Mehr bekommen als vertraglich garantiert – Fünf Jahre Energiespar-Contracting im Klinikum Bremerhaven

Heute liegt die Einsparungsquote im Klinikum Bremerhaven bei 35%. Nach und nach wurde das Projekt erweitert und teils mit Energiekosteneinsparungen, teils mit Leasing gegenfinanziert. Inzwischen gilt „Reinkenheide“ als Vorbild für ganzheitliche Modernisierungsstrategien in Krankenhäusern und als Musterbeispiel für die gute Zusammenarbeit zwischen den Energieexperten des Contractors und dem technischen Personal des Klinikums.

Modernisiert oder erneuert
Das Klinikum Bremerhaven Reinkenheide hat eine Sorge weniger: Im Rahmen eines Energiespar-Contracting-Vertrages mit Siemens wurde seit Beginn des Projektes im Jahr 2006 ein Großteil der Heizungs-, Lüftungs-, Klima- und Kälteanlagen des Klinikums entweder modernisiert oder vollständig erneuert. Da die Investitionen des Hauptauftrages aus den vertraglich garantierten Energiekosteneinsparungen refinanziert werden, wird die Bilanz des Klinikums durch Abschreibungen nicht belastet. Siemens garantiert dem Klinikum – bezogen auf die Baseline im Jahr 2004 – Energiekosteneinsparungen in Höhe von 620000 Euro pro Jahr, das sind 25,6%.
Das Investitionsvolumen für die Modernisierung beträgt in der ersten Ausbaustufe 5,8 Mio. Euro, die Laufzeit liegt bei 12 Jahren. Um den europaweit ausgeschriebenen Auftrag hatten sich ursprünglich 13 Firmen beworben; Siemens konnte damals durch sein umfassendes Konzept mit einem hohen Erneuerungsanteil den Kunden überzeugen.
Die erste Ausbaustufe im Rahmen des Energiespar-Contractings umfasste insgesamt 120 Einzelmaßnahmen, darunter

• Erneuerung der Klima- und Lüftungsanlagen, Einsatz von Wärmerückgewinnung und Frequenzumformern, Regelung nach Bedarf,
• komplette Erneuerung der Gebäudeleittechnik (GLT) und MSR-Technik,
• Optimierung der Heizungstechnik (Regelung),
• Wassersparmaßnahmen (Einsatz von Wasserspar-Perlatoren),
• Energiesparschulung des Klinikpersonals (Nutzermotivation).

Mit in die Finanzierung einbezogen sind folgende, von der Klinikleitung vorgegebene Pflichtmaßnahmen, die nicht oder nur in geringem Maße zur Energieeinsparung beitragen:

• Erneuerung der Niederspannungs-Hauptverteilung (NSHV),
• Erneuerung der Sterilisatoren für die zentrale Sterilgutversorgungsabteilung (ZSVA) und die Bettendesinfektion,
• Erneuerung der zentralen Kälteanlage,
• Erneuerung der Geschirrspülmaschinen für die Hauptküche,
• Trennung der medizinischen von der technischen Drucklufterzeugung und Aufbau einer medizinischen Druckluftzentrale (doppelt redundant).

Insbesondere die Erneuerung der Niederspannungs-Hauptverteilung im Rahmen des Energiespar-Contractings war für das Klinikum ein wichtiges Anliegen zur Sicherstellung der Versorgungssicherheit.
Von Beginn an wurde das Technikpersonal des Klinikums eng in das Projektmanagement von Siemens eingebunden. Durch die Teamarbeit konnte die Zeit von der Auftragsvergabe bis zum Beginn der Hauptleistungsphase auf nur 18 Monate verkürzt werden. Alle Anlagen wurden im laufenden Betrieb modernisiert.
Nach Beginn der Hauptleistungsphase, Stichtag war der 1. Mai 2007, ging die Erfolgsgeschichte des Projektes in die zweite Phase. Durch die intensive Zusammenarbeit des technischen Personals des Klinikums mit den Energieexperten von Siemens konnten die Energieeinsparungen von ursprünglich 25,2% (vertraglich garantiert) auf inzwischen 35% erhöht werden. Statt 620000 Euro pro Jahr werden heute trotz Nutzungsänderungen, d.h. Flächenerweiterungen von rund 7000 m², jährlich rund 862000 Euro brutto eingespart.

