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Energiezentrale versorgt Universitätsklinik Gießen

Energiezentrale versorgt Universitätsklinik Gießen

In Gießen errichteten Stadtwerke und Universitätsklinikum gemeinsam die erste in ein städtisches Nahwärme- und Kältenetz eingebundene Energiezentrale. Die neu entwickelte Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungs-Anlage sichert eine unterbrechungsfreie Versorgung der Klinik. Sie spart 21,7% Primärenergie und 33,6% CO2-Emissionen ein. Die vier Blockheizkraftwerke können mit hohen Volllaststunden betrieben werden: für Geräte und sensible Räume wird ganzjährig Kälte gebraucht, nicht benötigte Wärme- und Kälteenergie kann jederzeit in das Netz der Stadtwerke eingespeist werden.

Die Energiezentrale versorgt in erster Linie den Klinik-Neubau und die angeschlossenen Gebäude mit Warmwasser für die Heizung und Trinkwarmwasserbereitung sowie mit Kaltwasser zur Geräte- und Gebäudekühlung. Der neue Gebäudekomplex ersetzt eine in die Jahre gekommene Infrastruktur, die aus über 100 großflächig verteilten Gebäuden bestand. Er umfasst eine Kinderklinik mit 130 Betten und eine Klinik mit 650 Betten, davon etwa 200 intensivmedizinische Plätze. Der gesamte Krankenhaus-Neubau ist seit 2010 in Betrieb.

Für die Uniklinik bietet die Nutzung der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung einen hohen Gesamtwirkungsgrad sowie hohe Versorgungssicherheit. Sollte ein Blockheizkraftwerk (BHKW) ausfallen, können die restlichen Anlagen weiterhin einen Großteil des Energiebedarfs decken. In Gießen ergibt die Nutzung der Abwärme aus dem Abgas und dem Kühlwasser der BHKW sowie die Kälteerzeugung mit Hilfe von Absorptions- und Kompressionskältemaschinen eine breit gefächerte Wärmeenergiebereitstellung. Da die Erzeugungsanlagen ins Netz der Stadtwerke eingebunden sind, können sie ganzjährig im effizientesten Lastpunkt betrieben werden.

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Kern der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungs-Anlage sind vier Blockheizkraftwerke, die ganzjährig Strom und Wärme produzieren. Der Strom wird in das öffentliche Netz eingespeist. Die Energieversorgung des Krankenhauses ist so aufgebaut, dass wichtige Systeme auch bei einem Ausfall einzelner Anlagenkomponenten oder der öffentlichen Stromversorgung funktionieren. Die Motoren können als Notstromaggregate im Inselbetrieb arbeiten. Zusätzlich stehen für die Notstromversorgung Dieselaggregate bereit.

Besondere Herausforderungen und Kosten ergaben sich dadurch, dass die Energiezentrale nicht in einem separaten Gebäude, sondern im Keller des Klinikgebäudes installiert werden musste. Zur Körperschallentkopplung waren spezielle Bodenaufbauten erforderlich. Ebenso waren Schallemissionsgutachten und umfangreiche Schallschutzmaßnahmen nötig. Es mussten erhebliche Querschnitte an Abgas- und Rückkühlrohren über Dach geführt werden.

Planung und Optimierung der Energiezentrale

Zur Realisierung des Projekts gründeten Rhönklinikum und Stadtwerke Gießen die Energiezentrale Universitätsklinikum Gießen, in der das Rhönklinikum für den kaufmännischen, die Stadtwerke für den technischen Teil zuständig sind.

Die Komponenten der Energiezentrale:

  • Vier BHKW-Module mit Gasmotor je 385 kWel, 311 kWth und 1.060 kWprim (das vierte BHKW ersetzte 2012 das stillgelegte Brennstoffzellen-Modul)
  • Eine zweistufige, abgasbefeuerte Absorptionskältemaschine mit 765 kW Kälteleistung
  • Eine zweistufige Absorptionskältemaschine mit 258 kW Kälteleistung
  • Zwei Turboverdichter-Kältemaschinen mit je 900 kW Kälteleistung
  • Rückkühlwerk / Kühlturm auf dem Dach auch für Kühlung mit 1 MW Kälteleistung
  • Ein 1,5 MWth Niedertemperatur-Öl-Heizkessel als Sicherheitsreserve
  • Heißwasser-Fernwärme-Übergabestation

Bei der Auslegung der vernetzten Energiezentrale konnten die Planer auf keine Erfahrungswerte anderer Klinikprojekte zurückgreifen. Um den Wärme- und Kältebedarf einschätzen und beurteilen zu können, modellierten sie eine Jahresdauerlinie, die für jede Stunde eines Jahres die benötigte Leistung anzeigt. Die Planung und Inbetriebnahme der komplexen Anlage im Klinikgebäude waren erheblich aufwendiger als bei einer Standardlösung. Das völlig neue Konzept erforderte noch im laufenden Betrieb Anpassungen und Verbesserungen, beispielsweise bei Abgasklappen und Sensoren. Im 2. Halbjahr 2011 testeten die Betreiber die BHKWModule, die Kältemaschinen und die Fernwärmeübergabestation und passten insbesondere die hydraulische Einbindung der Kundenanlagen an. Außerdem optimierten sie die Wärme- und Kälteverbraucher auf eine größere Spreizung zwischen Vor- und Rücklauftemperatur. Die Systemtemperaturen betragen im Fernwärmenetz 80/40 °C und im Fernkältenetz 8/14 °C. In 2013 wurde das vierte BHKW-Modul integriert. Es nutzt die ursprünglich für eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle installierten nachgeschalteten Baugruppen wie Abgaswärmetauscher und Absorptionskältemaschine. Die Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle wurde aufgrund eines Defekts des Stacks kurz nach der Inbetriebnahme stillgelegt. Ersatz war nicht möglich, da der Hersteller das Geschäftsfeld zwischenzeitlich eingestellt hatte.

Die gesamte Überwachung und Steuerung der Anlagenteile erfolgt durch eine übergeordnete Regelung, die frei programmierbar ausgeführt wurde. Die Netzleitstelle der Stadtwerke erfasst die wesentlichen Daten und Informationen und überwacht die Prozesse der Energiewandlung. Die parallele Erzeugung von Wärme und Kälte in Kombination mit den redundanten Systemen erforderte zur Optimierung aufwendige Tests und Anpassungen. Ein Monitoringkonzept sichert die kontinuierliche Energiewandlungseffizienz.

Merkzettel

Service

BINE-Projektinfo 12/2015
(PDF, 4 Seiten, 714 kB)

Links

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Informationen im Branchenkompass Krankenhaus der EnergieAgentur.NRW

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