Klassenziel: Wohlfühlen und Energie sparen mit KNX, CO2-Messung und Multisensoren
Aufgabe
- Erweiterungsbau einer Grund- und Gemeinschaftsschule mit neu konzipierter Lüftung zur Verbesserung der Raumluftqualität und Energieeffizienz
Lösung
- Präsenzmelder (Multisensor) thePrema P360 KNX Multi mit integriertem Raumluftsensor zur Lichtsteuerung und Lüftungssteuerung
„Der letzte macht das Licht aus“ und „Fenster zu, wir heizen nicht die Straße“, solche Appelle waren lange die einzig bekannten Energieeffizienzmaßnahmen im Schulbetrieb. Die Wirkung war begrenzt. Erfolgsversprechender ist eine moderne und weitgehend automatisierte Gebäudetechnik. Dass das auch mit einem knappen Budget machbar ist, beweist ein Erweiterungsbau der Schule in Hirrlingen. Multi-Sensoren von Theben und eine klug programmierte Automation sorgen für den sparsamen Einsatz von Energie und zugleich für ein kindgerechtes Wohlfühlklima.
© christoph/alt fotografie Elmshorn
© christoph/alt fotografie Elmshorn
© christoph/alt fotografie Elmshorn
© christoph/alt fotografie Elmshorn
Im Herbst 2022 konnte die Grund- und Gemeinschaftsschule von Hirrlingen im Landkreis Tübingen einen 775 m2 umfassenden Erweiterungsbau einweihen. Trotz Pandemie und deren Auswirkungen wurde der Schulbau im geplanten Zeitraum errichtet und war sogar 2 % günstiger als geplant. Er bietet neben drei Klassenräumen auch vier Räume zur Kernzeitbetreuung. Architekt Frank Schillinger vom Büro Schillinger Architekten aus Rottenburg, der ihm Rahmen eines Wettbewerbs die Gemeinde vom Entwurf seines Büros überzeugen konnte, schildert die Anforderungen: „Aus unserer Sicht sollte sich der Erweiterungsbau in die kleinteilige Dorfstruktur einfügen, mit dem vorhandenen Raum auskommen und Erweiterungspotenzial bieten.“ So entstand eine L-förmige Gebäudeform mit einer Terrasse mit die Aufstockungspotenzial für zwei weitere Klassenräume.
Warmer Empfang statt einem Sprung ins kalte Wasser
Architekt Schillinger legte Wert auf eine freundliche, warme Atmosphäre: „Wenn Sechsjährige zum ersten Mal ihre neue Schule betreten, sind sie aufgeregt oder haben eventuell Versagensängste“, beschreibt er die Situation aus Kinderperspektive. „Mit warmen Materialien und einer ruhigen Akustik kann der Übergang in einen neuen Lebensraum behutsam und motivierend geschehen. Solche ersten Eindrücke bleiben hängen.“ Trotz des Kostendrucks, dem alle öffentlichen Gebäude unterliegen, gelang es Schillinger Akzente zu setzen. Farbgebung und Materialien erinnern an einen Laubwald zu verschiedenen Jahreszeiten. Schallabsorbierende Decken, zum Teil mit einer offenen, raumhaltigen Dachform sorgen für eine ruhige Akustik und ein großzügiges Raumerlebnis. Eine Besonderheit ist unter anderem der Boden aus massiven Eichendielen, einem ungewöhnlichen Belag für eine Schule, aber auf lange Sicht wirtschaftlich. Er kann mehrfach abgeschliffen werden, während ein Boden aus Gummi oder Kautschuk komplett ausgewechselt werden muss. Das überzeugt auch eine Gemeinde wie Hirrlingen mit gerade einmal 3000 Einwohnern, für die so ein Bau ein finanzieller Kraftakt ist. Luxus und Spielereien wären hier fehl am Platz, aber in eine solide, langlebige Bausubstanz investieren die Hirrlinger gern.