Effizienz durch Kommunikation
Zu Beginn der Energiespar-Ära war folgender Spruch populär: „Energiesparen ohne zu messen kann man vergessen.“ Er gilt auch heute noch, auch wenn die Betrachtungsweise etwas differenzierter ist. Auf Energiespar-Contracting übertragen bedeutet dies: Wer mehr einsparen will als vertraglich festgelegt, muss bereit sein, die neu eingeführten Energiesparstrategien kontinuierlich zu überprüfen, d.h., zu messen, zu korrigieren und im Zweifelsfall den Prozess oder die Strategie infrage zu stellen.
Das Technikpersonal des Klinikums und die Energieexperten von Siemens haben dazu die „Energierunde“ etabliert. Bei diesen monatlichen Treffen werden Fragen zum Energieverbrauch ausführlich diskutiert und Änderungen beschlossen. Hierbei geht es in erster Linie um die Interpretation der Ergebnisse des Energiemonitorings, das jede Gruppe unabhängig voneinander durchführt und damit eine ideale Vergleichsmöglichkeit bietet.
In der rund fünfjährigen Zusammenarbeit hat sich gezeigt, dass die geplanten Zielsetzungen bzw. deren Umsetzung möglichst zeitnah im Betrieb überprüft und auf Erfolg kontrolliert werden müssen. Mindestens genauso wichtig ist die Weiterverfolgung und Überprüfung bereits realisierter Energieeffizienzmaßnahmen auf Einhaltung der festgelegten Quoten.
Die Praxis hat gezeigt, dass vertraglich garantierte Energieeinsparungen durch technische Maßnahmen wie Energiemonitoring und -Controlling (EMC) sowie einen bedarfsgeführten und durch ein Gebäudeautomationssystem (GA) unterstützten Betrieb mit ausreichender Sicherheit erreicht und gehalten werden können. Wer höhere Einsparungen dauerhaft anstrebt, muss sich intensiver mit den Besonderheiten der Anlagen und den Bedienwerkzeugen von EMC und GA auseinandersetzen, neue Strategien entwickeln und ein sogenanntes Fine-Tuning in Abhängigkeit von den Ergebnissen des EMC durchführen, am besten in enger Zusammenarbeit mit den Projektpartnern.
Diese Teamarbeit fördert den Lernprozess der Beteiligten und beschleunigt gleichzeitig den Know-how-Transfer in beide Richtungen: Der Contractor lernt die Eigenheiten des Gebäudes, die besonderen Verhaltensmuster der Anlagen und die oft dynamischen Nutzungsprofile einer Klinik besser kennen. Das technische Personal des Krankenhauses kann gleichzeitig sowohl sein theoretisches Wissen über die thermodynamischen und hydraulischen Prozesse vertiefen als auch die vom Gebäudeautomationssystem angebotenen „Stellschrauben“ effizienter nutzen.

Gebäudeautomation mit Energiecontrolling
Alle gebäudetechnischen Anlagen für den OP-Neubau mit rund 7000 m² Nutzfläche sowie den Psychiatrie-Neubau mit 4000 m² Nutzfläche sind auf das aus dem ursprünglichen Energiespar-Contracting-Vertrag vorhandene neue Gebäudeautomationssystem „Desigo“ und die Energiecontrolling-Plattform „EMC“ aufgeschaltet. Durch die Integration in die bestehende Infrastruktur und dank eines Servicevertrages mit Rufbereitschaft kann das Betriebspersonal des Krankenhauses auch hier die Vorteile der Siemens-Lösungen nutzen und ihr bereits geschultes Wissen schnell und effizient anwenden.
Bei der Systemerweiterung wurde seitens der Verantwortlichen von Krankenhaus und Contractor großer Wert auf das Mess- und Zählkonzept gelegt. Dabei geht es einerseits um die Berechnung der Gebäudeeffizienzkennzahlen, andererseits um eine saubere Abgrenzung der Energieverbräuche zum Energiespar-Contracting-Hauptauftrag. Neben den Strom- und Wärmebedarfskennwerten der Neubauten werden auch Effizienzkennzahlen wie die Rückwärmezahlen von Lüftungsanlagen über „EMC“ berechnet und überprüft.

