Ein Forschungsprojekt, bei dem größter Wert auf „Nachhaltigkeit“ gelegt wurde, stellte hohe Anforderungen an die Planung der gesamten Elektroinstallation wie Trafostation, Haupt- u. Unterverteilungen, Sicherheitsbeleuchtungs-, Brandmelde- u. elektroakustische Anlage, sowie dem umfangreichen EDV-Netz und der PV-Anlage.

Das Hauptziel der Elektroplanung war:

• geringstmöglichen Energieeigenverbrauch und
• und größtmögliche Energiegewinnung

zu realisieren.

Energieeinsparung durch:

1. LED-Leuchten

Die Entwicklung von LED Leuchten ging in den letzten 2 Jahren, also genau während der Planungsphase, rasant voran. Mittlerweile ist der Anschaffungspreis einer LED-Leuchte nahezu gleich dem einer konventionellen Leuchtstofflampe. Durch die integrative Planung und dem damit verbundenen ständigen Informationsaustausch der Ingenieure und Planer mit dem Bauherrn  wurden innovative Neuheiten vorgestellt und diskutiert. So auch die modernen LED Leuchten. Aufgrund der klaren ökologischen (keine Schwermetalle, wie Quecksilber) und finanziellen Vorteile wie geringerer Energieverbrauch, höhere Lebensdauer (bis zu 50.000 h) und die damit verbundenen wesentlich niedrigeren Wartungskosten (Leuchten müssen nicht so oft getauscht werden) wurde die ursprüngliche Lichtplanung, soweit es machbar war (in  Klassenzimmern und in der Sporthalle), von Leuchtstoffröhren auf LED Leuchten umgeändert. Die Raumhöhe der Marktplätze beträgt bis zu 6 m und hier gab es zum aktuellen Planungszeitpunkt leider noch keine LED-Alternative für eine entsprechende optimale Ausleuchtung (zu geringe „Lumenpakete“ der LED-Leuchten).

Laut aktueller Studien sollte allein durch den Austausch der konventionellen Leuchtstoffröhren in LED-Leuchten eine Energieeinsparung von mindestens 10 % erreicht werden.

 

2. KNX-Technik – intelligente Steuerung, der Generalschlüssel zur weiteren Energieeinsparung

Durch KNX-Technik können unterschiedliche elektrische Verbraucher verschiedener Gewerke miteinander vernetzt werden, so dass sie untereinander kommunizieren können, um optimale Ergebnisse (Energieeinsparung durch gezielte tageslichtabhängige Beleuchtungssteuerung oder witterungsabhängige Steuerung der Jalousien u. v. m.) erzielen zu können.

Quelle: Siemens

 

Beispiel anhand Beleuchtung:

Bei einer konventionellen Beleuchtungsanlage wird das Licht über einen Schalter ein- bzw. ausgeschalten. Es brennt entweder in voller Stärke oder gar nicht.

Vernetzt man die einzelnen Leuchten einer Anlage untereinander mit Dali (standardisiertes Bus-System das ausschließlich zur Steuerung einer Lichtanlage dient), so wird diese KNX-kompatibel und es eröffnen sich neue Steuerungs- und weitere Kosteneinsparmöglichkeiten.

Eine KNX-vernetzte Beleuchtungsanlage kommuniziert nonstop über einen Sensor mit einer Wetterstation und kann entsprechend programmiert werden, dass sich bei untergehender Sonne das Kunstlicht im Raum langsam einschaltet und bei Dunkelheit die nach DIN vorgeschriebene Beleuchtungsstärke, im Klassenzimmer 500 lux (möglich wären 800 lux),  erreicht. Ferner kann über die KNX-Steuerung bei zu starker Sonneneinstrahlung die elektrische Jalousie automatisch heruntergefahren werden um Blendwirkung durch grelles Tageslicht zu verhindern und einer Aufheizung des Raumes vorzubeugen.

 

 

KNX gekoppelt mit Präsenzmelder: ein weiteres Einsparpotential

 

Ist KNX zusätzlich mit Präsenzmeldern gekoppelt, schaltet sich das Licht bei Bedarf (wenn die Lichtstärke im Raum unter 500 Lux beträgt) nur dann automatisch ein, wenn der Sensor eine Person im Raum erkennt. Ist niemand im Raum, brennt auch kein Licht. Hier wird durch optimale Programmierung bares Geld gespart.

 

 

Fluchtwegbeleuchtung mit Hilfe von KNX

 

Mithilfe von KNX kann ohne großen Aufwand eine bestimmte Anzahl von Leuchten der

Allgemeinbeleuchtung so programmiert werden, dass diese im Brandfall als Fluchtwegbeleuchtung dienen. Die Leuchten, die hierfür in Frage kommen, werden aus dem Brandschutzkonzept (Fluchtwegpläne) ausgewählt und so programmiert, dass sie im Notfall

heruntergedimmt werden und die Fluchtwege nach den Brandschutzrichtlinien ausleuchten.

 

So spart man sich die Installation einer zusätzlichen Fluchtwegbeleuchtung.

 

„KNX ein Mädchen für alles“

 

Über KNX wird nicht nur die komplette Beleuchtungs- und Beschattungsanlage optimiert, sondern auch die Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage. Und last but not least sind beim

Schmuttertalgymnasium auch noch die Verriegelungskontakte der Fenster und Türen mit KNX vernetzt. Dadurch kann der Hausmeister beispielsweise an seinem PC sehen, welche Tür oder welches Fenster nicht geschlossen ist. Somit sorgt die KNX Steuerung obendrein noch für Schutz und Sicherheit.