Passend zur nachhaltigen Architektur nutzte Schillinger auch bei der Gebäudetechnik alle Möglichkeiten, um Energie zu sparen. Neben einer Steuerung für Beleuchtung und Beschattung gehört dazu auch eine Lüftungsanlage. Sie bietet vor allem in der kalten Jahreszeit erhebliche Vorteile. Die Luftqualität in den Zimmern bleibt auch ohne regelmäßiges Stoßlüften hoch. Die Lüftung springt an, wenn der CO2-Gehalt im Klassenzimmer einen vorgegebenen Wert übersteigt. Gleichzeitig lässt sich durch Wärmerückgewinnung sehr viel Energie einsparen. Eine PV-Anlage auf dem Dach erzeugt in der Regel mehr Energie, als die Lüftungsanlage benötigt. Der Überschuss geht in den Altbau. Dadurch entfallen Batteriespeicher oder aufwendige Verfahren zur Einspeisung in das öffentliche Netz.
Gebäudeautomation wörtlich genommen
„Wenn die Lehrkraft ins Zimmer kommt, unterwegs noch ein paar Nachzügler eingesammelt hat, die Klasse auf die Stühle bringen muss und den Unterricht beginnen will, kann sie nicht auch noch Zeit damit verbringen, die Lüftung und die Jalousien zu bedienen“, beschreibt Schillinger den Schulalltag. „Alle Beteiligten haben sich sehr viel Mühe gegeben, die Gebäudeautomation so zu gestalten, dass die Nutzer nicht eingreifen müssen. Wenn bei so vielen Personen jeder irgendetwas schaltet, funktioniert das nicht. Wir hatten schon Vortragsräume an Instituten, bei denen die Anwender mit drei Lichtszenarien überfordert waren. Wenn die Automatik möglichst viel regelt, sorge ich für Entlastung und habe die höchste Energieverbrauchseffizienz.“
Die Automatisierung sollte die Beleuchtung, die Beschattung sowie die Lüftung der Klassenzimmer und der Toiletten umfassen. Mit der Installation und Programmierung der Anlage wurde die Firma Elektro-Zug aus dem nahegelegenen Rottenburg am Neckar beauftragt. Der langjährige Mitarbeiter und Teilhaber Lorenz Hoch betreute das Projekt. Er kümmerte sich auch um die Auswahl der Komponenten und fand bei Theben eine besonders interessante Lösung.
Ein Anschluss, zwei Melder
Auf der Suche nach der passenden Sensorik, sprach Lorenz Hoch die Firma Theben an: „Wir haben schon lange einen guten Kontakt. Theben bietet einen sehr guten Support und kann zuverlässig liefern, wohl auch durch die Fertigung in Haigerloch“, erläutert er. Der Vertriebsbeauftragte von Theben, Holger Wagner, schlug ihm die passenden Produkte vor: „Wir haben vor Ort die verschiedenen Positionen für die Präsenzmelder besprochen. Dabei stellte sich heraus, dass in den Zimmern auch die Luftgüte gemessen werden sollte. Dafür war natürlich unser Multisensor ideal.“ Die Rede ist von dem Produkt thePrema P360 KNX AP Multi WH. Dieser KNX-Multisensor, besteht aus einem Passiv-Infrarot-Präsenzmelder mit quadratischem Erfassungsbereich und einem Raumluftsensor, der die CO2-Konzentration, die relative Feuchtigkeit, die Temperatur und den Luftdruck erfasst. Dieser ringförmige Sensor dient zugleich als Sockel, auf dem der Präsenzmelder montiert wird. Dies ist sogar nachträglich möglich. In der Kombination bilden die Sensoren zwei Busteilnehmer, benötigen aber nur einen KNX-Anschluss – eine Lösung, die auch Schillinger gefällt: „Als Architekt möchte ich am liebsten eine ruhige Decke ganz ohne Melder“, weist er auf die ästhetischen Aspekte hin. „Mit so einem multifunktionalen Sensor können wir den Raum schöner gestalten. Da verbauen wir uns nicht die ganze Decke.“
Diesen gestalterischen Anforderungen kommen die Sensoren von Theben auch an anderer Stelle entgegen, wie Wagner erläutert: „In den Fluren sind unsere Präsenzmelder thePassa installiert. Das Design gleicht dem thePrema, aber der Erfassungsbereich beträgt 5m x 30m. Damit kann ich einen langen Flur mit nur einem Melder erfassen. Das bedeutet weniger Auslässe, geringerer Installationsaufwand und ein ruhiges Deckenbild.“
Präsenzmelder und Sensoren für Luftfeuchtigkeit in den Sanitärbereichen ergänzen die Anlage.