Neue RLT-Anlagen
Im Zuge des OP-Neubaus wurden auch die 30 Jahre alten RLT-Geräte in den Klimazentralen 6 und 7 des Bestandsgebäudes durch neue ersetzt. Früher versorgten sie den OP-Altbau, die alte Intensivstation, Magistrale und Röntgenabteilung, aktuell die neue Intensivpflege, den Sonder-OP, die Magistrale, Zentrale Medizinische Annahme (ZMA), Magnetresonanztomographie (MRT) sowie Röntgenabteilung mit konditionierter Raumluft. Während die alten Klimazentralen (Teil- und Vollklimaanlagen ohne Wärmerückgewinnung mit 2-stufigen Ventilatoren) jährlich rund 2637 MWh an Wärme und 1012 MWh an Strom konsumierten, verbrauchen die neuen Anlagen nur 455 MWh Wärme und 390 MWh Strom.
In den hygienisch anspruchsvollen Klinikbereichen kamen Kreislaufverbund-Wärmerückgewinnungssysteme (WRG) zum Einsatz. Im Gegensatz zum früheren Konstantvolumenstromsystem werden die Anlagen heute größtenteils variabel geführt. Auch wurde die bisher übliche riemengetriebene Ein-Ventilator-Lösung zugunsten von zwei Ventilatoren pro RLT-Gerät mit frei laufenden Rädern der Energieeffizienzklasse SFP4 ersetzt.
Durch die drehzahlgeregelten Doppel-Ventilatoren konnten nicht nur die Volumenanpassung an den tatsächlichen Bedarf verbessert werden, sondern auch die Sicherheit erhöht und die Verschmutzung durch Riemenabrieb eliminiert werden. Die Drehzahlregelung der Ventilatoren wird u.a. auch dazu genutzt, in den kühleren Nachtstunden den Volumenstrom zu erhöhen. Durch diese Betriebsweise lässt sich ein Teil der mechanisch erzeugten Kälte durch das Freikühlpotenzial der Nachtluft ersetzen. Hinzu kommt eine konsequente Regelstrategie nach dem Bedarf im Raum oder in der jeweiligen Zone. Das bedeutet, dass nur so viel Wärme, Kälte oder aufbereitete Raumluft erzeugt und zur Verfügung gestellt wird, wie tatsächlich gebraucht wird.
Doch auch die eigentlichen Regelprozesse der Klimazentralen kamen auf den Prüfstand. Während bei den alten Klimageräten aufgrund der bis dato ungeregelten Umwälzpumpen Warm- bzw. Kaltwasser für die Lufterhitzer bzw. Luftkühler permanent im Kreislauf geführt wurde (Umlenkschaltung), sorgen heute drehzahlgeregelte Pumpen für eine optimale Bedarfsanpassung der Wassermenge (2-Wege-Einspritzschaltung) in Abhängigkeit der von den Kühlregistern angeforderten Wärme- bzw. Kältemenge. Neben den drehzahlgeregelten Ventilatoren tragen die stufenlos regelbaren Umwälzpumpen maßgeblich zum extrem niedrigen Stromverbrauch bei.

Freikühlung wann immer möglich
Auch die Kühlung von MRT, Röntgenabteilung, ZSVA und CT wurde im Rahmen der Energiespar-Contracting-Nachträge erneuert. Anstatt mit Trinkwasser zu kühlen, wird jetzt mittels invertergeregelter Kompressionskältemaschine (Nennkälteleistung 250 kW) gekühlt. Sobald es die Außentemperaturen erlauben, wird auf Freikühlung umgestellt.
Bei dieser Gelegenheit haben die Siemens-Energieexperten festgestellt, dass die vom Krankenhaus neu angeschafften MRT- und CT-Geräte nicht wie früher üblich mit 6/12?°C Vorlauf-/Rücklauftemperatur gekühlt werden müssen, sondern mit einer Kühltemperatur von 16 bis 19°C auskommen. Dadurch können die MRT-/CT-Anlagen rund 4000 Stunden pro Jahr frei gekühlt werden.
Auch andere Insellösungen kamen im Zusammenhang mit den räumlichen Erweiterungen auf den Prüfstand. So ergab eine Messung des Monosplit-Gerätes (Heißgas-Bypass-Regelung) zur Kühlung des Linearbeschleunigers wegen der hohen Leerlaufverluste eine Leistungszahl (auch COP, Coefficient of Performance, genannt) von nur 1; die neu installierte invertergeregelte Multisplit-Anlage kommt nachweislich auf einen COP von 3.
Die Inverterregelung ermöglicht es, die erzeugte Kältemenge unmittelbar an den aktuellen Kühlbedarf anzupassen. Wichtig ist in solchen Fällen, sich nicht allein auf die Zahlenangaben der Hersteller zu verlassen, sondern den COP durch das Messen der Nutzleistung und der elektrischen Leistungsaufnahme vor Ort zu bestimmen. Gerade bei Kälteanlagen hat sich gezeigt, dass die Leistungszahl meist schlechter ist als die Angaben im Katalog. Durch die somit erreichte Effizienzsteigerung können die Nachtragsmaßnahmen ebenfalls über die Energiekosteneinsparungen als Erweiterung des bestehenden Energiespar-Contracting-Vertrags durchgeführt werden – und dies wieder mit Garantie.
Die vertraglich vereinbarte Einspargarantie erhöht sich dadurch auf insgesamt 845000 Euro brutto.