 

Durch die Vernetzung verschiedener elektrischer Bauteile mit der intelligenten KNX-Steuerung spart man sich weitere untergeordnete Steuerungssysteme und somit wiederum Kosten.

 

Quelle: licht.de: licht.wissen 20. Nachhaltige Beleuchtung

 

 

Die tatsächliche Einsparung pro Jahr wird durch Monitoring ZAE nachgewiesen. Die Daten werden seit Januar 2016 erfasst. Dieser Zeitraum ist noch zu gering um aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten

Die Kosten für die KNX-Technik werden sich voraussichtlich in 20 Jahren amortisieren.

 

3. Mediensäulen – Unterverteiler mit „Köpfchen“ die sich rechnen

In den Klassenzimmern und auf den Marktplätzen befinden sich sog. Mediensäulen (mit Unterverteiler, Sicherungen, Schaltaktoren …), die nicht nur für die Energie­versorgung der einzel­nen Klassenzimmer/Markt­plätze zuständig sind, sondern auch noch für die Verdunkelungs­anlage und die Beleuchtung. Durch diese Installations­variante konnten die Leitungs­wege auf ein Minimum reduziert und somit enorme Kosten für Verkabelung eingespart werden, denn für kürzere Leitungswege gilt: kleinere Spannungs- und Leistungsverluste. Dadurch wird der Einsatz von Kabel mit kleineren Querschnitten möglich.

Die Mediensäulen im Schmuttertalgymnasium sind somit richtige „Sparfüchse“. Denn kurze Leitungswege bedeutet: wenigere Meter Kabel mit kleinerem Querschnitt, was wesentlich preisgünstiger ist.

 

PV-Anlage – das umweltfreundliche Kraftwerk auf dem Dach

Der Energieertrag ist in erster Linie abhängig von:

4. der Qualität der Module (Leistungsfähigkeit)
5. und der größtmöglichen Stückzahl auf den Dächern

 

Was bringt die Anlage?

 Mit 1659 PV-Modulen erzeugt das Sonnenkraftwerk auf dem Dach des Schmuttertal Gymnasiuims stattliche 449 kWp(kWp = die von Solarmodulen abgegebene max. elektrische Leistung unter Standard-Testbedingungen)

 

Anschlussbedarf der Schule

Die gesamte Anschluss-Leistung der Schule beträgt 603 kW. Da in der Praxis allerdings nie alle Stromverbraucher (Beleuchtung, Warmwasserboiler, Küchengeräte, PCs, …) der Schule gleichzeitig eingeschaltet sind, multipliziert man diese Leistung mit dem für Schulen festgelegten Gleichzeitigkeitsfaktor (0,6) und erhält so den Wert, den es in der Praxis zu decken gilt:
603 x 0,6 = 361,8 kWh – ca. 370 kWh

 

Übersicht elektrischer Verbraucher

 

Ergebnis: Es wird mehr Energie erzeugt als benötigt

 

Dies bedeutet, dass die PV-Anlage, nicht nur den normalen Leistungsbedarf (370 kW) des Gymnasiums deckt, sondern auch noch einen Überschuss erwirtschaftet, der ins Netz eingespeist und verkauft werden kann. Das Schmuttertal Gymnasium ist somit ein Energie-Plus-Haus, das obendrein noch jede Menge CO₂-Emissionen vermeidet.

 

Die Daten für zukünftige Auswertungen werden seit Januar 2016 erfasst.

Für eine aussagekräftige Auswertung braucht man allerdings die Daten eines ganzen Jahres, denn in den Wintermonaten mit kürzeren Tagen wird weniger Strom erzeugt als im Sommer.

Deshalb liegen noch keine genauen Ergebnisse vor.

 

 

Anlagendimensionierung zur Entwurfsplanung
Gebäude	Dachfläche in qm	Anlagengröße kW-peak	Jährl. Ertrag   MWh	Spezieller Ertrag pro Jahr (gewählt) kWh/kW(p)
Sporthalle	980	162,31	177,104	1.096
Aula	774	128,93	147,732	1.096
Klassenhaus 2	400	66,25	80,350	1.096
Klassenhaus 1	500	82,81	105,449	1.096
Gesamt	2.680	440,30	510,635	1,096

 

 

Die PV-Anlage des Schmuttertal Gymnasiums ein Allrounder

Sie erzeugt nämlich nicht nur Strom, sondern hilft obendrein durch ihre spezielle Unterkonstruktion noch weiter Kosten sparen …

… denn das komplette Tragschienensystem ist blitzstromtragfähig und konnte deshalb in die Blitzschutzanlage als Ableitung mit integriert werden. Die zusätzliche Verlegung von V4A Rundleitern bzw. hochspannungsisolierten Leitungen auf den Dächern konnte somit entfallen und hohe Kosten bei den Blitzschutzarbeiten eingespart werden.

Die Einsparungsmöglichkeit (weniger Auffangspitzen) hatte obendrein noch den positiven Nebeneffekt, dass sich die realisierte Blitzschutzanlage noch besser in das anspruchsvolle architektonische  Gesamtkonzept einfügt (architektonischer Gewinn).