En la ciudad alemana de Halle, se ha construido un edificio sostenible y de consumo de energía casi nulo con una estructura de madera y aislamiento de celulosa de acuerdo con el estándar Passive House. El edificio reemplaza a la antigua escuela de primaria St. Franziskus de la ciudad. La nueva escuela es un edificio de tres plantas con dos áreas interconectadas: la escuela infantil y el área de las clases (estructura oeste), así como la zona administrativa, con el comedor escolar y el apartamento del conserje (estructura este). El proyecto de diseño del edificio ha sido realizado por el Estudio de Arquitectura Steinblock Architeckten GmbH.
La envolvente del edificio tiene una protección térmica muy alta como resultado del aislamiento de celulosa. Aparte de la estructura de madera, solo hay dos elementos de escaleras de hormigón armado y un innovador sistema de ventanas. Este sistema innovador consta de dos ventanas de doble acristalamiento integradas en un marco singular para reducir el puente térmico. Estas ventanas de vidrio aislante de doble acristalamiento contienen persianas intermedias y, por lo tanto, garantizan una baja demanda de calefacción, que se reduce aún más mediante el sistema de ventilación con recuperación de calor. El edificio escolar cubre una gran parte de sus necesidades de electricidad con dos sistemas fotovoltaicos instalados en la cubierta de la escuela y en el aparcamiento.
La escuela se puso en funcionamiento en febrero de 2014 y su consumo de energía ha sido monitorizado desde entonces.
La nueva escuela St. Franziskus consta de una escuela primaria y jardín de infancia con 20 aulas para aproximadamente 200 alumnos en total. En la planta baja hay instalaciones de tecnología y aseos, una cocina, un auditorio en el área este y una guardería en el lado oeste. El primer piso se compone de aulas y las oficinas de administración. La sala es de dos plantas. El apartamento del conserje está situado en la zona oriental del segundo piso, y otras aulas e instalaciones de aseo en el ala oeste. Las paredes transparentes de las aulas crean un ambiente de aprendizaje abierto que da una sensación de amplitud.
Con el fin de conseguir el estándar Passive House deseado, la envolvente del edificio fue diseñada para ser altamente aislante y libre de puentes térmicos. Además de esto, también fue necesario por deseo de los promotores aplicar soluciones sostenibles y ecológicas en todo el proceso de construcción. Con estos requisitos para la envolvente del edificio, los planificadores optaron por una construcción de marco de madera, que se compone en un 80% de material reciclable.
La estructura de la pared exterior está realizada con vigas de doble T maderables. Los paneles se fijan a la parte interior de la correa. Los espacios intermedios se llenan completamente con aislamiento de celulosa. De este modo, las correas de las vigas también están aisladas con el fin de reducir al mínimo los puentes térmicos de la estructura. Las placas de fibra de yeso que se enfrentan al interior se unen a los listones horizontales y se desacoplan para reducir la transmisión de sonido. El panel exterior ventilado se compone de paneles de cemento o termo-madera.
La iluminación natural es principalmente a través de las superficies de las ventanas dispuestas en la fachada perforada. Con el fin de optimizar la incidencia de la luz del día, los marcos de las ventanas exteriores se hicieron con superficies reflectantes. El sombreado y oscurecimiento se lleva a cabo con los listones automatizados, montados independientemente entre la ventana interior y exterior. Con esta disposición, el sistema de sombreado está protegido contra las influencias meteorológicas. Los listones tienen dos superficies diferentes que se utilizan según la estación, ya sea una superficie para los meses más cálidos o una superficie absorbente para el clima más fresco. En los meses más cálidos, la superficie reflectante de metal reduce la entrada de calor para el interior. Para generar las ganancias solares en invierno, la superficie negra se posiciona hacia fuera para absorber el calor.
Con el fin de mejorar la acústica de la sala y la inteligibilidad de la voz, se utilizaron paneles acústicos en las aulas en la zona central del techo. Se instalaron techos perforados acústicos de yeso para reducir el tiempo de reverberación en los pasillos.
