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Monitoring Passivhaus-Hallenbad Bambados


Einleitung

Das Freizeitbad „Bambados“ in Bamberg verfügt über Sport-, Freizeit-, Kinder-, Außen- und zwei Lehrschwimmbecken. Neben Attraktionen im Hallenbereich (Rutschen, Sprudelliegen, Schwallduschen usw.) bietet es einen Saunabereich im Inneren und Äußeren, einen Spabereich und Gastronomie. Das Bad ist seit Ende 2011 in Betrieb.

Für den Neubau eines Freizeitbades in Bamberg setzte der Bauherr, die Stadtwerke Bamberg, im Jahr 2008 auf Energieeffizienz und entschied sich deswegen ein Passivhaus-Hallenbad zu realisieren. Das Passivhaus Institut Darmstadt, das im Vorfeld eine Grundlagenuntersuchung zu Passivhaus-Hallenbädern durchgeführt hatte [Schulz et al. 2009], war mit einer energetischen Beratung während des Planungsprozesses beauftragt. Zusätzlich wurde mit Förderung durch EnOB (Forschungsprogramm „Energieoptimiertes Bauen“ des BMWi) ein Monitoring durchgeführt. Bei Hallenbädern stehen aufgrund des hohen Energieverbrauchs die Betriebskosten im Fokus. Daher ist es naheliegend, sich die Möglichkeiten der Energieeffizienz zu Nutze zu machen und damit einen kostengünstigeren und langfristig planbaren Betrieb des Bades zu ermöglichen. Die Vorgehensweise des Passivhaus Institutes basiert auf einer Energieanalyse der gegebenen Nutzung (Schwimmen in warmen, sauberen Wasser etc.), um das Gebäude im gesamten zu einer hohen Energieeffizienz zu führen. Als Pilotprojekt wurden dabei neue Wege gegangen und das Monitoring zeigt deutlich, dass das Gesamtkonzept und die ergriffenen Maßnahmen erfolgreich waren. Ergänzend wird erläutert, wie in Zukunft für das Bambados und für neue Hallenbäder noch weitere Reduzierungen des Energieverbrauchs möglich sind.


Gebäudehülle

Die Gebäudehülle (Wände, Dächer, Fundamente, Fenster, Anschlüsse etc.) wurde energetisch mit Hilfe einer Energiebilanz optimiert (durchschnittlicher U-Wert der gesamten Hülle: 0,164 W/(m²K)). Zur Energiebilanzierung wurde ein speziell entwickeltes Mehrzonen-PHPP (Passivhaus Projektierungspaket) verwendet. Im Verhältnis zu einem Wohngebäude hat ein Hallenbad mit 32 °C Innentemperatur eine größere Temperaturdifferenz zur Außenluft und eine deutlich längere Heizperiode. Die im Passivhaus geforderte Luftdichtheit und deren Überprüfung sind für ein Hallenbad wegen der Raumluftfeuchtigkeit unersetzlich, um die Baukonstruktion zu schützen. Im Bambados konnte ein sehr guter n50-Wert von 0,07 h-1 (entspricht q50 = 0,21 m/h) erreicht werden.

Die Passivhaus-Gebäudehülle reduziert die Transmissionsverluste signifikant und bildet gleichzeitig für ein Hallenbad die Grundlage für weitere Energieeffizienzmaßnahmen:

  • Möglichkeit von höheren Raumfeuchten und damit Reduktion der Verdunstungswärmeverluste und der Lüftungsverluste
  • Lüftungsgeräte können ohne Umluftanteil betrieben werden; ein Anblasen der Fensterfassaden ist nicht notwendig

Luftbedingungen Hallen

Die Luftbedingungen in den Schwimmhallen wurden auf Wunsch der Badegäste und aufgrund von energetischen Optimierungen der Lüftung im Verlauf des Betriebes angepasst. Betreiberseitig wurde durchgängig eine relative Feuchte von 58 % als Sollwert vorgegeben. Außerhalb der Öffnungszeiten wird der Sollwert für die relative Feuchte in Abhängigkeit von der Außenluftfeuchte erhöht, was energetisch vorteilhaft ist. Bei der orientierenden Messung der Trihalogenmethane (THM) im Bambados war die Höhe der Werte unabhängig vom Umluftanteil. Die Messung zeigt allerdings, dass eine gute Luftdurchströmung essentiell ist.

