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Energieeffizienter Klassenraum

Ein Projekt der Höheren Abteilung für Elektrotechnik der HTL St. Pölten

Nachhaltigkeit, Umweltbewusstsein und effizienter Ressourceneinsatz stehen heute mehr denn je auf der Agenda von Betrieben, öffentlichen Einrichtungen und im Privatbereich. Internationale Normen wie ISO 50001:2011 bieten einen Leitfaden, wie ein effizientes Energie-Management eingeführt werden kann. Die Abteilung Elektrotechnik der HTL St. Pölten, seit einigen Monaten auch ÖKOLOG-Schule,  ist der effizienten Energienutzung verpflichtet und möchte mit diesem Projekt die Möglichkeiten zur Energieeinsparung in Schulen aufzeigen, Bewusstsein bilden und damit auch wertvolle Impulse für künftige Schulneubauten geben.

Gerade in Sachen Klimaschutz kommt den Schulen eine besondere Bedeutung zu, da sie durch Ausbildung und Vorbildwirkung den Grundstein für den sorgfältigen Umgang mit Energie der künftigen Technikerinnen- und Technikergenerationen legen.

Ausgangslage

Das Gebäude

Das Bundesschulzentrum an der HTL St. Pölten wird derzeit neu errichtet und mit Beginn des Schuljahres 2013/14 bezogen. Energieversorgung, Wärmedämmung und Gebäudeausrüstung wurden entsprechend dem derzeitigen Stand der Technik realisiert. Die Ausrüstung des Gebäudes entspricht der Energieeffizienzklasse C nach der Norm EN15232.

Hinsichtlich effizienter Energienutzung und damit Klimaschutz wurden keine besonderen Maßnahmen getroffen.

Die Diplomarbeit

Im Schuljahr 2009/2010 wurde von den Schülern Harald Zeller und  Lukas Thallauer im Rahmen einer Diplomarbeit der Energiebedarf eines Klassenraums genauestens erfasst und dokumentiert. Darauf aufbauend wurde ein Konzept zur effizienten Energienutzung in Schulräumen unter Nutzung moderner Gebäudeleittechnik entwickelt. Als Ergebnis weist diese Arbeit, je nach verwendeter Technologie,  ein Einsparpotential von 28% – 38% aus.

Thematik und Zahlenmaterial der Arbeit sind in einer Qualität ausgeführt, dass dieses Projekt beim renommierten KNX-Award in Frankfurt 2012 den ersten Platz in der Kategorie „Young“ gegen größte internationale Konkurrenz erreicht hat.

Die Synthese

Ausgehend von den Erfahrungen aus der Diplomarbeit und der Tatsache, dass die gesamte Abteilung Elektrotechnik in ein neues Schulgebäude übersiedelt und in einem Stockwerk konzentriert ist, haben wir uns entschlossen, es nicht nur bei einer theoretischen Arbeit zu belassen, sondern diese Ergebnisse auch in die Praxis  umzusetzen, um so einerseits einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten und andererseits wertvolle Erkenntnisse für künftige Projekte zu gewinnen.

Projektziel

Ziel des Projekts ist es , den energieeffizienten Klassenraum in die Praxis umzusetzen und damit ein Umfeld zu schaffen, welches es gestattet, einerseits Energieeffizienz zu leben und andererseits den Grundstein für zukünftige Arbeiten zu legen, die sich besonders mit dem schulischen Umfeld befassen. So ist z.B. in einer weiteren Diplomarbeit geplant, die Energieversorgung über das Stundenplanprogramm zu steuern, um auch das Einsparpotential temporär nicht benutzter Räume zu nutzen.

