Kompakt informieren
- Vielerorts entweicht Brüdendampf (noch) ungenutzt in die Umgebung. Eine Wärmerückgewinnung mittels Dampfstrahlpumpe lässt sich mit relativ geringem Aufwand realisieren.
- Ein Ausführungsbeispiel in einem Klinikum verdeutlicht, dass sich die Investition in die Wiederverwendung des Dampfes mithilfe einer Dampfstrahlpumpe in kürzester Zeit amortisiert.
- Die Verwendung einer Dampfstrahlpumpe hat gegenüber einem Brüdenwärmeübertrager deutliche Vorteile.
Das Beispiel des österreichischen Landesklinikums Mistelbach-Gänserndorf zeigt, dass mithilfe einer Dampfstrahlpumpe ein Entlassen von Dampf ins Freie entfallen kann. Seine Weiterverwendung spart Energie und senkt folglich die Betriebskosten.
Der Bau des Landesklinikums begann bereits im Jahr 1908. Bis heute ist es auf eine beachtliche Größe mit zahlreichen Abteilungen und über 500 Betten angewachsen Abb. 1 . Derzeit werden jährlich knapp 30000 Patienten stationär betreut. Bis 2017 soll nochmals weiter ausgebaut werden. Entsprechend groß ist der Bedarf der Klinik an hygienischen Anwendungen.
Für diese ist Dampf ein optimales Medium und wird darum in beachtlichen Mengen benötigt. Je nach Bedarf werden Temperaturen von 120 bis 200 °C und entsprechende Dampfdrücke benötigt. Niederdruckdampf (ü) wird in der Küche zum Kochen und für die Geschirrreinigung, bei den Lüftungsanlagen für die Luftbefeuchtung und in der Bettenzentrale für das Waschen der Betten und für die Desinfektion der Matratzen benötigt. Hochdruckdampf (5 bis 12 barü) kommt in der Wäscherei zum Waschen, zum Mangeln und bei den Bügelautomaten für die Dienstbekleidung zum Einsatz.
Brüdendampf wird verdichtet
Das Landesklinikum Mistelbach-Gänserndorf verfügt über eine zentrale Dampfkesselanlage. Der hier erzeugte Primärdampf gelangt über ein Leitungsnetz zu den jeweiligen Anwendungen; das hochtemperierte Kondensat fließt dann über ein Kondensatrückführsystem zu einem offenen Kondensatbehälter zurück. Dort findet ein Ausdampfen statt, es entstehen die sogenannten Brüden. Bisher entwich der Brüdendampf über dicke Rohre ins Freie. So entstanden außerhalb des Gebäudes große Dampfschwaden mit entsprechendem Energieverlust. Das war auch der Klinikleitung klar und sie suchte deshalb einen Weg, um die im Brüdendampf enthaltene Energie wirtschaftlich zu nutzen.
Hier setzt die Wärmerückgewinnung Abb. 2 mithilfe einer regelbaren Dampfstrahlpumpe zur 100%igen Wiederverwendung des Brüdendampfs an. Anstelle eines Rohres für das Ausdampfen ins Freie führt nun eine Leitung den Brüdendampf der Dampfstrahlpumpe zu. Als Saugdampf wird dieser mit dem Primärdampf, der auch als Treibdampf bezeichnet wird, vermischt und der nächsten Anwendung beispielsweise einem Abnehmer in der Küche oder einem Dampf/Wasser-Wärmeübertrager zugeführt.
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
Im Landesklinikum Mistelbach-Gänserndorf werden 317 kg/h Brüdendampf angesaugt. Bei einem jährlichen Betrieb von 6000 h durchschnittlich ergibt sich eine angesaugte Brüdenmenge von 1902 t/a. Werden die Gestehungskosten für eine Tonne Dampf mit 35 Euro angesetzt, ergibt sich daraus eine Einsparung von 66570 Euro/a. Da die Investitionskosten für die Wärmerückgewinnung mittels Dampfstrahlpumpe insgesamt bei rund 22000 Euro lagen, betrug die Amortisationsdauer nur ca. 4 Monate. Die Berechnung bezieht sich auf die in Abb. 2 angegebenen Daten. Würde durch die Wärmerückgewinnung bei anderen Voraussetzungen nicht Dampf, sondern Pumpenwarmwasser verdrängt, würde sich die Amortisationszeit nur unwesentlich verändern.
Geregelte Dampfstrahlpumpe
Vergleichbar mit der Funktion der geregelten Wasserstrahlpumpe, auch Dreiwegeinjektorventil genannt [2], bei Flüssigkeiten in unterschiedlichsten Anlagen [3, 4], verwendet die geregelte Dampfstrahlpumpe Bälz-vapordynamic Hochdruckdampf (Treibdampf) um Dampf mit niedrigerem Druck anzusaugen und mitzureißen Abb. 3. Es entsteht dabei Dampf mit einem Druck und einer Temperatur aus dem Gemisch beider Drücke und Temperaturen. Die regelbare Dampfstrahlpumpe hat eine veränderliche Düsenöffnung, die über eine Spindel mit Regelkegel verändert wird. Darum kann genau so viel Dampf angesaugt werden, dass der resultierende Mischdampf mit einem benötigten Druck und einer definierten Solltemperatur gewonnen wird.
