionelles witterungsgeführtes System nimmt hierauf bei der Wärmeerzeugung im Heizkessel bzw. Wärmeabnahme aus dem Fernwärmenetz keine Rücksicht. Es stellt unverändert Wärme bereit, um die gemäß Heizkurve vorgegebene Vorlauftemperatur zu erreichen.

Demgegenüber reduziert das „Geniax“-System über eine 0-10 V-Schnittstelle automatisch die Vorlauftemperatur. Hierdurch sinkt der Heizenergiebedarf im Vergleich zu einem herkömmlichen Heizsystem erheblich. Dies ist sowohl bei einem eigenen Heizkessel als auch bei Fernwärmeversorgung möglich. In Halstenbek regelt das Dezentrale Pumpensystem einen 3-Wege-Mischer an der Fernwärmeübergabestation mit 0-10 V-Schnittstelle und stellt so eine bedarfsgeführte Vorlauftemperatur sicher. Zwei Hocheffizienzpumpen vom Typ „Wilo-Stratos“ arbeiten an den Verteilern der Fernwärmestation. Sie sorgen für die notwendige Grundförderleistung in dem mehrstöckigen und weitverzweigten Gebäudekomplex.

Vandalensichere Lösung mit Verteilerschränken

Fast alle Räume werden im Schulneubau in Halstenbek mit Heizkörpern beheizt, nur in der 300 qm großen Aula kommt eine Fußbodenheizung zum Einsatz. Allen Heizkörpern und den Unterflur-Bodenkonvektoren in der Aula ist je eine „Geniax“-Pumpe zugeordnet. Die Pumpen wurden dabei nicht an den Heizkörpern installiert, sondern befinden sich in Verteilerschränken. „Diese Lösung wurde aufgrund der Längenausdehnung des Gebäudes gewählt. Außerdem reduziert sie das Risiko von Beschädigungen durch Vandalismus“, erläutert Hendrik Seidel. Planerisch war die Verteilervariante ähnlich einfach umzusetzen wie die Pumpe direkt am Heizkörper: „Da in den Verteilern hydraulische Weichen eingesetzt wurden, müssen die Pumpen nur den Druckverlust der Rohrleitung zum Heizkörper und den des Heizkörpers selbst überwinden. Somit waren die benötigten Werte zur Vorgabe der Pumpendrehzahl schnell ermittelt. Hinzu kommt, dass alle Heizkörper mit der gleichen Rohrleitungsdimension angeschlossen werden konnten. Dies verringerte zusätzlich die Gefahr von Verwechslungen bei der Rohrinstallation“, so Seidel.

Zur Verbindung der Server mit den verschiedenen Systemkomponenten wurden „Geniax“-Busleitungen verlegt. Auf diesem Weg erfolgt auch die Stromversorgung der Pumpen samt Elektroniken sowie der Bediengeräte. Bei der Elektroplanung unterstützte der Wilo-Service das Bauunternehmen.

Wirtschaftlichkeit bei kurzen Amortisationszeiten

In gewerblichen und öffentlichen Neubauten mit ihren spezifischen Nutzungsprofilen kann das Dezentrale Pumpensystem sogar rund 24 Prozent Heizenergie gegenüber der konventionellen Lösung mit einer oder mehreren zentralen Pumpen und Thermostatventilen einsparen. Wie der Hersteller betont, ist die Investition in das Dezentrale Pumpensystem unter Kosten-/ Nutzen-Blickwinkel eine der effizientesten Maßnahmen zur energetischen Optimierung eines Gebäudes. Die Mehrkosten gegenüber einer Lösung mit Thermostatventilen amortisieren sich nach wenigen Jahren. So sorgt das Dezentrale Pumpensystem beispielsweise in der Schule Halstenbek für eine verbesserte Gesamtwirtschaftlichkeit über die gesamte Laufzeit des Projekts. Für die Entscheider stand hier zudem der optimierte hydraulische Abgleich im Mittelpunkt.