Absorptionskälte,
Wärme­pumpen und eine intelligente Hydraulik-Lösung

Sichere, umweltfreundliche Kälteversorgung im Akademischen Krankenhaus Maastricht

Kälte ist wertvoll – und sie wird zunehmend kostbarer. Der Bedarf an Kühlung und Klimatisierung wird allein schon durch den Klimawandel global weiter steigen. Das Dilemma: Eine noch immer verbreitet ineffiziente und umweltschädliche Kälteversorgung befeuert mit hohem Stromverbrauch und CO2-Emissionen den Klimawandel selbst massiv. Um Mensch und Umwelt zukünftig in einer gesunden Balance zu halten, bedarf es hocheffizienter, klimafreundlicher Energietechnologien. Diese sind bereits heute in einem breiten Spektrum und auf einem hohen Entwicklungsstand verfügbar; in vielen Fällen stolpert die Transformation jedoch noch immer über unzureichende bauseitige, infrastrukturelle oder betriebsspezifische Rahmenbedingungen. Ein oft unbeachteter, aber signifikanter Effizienz-Vernichter findet sich im weiten Wegenetz zwischen Erzeugerseite und Kälteverbraucher.

In vielen Bereichen, wie etwa in Kritische-Infrastruktur-Einrichtungen (KRITIS), ist die Gebäudeklimatisierung schon heute für die Aufrechterhaltung des Betriebs unabdingbar. Während etwa im privaten Wohnbau und in der gewerblichen Objektbewirtschaftung die Raumklima-Regulierung primär mit Komfort-Zielen verbunden ist oder den Werterhalt einer Immobilie fördern soll, zählt die Kälteversorgung in Krankenhäusern zu den essenziellen Faktoren, um das Leben und die Gesundheit von vulnerablen Menschen zu schützen. Zahlreiche Betreiber sehen sich dabei in einem schwierigen Spannungsfeld, denn häufig sind die großen, komplexen Gebäudebestände veraltet, weisen ein marodes energetisches Versorgungsnetz auf und verfügen nicht selten über eine ineffiziente, mitunter hoch umweltbelastende Anlagentechnik. Bei einem signifikanten Energiebedarf an Wärme, Kälte und Strom akkumulieren sich Effizienzeinbußen und schlechte Emissionsbilanzen schnell zu einem wirtschaftlichen und ökologischen Fiasko, und Kliniken werden so selbst zum Treiber von Umwelteinflüssen, deren Auswirkungen sie tagtäglich und in zunehmendem Maße bekämpfen müssen.

In der medizinischen Versorgung hat die Kältebereitstellung eine übergeordnete Funktion und ist unstrittig systemrelevant: Zahlreiche kritische Prozesse, wie etwa die Kühlung von lebenserhaltenden Geräten, die adäquate Temperierung von Operationssälen und Intensivstationen sowie die Kühlung von Bereichen der EDV werden durch Kälteeinwirkung reguliert und gesichert. Thermische Präzision und absolute Ausfallsicherheit haben im Kälte-Management oberste Priorität; hinzu kommen wirtschaftliche, ökologische und komfortorientierte Ziele, die gleichermaßen zu berücksichtigen sind. Viele ältere Versorgungssysteme geraten angesichts eines so anspruchsvollen Anforderungskatalogs rasch an ihre Leistungsgrenzen. Insbesondere die nach wie vor verbreiteten elektrisch betriebenen Kompressionskältemaschinen stehen als unökonomische und klimaschädliche Stromfresser massiv in der Kritik – der schnelle, konsequente Umstieg auf regenerative Erzeuger/Quellen in Kombination mit effizienzoptimierter, ressourcenschonender und emissionsarmer Energietechnologie gilt als alternativlos.

Verschenkte Effizienz auf dem Weg vom Erzeuger zum Verbraucher

Effektive CleanTech-Lösungen, die die Transformation im Kälte-Sektor entscheidend voranbringen könnten, stehen dem Markt schon seit Längerem zu Verfügung. Spürbar umweltentlastend sind beispielsweise sorptionsgestützte Klimatisierungsverfahren, wenn sie im Verbund mit einer nachhaltig gewonnenen Antriebsenergie umgesetzt werden. Daneben zählt das Kühlen mit Wärmepumpe zu den klimafreundlichsten und zugleich besonders komfortablen Lösungen in der thermischen Gebäudebewirtschaftung.

Im University Medical Center UMC + – dem Akademischen Krankenhaus Maastricht – wurden im Rahmen eines energetischen Sanierungsprojekts beide Kälteerzeuger-Typen in ein gemeinsames Versorgungssystem integriert. Die Planungen hierfür stammen aus dem Ingenieurbüro Royal HaskoningDHV, einem renommierten und erfahrenen Entwickler von effizienzoptimierten Energieversorgungskonzepten. Das Büro hat seinen Hauptsitz in Amersfoort, Niederlande und betreibt mit rund 6.000 Mitarbeitern Niederlassungen in 30 Ländern weltweit.

