Gleich schnell fahren mit halb so großem Motor

Wärme bzw. Kälte ungenutzt in die Atmosphäre zu entlassen, kommt für die Verantwortlichen im Leopoldina-Krankenhaus der Stadt Schweinfurt nicht infrage – aus Kostengründen nicht und aus Umweltschutzgründen schon gar nicht. Bereits seit 17 Jahren gewinnt man in dem 700-Bettenhaus Wärme und Kälte aus der Fortluft zurück und spart damit nicht nur beachtliche Mengen Energie, sondern auch zusätzliche Technik. Eine Bestandsaufnahme.

Insgesamt werden im „Leo“, wie die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter ihr Krankenhaus nennen, 4353 kW Heizleistung und 1634 kW Kälteleistung substituiert. „Das bedeutet, diese Heiz- oder Kälteleistung muss erst gar nicht zur Verfügung gestellt werden, weil sie vorher eingespart – oder vielmehr aus der Fortluft zurückgewonnen und dem System wieder zur Verfügung gestellt wird“, erklärt der Geschäftsbereichsleiter Technik vom Klinikum, Wolfgang Köhler. Diese Wärmerückgewinnungsanlage stammt vom Unternehmen SEW GmbH. Für den Entwickler der „GSWT“ – Gegenstrom-Schicht-Wärmetauscher-Technologie – handelt es sich hier um die größte Einzelanlage, die SEW bisher im Krankenhausbereich verbaut hat.

Zentrale Anlagen erhöhen die Wirtschaftlichkeit

Die „hohe Wirtschaftlichkeit“ der Wärme- und Kälterückgewinnung im Leo begründen die Verantwortlichen bei SEW mit einer baulichen Besonderheit des Hauses: Die Raumlufttechnik der in den 70er-Jahren errichteten Klinik verfügt über sehr große, zentrale Außen- und Fortluftanlagen. „Das heißt, es mussten lediglich wenige, dafür sehr große Wärmetauscher eingebaut und zu einem Kreislaufverbundsystem – KVS – zusammengeführt werden, führt der „GSWT“- Entwickler weiter aus.

Die erste SEW-Anlage im Schweinfurter Krankenhaus wurde 2006 im sogenannten Behandlungsbau installiert. Sie hat eine Luftleistung von 300 000 m³/h. Die Außen- und Fortluft werden über drei Kammern angesaugt bzw. abgeleitet. Das System ist redundant ausgelegt. Auch mit nur zwei Kammern (im Regelbetrieb werden sie nicht unter Volllast gefahren) kann das Gebäude sicher versorgt werden. Für den Einbau der Wärme- bzw. Kälterückgewinnungsanlage wurde so jeweils eine Kammer stillgelegt und die erforderlichen Komponenten nach und nach in allen drei Kammern installiert. Auf diese Weise konnte die „GSWT“-Technologie im laufenden Betrieb montiert werden.

Außen- und Fortluft- Wärmetauscher wurden, wie erwähnt, mit einer Verrohrung zu einem Kreislaufverbundsystem zusammengeschlossen. „Die Wärme-Kälterückgewinnung erfolgt damit keim- und schadstoffübertragungsfrei“, hebt SEW hervor.

Zusätzliche Features erhöhen die Effizienz

Und weil die Anlage als KVS ausgelegt ist, ermöglicht sie nach SEW-Aussage „einige zusätzliche, sehr effizienzsteigernde Features“. Über die Wärmerückgewinnung hinaus kommt im Behandlungsbau des Leopoldina-Krankenhauses eine Freie Kühlung zum Einsatz. „Durch die hohen Austauschgrade des ‚GSWT‘ von über 85 % kühlt sich das KVS-Fluid bis fast auf die Außenlufttemperatur ab“, sagt das im nordrhein-westfälische Kempen ansässige Unternehmen.

Über die Freie Kühlung werden in erster Linie medizinische Großgeräte wie CT, MRT oder das Rechenzentrum ohne mechanische Kälteerzeugung gekühlt. „Die Freie Kühlung nutzen wir allerdings nur im Winter bei Temperaturen unter 6 °C“, erklärt Wolfgang Köhler vom Leo, „und sparen damit nicht nur Energie, sondern vermeiden Instandhaltungsaufwand und Schallemissionen, ausgehend von den sonst laufenden Kältemaschinen.“ Durch den Einsatz der „GSWT“-Technologie sehen er und SEW die Frostgefahr bei den üblichen Rückkühlwerken eliminiert.

Darüber hinaus wird im Behandlungsbau das Prinzip der indirekt adiabatischen Kühlung genutzt. Verdunstungskälte von Wasser dient hier als natürliche Kältequelle, also ohne mechanische Kältetechnik. Je 1000 m³/h Abluft kann so zwischen 2,7 bis 3,5 kW Kälteleistung eingespart werden.

Mit einer integrierten Nacherwärmung speist die SEW-Anlage noch fehlende Wärme ein und konditioniert so die Luft vor. Der sonst übliche Erhitzer im Luftstrom entfällt – inklusive seines Druckverlustes.

