Kälteversorgung eines Krankenhauses

Zuletzt aktualisiert am 05.02.2017

Kurzzusammenfassung/Abstract

In einem Krankenhaus wurde eine Ist-Zustands-Analyse der zentralen Kälteversorgung durchgeführt. Neben der Aggregierung des Kältebedarfs auf die wichtigsten Verbrauchergruppen, war auch der Wärmeeintrag in das Kältenetz überschlägig zu ermitteln, sowie mögliche Verbesserungsmaßnahmen der Kälteversorgung aufzuzeigen.

Konzeption und Messverfahren

Die Kälteerzeugung erfolgt in der Energiezentrale des zentralen Versorgungsgebäudes; eine Fernkälteleitung führt im gemeinsamen Kanal mit der Fernwärmeleitung zu den Verbrauchern. Die Kälteanlage besteht aus zwei Kältesätzen mit jeweils sechs Verdichtern und einer Kältenennleistung von 2 x 572 kW, sowie einem Kältesatz mit acht Verdichtern und 1.144 kW Kältenennleistung. Jeder Kältemaschine ist zusätzlich ein Latentspeicher parallel geschaltet, der regelmäßig geladen wird. Vom vorhandenen Gebäudeleitsystem wurden Messdaten wie Kälteverbraucher, Temperaturen der Kälteerzeugung, der Versorgungsleitungen, Außentemperatur erfasst. Von der FfE wurden punktuelle Vergleichsmessungen von Temperaturen, sowie der Umgebungstemperatur an den Versorgungsleitungen vorgenommen. Zusätzlich wurde der elektrische Stromverbrauch der Kältemaschinen gemessen.

Ergebnisse

  • Kälteverbrauch

Bei der Aufteilung des Kälteverbrauchs zeigte sich, dass der größte Teil der Kälteerzeugung zur Deckung der Verluste im Kältenetz aufgebracht werden muss. Diese betragen für das insgesamt ca. 1.500 m lange Kälteversorgungsnetz nahezu konstant ca. 300 kW. An Tagen mit Außentemperaturen von etwa 25 °C lag dieser Anteil bei 35 bis 40 %, an Tagen mit 16 bis 20 °C bei ca. 60 % des Kältebedarfs.

  • Arbeitszahlen

Eine wichtige Größe zur Beurteilung eines Kälteprozesses ist die Kältezahl. Die Kältezahl ist der Quotient der abgegebenen Kälteleistung zur eingesetzten elektrischen Leistung. Die günstigsten Kältezahlen erreicht man bei möglichst niedriger Verflüssigungstemperatur und gleichzeitig hoher Verdampfungstemperatur. Zur Beurteilung der Kältemaschinen wurden Vergleichsdaten aus der IKARUS Datenbank herangezogen. Im Rahmen des Projekts sind Kennlinien unterschiedlicher Leistungsklassen ermittelt worden: Dabei zeigt sich, dass die theoretische Kältezahl der größeren Kältemaschine je nach Betriebspunkt um bis zu 15 % höher ist.

Der tatsächliche Unterschied der Kältezahlen ist jedoch noch größer, da bei etwa gleicher Leistung und Außentemperatur die gemessene Verflüssigungstemperatur der kleineren Anlagen um ca. 8 bis 10 Kelvin über der von Kältemaschine 3 (KM 3) liegt.

 

  • Fahrweise der Kälteanlagen

Bild 2 zeigt den Lastgang der drei Kälteanlagen über fünf Tage. Obwohl die energetischen Vorteile der großen Kältemaschine offensichtlich sind, wurde diese hauptsächlich zum Abfahren der Kältespitzen eingesetzt. Die beiden kleineren Anlagen übernahmen die Grundlast. Zudem ist gut erkennbar, dass bei KM 3 ständig ein Grundbedarf von etwa 260 kW anfällt. Dieser fällt auch dann an, wenn KM 3 keine Kälte erzeugt (siehe Bild 2 am Sonntag). Eine Begründung für diesen hohen Leistungsbedarf konnte vom Betriebspersonal nicht gegeben werden. Bei späteren Kontrollmessungen war dieser hohe Grundbedarf wesentlich niedriger. Das Betriebspersonal hat auf Grund dieser Untersuchungen das Defizit bei der Steuerung erkannt und abgestellt.

 

  • Einsparmaßnahmen bei der Kälteerzeugung

Durch die Analyse der Kälteversorgung sind nachfolgende Einsparmaßnahmen hervorzuheben:

  • Minimierung des Wärmeeintrags in die Kälteverteilung. Es besteht die Möglichkeit, bei bevorstehenden Sanierungsarbeiten, den größten Kälteverbraucher über eine direkte Verbindungsleitung zu versorgen. Dadurch entfällt die bisherige Versorgung über eine mehrere 100 Meter lange Leitung. Die geschätzten Einsparungen an elektrischer Energie liegen jährlich bei etwa 90.000 kWh.

  • Veränderung der Betriebsweise der Kältemaschinen und Kontrolle der Fahrweise. Dabei wird empfohlen die große Kältemaschine im Grundlastbetrieb einzusetzen. Damit können bei gleicher Kälteerzeugung täglich ca. 1.600 kWh eingespart werden. Bei jährlich 120 Tagen errechnen sich Stromeinsparungen von 192.000 kWh/a · Die Grundlast von KM 3 wurde um etwa 160 kW reduziert. Daraus errechnen sich Stromeinsparungen von jährlich ca. 460.000 kWh. · Die Betriebsweise der Latent-Kältespeicher sollte so verändert werden, dass diese in Abhängigkeit von der Außentemperatur und der Wetterprognose gefahren wird. Bisher werden sie in den Nachtstunden der Sommermonate generell aufgeladen.

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