Passivhäuser und Ultra-Niedrigenergiehäuser sind heute bereits Stand der Technik und in der Baupraxis etabliert. Diese Gebäude benötigen sehr wenig Energie für Raumheizung und -kühlung. Mittlerweile wurden viele Untersuchungen zu Wohn- und Bürogebäuden mit Passivhausstandard durchgeführt und es existiert umfangreiche Erfahrung. Allerdings wur-den dabei nur sehr wenige Schulgebäude untersucht. Für die FOS / BOS Erding wurde ein Schulgebäude in Passivhaus-Standard neu errich-tet, dessen Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssysteme mit energieeffizienten Wärme- /Kälterückgewinnungsanlagen ausgestattet wurden. In der vorliegenden Arbeit wurde die Energieeffizienz des Schulgebäudes in Zusammenhang mit der Steigerung der Luftqualität und der thermischen Behaglichkeit in den Klassenräumen untersucht. Die Rückwärmzahl und ein neu definiertes Energieeinspar-Verhältnis der raumlufttechnischen Anlagen wurden analytisch modelliert, wobei der Luftverbund aller Klassenräume betrach-tet wurde. Anschließend wurden der Luftwechsel und die Temperaturschichtung im Klas-senraum in Abhängigkeit des Zuluftvolumenstroms und dessen Temperatur untersucht. Da-bei wurden repräsentative Parameter für die thermische Behaglichkeit, der Anteil Unzufrie-dener, die Temperaturdifferenzen zwischen Fuß- und Kopfhöhe sowie für das Auftreten von Zuglufterscheinungen evaluiert. Die Innenraumluftqualität wurde über die CO2-Konzentrati-onen betrachtet und im Hinblick auf verschiedene Luftwechselraten untersucht. Der Ener-giebedarf der Klassenräume für Zuluftkonditionierung und Heizung im Winter bzw. Kühlung im Sommer sinkt mit steigender Rückwärmzahl und das Energieeinspar-Verhältnis der raumlufttechnischen Anlagen steigt mit zunehmender Zulufttemperatur im Winter bzw. sinkt im Sommer. Detaillierte Korrelationskurven hierzu werden vorgestellt. Ergebnisse aus nu-merischen Simulationen zeigen, dass die Erhöhung der über die Lüftungsanlage zugeführ-ten Luftmenge zu einer höheren Verdünnung der Luftschadstoffe, aber gleichzeitig auch zu einem höheren Ungleichförmigkeitsgrad der Temperatur- und Schadstoffverteilung im Raum führt. Die Untersuchungen zeigen weiterhin, dass durch eine geeignete Leittechnik gleichzeitig eine Verbesserung der Luftqualität in den Klassenräumen und eine Senkung des Energieverbrauchs des Schulgebäudes erreicht werden kann. In der Übergangszeit ist eine natürliche Belüftung eine wirksame Methode, um die Raum-luftqualität zu verbessern und den Energieverbrauch im Gebäude zu reduzieren, vor allem wenn die Außentemperatur im Bereich der Innentemperatur liegt. In der Arbeit werden die Wärmeverluste aufgrund geöffneter Fenster sowie die Lüftungseffektivitätsrate analytisch modelliert. Mit numerischen Strömungsmodellen wurden die Effekte des thermischen Auf-triebs der Luftströmung auf die Temperaturschichtung sowie die Schadstoffdispersion in einem Klassenraum untersucht und diskutiert. Die natürliche Lüftung eines Klassenraums und die sich dabei einstellende Temperaturschichtung sowie die Innenraumluftqualität, be-trachtet über die CO2-Konzentration, wurden hinsichtlich des Einflusses der Zulufttempera-tur und der Strömungsgeschwindigkeit bei natürlicher Belüftung untersucht. Eine anschlie-ßende Effizienzanalyse zeigte, dass der Energiebedarf eines Klassenraums bei natürlicher Belüftung und konstanter Luftwechselrate mit zunehmender Lüftungseffektivitätsrate für Temperaturverteilung sinkt. Ebenfalls sinkt der Energiebedarf, wenn bei konstanter Zuluft-temperatur die Lüftungseffektivitätsrate für Temperaturverteilung abnimmt. Weiterhin konn-ten detaillierte Korrelationen zwischen dem Wärmeverlust durch geöffnete Fenster im Klas-senraum und der Lüftungseffektivität der natürlichen Lüftung untersucht werden. Mit dynamischen, numerischen Gebäudesimulationen konnten die wichtigsten Parame-ter zum Energiebedarf des Gebäudes und seiner thermischen Randbedingungen, wie zum Beispiel der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungsenergiebedarf, die Raumlufttempera-turen und die Fassadentemperaturen, identifiziert werden. Zunächst wurden die Heizungs-/Kühlungs- und Lüftungsparameter, die aus dem