Einsparung ermöglicht weitere Investitionen

Wärme- und Kälterückgewinnung wird nach Meinung von SEW „wie so viele Energieeffizienzmaßnahmen“ schnell zum Selbstläufer. So könnten aus den Einsparungen weitere Investitionen in die Immobilie fließen, wie im Schweinfurter Leopoldina-Krankenhaus geschehen: Im Jahr 2010 wurde die Lüftungsanlage das Bettenhaus (Luftvolumenstrom 200 000 m³/h) ebenfalls mit einem „GSWT“-System mit Nacherwärmung und indirekt adiabatischer Kühlung nachgerüstet.

BHKW deckt einen großen Teil des Energiebedarfs

Das Leopoldina-Krankenhaus der Stadt Schweinfurt hat einen jährlichen Strombedarf von ca. 10 GWh. Davon werden ca. 8,5 GWh über eine BHKW-Anlage erzeugt und ca. 1,5 GWh zugekauft. Die BHKW-Anlage, bestehend aus vier Modulen, hat eine elektrische Gesamtleistung von 1440 kW.

Der Energiebedarf für Wärme liegt in der Klinik bei ca. 14 GWh. Sie wird über eine BHKW-Anlage und Dampfkessel bereitgestellt. Die BHKW-Anlage hat eine thermische Leistung von 1520 kW; die zwei Dampfkessel erzeugen jeweils 10 Tonnen Dampf pro Stunde (7,5 MW). Die Wärmeenergie dient zum Heizen, zur Dampferzeugung, zur Warmwasserbereitung sowie zur Kälteerzeugung über eine Absorptionskältemaschine.

2014 folgte das damals neu errichtete Gebäude C (Privatstation, Psychosomatik, Labor, Strahlentherapie, Nuklearmedizin, Untersuchungs- und Behandlungsräume) mit einem Luftvolumenstrom von 40000 m³/h. Auch hier kommen die WRG, Nacherwärmung und indirekt adiabatische Kühlung zum Einsatz. Auf Freie Kühlung wurde in diesem Trakt verzichtet, weil der Kältebedarf im Winter nicht ausreichend groß ist. Eine solche Anlage würde sich nicht amortisieren. Wolfgang Köhler ergänzt: „Durch die Offenheit der SEW-Technologie könnten wir eine Freie Kühlung aber jederzeit integrieren. Das SEW-Baukastenprinzip erlaubt nicht nur eine sehr flexible und maßgeschneiderte Dimensionierung der Anlagen, sondern auch ein problemloses Nachrüsten und Erweitern nach Bedarf.“

2018 wurden die großen WRG-Systeme für zusätzliche Funktionen erweitert. Die Hauptanlage wurde mit einem Anschluss für eine Kältemaschinen-Rückkühlung aufgerüstet. Dieser hydraulische Anschluss hat ein separates Rückkühlwerk inklusive Verrohrung eingespart. Auch die Anlage im Bettenhaus erhielt in diesem Zuge eine Freie Kühlung. Wolfgang Köhler vom Klinikum Leopoldina-Krankenhaus: „Jährlich sparen wir über die ‚GSWT‘-Wärmerückgewinnung von SEW der Stadt Schweinfurt 12,6 Gigawattstunden Wärme- und Kälteenergie.“

Die Einsparungen im Überblick

Substituierte Leistung

• Behandlungsbau
  – Eingesparte Heizleistung im Winterbetrieb: 2450 kW
  – Freie Kühlung Winter/Übergang: 250 kW
  – Eingesparte Kälteleistung im Sommerbetrieb: 890 kW
  – Eingesparte Rückkühlleistung: 290 kW
• Bettenhaus
  – Eingesparte Heizleistung im Winterbetrieb: 1524 kW
  – Eingesparte Kälteleistung im Sommerbetrieb: 622 kW
• Gebäude C
  – Eingesparte Heizleistung im Winterbetrieb: 379 kW
  – Eingesparte Heizleistung im Sommerbetrieb: 122 kW

Insgesamt substituierte Leistung:

• Winterbetrieb: 4353 kW
• Sommerbetrieb: 1634 kW

Eingesparte Energie und Betriebskosten

Bei durchschnittlichen 2500 Vollbetriebsstunden für den Heizbetrieb und 1000 Vollbenutzungsstunden für den Kühlbetrieb bringt das jährliche Einsparungen von:

– 11000 MWh Heizenergie

– 1600 MWh Kälteenergie

Beachtliche Austauschgrade und Effizienz

Der Gegenstrom-Schicht-Wärmetauscher („GSWT“) ermöglicht einen Wärmeaustausch zwischen Luft und Fluiden mit Austauschgraden von bis zu 90 % für beide Medien. Bei der Effizienz, d.h. das Verhältnis Nutzen (Wärme/Kälte/Rückkühlung) zu Aufwand (Strom), kommt SEW auf einen berechneten Wert von 15 bis 25 und höher, bezogen auf ein Jahr, und zieht den Vergleich: Wärmepumpen kommen auf 3 bis 6.

Durch die Modulbauweise ist „GSWT“ für beliebige Luftmengen und Abmessungen anpassbar, in Einzelteile zerlegbar und luft- und wasserseitig abschott- bzw. absperrbar. Weiterhin entstehen Zwangsströmungen ohne innere Verzweigungen oder Stoßstellen. „So wird eine geringe Verschmutzungsneigung erzielt und gewährleistet eine maximale Reinigungsfähigkeit“, erklärt SEW.