Belastbare Messdaten ohne Investitionsaufwand
Der nachträgliche Einbau eines Kältezählers erfordert einen enormen installationstechnischen Aufwand und ist in bestehenden Anlagen nicht ohne Betriebsunterbrechung durchführbar. Für die Auslegung eines neuen Kälteerzeugers in der St.-Marien-Klinik in Karlsruhe wurden nicht nur die Ist-Werte über den Kältebedarf benötigt, sondern auch ein Lastprofil, um für die effiziente Nutzung der vorhandenen freien Kühlung einen Pufferspeicher richtig zu dimensionieren. Mit dem Einsatz von Clamp-On-Ultraschallkältezählern konnten die benötigten Messdaten ohne Eingriff in die Leitungsanlage und auch ohne Betriebsunterbrechung erfasst werden.
Die Anforderungen an die Betriebssicherheit und ständige Verfügbarkeit der Kältetechnik in Kliniken und Krankenhäusern erlauben keine Unterbrechung des laufenden Betriebs. Die Kälteversorgung ist damit ein elementarer Bestandteil der technischen Ausrüstung, gleichzeitig aber auch einer der größten Energieverbraucher. Steht ein Austausch der Kälteerzeugung an, entscheidet die richtige Dimensionierung mit über die Energieeffizienz. Maßgebend ist hierbei, bei Spitzenlast die nötige Kälteleistung bereitstellen zu können, aber auch im Teillastbetrieb die größtmögliche Wirtschaftlichkeit zu erzielen.
Veränderter Leistungsbedarf erfordert Ist-Verbrauchsdaten für die Neudimensionierung
In Krankenhausbauten verändert sich durch Erweiterungen, Umbauten und neue medizintechnische Einrichtungen und Geräte immer wieder der tatsächliche Leistungsbedarf. Im Fall der St. Marien-Klinik gGmbH in Karlsruhe mit 765 Betten stand im Herbst 2014 der Austausch der Kälteerzeugung an. Hinzu kam, dass das Potenzial der nachträglich installierten freien Kühlung so effizient wie möglich ausgenutzt werden sollte. Zur Dimensionierung der benötigten Kälteleistung konnten sich die Verantwortlichen damit nicht auf die ursprünglichen Planungen stützen, da davon ausgegangen werden musste, dass sich über die Jahrzehnte der Leistungsbedarf verändert hat.
Eine vorhergehende, näherungsweise vorgenommene Auslegung hatte zu einem vorläufigen Ergebnis von 1200 kW Kälteleistung geführt. Um die neue Kältemaschine nach wirtschaftlichen Aspekten auslegen zu können, waren jedoch verlässlichere Daten nötig. Dies erforderte somit aktuelle Ist-Werte über den laufenden Kälteanlagenbetrieb. Die Serviceniederlassung des Kältetechnik-Herstellers Carrier GmbH & Co. KG in Korntal bei Stuttgart bot dem Auftraggeber deshalb an, durch die exakte Messung von Volumenstrom- und Temperaturwerten den tatsächlichen Leistungsbedarf zu ermitteln.
Zur Messung von Verbrauchsmengen und Volumenströmen in hydraulischen Systemen ist im Regelfall ein Zähler notwendig, welcher in der Rohrleitung eingebaut ist. Der nachträgliche Einbau wäre jedoch mit einem hohen Aufwand verbunden. Die dazu notwendigen Maßnahmen würden mehrere Schritte umfassen:
- Außerbetriebnahme des betreffenden Leitungsabschnitts,
- Entleeren und Trennen der Rohrleitung
- Herstellen von Rohrleitungsverbindungen,
- Einbau des Zählers,
- Wiederbefüllen des Leitungsabschnitts.
Innerhalb einer Kälteverteilung, die rund um die Uhr betriebsbereit sein muss, ist eine solche Maßnahme nur unter äußerst erschwerten Bedingungen durchführbar – auch aus wirtschaftlichen Gründen, da im Fall der Kälteversorgung in der Karlsruher St. Marien-Klinik die Messung nur für einen begrenzten Zeitraum nötig war.
Für die Erfassung von Verbrauchsmengen und Volumenströmen ohne Eingriff in die Leitungsanlage sind im Markt Ultraschallzähler verfügbar, die einfach mittels Haltebändern an der Rohrleitung befestigt werden. Beim Projekt St.-Marien-Klinik setzte die Stuttgarter Serviceniederlassung von Carrier auf die Clamp-On-Ultraschallzähler des Anbieters WDV/Molliné, der für diese Messtechnik auch einen Mietservice anbietet. Die Ultraschallzähler sind für die Messung von flüssigen Durchflussmedien in Rohrleitungen konzipiert und werden einfach auf das Rohr aufgespannt. Die Messung außerhalb des Volumenstroms mittels Ultraschall-Technologie garantiert hochpräzise Ergebnisse.