Gebäudebetrieb bekannt waren, analy-tisch für einen Referenzklassenraum sowie für das gesamte Passivhaus-Schulgebäude be-trachtet. Um die Energieeffizienz des Referenzklassenraums näher zu untersuchen, wur-den sechs verschiedene Auslegungsszenarien dynamisch simuliert. Ebenso wurde das ge-samte Gebäude mit drei verschiedenen Betriebsszenarien modelliert. Die untersuchten Auslegungsszenarien wurden jeweils auf Basis realer Betriebssituationen in dem Schulge-bäude und anhand von Messdaten eines Gebäudemonitorings abgeleitet. Für diese Sze-narien wurden der Energiebedarf sowie die thermische Behaglichkeit im Hinblick auf die Auswirkungen verschiedener Aspekte, wie die Variation der Innensolltemperaturen im Win-ter und Sommer, ein Vorlüftungsbetrieb im Winter, die Variation von Luftwechselraten bei Nachtlüftung im Sommer, der Einfluss einer Verschattungsanlage und die Effizienz der Wärmerückgewinnungsanlagen ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Anforderun-gen an den thermischen Raumkomfort und gleichzeitig die hohen Anforderungen an die Energieeffizienz mit Raumlufttemperatur-Sollwerten von 21,5 °C im Winter und 26 °C im Sommer erfüllt werden können. Insgesamt ist der Jahresenergiebedarf für Wandheizung und Luftvorwärmung sowie die aktive Kühlung erwartungsgemäß niedrig. Weiterhin konnte mit der Nachtlüftung Kühlenergie im Sommer effektiv gespeichert werden, um jeweils am nächsten Tag einen ausreichenden Raumkomfort sicherzustellen. Dadurch können die Energiekosten für die Kühlung erheblich gesenkt werden. Optimierte Regelungen für den Betrieb der Klimatechnik und der Verschattungsanlagen zeigen eine erwartet hohe Ener-gieeffizienz.     «

Passivhäuser und Ultra-Niedrigenergiehäuser sind heute bereits Stand der Technik und in der Baupraxis etabliert. Diese Gebäude benötigen sehr wenig Energie für Raumheizung und -kühlung. Mittlerweile wurden viele Untersuchungen zu Wohn- und Bürogebäuden mit Passivhausstandard durchgeführt und es existiert umfangreiche Erfahrung. Allerdings wur-den dabei nur sehr wenige Schulgebäude untersucht. Für die FOS / BOS Erding wurde ein Schulgebäude in Passivhaus-Standard neu errich-tet, dessen Heizungs-...     »

Passive houses or the ultra-low energy buildings have been introduced into the practical operations, and these buildings require very little energy for space heating and cooling. With the time past, there were many researches and experience on the passive residential and office buildings but almost few have been done in the school buildings. One school building with Passive House standard of the FOS/BOS Erding implemented with HVAC control systems was recently built up, which has adopted a novel heat recovery air conditioning system particularly operating in cold winter and hot summer. School building energy conservation performance and classroom air environment quality enhancement was simultaneously investigated in the present work. Heat recovery efficiency of the heat recov-ery facility and energy conservation ratio of the air conditioning unit were analytically mod-elled, taking the classroom ventilation network into account. Following that, classroom dis-placement ventilation and its thermal stratification have been investigated concerning the effects of delivering ventilation flow rate and supplying air temperature. Representative ther-mal comfort parameters, the percentage of dissatisfied, temperature difference between ankle and head, and draft dissatisfaction have been evaluated. Indoor air quality indicated by the CO2 concentration was also investigated in terms of different levels of ventilation flow rate. Classroom energy demands for ventilation and winter heating/summer cooling have shown that they decrease with the promotion of heat recovery efficiency of the ventilation facility, and the energy conservation ratio of the air conditioning unit increases/decreases with the promoting temperature of supplying fresh air in winter/summer. Detailed fitting cor-relations of heat recovery ventilation and air conditioning energy conservation have been presented. Numerical results indicated that the promotion of mechanical ventilation could