Rationelle Strom, Wärme- und Kälteversorgung in einem Krankenhaus

Das Projekt wurde gefördert durch:

Ansprechpartner an der TU Dresden:

Dr.-Ing. Karin Rühling

Telefon: 03 51 / 4 63 3 23 75
Fax: 03 51 / 4 63 3 70 76

Partner
Haustechnik
Fachaufsätze und Erfahrungsberichte
Aktuelles

Partner

Forschung

TU Dresden, Institut für Thermodynamik und TGA;
DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH, NL Freiberg;
GASTEC N.V. Apeldoorn, Niederlande

Förderung

Das Projekt wurde gefördert durch:

Ausführungsbetriebe

Haustechnik

Übersicht
Wärme
Kälte
Messung

Simulation

Angesichts des komplizierten Anlagenaufbaus und des ungewöhnlichen Betriebsverhaltens einiger Komponenten, insbesondere der Adsorptionskältemaschine erwies sich der Einsatz eines Simulationsprogramms als angebracht. Die Wahl fiel hierbei zunächst auf TRNSYS.
Damit wurden erste Schaltungsvarianten berechnet und ein Modell der Adsorptionskältemaschine entwickelt. Aufgrund der veralteten Grundsprache, der schlechten Programmoberfläche und der Lizenzsituation wurde inzwischen ein eigenes windows-gerechtes Simulationsprogramm mit dem Namen AdSOL erstellt.

Regelung

Die Regelung erfolgt gemeinsam mit der Messdatenerfassung durch eine zentrale DDC-Anlage der Firma Landis & Staefa Division. Der Regelungsalgorithmus wurde an der TU Dresden entworfen. Es gelten folgende Grundsätze. Die Aufstellung zeigt nur das Grundprinzip und bietet keine Gewähr.

Der Kollektorprimärkreis wird dann betrieben, wenn die Einstrahlung über 220 W/m2 liegt und der Wärmespeicherboden weniger als 80 °C hat.
Der Kollektorsekundärkreis wird betrieben, wenn die Kollektoraustrittstemperatur mehr als 5 K über der Temperatur am Speicherboden liegt. Der Volumenstrom wird so geregelt, daß die Vorlauftemperatur im Winter bei 70 °C und im Sommer (d. h. wenn die ADKM läuft) bei 90 °C liegt. der Volumenstrom im Kollektorprimärkreis wird äquivalent eingestellt.
Die Brennstoffzelle wird immer betrieben. Dies ist möglich, da sie bei fehlender Wärmeabnahme ihre Abwärme über ihren eigenen Hilfskühler selbständig abfahren kann.
Die HT-Wärmeauskopplung aus der Brennstoffzelle ist immer dann in Betrieb, wenn die Brennstoffzelle betrieben wird und die Temperatur am Wärmespeicherkopf unter 85 °C liegt. Die Drehzahl wird so geregelt, daß die Austrittstemperatur bei 85 °C liegt.
Die NT-Wärmeauskopplung wird so betrieben (drehzahlgeregelt), daß am Mischpunkt Wärmespeicherentladung/NT-Einbindung eine Temperatur von 70 °C eingestellt wird
Die allgemeine Wärmeentnahme aus dem Speicher erfolgt, wenn die Rampenheizung zu betreiben ist oder wenn diese nicht in Betrieb ist und eine bestimmte Mindesttemperatur am Wärmespeicherkopf vorliegt. Die Höhe dieser Mindesttemperatur hängt davon ab, ob die Adsorptionskältemaschine in Betrieb ist.
Die Havarieladung des Wärmespeichers wird dann betrieben, wenn Kälte benötigt wird und die BSZ nicht betriebsbereit ist.
Die Adsorptionskältemaschine wird betrieben, wenn die Klimaanlagen einen Kältebedarf signalisieren und die Temperatur am Wärmespeicherkopf mehr als 65 °C beträgt. Sie wird - soweit möglich - konstant mit 80 °C Heiztemperatur versorgt. Der Heizvolumenstrom der AdKM orientiert sich am letzten 15-Minuten-Mittelwert des Kaltwasseraustritts der AdKM und wird mit der Zielstellung zweistufig eingestellt diesen Wert bei 8 °C zu halten. Der Kältevolumenstrom der AdKM wird prinzipiell nach Lastanforderung der Verbraucher geregelt.
Die Kompressionskältemaschine wird betrieben, wenn der Eisspeicher zu laden ist oder wenn nachmittags der Eisspeicher unter 30 % entladen ist und die Adsorptionskältemaschine im letzten 15-Minuten-Mittel keine 8 °C Kaltwassertemperatur liefern konnte.
Der Eisspeicher wird nachts geladen, wenn laut Wetterbericht für den nächsten Tag die Überschreitung einer bestimmten Temperatur prognostiziert wurde. Er wird entladen, wenn die Adsprptionskältemaschine im letzten 15-Minuten-Mittel keine 8 °C Kaltwassertemperatur liefern konnte. Der Eisspeicher wird volumenstromseitig so entladen, daß eine Austrittstemperatur von 4 °C erzielt wird.
Das Rückkühlwerk wird dann betrieben, wenn eine der beiden Kältemaschinen in Betrieb ist. Der Volumenstrom richtet sich nach Anzahl und Betriebszustand der in Betrieb befindlichen Kältemaschinen. Die Sollaustrittstemperatur beträgt zumeist 28 °C und wird, wenn beide Kältemaschinen voll betrieben werden auf 25 °C gesenkt.

Fachaufsätze und erfahrungsberichte

Projektübersicht (1999, 11 S., 233 KB)
Projektübersicht engl. ( 1999, 6 S., 274 KB)
Abschlussbericht (2000, 90 S., 4,8 MB)
Projektübersicht (2001, 10 S., 168 kB)
Betriebserfahrungen mit 2 AdKM (2001, 12 S. 208 KB)
Projekt- und Messbericht (2002, 7 S., 1,2 MB)
Betriebserfahrungen 2002 (1,1 MB)
Betriebserfahrungen 2003 (2,2 MB)
Spitzentechnologie intelligent vernetz - Energieeffizienz im neune Malteser Krankenhaus Kamenz (Beitrag in der HLH 2/2005, 1,4 MB)

Aktuelles

Im Jahr 2006 hätte nach fast 45.000 Betriebsstunden der Zellstapel der Brennstoffzelle erneuert werden müssen. Allein der Zellstapel hätte ca. 500.000 EUR Investitionskosten verursacht. Die noch dazu extrem gestiegenen Gaspreise ließen für die Malteser Betriebsträgergesellschaft Sachsen keinen wirtschaftlichen Betrieb zu, so dass die Brennstoffzelle außer Betrieb genommen wurde.
Folgerichtig wurde die Kälteerzeugung mittels Absorptions-Kältemaschine ebenfalls außer Betrieb gesetzt.

Aktiv und zuverlässig arbeiten bis zum heutigen Tag die solarthermische Anlage, die Photovoltaikmodule sowie Wärme- und Eisspeicher.
Der Eisspeicher wird allerdings nur noch zur Spitzenlastdeckung und als Notfallreserve geladen, da die Kälteversorgung auf die indirekte Kühlung durch Oberflächenwasser eines nahen Steinbruchs umgestellt wurde.