Eine Multivalenzlösung mit einem Zusammenschluss aus konventionellen und regenerativen Erzeugern, wie sie von Royal HaskoningDHV für das Universitätsklinikum geplant wurde, stellt besondere Anforderungen an die Systemhydraulik; diese setzt eine präzise Koordination aller eingebundener Volumenströme auf Erzeuger- und Verbraucherseite voraus, um im Real-Betrieb störungsfrei und effizient arbeiten zu können. Oft verliert sich das ökologische und wirtschaftliche Potenzial hochentwickelter, effizienzoptimierter Energietechnologien in der Prozesskette zwischen Erzeugung und Abnahme. Um dieses Problem verlässlich und dauerhaft in den Griff zu bekommen hat das österreichische Unternehmen Zortea bereits vor mehr als 30 Jahren eine Hydraulik-Lösung entwickelt, die die Voraussetzungen dafür schafft, dass Taktung, Arbeitstemperaturen und Laufzeiten der Erzeuger auf einem durchweg optimalen Niveau stabilisiert werden können und die Stromaufnahme der Wärmepumpen minimal bleibt.

Bewährt in mehr als 6.000 Versorgungslösungen europaweit

Auf Grundlage umfassender Projekterfahrung wurde die patentierte und vielfach ausgezeichnete Samml-, Speicher- und Verteil-Technologie in den vergangenen Jahren kontinuierlich weiterentwickelt. Der „Zortström“ wird heute europaweit in nahezu allen energetischen Versorgungsumgebungen – von Industrie über Gewerbe bis zum Wohnbau und im Gesundheitswesen – eingesetzt und löst dabei die häufig störanfälligen Systeme auf Basis konventioneller Stangenverteiler ab. Das einfache wie hoch effektive Prinzip beruht auf der hydraulischen Entkopplung aller integrierter Volumenströme und der Vorhaltung von Wärme oder Kälte, die in beliebig vielen Temperaturstufen zu jedem Betriebszeitpunkt exakt voneinander getrennt wird. Auf diese Weise ist es möglich, thermische Kapazitäten verschiedener konventioneller und regenerativer Quellen ohne eine gegenseitige Beeinflussung zusammenzuführen, mit einer optimalen Temperaturverteilung zu sammeln und bedarfspräzisiert den Abnehmern auf Erzeuger- und Verbraucherseite zuzuführen. Dabei lassen sich auch Niedertemperaturen effizient einbinden.

Im Akademischen Krankenhaus Maastricht koordiniert ein Zortström Multi-K die Erzeuger-/Verbraucherkreisläufe. Die Anlage besteht aus einem zylindrischen, 2,8 Meter hohen Behälter mit einem Inhalt von rund 8,5 Kubikmetern und einen Durchmesser von 2,2 Metern. In ihm laufen alle Heiz- und Kühlströme der Erzeuger- und Abnehmeranschlüsse zusammen; dabei kombiniert sie parallel die Funktionen einer Sammeleinheit und eines Verteilers. Eine umweltschonende Absorptionskältemaschine (AKM) wird bei diesem Prozess prioritär angesteuert. Im Gegensatz zur Kompressionstechnik hat die AKM durch die Nutzung von Wasser als Kältemittel ein Global Warming Potential (GWP) von Null. Ihre Antriebsenergie bezieht sie von einem Blockheizkraftwerk, dessen Abwärme im Sommer zur Verfügung steht. Neben der Absorptionskältemaschine mit 1.500 kW werden zwei Wärmepumpen mit einer Leistung von jeweils ebenfalls 1.500 kW zur Kühlung herangezogen. Zusätzliche Kältemaschinen dienen lediglich der Spitzenlastabdeckung.

Aus Sicherheitsgründen wurde der Zortström in Maastricht ohne Schweißarbeiten mittels Flanschverschraubung vor Ort zusammengebaut. Die erforderlichen Druckprüfungen erfolgten noch während des laufenden Fertigungsprozesses.

Die Anlage versorgt heute die Lüftung, medizinischen Geräte und die Fußbodenkühlung, mit einer Gesamtleistung von 13,5 MW plus weiteren 1,5 MW Reserve. Mittels einer speziell geplanten Schaltung werden die 26 Operationssäle dabei in hydraulischen Vorrang gestellt.

Fazit

Krankenhäuser bewegen sich in einem vielschichtigen, komplexen Konfliktfeld: Steigende Betriebskosten müssen bei weiter sinkenden Budgets mit einer hohen gesamtgesellschaftlichen Verantwortung in Einklang gebracht werden. Diese betrifft neben der Wiederherstellung und dem Erhalt der Patientengesundheit zunehmend auch den Schutz der Umwelt. Dem gegenüber stehen die beträchtlichen energetischen Aufwände einer Rund-um-die-Uhr-Versorgung, die verbreitet noch konventionell, ressourcenzehrend und damit klimaschädlich gedeckt wird. Energietechnologische Effizienzbausteine – etwa ein leistungsfähiges hydraulisch optimiertes Multivalenz-System – geben ein Beispiel dafür, wie eine nachhaltigere Kälteversorgung die problematische Spirale der Kälteerzeugung als Treiber der Erderwärmung durchbrechen kann.

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