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Im Rahmen der Gesamtsanierung entschied sich der Betreiber, der hygienischen Sanierung der Trinkwassererwärmungsanlage den Vorrang gegenüber der noch anstehenden Sanierung des gesamten Leitungsnetzes der Klinikanlage zu geben, was dann im Zuge der Grundsanierung des Bettenhauses erfolgt.
Wärmeversorgung
Bereits im Jahre 1980 wurde die Wärmeversorgung des Klinikums teilsaniert und vier BHKW- Module (Blockheizkraftwerk) mit einer Gesamtleistung von 800 kW installiert. Diese decken zu 90% die Wärmeversorgung der Trinkwassererwärmungsanlage ab. Die restlichen 10% werden von einer Kesselanlage beigesteuert.
Sanierung der Trinkwassererwärmungsanlage
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Bei der Sanierung hat man aus hygienischen Gründen ganz auf eine Trinkwasserspeicherung verzichtet.
Dies ist mit sogenannter Frischwassertechnik möglich. Mit dem Begriff »Frischwassererwärmer« hat sich die griffige Bezeichnung für Geräte etabliert, die korrekt aber sperriger als »Wasser-Wasser -Durchlauferhitzer« zu bezeichnen wären. Gemeint sind also Systeme, die Erwärmung im Durchfluss erbringen. Das Präfix »Frisch« steht dabei für die bedarfsgerechte Erwärmung des Trinkwassers, die in einem Gegenstrom-Plattenwärmetauscher erfolgt. Das Trinkwarmwasser wird also »just in time« erzeugt. Das Prinzip trägt die Bezeichnung Frischwassertechnik, das Gerät nennt sich Frischwassererwärmer (kurz FWE) und die komplette Anlage wird als Frischwassersystem bezeichnet.
Die Frischwassersysteme der Firma varmeco, Kaufbeuren, die im Klinikum Fulda zum Einsatz kamen, bestehen aus einer Kombination von Frischwassererwärmern und Pufferspeichern. Sie vereinen damit die Vorteile der Speicherung (durch Entkopplung von Wärmebedarf und –angebot) mit den Hygienevorteilen des Durchflussprinzips.
Im Klinikum Fulda waren vor der Sanierung 40 m³ Trinkwarmwasserspeicher im Einsatz. Um das damit verbundene gesundheitliche Gefahrenpotential zu entschärfen und gleichzeitig die hydraulische Einbindung multivalenter Systeme zu vereinfachen, entschied sich der Betreiber für die Frischwassertechnik.
Funktionsweise Frischwassertechnik:
Herzstück der Frischwassertechnik ist ein Plattenwärmetauscher, in dem das Trinkwasser im Durchfluss auf die Trinkwarmwassertemperatur gebracht wird. Eine Pumpe mit elektronischer Regelung fördert die hierfür nötige Menge Ladewasser. Das Lade- oder Heizwasser wird über Puffer (Leitwerkschichtspeicher) zur Verfügung gestellt, die über beliebige Wärmequellen (Kessel, Nahwärmenetz, Solaranlage) versorgt werden.
Wird Warmwasser gezapft, registriert der Durchflusszähler den Volumenstrom. Der Regler errechnet aus dem Durchfluss und den vorhandenen Temperaturen die richtige Leistung, mit der die Ladepumpe versorgt werden muss. Hierfür wird eine Regelstrategie auf Basis neuronaler Netze verwendet, die in Struktur und Funktionsweise eine primitive Nachahmung des menschlichen Gehirns ist: Der Regler ist lernfähig und kann sein Verhalten durch Lernprozesse an die individuellen Gegebenheiten der Anlage anpassen. So wird immer, auch bei stark schwankender Zapfmenge und Speichertemperatur, durch die genaue Dosierung des Heizwassers die gewünschte Warmwassertemperatur eingehalten.
Vorteile Frischwassertechnik:
Hygiene: Der Speicher, oft Ursache für Legionellenprobleme, liegt auf der Heizseite, ist vom Trinkwasser abgekoppelt und daher hygienisch unschädlich gemacht - die Hygieneproblematik wird auf das Verteilsystem reduziert.
Leistungsbereich: Durch Kaskadierung der Frischwassererwärmer ist ein weiter Leistungsbereich bei hervorragendem Teillastverhalten möglich.
Effektivität: Das Heizwasser wird extrem weit abgekühlt, die Rücklauftemperaturen während der Trinkwassererwärmung liegen deutlich unter 30°C. Dies ermöglicht z.B. optimale Brennwertnutzung und hohe Wirkungsgrade bei Kollektoranlagen.
Kalk: Da im Speicher nur Heizwasser ist, sind Temperaturen auch weit über 60°C erlaubt. Die in der Solartechnik bestehende Gefahr der Speicherverkalkung existiert nicht.
Kaskadierung:
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Einbindung in das Heizungssystem
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Dimensionierung der Anlagen
Während die Auslegung des Frischwassererwärmers über die Spitzenleistung relativ einfach und eindeutig ist, stellt die Speicherdimensionierung eine gewisse Herausforderung dar. Denn die Speichergröße ist abhängig von der Kesselleistung, der Speicherwassertemperatur, den Temperaturfühlerpositionen am Speicher und besonders vom zeitlichen Verlauf der Warmwasserlast. Auch das vorhandene Platzangebot ist zu berücksichtigen. Die unterschiedlichen Variationsmöglichkeiten lassen sich am besten im Wärmeschaubild beurteilen: Verglichen wird dort die Bedarfskurve in Form der Gesamt-Warmwasserlast mit der Angebotskurve, die sich aus der Kombination Speicher-/Kesselgröße und weiterer Parameter ergibt. Eine Variante ist dann brauchbar, wenn sich zu keiner Zeit eine Unterdeckung einstellt.
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Für die Angebotskurve sind die Parameter Speichervolumen und -temperatur, Kesselleistung und Fühlerpositionierung (Schalthysterese) relevant.
Aufgetragen über eine sinnvolle Bedarfsperiode, typischerweise 24 Stunden, liefert das Wärmeschaubild die Sinnhaftigkeit der Variante, die Spitzenleistung für Warmwasser, den Spitzendurchfluss, den Tageswärmebedarf, sowie die Kesselstarts und -laufzeiten. Der ermittelte Spitzendurchfluss ist die Basisauswahlgröße für den Frischwassererwärmer. Das Speichervolumen ist über das Wärmeschaubild iterativ ermittelt worden. Damit stehen alle notwendigen Größen für die Gesamtauswahl von Speicher und Frischwassererwärmer zur Verfügung.
Durch die Umstellung von Trinkwarmwasserspeichern auf Frischwassertechnik konnte das Warmwasservolumen in der Anlage um 40 m³ reduziert und die Energiespeicherung auf hygienisch unrelevante Pufferspeicher verlagert werden.
Bauherr: Klinikum Fulda gAG, www.klinikum-fulda.de
Technik: Varmeco GmbH & Co. KG, www.varmeco.de
