Brennwerttechnik mit BHKW kombiniert

07.06.2017 | Veröffentlicht in Ausgabe 06-2017

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Das St. Elisabeth Krankenhaus in Damme verfügt über 235 Betten und 800 Mitarbeiter und seit 2016 über eine hocheffiziente Energieerzeugung.
</p> - © Remeha GmbH, Emsdetten — © Remeha GmbH, Emsdetten

1 Das St. Elisabeth Krankenhaus in Damme verfügt über 235 Betten und 800 Mitarbeiter und seit 2016 über eine hocheffiziente Energieerzeugung.

Krankenhäuser haben kontinuierlich einen hohen Wärme- und Strombedarf. Hier lohnt sich daher stets der Austausch veralteter Heiztechnik. Im Krankenhaus St. Elisabeth im niedersächsischen Damme wurde dazu 2016 ein Konzept mit Gas-Brennwertheizkesseln und zwei BHKW umgesetzt.

Kompakt informieren

Im Krankenhaus St. Elisabeth in Damme wurde die Wärmeerzeugung mit vier Gas-Brennwertheizkesseln erneuert und um ein zweites BHKW-Modul ergänzt.
Die Grundlast der Trinkwassererwärmung erfolgt über zwei Frischwasserspeicher, für die Spitzenlast und die Zirkulation wurde ein externer Platten-Wärmeübertrager nachgeschaltet.
Mit der Kombination aus vergrößertem BHKW und neuen Gas-Brennwertheizkesseln wurde gegenüber dem Altbestand sofort eine hohe Energie- und Kostenersparnis erzielt, zumal der selbst produzierte Strom mehrheitlich im Krankenhaus verbraucht werden kann.

Das Krankenhaus St. Elisabeth Abb. 1 gehört heute zu den Kardinal von Galen Kliniken. Seine Geschichte geht zurück bis in das Jahr 1860 zur Ankunft der Schwestern Cornelia und Barbara vom Orden des hl. Franziskus von Münster St. Mauritz. Vorausgegangen waren ein Beschluss der Dammer Bürger zur Errichtung einer Heilanstalt sowie ein Bittgesuch des Pfarrers zur Entsendung von Ordensschwestern für die Krankenpflege. Am 31. März 1864 erfolgte dann die Grundsteinlegung für das Krankenhaus und die Kapelle. Die Einweihung der Kapelle fand am 19. November 1864 statt, dem Namenstag der hl. Elisabeth.

Im Lauf der Jahrzehnte erfolgten mehrere An- und Erweiterungsbauten sowie die Einrichtung einer staatlichen Krankenpflegeschule. Der letzte große Umbau fand zwischen 1992 und 2002 in drei Bauabschnitten statt. Die neu erstellten Gebäudetrakte beherbergen ein Bettenhaus, Untersuchungs- und OP-Räume, die Intensivstation sowie den Ambulanzbereich. Heute verfügt das Krankenhaus über 235 Betten und 800 Mitarbeiter.

Die Beheizung des Gebäudekomplexes erfolgte bis 2016 über einen Niedertemperaturheizkessel mit Öl/Gas-Gebläsebrenner (bivalente Betriebsweise möglich) aus dem Jahr 1994 mit einer Leistung von 1160 kW sowie einem Brennwertheizkessel mit Gas-Gebläsebrenner aus dem Jahr 1994 mit einer Leistung von 1860 kW und nachgeschalteter Recitherm-Anlage.

Das Heizkonzept war längst nicht mehr wirtschaftlich zu betreiben. Die Verantwortlichen suchten deshalb nach einer neuen Lösung. Gefragt war nicht nur ein Heizkonzept nach dem Stand der Technik, sondern auch ein zukunftsweisendes Modell. Zur Erarbeitung des Heizkonzeptes holte man die Firma Bajorath, ein Systemhaus für Regelungstechnik und Hydraulik aus Osnabrück, mit ins Boot. Bajorath arbeitet bereits seit langer Zeit mit dem Heizungshersteller Remeha erfolgreich zusammen. Zur Unterstützung der komplexen Aufgabe und zur Liquiditätsschonung des Krankenhauses konnte man für die Realisierung des Projekts die Fernwärmeversorgung Niederrhein GmbH, eine Tochtergesellschaft der Stadtwerke Dinslaken GmbH, gewinnen, welche die Anlage dem Kunden betriebsfertig zur Verfügung stellt und den Betrieb kompetent begleitet.

