Tòa nhà trường tiểu học Niederheide – Đức

Giới thiệu chung

Trường Tiểu học Niederheide tại Hohen Neuendorf, gần Berlin, là trường học đầu tiên ở Đức được trao Huy chương Vàng về Công trình Xây dựng Bền vững bởi Bộ Xây dựng Liên bang Đức.

Đây là trường học năng lượng dương (energy-plus) đầu tiên được xây mới tại Đức, được thiết kế dựa trên phương pháp tiếp cận tích hợp, nhằm mang lại điều kiện học tập tối ưu về chất lượng không gian, chất lượng không khí, sự tiện nghi về nhiệt và ánh sáng.

Các đặc điểm kỹ thuật chính bao gồm: tiêu chuẩn nhà thụ động cách nhiệt cao được áp dụng trong dự án, hệ thống thông gió hỗn hợp mới được phát triển, sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo và tích hợp các thành phần xây dựng sáng tạo.

Phương pháp thiết kế

Phương pháp thụ động

Hướng

Các lớp học được hướng về phía nam. Điều này cho phép che nắng hiệu quả, chiếu sáng tự nhiên và sưởi ấm thụ động bằng năng lượng mặt trời.

Vỏ tòa nhà và các cửa sổ

Cấu trúc chính của trường học bao gồm các bức tường bê tông, tấm và mái. Nhà thi đấu thể thao có mái bằng gỗ. Tòa nhà có mức cách nhiệt rất tốt, đạt tiêu chuẩn nhà thụ động.

Giá trị U của lớp vỏ tòa nhà

Mặt đứng được thiết kế để kiểm soát tối ưu năng lượng mặt trời chiếu sáng tự nhiên và thu năng lượng mặt trời thụ động.

Hệ thống thông gió hỗn hợp

Chiến lược thông gió được xây dựng dựa trên việc đạt được sự cân bằng giữa tiện nghi nhiệt, chất lượng không khí, tiện nghi của người sử dụng và hiệu quả năng lượng. Phương án thông gió kết hợp giữa thông gió tự nhiên và điều khiển được áp dụng bằng cách nhóm các phòng học cùng với khu vực vệ sinh.

Việc thông gió cho các lớp học chủ yếu đạt được bằng cách thông gió tự nhiên nhanh chóng trong giờ nghỉ, thông qua các cửa sổ thông gió có kích thước lớn được điều khiển bằng động cơ.

Thông gió tự nhiên được kết hợp với hệ thống thông gió cơ học nhỏ để giảm mức CO2 cao, v.v.

Lưu lượng gió cấp cho các phòng học được điều chỉnh tương ứng với lưu lượng gió thải cần thiết cho các khu vực vệ sinh. Sự thoải mái nhiệt trong nhà vào mùa hè được đảm bảo nhờ làm mát ban đêm thông qua các cửa sổ thông gió điều khiển bằng mô-tơ. Các khu vực có khối lượng tích trữ nhiệt lớn được làm mát bằng phương pháp này.

Chiếu sáng tự nhiên và kiểm soát năng lượng mặt trời

1. Mặt tiền lớp học hướng về phía nam để cung cấp đủ bóng râm, ánh sáng tự nhiên và hệ thống sưởi ấm thụ động bằng năng lượng mặt trời.
2. Các rèm chắn nắng cố định bên ngoài giúp bảo vệ cửa sổ khỏi bức xạ mặt trời vào mùa hè, trong khi rèm vải dọc cho phép kiểm soát hiệu suất năng lượng mặt trời sao cho phù hợp với nhu cầu của người sử dụng.
3. Các cửa sổ không được trang bị rèm che cố định có lớp phủ Nano gel để khuếch tán ánh sáng tự nhiên.
4. Các cửa sổ không có thiết bị che nắng sẽ được trang bị các cửa chớp nhằm giúp chắn nắng và điều chỉnh hướng sáng ban ngày.
5. Dự án có mật độ chiếu sáng tự nhiên rất cao.

Khối lưu trữ nhiệt và âm học

Trần bê tông được để lộ nhằm đảm bảo tiếp xúc nhiệt tốt, và phần lớn bề mặt tường được bao phủ bởi các vật liệu tiêu âm có hiệu suất cao.

Phương pháp chủ động

Hiệu suất năng lượng

1. Việc tận dụng các quá trình tự nhiên và công nghệ thụ động là mục tiêu chính và điều kiện tiên quyết nhằm giảm thiểu các thành phần kỹ thuật chủ động, hướng tới một mô hình Tòa nhà Tối giản (Lean-Building-Concept).
2. Các đặc điểm chính của mô hình năng lượng là:

• Tiêu chuẩn nhà thụ động cho lớp vỏ tòa nhà
• Chiến lược chiếu sáng ban ngày được tối uu hóa nhằm đảm bảo mật độ chiêu sáng tự nhiên
• Kiểm soát chiếu sáng ban ngày kết hợp với chiếu sáng tự động
• Thiết kế mặt đứng chi tiết, đảm bảo kiểm soát bức xạ mặt trời hiệu quả, tận dụng ánh sáng tự nhiên và sưởi ấm thụ động vào mùa đông.
• Cải thiện tiện nghi nhiệt vào mùa hè nhờ thông gió ban đêm, sử dụng khối tích nhiệt để lưu trữ nhiệt và làm mát tự nhiên
• Chiến lược thông gió kết hợp sử dụng cửa sổ mở cơ học để thông gió tự nhiên trong giờ nghỉ giải lao được hỗ trợ bởi hệ thống thông gió cơ học
• Sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như viên nén gỗ và pin năng lượng mặt trời cho việc sưởi ấm và tạo ra điện
• Tích hợp các thành phần xây dựng mới và sáng tạo. Bao gồm các loại kính cải tiến khác nhau
• Kính điện sắc, đèn LED, các bộ lọc và bộ phận điều khiển hệ thống thông gió

Giám sát

Một chương trình giám sát chuyên sâu trong 2 năm và dài hạn trong 5 năm sẽ được thực hiện như một phần của chương trình hỗ trợ EnOB (Công trình tối ưu hóa năng lượng) do Bộ Kinh tế và Công nghệ Liên bang Đức tài trợ.

Mục tiêu của việc giám sát bao gồm:

• Xác minh cân bằng năng lượng dương (chu kỳ tính toán là một năm sử dụng thực tế của trường học)
• Chứng minh và phân tích hiệu quả hoạt động của các thành phần tiết kiệm năng lượng
• Đo lường các yếu tố như mức tiêu thụ và tiết kiệm năng lượng, nhiệt độ, cũng như các thông số về sự tiện nghi về nhiệt và thị giác của người sử dụng
• Phát hiện và chẩn đoán sự cố
• Tối ưu hóa hệ thống kỹ thuật tòa nhà ngay từ giai đoạn đầu vận hành
• Công bố kết quả tới công chúng và trình bày theo hình thức phù hợp để phục vụ mục đích giảng dạy

Năng lượng tái tạo

Một hệ thống đồng phát nhiệt – điện công suất nhỏ (micro CHP) được vận hành quanh năm để đáp ứng phần tải năng lượng cơ bản.

Một nhà máy điện mặt trời tích hợp trong công trình với công suất 55 kW được lắp đặt nhằm đáp ứng phần nhu cầu năng lượng sơ cấp còn lại.

Tổng sản lượng năng lượng sơ cấp hằng năm được tạo ra bởi hệ thống CHP và nhà máy điện mặt trời tích hợp đạt 24 kWh trên mỗi mét vuông diện tích sử dụng mỗi năm (24 kWh p/m²a).