Los valores de U para los diferentes componentes del edificio en W/m2.K son: pared externa (0.11 ); pared térmica solar (0.16); ventanas (0.60); fachada de montantes y travesanos (0.60); cubierta plana (0,10 ); placa de suelo (0,13 ).
La estanqueidad al aire del envoltorio del edificio se mide con un valor de n50 de 0,24 h-1. Tres años después de la primera medición, se realizó una segunda confirmación de la estanqueidad con una medida de 0,246 h-1.
El consumo de energía final medida (solo para la escuela y la guardería) de la calefacción urbana asciende a 12 kWh/m2.y y el consumo de electricidad medida para la ventilación es de 13,8 kWh/m2.y. El otro consumo eléctrico, como la iluminación, los controladores, los proyectores y todos los demás aparatos eléctricos, asciende a 2,7 kWh / m2.y.
La energía positiva de la escuela se basa en el consumo y producción de energía primaria. El consumo tomado en cuenta es la calefacción, la refrigeración, la ACS, la iluminación y la ventilación. Desafortunadamente el consumo de iluminación no se mide por separado. Por lo tanto, el consumo total de energía del edificio tiene que ser comparado con la producción de energía primaria. El consumo de energía primaria para todo el edificio asciende a 72,2 kWh / m2.y mientras que las cantidades de producción a 77,8 kWh/m2.y. Como resultado, la medición muestra que se alcanza el objetivo de energía positiva.
De acuerdo con la superficie útil, el consumo total de energía primaria es de 72,2 kWh/m2.y. Su desglose en kWh/m2.y. sería: calefacción (3.3); ventilación (35,9); todos los demás aparatos eléctricos (33.0). Respecto al consumo total de energía final es de 38,5 kWh/m2.y. El desglose en kWh/m2.y.: calefacción (12); ventilación (13,8); todos los demás aparatos eléctricos (12.7). Y la producción total de energía primaria renovable es de 77,8 kWh/m2.
La calidad del aire interior en dos aulas se ha medido y el nivel de CO2 durante el uso en el aula (medido a través de detectores de movimiento) es de 27% de las horas con un uso por encima de 1000 ppm y sólo 0,4%. Proporcionando así una calidad del aire interior muy buena para los alumnos.
La evaluación de la temperatura del aire ambiente se basa en la banda de confort del capítulo NA.3.2 de DIN EN 15215: 2012-12 [DIN V 15251], válida únicamente para habitaciones en las que los usuarios puedan adaptar su ropa. Este es el caso de las escuelas en la resistencia de la ropa habitual entre 0,3 clo y 1,0 clo. Observando las dos habitaciones evaluadas, la temperatura del aire de la habitación excede la banda de comodidad en un 26% de las horas de uso durante un año y baja en un 3% del tiempo. El problema es la zona inexistente o incluso la regulación de la habitación.
El edificio se calienta a través de los sistemas de ventilación; no se han instalado superficies de calentamiento estáticas. El aire de suministro se acondiciona previamente a través de los intercambiadores de calor geotérmicos y luego precalentado por la unidad de recuperación de calor. Si es necesario, el aire de suministro se recalienta adicionalmente. Esto se hace a través del retorno de la calefacción de distrito del gimnasio vecino. Por consiguiente, la temperatura de suministro y retorno de la calefacción para la escuela primaria St. Franziskus es 45/35 ° C. El aire caliente se introduce en las aulas y una vez allí, compensa las pérdidas de calor de transmisión muy bajas debido al alto nivel térmico aislamiento.
Parte de la refrigeración se proporciona por la ventilación natural a través de las ventanas. Durante los meses más cálidos, la prevención del sobrecalentamiento es un foco primario, el calor excendente del espacio intermedio puede ser dispensado por la inclinación de la ventana exterior. En invierno, las ganancias solares se suministran a la habitación abriendo la ventana interior. El concepto de ventilación mecánica prevé dos sistemas de ventilación en combinación con la recuperación de calor y la utilización del calor geotérmico. Además de garantizar la calidad higiénica del aire en las habitaciones, la ventilación también ayuda a controlar su temperatura.