Heizwärmeverbrauch

Der Heizwärmeverbrauch im Bambados konnte um mehr als 50 % gegenüber Vergleichsbädern reduziert werden Dieser setzt sich aus der Energie zusammen, die für die Beheizung der Raumluft (39 %), des Beckenwassers (41 %), des Warmwassers (16 %) und der Saunakabinen (5 %) benötigt wird. Gründe für den geringen Heizwärmeverbrauch der Luft liegen in der Passivhaus-Gebäudehülle und bedarfsgerechten Lüftungsvolumenströmen. Es wird über die Zuluft geheizt. Heizkörper sind nicht notwendig. Dabei haben Zonen mit höherer Solltemperatur (Schwimmhalle, Umkleiden, Duschen) einen höheren Heizenergieverbrauch als kältere Zonen (Verwaltung, Lager, Technik). Um eine gute Regelung auch der kälteren Zonen (Verwaltung) zu ermöglichen, ist eine interne thermische Trennung sinnvoll.

Beim Heizwärmeverbrauch für die Becken ist auffallend, dass das „kältere“ Sportbecken (28 °C) im Vergleich zu den warmen Becken mit 32 °C einen sehr geringen Heizwärmeverbrauch hat. Dies liegt vermutlich an den geringen Verlusten des Beckenwassers bzw. Gewinne vom warmen Keller.

Neben der Beckenwassererwärmung muss Warmwasser hauptsächlich für die Duschen erwärmt werden. Hier ist der entscheidende Einflussfaktor für den Wasser- und Energiebedarf die Durchflussmenge der Duschköpfe. Der Energiebedarf zur Erwärmung eines Liter Wassers liegt bei ca. 60 – 70 Wh, die durchschnittliche Duschdauer etwa bei 3 Minuten pro Person.

Stromverbrauch

Der Stromverbrauch konnte in Teilbereichen stark gesenkt werden, insbesondere im Bereich Lüftung. Der größte Anteil des Stromverbrauchs im Bambados wird durch die Badewassertechnik gebildet, gefolgt von Beleuchtung, Lüftung und sonstigen Verbrauchern wie Küche, Spa, Büro.

Abbildung 1: Reduzierung des Stromverbrauchs durch bedarfsgerechte Lüftungsregelung in den Schwimmhallen. (Dargestellt ist die Auswirkung der Einregulierung und Betriebsoptimierung, in Rot die durchschnittlichen Monatswerte gemittelt jeweils über ein Jahr) ©PHI

Badewassertechnik

Im Bereich der Badewassertechnik wurden im Betrieb Messungen der Druckverluste vor Ort durchgeführt, um weitere Einsparpotentiale aufdecken zu können. Die Umwälzpumpen wurden passend zu den Betriebspunkten ausgewählt. Die Messung der Druckverluste zeigt, dass die Ausführung der Rohrnetze Potential für eine Reduzierung des Stromverbrauchs bietet, indem u.a. durch geringe Strömungsgeschwindigkeiten (v = 1-1,3 m/s) die Druckverluste gesenkt werden. Mit Ergänzung eines Aktivkohlefilters reinigt die Ultrafiltration plus UV-Anlage das Wasser mit dem geplanten geringen Umwälzvolumenstrom (50 % im Verhältnis zu Mehrschichtfiltern) gut.