Detailziele

  • Energieeinsparung und damit auch CO2-Einsparung und Klimaschutz
  • Reduktion von Betriebskosten
  • Ausstattung der Klassenräume des gesamten 2. Stockwerks mit technischen Komponenten um einen energieeffizienten Betrieb zu ermöglichen
  • Installation einer geeigneten Messtechnik um die einzelnen Stockwerke, also Klassen mit und ohne effizienzsteigernden Maßnahmen, zu vergleichen
  • Aufzeigen von konkreten Energieeinsparmöglichkeiten an Schulen
  • Knowhow für künftige Schulneubauten
  • Bewusstseinsbildung auf allen Ebenen: Schülerinnen und Schüler, Eltern, Lehrerinnen und Lehrer, sonstiges Personal und Schulleitung
  • Sensibilisierung der jungen Technikerinnen und Techniker für umweltrelevante Aspekte
  • Multiplikatoreffekt – Wissen wird in die Familien getragen und später in die Betriebe
  • Entwicklung innovativer, speziell auf den Unterrichtsbetrieb zugeschnittener Steuerungskonzepte
  • Zurverfügungstellung aller gewonnen Erkenntnisse an Interessierte

Projektpartner

Die internen Partner

Seitens der Schule wird das Projekt neben Schülerinnen und Schülern von drei Personen getragen:

  • DI Hermann Binder – Vorstand der Abteilung Elektrotechnik
  • Ing. Gerhard Mayer – Leiter der Elektrotechnikwerkstätten
  • Ing. Gerhard Hinterhofer – Leiter des KNX Ausbildungszentrums
  • Schülerinnen und Schüler der Abteilung Elektrotechnik

Die externen Partner

Ein derartiges Projekt kann mit den begrenzten Budgetmitteln einer Schule nicht finanziert werden. Wir haben uns daher entschieden, Sponsoren einzuladen, um das Projekt zu fördern. Als Gegenleistung erhalten die unterstützenden Firmen das Recht, einen Klassenraum für die Dauer von 5 Jahren nach dem Namen ihres Unternehmens zu benennen.

Im Einzelnen sind folgende Unternehmen beteiligt

  • ABB GmbH
  • CAE Consulting GmbH
  • CEGELEC GmbH
  • Controlmatic GmbH
  • Dietzel Univolt GmbH
  • Eichmann Elektrofachgroßhandel GmbH
  • Elektro & Elektronik Landsteiner GmbH
  • Elektro Gottwald
  • EPLAN Software & Service GmbH
  • Euro Unitech Elektrotechnik GmbH
  • EVN AG
  • ITGA Ingenieurbüro Brunner GmbH
  • Klenk & Meder GmbH
  • Landesschulrat für NÖ
  • Maroschek GmbH
  • OBO BETTERMANN GmbH
  • Rittal GmbH
  • Schmied & Fellmann GmbH
  • Schubert Elektroanlagen GmbH
  • VIPA Elektronik Systeme GmbH
  • VOITH St. Pölten
  • WAGO Kontakttechnik GmbH
  • ZUMTOBEL Licht GmbH

Bis zum heutigen Datum wurden ca. 50.000 € in die Umsetzung investiert.

Aktueller Umsetzungsgrad

Der IST-Stand

Alle Klassenräume der Abteilung Elektrotechnik (14 Klassen, 3 CAD Räume) wurden mit KNX[2]-Komponenten ausgestattet, die mit Beginn des Schuljahres 2013/14 folgenden Betrieb  ermöglichen:

  • Einzelraum Temperaturregelung – zur optimalen Temperaturanpassung
  • Fensterüberwachung – bei geöffneten Fenstern werden die Heizkörperventile geschlossen
  • Lichtsteuerung – zur optimalen Helligkeitsanpassung
  • Konstantlichtregelung in 3 Klassenräumen – Variante zur optimalen Helligkeitsanpassung
  • Anwesenheitskontrolle – zur Drosselung der Energiezufuhr in nicht benutzten Räumen
  • Programmierung der Klassenräume für energieeffizienten Betrieb

Durch diese Maßnahmen wird die Energieeffizienzklasse A nach der Norm EN15232 erreicht.

Darüber hinaus kann in allen Stockwerken die zugeführte elektrische und thermische Energie erfasst und von einem Leitrechner überwacht werden. Dies ermöglicht  eine qualifizierte Aussage über die tatsächlichen Einsparungen, wobei insbesondere der Vergleich mit anderen Stockwerken, in denen keine energieeffizienzsteigernden Maßnahmen vorgesehen sind, von höchstem Interesse ist.