Längere Filterstandszeiten, geringere Wartungskosten
Neben den durch Re-Design, Effizienzgewinne und Wärmerückgewinnungsanlagen erreichten Energiekosteneinsparungen in Höhe von 973?000 Euro brutto im letzten Abrechnungszeitraum gibt es weitere Einsparungen, die bei der Entscheidungsfindung für Energiespar-Contracting oft nicht unmittelbar im Fokus stehen. So ist der Direktantrieb von Ventilatoren mittels sogenanntem EC-Motor (electronically commutated motor; bürstenloser Gleichstrommotor mit Permanentmagneten) nicht nur effizienter, er spart wegen der drehzahlvariablen und damit bedarfsabhängigen Betriebsweise auch Filterkosten. Da außerdem der Gummiabrieb durch den Riemenantrieb entfällt, verlängern sich auch die Filterstandszeiten. Erhebliche Kosteneinsparungen hat das Klinikum außerdem durch die Kündigung von Wartungsverträgen, da dies während der Vertragslaufzeit der Contractor übernimmt.
Rückblickend betrachtet resultiert die hohe Energieeinsparung bei den ergänzenden Projekten aus der Kombination hocheffizienter Komponenten und Hilfsaggregate, einem Re-Design der Klimaanlagen, der Überprüfung der Prozessabläufe inklusive Hydraulik und Kanalnetzdimensionierung sowie aus einer durchgängigen Regelungsstrategie vom Temperatur- oder Luftqualitätssensor bis zum Wärme- bzw. Kälteerzeuger und zur Luftaufbereitung nach dem jeweiligen Bedarf. Selbst die bei Standard-Kälteerzeugern oft vorgegebenen Kaltwassertemperaturen von 6/12°C werden in Bremerhaven COP-effizient, d.h. mit gleitenden Vor-/Rücklauftemperaturen gefahren.
Nicht zu unterschätzen sind bei diesem Projekt die enorm hohen Einsparungen an Trinkwasser- und Abwasserkosten durch den Wegfall der Frischwasserkühlung für die medizinischen Geräte. Die Erfahrung zeigt jedoch auch, dass die effizienteste Technik versagt, wenn das dazu gehörende hydraulische und regelungstechnische Konzept nicht zur Anlage und zum Gebäude passt. Dem Klinikum war hierbei besonders die gleiche Herangehens- und Arbeitsweise beim Programmieren wie beim Hauptprojekt wichtig.

Nutzer-Motivation durch Green Building Monitor
Mit aktuell rund 35?% Energieeinsparung ist das wirtschaftlich sinnvolle Energiesparpotenzial des Klinikums weitgehend ausgereizt. Die Erfahrungen auch bei anderen Energiespar-Contracting-Projekten haben gezeigt, dass die Einsparmöglichkeiten in einem Krankenhaus in erster Linie technischer Natur sein müssen. Wichtig ist es, zuerst die aktuellen Nutzungsprofile zu berücksichtigen und dann per „Stellschrauben“ zu optimieren.
Darüber hinaus kann ein Green Building Monitor Beschäftigte und Patienten bis zu einem gewissen Grad zu einem energiesparenden Verhalten motivieren. Der Klinikleitung ist es ein wichtiges Anliegen, Beschäftigte, Patienten und Besucher über den Erfolg des Projektes zu informieren. U.a. sind dies die zusätzlichen Maßnahmen und deren Auswirkung auf die Energie- und CO2-Bilanz. Nur so kann das Gespür für Effizienz, Verbrauch und CO2-Ausstoß geschärft werden – auch für den persönlichen Alltag. Bei den hohen Energieverbräuchen speziell von Krankenhäusern summieren sich auch kleine Energieeinsparungen zu erstaunlich hohen Beträgen.