Beleuchtung

Für die Beleuchtung der Hallen kann das Tageslicht durch große Verglasungsflächen in der Fassade und shedartigen Lichtkuppeln im Dach genutzt werden. Die elektrische Beleuchtung ist mit T5-Leuchtstoffröhren und LED-Beleuchtung energieeffizient ausgeführt und wird in vielen Bereichen tageslichtgesteuert. Eine Optimierung der bedarfsgeregelten Steuerung (z.B. Putzbeleuchtung nachts) bietet Potential zu weiteren Einsparungen elektrischer Energie.

Lüftung

Der Bereich der Lüftung war sowohl Schwerpunkt der Beratung als auch der Betriebsoptimierung. Neben guten Wärmetauschern ist die Regelung von entscheidender Bedeutung. Im Hallenbereich wird der zur Entfeuchtung notwendige Außenluftvolumenstrom gefahren, mindestens jedoch 15 % nach [VDI 2089]. Nachts werden die Lüftungsgeräte ausgeschaltet, die Feuchte aber kontinuierlich überwacht. In den Nebenzonen konnten schon in der Planung die Volumenströme um insgesamt 50 % gesenkt werden, indem bedarfsgerechte Volumenströme und Überströmungen konzipiert wurden. Nach der Betriebsoptimierung konnten dieser reduzierte Wert durch Messdaten bestätigt werden. Beispiel: In den Umkleiden wird Zuluft eingebracht und über die Duschräume als Abluft abgeführt. Die erforderliche Entfeuchtungsleistung wird über eine Regelung nach relativer Feuchte sichergestellt. Die Auswertung ergab, dass der Entfeuchtungsbedarf so gering ist, dass er vom eingestellten Grundluftwechsel gedeckt wird. Ein bedarfsgerechter Volumenstrom im gesamten Gebäude ist deshalb so wichtig, weil sich eine Reduzierung des Volumenstroms gleich mehrfach auswirkt:

  • Reduzierte Lüftungsverluste führen zu reduziertem Heizwärmeverbrauch
  • Reduktion des Stromverbrauchs für Lüftung
  • niedrigerer Druckverlust im Kanalnetz und Lüftungsgerät; damit steigt die Stromeffizienz des Lüftungsgerätes und der Stromverbrauch sinkt zusätzlich
  • Behaglichkeit: Zuglufterscheinungen werden vermieden und bei Räumen mit geringen Feuchtelasten (z.B. Büros) wird das Risiko von zu trockener Luft verringert.

Der Stromverbrauch konnte durch die Betriebsoptimierung der Hallenlüftung um 60% in diesem Bereich reduziert werden. Im gleichen Zeitraum konnte zudem der gesamte Stromverbrauch der Lüftung in den Nebenzonen um ca. 50% reduziert werden.

Einregulierung / Betriebsoptimierung

Während des Monitorings hat sich gezeigt, dass eine Einregulierung/Betriebsoptimierung in einem Hallenbad einen besonders hohen Stellenwert hat; unabhängig davon, ob Passivhaus-Standard oder andere Bauqualität. Durch die digitale Datenerfassung mit Hilfe einer GLT ist es für den Betreiber möglich unmittelbar Rückmeldung zu erhalten. Damit diese Daten verfolgt, der Betrieb optimiert und langfristig kontrolliert werden kann, ist eine gute Information der Betreiber über die technischen Regelungen und energetischen Zusammenhänge essentiell.


Einordnung Gesamtergebnisse

Wie stellt sich der Energieverbrauch des Bambados im Verhältnis zu anderen Bädern dar? Ein 1:1-Vergleich lässt sich mit Gesamtenergieverbräuchen nicht durchführen, da die Bäder sehr unterschiedliche Ausstattungen (Sauna, Spa, Attraktionen usw.) und Betriebsweisen (Öffnungszeiten, temporär beheizte Außenbecken usw.) aufweisen. Außerdem stehen keine statistisch belastbaren Verbrauchsdaten anderer Bäder zur Verfügung. Zur Orientierung wurden die Gesamtverbrauchswerte (Wärme, Strom, Wasser) des Bambados den entsprechenden Verbräuchen von ca. 37 Freizeitbädern (insgesamt 44 Jahresverbrauchsdaten) gegenüber gestellt (Mittelwert, Minimum und Maximum). Diese Daten stammen hauptsächlich aus [ÜÖBV] und zusätzlich Daten von 6 Bädern aus [SBFBauten 2012]. Für das Bambados wurde der Jahresmittelwert (Mai 2014 bis einschließlich April 2015) verwendet. Bei den Darstellungen wird der gemessene Verbrauch zum einen auf die Wasserfläche und zum anderen auf den Bruttorauminhalt bezogen. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Ergebnisse.