Im Zweifelsfall hat der Lehrer recht …
… oder natürlich die Lehrerin. Schillinger legte größten Wert darauf, dass die Technik so weit wie möglich automatisch arbeitet, die Anwender aber nicht bevormundet. So lassen sich Beleuchtung und Beschattung unabhängig von der Automatik jederzeit manuell regeln, wenn etwa der Raum für eine Filmvorführung dunkel bleiben muss oder zum Wachwerden die volle Morgensonne ins Zimmer scheinen soll. Mit der Sensorik von Theben ließ sich auch dies ohne Einschränkungen umsetzen, wie Hoch berichtet: „Wir hatten anfangs etwas Probleme mit dem manuellen Übersteuern. Dazu wollten wir den Sensor sperren. Aber wann und wie soll er wieder entsperrt werden? Wir haben Theben angesprochen und bekamen schnell eine Lösung: Der thePrema lässt sich so parametrieren, dass man ihn ganz einfach direkt übersteuern kann. Er erkennt den manuellen Befehl und sendet dann keine Steuerbefehle mehr, solange er Präsenz erfasst. Jedes Präsenzsignal startet eine einstellbare Nachlaufzeit. Wir haben sie auf 20 min gesetzt. Erst wenn diese abgelaufen ist, geht der Melder zurück auf Automatik.“
Automatikbetrieb an jedem Tag im Jahr
Die Steuerung sorgt aber nicht nur dafür, dass vergessene Lichter nach kurzer Zeit ausgeschaltet werden, sie stellt sich auch auf unterschiedliche Jahres-, Schul- und Ferienzeiten ein. Im Winter fährt die Lüftung in einem Zimmer hoch, sobald der CO2-Melder anschlägt. Erkennt der Präsenzmelder Abwesenheit, stoppt die Lüftung nach einer Nachlaufzeit von zwei Stunden.
Im Sommerbetrieb wird die Anlage für die Nachtauskühlung benutzt. Ist die Temperaturdifferenz außen / innen groß genug, läuft die Lüftung. So sind die Klassenräume morgens angenehm kühl. Bei Außentemperaturen unter 22 °C startet die Lüftung auch, wenn die CO2-Werte zu hoch sind. Bei höheren Temperaturen – nur dann ist noch Handbetrieb gefragt – öffnen die Lehrkräfte bei Bedarf die Fenster an der sonnenabgewandten Raumseite. Schillinger hat dafür alle Räume so geplant, dass sie Fenster zu mehreren Seiten aufweisen.
Unterstützt wird die Lüftung durch die tageszeitabhängige Jalousie-Steuerung. Je nach Sonnenstand und Temperatur sorgt die Beschattung für kühle Räume oder fängt im Winter auch einmal Sonnenwärme ein. Priorität haben dabei natürlich immer die Anwesenheit von Personen im Raum oder die höchste Instanz – die manuelle Steuerung. Generell ist die Automatik so ausgelegt, dass noch nicht einmal ein manuelles Umschalten während der Ferien nötig ist. Ohne menschliche Präsenz geht die Anlage in einen Minimalbetrieb.
Minimalistische Bedienung für Zentralfunktionen und Pandemien
Ganz ohne Bedienpanel kommt auch die beste Automatik nicht aus. Es befindet sich im Lehrerzimmer und zeigt Zustände, wie die Luftqualität in den Räumen oder Störungen an. Auch Zentralfunktionen, wie das Ein- und Ausschalten der gesamten Beleuchtung sind hier hinterlegt.
Besonders erwähnenswert ist die Pandemie-Funktion. Auf dem Touchscreen lässt sich die Anlage per Button auf Pandemiebetrieb stellen. Die Lüftungen in Klassenzimmern und Sanitäranlagen laufen bei Präsenz dann ständig, unabhängig vom CO2-Gehalt. Nur wenn die Außentemperaturen zu hoch sind, müssen die Fenster gemäß den gesetzlich vorgeschriebenen Zyklen geöffnet werden. Die Lüftung würde sonst zu viel Warmluft in die Klassenzimmer fördern. Insgesamt bietet das Konzept mit einer überschaubaren Investition ein Maximum an Energieeffizienz und Komfort.
Eingesetztes Theben Produkt