Im Rahmen einer Diplomarbeit im Schuljahr 2012/13 wurde von den Schülern Jürgen Speck und Andreas Scharnagl die Programmierung und Einbindung der vorhandenen Komponenten in das Gebäudeleitsystem vorgenommen. In einer weiteren Diplomarbeit wurde von Daniel Kubala und Lukas Sieder ein Konzept für die komfortable Bedienung der Klasseneinrichtung (Licht, Heizung, Beamer) mittels Tablet-PC oder Smartphone ausgearbeitet und ein Prototyp programmiert.

Der Ausblick

Im Schuljahr 2013/14 wird im Rahmen weiterer Diplomarbeiten ein  Energiemanagementsystem nach ISO 50001 für die Abteilung Elektrotechnik eingeführt.

Dazu wird an eine Schülergruppe eine Diplomarbeit vergeben, die sich aus einem normativen Teil (Analyse der ISO500001, Umsetzung der Anforderungen an die Gegebenheiten, Erstellen der entsprechenden Dokumente) und einen praktischen Teil (Aufbau eines entsprechenden Mess- und Analysesystems auf Basis eines Gebäudeleitsystems) zusammensetzt. D. h. die Schüler erheben zuerst den energietechnischen Zustand (IST-Analyse) des Gebäudes, programmieren dafür Schnittstellen zu den Messstellen von Energiezählern und ermöglichen so einen Zugriff auf energierelevante Daten inkl. Heiz- und Raumbelegungskurven. Die so geschaffene Datenbasis dient zur Optimierung eines Energie-Managementsystems. Es kann damit eine genaue Analyse gemacht werden, wo an der Schule Energie eingespart werden kann und welche konkreten Einsparungsmaßnahmen ergriffen werden sollen. Ein weiterer Auftrag der Schüler ist es (so sieht es auch die ISO 50001 vor), ein Maßnahmenpaket zur Bewusstseinsbildung und Schulung von Lehrerinnen und Lehrern, Schülerinnen und Schülern und weiterem Personal zu erstellen und dieses auch umzusetzen.

Konkrete klimarelevante Auswirkungen bzw. Erfolge

Die Berechnungen haben ein Einsparpotential von 28% - 38% ergeben.

Geht man von einer 30%igen Einsparung aus, so ergibt dies eine Energieeinsparung von 1.400 kWh Heizenergie je Klassenraum. Das entspricht 384 kg CO­2-Äquivalent.

Für die gesamte Abteilung Elektrotechnik ergibt dies in Summe 6,5 t CO2-Äquivalent, die ab Herbst 2013 eingespart werden.

Wäre das gesamte Gebäude mit dieser Technologie ausgestattet, könnte man folgende Berechnung anstellen.

Der Jahresenergiebedarf der Schule stellt sich wie folgt dar:

Wärme:                                   2,3 GWh

Elektrische Energie:                0,7 GWh

Geht man von einer vorsichtig geschätzten Einsparung von 20 % für das gesamte Gebäude aus und berücksichtigt man, dass ca. 2/3 der elektrischen Energie für Maschinen im Bereich der Werkstätten und Computeranlagen mit geringem Einsparpotential verbraucht wird, kommt man zu folgenden eingesparten Energiewerten:

Wärme:                                       460.000 kWh

Elektrische Energie:                      50.000 kWh

Diese Einsparung entspricht einem CO2 Äquivalent von ca. 140 t pro Jahr.

Einbettung in die Gesamtstrategie

Durch die eingesetzte Messtechnik ist es möglich, die Einsparungen auf Stockwerksebene zu vergleichen. Damit können, nach einer geeigneten Evaluierungsperiode, zuverlässige Investitionsüberlegungen angestellt werden und die Technologie auf die gesamte Schule ausgerollt werden.

Diese Maßnahmen betreffen ein singuläres Schulgebäude. Extrapoliert man nun auf alle Schulen in Österreich, kann man sich leicht vorstellen, welches Einsparpotential hier in Summe vorhanden ist.

H.Binder


KNX ist ein Bussystem zur Vernetzung und Steuerung energietechnischer Komponenten in Gebäuden. http://www.knx.org/de/was-ist-knx/knx-projects/knx-award-projects/