Las partes oriental y occidental de la construcción tienen una unidad central con recuperación de calor. El flujo de volumen total para el tramo de aula se dimensiona con 7.500 m³/h y la sala con 10.000 m³/h materiales de almacenamiento de calor transferibles térmicamente, denominados acumuladores de calor. Ellos absorben el calor rápidamente y disipan esto rápidamente a la corriente de aire frío. El cambio constante entre aire exterior y aire de escape garantiza una alta recuperación de alta humedad. La ventilación básica de cocina, así como la ventilación residencial de apartamento del conserje también se suministran a través de unidades de ventilación central con intercambiadores de calor de corriente de contracorriente (320 m³ / h de aire de suministro). Las instalaciones sanitarias tienen un sistema de ventilación de escape adicional con 360 m³ / h (suministro de aire procedente del flujo posterior de la ventilación de la habitación).
En invierno, la temperatura del aire exterior se eleva a través de un intercambiador de calor de tierra para evitar el congelamiento de las unidades de intercambiador de calor en los sistemas de ventilación. Además, el uso del intercambiador de calor de tierra reduce la demanda de energía para el recalentamiento. En verano, el intercambiador de calor de tierra se puede utilizar para enfriar el aire exterior. Una ventilación de noche de verano también se proporciona.
Las tuberías de recolección (DN 900) del intercambiador de calor de tierra están hechas de polietileno, mientras que las tuberías de hilo (DN 300 y 400) están hechas de polipropileno. Las tuberías fueron instaladas en el suelo libre de heladas con una longitud total de 650 m dentro del pozo de excavación. El sistema de ventilación está controlado por temperatura (temperatura del aire de escape, superpuesta por la temperatura ambiente individual de las habitaciones desfavorables). Además, existen detectores de presencia basados en el espacio, que liberan los respectivos reguladores de flujo volumétrico.
La pared solar térmica del sur está equipada con 36 m2 de colectores solares térmicos para la calefacción de agua caliente sanitaria (ACS) para las cocinas de las escuelas y el apartamento del conserje. Los colectores solares térmicos se alimentan en un tanque de almacenamiento de de 2 m³ con aislamiento al vacío (para la cocina). El post-calentamiento se realiza por medio de una bobina de calefacción integrada (con calefacción urbana normal) o por medio de un elemento calefactor eléctrico integrado para la cubierta de carga máxima.
El exceso de calor de los colectores solares térmicos se suministra a un acumulador de calor latente (material de almacenamiento acetato de sodio trihidrato). La fusión del material de cambio de fase tiene lugar a 85º C. Debido a la falta de exceso de calor durante la operación de construcción, el almacén de calor latente se utiliza raramente. El ACS para la escuela se maneja con calentadores de agua eléctricos locales (cafetería infantil, sala de arte, sala de reuniones, duchas). Las instalaciones de inodoros comunes están equipadas con conexión de agua fría. El apartamento del conserje tiene un depósito de 200 litros de agua caliente que se alimenta desde el sistema de energía solar térmico y dos calentadores de agua eléctricos locales con un registro de calefacción eléctrica en el sistema de ventilación.
Se instalaron dos plantas fotovoltaicas con una potencia total de 81 kWp, así como una turbina eólica vertical con una capacidad de 1 kW, para lograr un balance energético positivo. El aerogenerador se instaló principalmente con fines educativos.
Las condiciones óptimas de luz garantizan un ambiente de aprendizaje positivo. Para ello, los sensores de luz miden el brillo en el aula, que se compone de luz diurna y luz eléctrica. Esta medida se compara con el punto de ajuste establecido por el usuario y se ajusta después de una desviación por la entrada de luz eléctrica. Un sensor infrarrojo pasivo mide un cambio en la radiación de calor, que es provocada por los movimientos. Si no se detecta ningún movimiento durante un tiempo determinado, el sistema de iluminación se desactiva. Se utilizan varias luminarias dependiendo del uso y del tamaño del espacio. En las aulas se utilizan predominantemente tubos fluorescentes con balastos electrónicos. Se instalan LEDs para los espacios exteriores. La iluminación exterior se suministra predominantemente a través de un sistema de baterías accionadas por PV.