Ergänzend zu den Energieverbrauchswerten ist jeweils auch der Wasserverbrauch dargestellt. Es ist erkennbar, dass die Bezugsgröße einen entscheidenden Einfluss auf den Vergleich hat. Gerade für Freizeitbäder, die neben Wasserflächen noch andere Nutzungen wie Sauna, Gymnastikräume usw. anbieten, ist der übliche Bezug zur Wasserfläche nicht zielführend. Wenn man mehr als nur eine grobe Einordnung des Verbrauchs benötigt, würde es sich empfehlen einzelne Verbrauchsdaten mit unterschiedlichen Bezügen zu vergleichen. Aber auch dann müssen Unschärfen wie z.B. unterschiedliche Beckentemperaturen und unterschiedliche Öffnungszeiten bedacht werden. Außerdem ist es bisher sehr schwierig Daten in dieser Detailtiefe zu bekommen, da sie üblicherweise nicht erfasst werden.

Abbildung 2: Vergleich des Endenergie- und Wasserverbrauchs (pro m² Wasserfläche) zu anderen Freizeitbädern. Zu beachten ist, dass die Verbrauchswerte nur bedingt miteinander verglichen werden können, da die Bäder über sehr unterschiedliche Ausstattungen (Sauna, Spa, Attraktionen usw.) und Betriebsweisen (Öffnungszeiten, temporär beheizte Außenbecken usw.) verfügen. © PHI
Abbildung 3: Vergleich des Endenergie- und Wasserverbrauchs (pro m³ Bruttorauminhalt) zu anderen Freizeitbädern. Zu beachten ist, dass die Verbrauchswerte nur bedingt miteinander verglichen werden können, da die Bäder über sehr unterschiedliche Ausstattungen (Sauna, Spa, Attraktionen usw.) und Betriebsweisen (Öffnungszeiten, temporär beheizte Außenbecken usw.) verfügen. © PHI

Fazit

Die Monitoringergebnisse zeigen deutlich, dass die Effizienzsteigerung im Bereich Heizenergie und Wasserverbrauch erfolgreich war, während im Bereich Strom zwar deutlich Energie eingespart wurde, in effizienten Techniken aber noch ein großes Potential vorhanden ist.


Literatur

[Schulz et al. 2009]Schulz, T.; Pfluger, R.; Grove-Smith, J.; Kah, K.; Krick, B.: Grundlagenuntersuchung der bauphysikalischen und technischen Bedingungen zur Umsetzung des Passivhauskonzepts im öffentlichen Hallenbad. Veröffentlicht: Passivhaus Institut, Darmstadt 2009.
[VDI 2089]VDI-Richtlinien. VDI 2089-1 Technische Gebäudeausrüstung von Schwimmbädern, Hallenbäder. Hrsg. Von Verein Deutscher Ingenieure. Verein Deutscher Ingenieure, 2009.
[ÜÖBV]ÜÖBV 2011, 2012, 2013: Überörtlicher Betriebsvergleich Bäderbetrieb (ÜÖBV 2011, 2012, 2013) der deutschen Gesellschaft für das Badewesen
[SBFBauten 2012]Fachzeitschrift „Sport Bäder Freizeitbauten Ausgabe“ 2/2012: „Energieverbrauch Vergleich Freizeitbäder Norddeutscher Raum“.
playground/cara_s_playground_21.txt · Zuletzt geändert: 2019/02/06 13:18 von cblagojevic