Alternativ zur Dampfstrahlpumpe wird zur Brüdenweiterverwendung oft ein Brüdenwärmeübertrager eingesetzt. Dabei wird der Brüdendampf auf einen Rohrbündelwärmeübertrager geleitet, um sekundärseitig Trinkwasser zu erwärmen. Großer Nachteil dieser Methode ist, dass der Übertragungswert im Wärmeübertrager aufgrund der niedrigen Dampfgeschwindigkeiten sehr schlecht ist und somit nur ein geringer Wirkungsgrad erreicht wird. Zudem kann der Brüdendampf nur zur Wassererwärmung und damit oft nicht ganzjährig verwendet werden.
Bei einer Dampfstrahlpumpe liegt dagegen der Wirkungsgrad bei rund 100 %, da die komplette Brüdendampfmenge angesaugt und durch Vermischen mit dem Treibdampf mit einem höheren Mischdampfdruck weiterverarbeitet wird. Aufgrund der höheren nutzbaren Dampfgeschwindigkeit nach dem Ansaugen und Verdichten kann der Dampf nicht nur für die Wassererwärmung, sondern für verschiedenste Applikationen bzw. Abnehmer verwendet werden.
Dampfverwendung in der Industrie
Nicht nur in der Krankenhaushygiene (siehe Infokasten) ist die Anwendung von Dampf weitverbreitet, es gibt darüber hinaus zahlreiche industrielle Anwendungen. Dazu gehört beispielsweise die Würzekochung in Brauereien, das gleichmäßige Erhitzen von Walzen in der Papier- und Textilindustrie sowie Anwendungen in der Holz-, Agrar-, Lebensmittel-, Pharma- und Chemieindustrie. Angesichts steigender Energiekosten ist man auch hier mehr und mehr bemüht, Brüdendampf nicht in die Umgebung zu entlassen, sondern ihn energiebewahrend weiterzuverwenden. Entsprechend hat die Dampfstrahlpumpe zahlreiche Einsatzbereiche.
Als Beispiel dient hier ein Gebäude in der Textilindustrie Abb. 4. Man sieht links ein Industriegebäude, aus dem Brüdendampf entweicht. Auf der rechten Seite ist dasselbe Gebäude zu sehen, nachdem der Brüdendampf mithilfe einer Dampfstrahlpumpe energetisch genutzt wird. Es tritt kein Dampf mehr in die Umgebung aus. •
Literatur
[1] Kilpper, R.; Bälz U.: Energieeinsparung durch effiziente Dampf-Kondensat-Systeme. Berlin: Huss-Verlag, MGT 3-2013
[2] Hesselbacher, H.: Strahlpumpe bietet großes Einsparpotential. Stuttgart: Gentner Verlag, SBZ 12-2000
[3] Kilpper R.: Mit Strahlpumpen Energie sparen und Nachhaltigkeit erhöhen. Berlin: Huss-Verlag, MGT-Sonderausgabe Das Objektgeschäft 2011
[4] Bälz, U.; Kilpper, R.: Energiesparen mit Regelungstechnik. München: publish-industry, Energy 2.0 Kompendium 12-2012
Lesetipp: In TGA 03-2013 wird darüber berichtet, wie mit Wasserstrahlpumpen durch die optimierte Heizungsregelung Kosten gesenkt werden können. DWebcode 396692
Dampf für die Krankenhaushygiene
Dampf eignet sich hervorragend als alleiniges Reinigungsmittel ohne jeden Zusatz. Mikroorganismen und sogar Sporen werden bei den hohen Temperaturen abgetötet. Dampf wird darum in der Krankenhaushygiene vielfältig eingesetzt: in Autoklaven und Dampfsterilisatoren, besonders für die Sterilisation von OP-Bestecken, Arztkitteln, Bettgestellen und Matratzen. Auch in der Wäschereitechnik wird Dampf für die Mangeln, Waschmaschinen und Bügelautomaten eingesetzt. Weitere Anwendungen sind in der Küche Kochkessel und die Geschirrreinigung, in der Heizungstechnik die Trinkwassererwärmung und in der Klimatechnik die Luftbefeuchtung. In Krankenhäusern spielt auch die Sterilisierung des Abfalls eine wichtige Rolle, da keine Krankheitserreger in die Umgebung geraten sollen. Abgesehen von Autoklaven und Dampfsterilisatoren mit eigener Dampferzeugung benötigen viele Anwendungen große Mengen an Dampf, der meistens in der Heizzentrale des Krankenhauses erzeugt und zu den entsprechenden Verbrauchern geleitet wird.
Dr. Renate Kilpper
ist seit mehreren Jahren als Fachjournalistin bei der Firma W. Bälz & Sohn tätig, https://www.baelz.de/
Prof. Dr. Uwe Bälz ist nach langjähriger Tätigkeit als Geschäftsführer der Firma W. Bälz & Sohn, Heilbronn, heute in dem Unternehmen technischer Berater für Forschung und Vertrieb. Gleichzeitig ist Bälz Dozent für Heizungstechnik an der Beuth Hochschule für Technik Berlin.