Messwerte bilden Lastprofil ab
Weil die Gesamtleistung für die Kälteerzeugung benötigt wurde, befestigte der Dienstleister den Clamp-On-Zähler kurz nach der Kälteerzeugung an der Hauptverteilleitung. „Mit dem Ultraschallzähler wurden nicht nur die Volumenströme, sondern auch die Mediumtemperaturen und Fließgeschwindigkeiten gemessen“, berichtet Frank Lehnen, Vertriebsbeauftragter Service bei Carrier über den Einsatz des Clamp-On-Ultraschallzählers. Anhand der gemessenen Werte konnte in Abhängigkeit von der Außentemperatur eine Gebäudelastlinie erstellt werden. Der Ultraschallzähler war für die Dauer von acht Tagen im Einsatz, so dass über diesen Zeitraum ein aussagefähiges Profil der verschiedenen Lastsituationen erzielt werden konnte.
Digitale Messdaten direkt in Auslegungs-Software übernommen
Die an der Kälteleitung erfassten Messwerte wurden automatisch durch einen Datenlogger protokolliert. Zur Dienstleistung von WDV/Molliné gehört hierbei, die Werte auszulesen und die Daten im Dateiformat an den Auftraggeber zu übermitteln. Bei Carrier hat Frank Lehnen den Datensatz in die eigene Software zur Auslegung von Kältemaschinen eingelesen. „Durch die präzisen Messdaten konnte ermittelt werden, welche Anlagengröße die beste Energieausnutzung bietet“, erläutert Lehnen. Zur Kontrolle wurden die Daten mit den Jahrestemperaturen für den Standort Karlsruhe verglichen und dabei das Lastprofil auch für die Sommermonate simuliert. Mit den Ergebnissen der Auswertung ermittelte Carrier die Minimallast des Gebäudes, die Volumenströme und die Temperaturspreizung. Mit dieser Datengrundlage wurden neben der Kältemaschine auch die freie Kühlung sowie drehzahlgeregelte Pumpen, Plattenwärmetauscher und das Rückkühlwerk ausgelegt.
Messung ergibt geringeren Leistungsbedarf als angenommen
Nach Auswertung der Messdaten stellte sich heraus, dass die vorhergehende, auf unzureichenden Planungsgrundlagen basierende Ermittlung der Kälteleistung mit 1200 kW viel zu hoch war. Anhand der ermittelten Ist-Werte berechnete die Carrier-Serviceniederlassung eine tatsächlich benötigte Kälteleistung von 450 kW – weniger als die Hälfte des ursprünglich angenommenen Leistungsbedarfs. So konnte eine unwirtschaftliche Überdimensionierung vermieden werden. „Die durchgeführte Messung kann somit dem Kunden gegenüber als vertrauensbildende Maßnahme gesehen werden, weil zur Auslegung der Kälteerzeugung nicht einfach nur Erfahrungs- oder Schätzwerte herangezogen wurden“, sagt Frank Lehnen. Mit der Dienstleistung von WDV/Molliné seien außerdem neutrale Ergebnisse gewährleistet, was nach der Erfahrung von Lehnen vom Kunden positiv bewertet wird. „Die Messergebnisse haben bei der Auswertung auch gezeigt, dass starke Lastschwankungen vorhanden sind. Darauf basierend konnte somit auch der Pufferspeicher passend dimensioniert werden“, berichtet Frank Lehnen weiter. Die Berechnung ergab ein Puffervolumen von 2800 l, wodurch Verbrauchsspitzen zuverlässig abgedeckt werden können.
Zusätzliche Energieeinsparung durch genaue Verbrauchsdaten
WDV/Molliné ist ein Anbieter von Verbrauchsmesstechnik mit einer umfangreichen Auswahl an Gas-, Strom-, Wärme-, Kälte- und Wasserzählern. Mit Dienstleistungen wie der Vermietung von Messeinrichtungen und der Auswertung erfasster Messdaten bietet das Stuttgarter Unternehmen im gesamten deutschsprachigen Raum Lösungen für Spezialanwendungen und auch für den temporären Einsatz von aufwendigen Messgeräten. Für die Messungen in der Kälteanlage des Marienklinikums in Karlsruhe waren durch den Einsatz der Clamp-On Messtechnik weder Eingriffe in die bestehende Installation noch aufwendige Investitionen erforderlich. „Mit exakten Messdaten über den Ist-Verbrauch und den Leistungsbedarf können bei bestehenden Anlagen nicht nur die Kälteerzeuger richtig dimensioniert, sondern darüber hinaus auch erhebliche Energieeinsparungen bei den tatsächlich benötigten Pumpenleistungen erzielt werden“, ergänzt Lehnen.