simultaneously boost the dilution of indoor air pollutants and the non-uniformity of indoor thermal and pollutant distributions. The research illuminated that enhancement of class-room air quality and reduction of school building energy consumption could be simultane-ously achieved with the appropriate operation of heat recovery air conditioning and ventila-tion system. In the transitional seasons, natural ventilation is an effective method to improve indoor air quality and reduce energy consumption in buildings, especially when the indoor temper-ature approaches closely to ambient level. Heat losses due to the opened windows and ventilation effectiveness ratio are analytically modelled. After air flow models were set up, the effects of thermal buoyancy on the classroom airflow and thermal stratification comfort as well as the contaminant dispersion are numerically investigated and discussed. Natural ventilation of a classroom and its thermal stratification as well as indoor air quality indicated by the CO2 concentration have been investigated concerning the effects of supplying fresh air temperature and delivering natural ventilation flow velocity. Subsequent energy effi-ciency analysis illuminates that classroom energy demands for natural ventilation could de-crease with the promotion of the ventilation effectiveness ratio for heat distribution when the natural ventilation rate maintains a constant, and with the shrinking of the ventilation effec-tiveness ratio for heat distribution when the supplying air temperature is not changeable. Following that, detailed correlations of heat loss resulted from opened window and ventila-tion effectiveness of natural ventilation inside the classroom have been presented. Building energy performance analysis based on the network model could dynamically identify the important parameters of building energy consumption and thermal environment such as HVAC energy demands, room air temperature and facade temperature, to name just a few. A sample test classroom and the whole passive school building, whose heat-ing/cooling and ventilation parameters were accurately known as prior, are analytically mod-elled. In order to fully investigate the energy performance of the sample test classroom and the whole building, six different classroom design points and three building scenarios have been representatively simulated respectively, depending on practical operational situations in this school building implemented with HVAC control systems. Heating/cooling and venti-lation energy demands of the sample test classroom and the whole building and thermal comfort inside the sample classroom have been evaluated regarding the effects of different indoor set-point temperatures in winter/summer, pre-ventilation in winter, the air exchange rates of night ventilation in summer, solar shading system, and the efficiency of the heat recovery facility. The subsequent analysis results indicate that the set-point combination 21.5/26 °C could be selected as a suitable set-point indoor temperature combination in win-ter/summer, which could not only meet the requirement of human thermal comfort, but also effectively reduce energy consumption. Moreover, the annual wall heating and pre-heating as well as active cooling demands are expectedly few. In addition, night ventilation in sum-mer could effectively result in cooling energy storage, which could provide more appropriate living conditions for the following day, and meanwhile it could greatly reduce energy costs for cooling at daytime. The optimized control systems for HVAC and sun-shading show an expectedly energy efficient performance.     «

Passive houses or the ultra-low energy buildings have been introduced into the practical operations, and these buildings require very little energy for space heating and cooling. With the time past, there were many researches and experience on the passive residential and office buildings but almost few have been done in the school buildings. One school building with Passive House standard of the FOS/BOS Erding implemented with HVAC control systems was recently built up, which has adopted a nove...     »