Steigende Energiepreise, immer knapper werdende Budgets und zunehmende Vorgaben im Hinblick auf die Energieeffizienz in Form europäischer Normen – diesen Anforderungen müssen sich Schulen in ganz Europa und im Prinzip weltweit stellen. Aufgrund der ökologischen Entwicklungen wie der globalen Erwärmung sind die Entscheidungsträger heutzutage gezwungen, auch bei der Modernisierung von Schulgebäuden der Energieeffizienz eine hohe Priorität einzuräumen. Eine optimierte, intelligente Regelungstechnik kann die Energieeffizienz von Schulen signifikant verbessern und den Energieverbrauch durch spezifische Regelalgorithmen erheblich senken.
Energieeffizienz
Die Energieeffizienz eines Gebäudes ist umso höher, je weniger Wärme (im Falle einer Klimatisierung Kälte) es verliert. Sie ergibt sich aus den Wärmedämmeigenschaften von Wänden, Dach und Fenstern, der Bauweise und Ausführung (Dämmung) sowie der Größe der Außenflächen des Gebäudes, durch die Wärme bzw. Kälte entweichen kann. Das Maß für die Energieeffizienz ist der Heizwärme-/Kühlenergiebedarf. Ein weiterer wesentlicher Faktor zur Steigerung der Energieeffizienz ist aber auch die Güte der eingesetzten Regelungstechnik und Gebäudeleittechnik. Viele der im Folgenden beschriebenen Maßnahmen zur Energieeinsparung an Schulen auf der Grundlage hochwertiger Regelungssysteme können bereits mit sehr geringem Aufwand realisiert werden. Die Untersuchungen von Dr. Wolfgang Heße von der Dresdner ÖKOTHERM-GmbH “ bestätigen, dass Ersparnisse von bis zu 15 % allein durch die Optimierung der Regelparameter zu erzielen sind.
Neben Deutschland haben sich auch andere Länder bereits intensiv mit dem Thema Energieeffizienz in Schulen befasst. Hier übernimmt England eine Vorreiterrolle in Europa: Im Oktober 2008 startet die Initiative „Sustainable Learning “, die den Energieverbrauch aller Schulgebäude im Land transparent macht. In den einzelnen Schulgebäuden machen das Zertifikat „Display Energy Certificate“, kurz DEC, deutlich, wie hoch der aktuelle jährliche Energieverbrauch ist und vergleicht ihn mit dem anderer Schulen. Dieses für alle sichtbare Zertifikat wird jährlich aktualisiert und zeigt auf, wie die Energieeffizienz gesteigert werden konnte. Je nach Energieeffizienz wird ein DEC zwischen A (sehr gut) und G (sehr schlecht) vergeben. So können alle Schüler und Lehrer einfach erkennen, wie energieeffizient ihre Schule ist und wie auch Schüler durch bestimmte Maßnahmen, wie z. B. einen verantwortungsvollen Umgang mit der Beleuchtung, den Energieverbrauch minimieren können. Diese Initiative ist eine Antwort der englischen Regierung auf die Forderungen der Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) vom 16. Dezember 2002, die mehr Energieeffizienz in Gebäuden fordert.
1. Energieeffiziente Regelfunktionen
Die energieeffizientesten Regelungsanlagen starten die Wärme- bzw. Kälteerzeuger nur dann, wenn ein Verbraucher einen Bedarf anfordert. Jeder Verbraucher – sei es ein Heizkreis, eine Warmwasserbereitung, eine Klimaanlage oder eine Einzelraumregelung – kann also genau dann eine Anforderung in Höhe seines Sollwertes an die Wärme- bzw. Kälteerzeuger senden, wenn eine Regelung erforderlich ist. Da die Nutzungszeiten für jeden Verbraucher individuell einstellbar sind, wird keine unnötige Energie bereitgestellt und damit der Verschwendung Einhalt geboten.
Bild 1: Schulgebäude mit intelligenter Regelungstechnik
Heizkreisregelung
In den meisten Schulen werden aus Kostengründen lediglich Heizungsregelungen mit witterungsgeführter Vorlauftemperaturregelung eingesetzt. Im besten Falle gibt es mehrere Heizungsstränge, die nach einem festgelegten Zeitprogramm geregelt werden. Ein Heizungsstrang versorgt mehre Klassenzimmer, die meist nicht die gleichen Stundenpläne haben. Also muss das Zeitprogramm eines Heizkreises die maximale Belegungszeit berücksichtigen. Hausmeister stellen die Zeitprogramme oft schon zwei bis drei Stunden früher ein, damit die Klassenräume vor allem an den kältesten Tagen im Winter schon zu Beginn des Unterrichts warm sind. Eine optimierte Einschaltzeit der Heizkreise kann hier sehr sinnvoll sein und den Energieverbrauch merklich senken. Bei höheren Außentemperaturen wird automatisch später eingeschaltet, wodurch mindestens 10 % an Wärmeenergie gespart werden kann. CentraLine-Regler verwenden für die Optimierung ein „adaptives Gebäudemodell“, das die Wärmespeichereigenschaften des Gebäudes bei der Berechnung der Ein-/Ausschaltzeiten mit berücksichtigt. Mit einer witterungsgeführten Regelung ist es zudem nicht möglich, die Einflüsse der Sonneneinstrahlung, die Wärme, die durch Geräte (wie PCs) erzeugt wird, oder die Anzahl der Schüler in der Klasse zu erfassen. Jeder Schüler erzeugt immerhin etwa 60 W Wärmeleistung. Überschüssige Wärme wird dann oft durch Öffnen der Fenster abgeführt, was zu einer unvermeidbaren Energieverschwendung führt. Diese Nachteile können nur mit einer Einzelraumregelung kompensiert werden. Um die genannten Nachteile einer witterungsgeführten Vorlauftemperaturregelung abzumildern, ist es wichtig, dass die eingesetzte Regelungstechnik den Vorlaufsollwert möglichst gering hält. Regler wie „Tiger“ oder „Panther“ von CentraLine schaffen dies durch die automatische Adaption der Heizkurve, die sich somit automatisch dem Gebäude anpasst.
Pumpenregelung
Weitere Einsparungen ermöglichen bedarfsgesteuerte Heizungspumpen: In vielen Fällen laufen Pumpen 24 Stunden am Tag bei maximaler Drehzahl. Vor allem bei großen Zubringerpumpen über 100 kW gibt es hier ein hohes Einsparpotenzial. Bei Frostgefahr ist es zwar erforderlich, dass die Pumpen kontinuierlich durchlaufen. Doch wenn oberhalb der Frostschutzgrenze Pumpen nur dann laufen, wenn tatsächlich Energie benötigt wird, kann mindestens 30 bis 60 % der verbrauchten Elektroenergie gespart werden. Der Einsatz einer Regelungstechnik von CentraLine ermöglicht es, Heizkreispumpen bei geschlossenem Ventil abzuschalten. Natürlich werden sie dabei zyklisch gestartet, um verfälschte Messwerte in stehendem Wasser zu vermeiden.