Mehrfacher Profit
Das Energiespar-Contracting-Projekt Klinikum Bremerhaven Reinkenheide ist ein Musterbeispiel für die Modernisierung veralteter gebäudetechnischer Anlagen über die Energiekosteneinsparungen. Das Klinikum profitiert gleich mehrfach vom Erfolgsmodell Energiespar-Contracting: Der Contractor Siemens realisierte eine ganzheitliche Lösung, die die Klinikverwaltung auf Jahrzehnte hinaus von Modernisierungsmaßnahmen entlastet. Durch die Einbeziehungen des technischen Personals von Beginn an setzten die Klinikverwaltung und Siemens ein klares Zeichen, dass es aufgrund des Contracting-Vertrages zu keinem Outsourcing kommt.
Siemens legte großen Wert darauf, alle Technikbeschäftigten in das Projekt mit einzubeziehen und ihr Potenzial und Wissen bei der Umsetzung zu nutzen. Das Projekt zeigt darüber hinaus, dass Energiespar-Contracting kein festgefügter, eindimensionaler Vertrag sein muss, sondern jederzeit an die Bedürfnisse und das Wachstum eines Klinikums angepasst werden kann. Die Übererfüllung des Energiespar-Contracting-Vertrages in Höhe von 10?% ist ein Ergebnis der exzellenten Zusammenarbeit.

Autoren: Jürgen Breuer, Leiter Technik, Klinikum Bremerhaven-Reinkenheide; Birger Habel, Maurice Harneit und Lars Kahmann, Siemens AG, Building Technologies Division, Region Nord

Ein Krankenhausbett verbraucht so viel Energie wie drei bis vier Einfamilienhäuser
Krankenhäuser sind Großverbraucher von Energie. Nach einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT) in Oberhausen geben deutsche Krankenhäuser jährlich 1,7 Mrd. Euro für Energie aus. Bei rund 500000 Krankenhausbetten in Deutschland ergeben sich daraus etwa 3348 Euro pro Bett und Jahr, ein Betrag, der den Energiekosten von drei bis vier Einfamilienhäusern entspricht.
Umgerechnet liegt der durchschnittliche Wärmeverbrauch pro Bett bei 29000 kW/a, der Stromverbrauch bei 6?000 kWh/a. Daraus ergibt sich laut UMSICHT-Recherche ein Wärmeenergieverbrauch von 15,36 Mio. MWh/a sowie von 4,6 Mio. MWh/a an elektrischer Energie. Nach Expertenmeinung könnten in Krankenhäusern durch Modernisierungsmaßnahmen rund 40% an Strom und 32% an Wärme eingespart werden, so die UMSICHT-Studie.
Von Versuchen, den Energieaufwand von Krankenhäusern anhand von Kennzahlen (Benchmarks) zu beurteilen, ist die Gesundheitsbranche wieder abgekommen. Jedes Krankenhaus ist ein Unikat mit entsprechend komplexen Versorgungsstrukturen sowie ganz unterschiedlichen medizintechnischen Ausstattungen, die den Energieverbrauch unmittelbar beeinflussen. Auch hat sich im Laufe der Jahre die Gebäudetypologie von Krankenhäusern komplett geändert. Bestimmten früher eher campusartige Gebäudestrukturen den Bau von Kliniken, so besteht heute ein Trend zu sehr kompakten Klinikgebäuden mit enger Verzahnung der verschiedenen Abteilungen.
Ein typisches Problem von Krankenhäusern ist die Intransparenz der gebäude- und anlagenspezifischen Verbräuche, da meist nur die Werte der Hauptzähler (Strom, Erdgas, Fernwärme, Wasser) zur Verfügung stehen. UMSICHT empfiehlt deshalb, die „Abbildung der Energieverbrauchsstrukturen zu automatisieren“ als ersten Schritt zu mehr Energieverbrauchstransparenz. Dies bedeutet konkret, ein Energiemonitoring und -Controlling-System zu installieren. Zuvor müssten jedoch grundlegende Daten über die zu versorgenden Gebäude, wie Gebäudealter, Wand-, Fenster-, Dach- und Fundamentflächen, ermittelt werden, um den tatsächlichen Wärme-, Kälte- und Lüftungsbedarf mit den installierten Leistungen abzugleichen. Wichtig sei, möglichst viele der elektrisch angetriebenen Geräte verbrauchsseitig zu erfassen, damit Rückschlüsse auf deren Wärme- und Kältebedarf getroffen werden können. Oft fehlen jedoch in den Krankenhäusern die personellen Ressourcen, um eine grundlegende Datenbasis für energetische Modernisierungen zu schaffen. Eine Lösung dafür ist das Modernisierungs- und Finanzierungskonzept Energiespar-Contracting von Siemens.
Dabei werden die vom Contractor ausgewiesenen Energiekosteneinsparungen dazu verwendet, Investitionen in hocheffiziente Heizungs-, Lüftungs-, Klima- und Kälteanlagen sowie modernste MSR- und Gebäudeautomationssysteme zu refinanzieren.