Das Team von Bajorath konzipierte eine Anlage mit drei Säulen: Zwei Gas-Brennwertdoppelheizkessel der Bauart Remeha Gas 610 Eco Pro für die Wärmeversorgung Abb. 2, zwei Blockheizkraftwerke für die zusätzliche Stromerzeugung sowie zwei Frischwasserspeicher vom Typ Remeha HFS 750.

Zukunftsweisende Kombination

Für die Betreiber des Krankenhauses galt es, ein zukunftsweisendes Energiekonzept zu finden, das auch zwei neue Gasbrennwert-Feuerstätten für die Wärmeversorgung beinhalten sollte. Der vorhandene Niedertemperaturheizkessel wurde als Notfallkessel eingebunden. Gleichzeitig hat man ein vorhandenes BHKW mit 50 kW elektrischer und 82 kW thermischer Leistung durch ein weiteres BHKW-Modul ergänzt.

Hier wählte man ein Gerät von 2G Energy mit 220 kW elektrischer und 253 kW thermischer Leistung Abb. 3. Der mit der Anlage erzeugte elektrische Strom wird direkt im Hause genutzt. Die bestmögliche Laufzeit der BHKW stellt eine spezielle Regelung von Bajorath sicher. Sie steuert zwei separate Heizkreise an, von denen einer mit einer konstanten Vorlauftemperatur von 85 °C versorgt wird. Der zweite arbeitet mit einer lastabhängigen Rücklauftemperaturregelung zur Brennwertnutzung.

Remeha Gas 610 Eco

In der Heizzentrale wurden vier Remeha Gas 610 Eco als zwei Doppelkesselanlagen mit jeweils 1,3 MW Leistung installiert. Ihr Jahresnutzungsgrad wird mit Werten von bis zu 109,6 % angegeben. Dies liegt unter anderem an ihrem hochwertigen Aluminium-Wärmeübertrager. Die Wärmeerzeuger weisen zudem extrem niedrige Emissionswerte auf, die durch modernste Verbrennungstechnik erzielt werden. Die Modulation bewegt sich zwischen 13 und 100 %, lange Laufzeiten mit geringen Takten und geringe Stillstandsverluste sind damit obligatorisch. Dabei ist keine Mindestwasserumlaufmenge erforderlich. Ein niedriger Stromverbrauch wird durch das drehzahlgeregelte Gebläse erreicht.

Der Kesseleinsatz wird über die von Bajorath programmierte, übergeordnete Regelungstechnik gesteuert. Sie passt das Betriebsverhalten auch an jede noch so ungünstige Situation an. Eine Störabschaltung erfolgt nur in extremen Situationen. Die Heizkessel gelten als sehr service- und wartungsfreundlich, weil alle Bauteile bequem zu erreichen sind. Als weitere Pluspunkte sind der kompakte, platzsparende Aufbau und das geringe Gewicht zu nennen (1095 kg für 1300 kW Leistung). Da die Wärmeerzeuger sehr leise arbeiten, waren keine zusätzlichen Schallschutzmaßnahmen erforderlich.

Trinkwassererwärmung

Da in dem historisch gewachsenen Gebäude zwei Rohrleitungssysteme (Kupferrohr und verzinktes Stahlrohr) verbaut sind, kam der Frischwasserspeicher HFS 750 Abb. 5 in doppelter Ausführung zum Einsatz. In Kombination mit einem für die Zirkulation und Spitzenbedarfe nachgeschalteten externen Platten-Wärmeübertrager produziert er in Verbindung mit den leistungsstarken Wärmeerzeugern ausreichend Warmwasser für den Klinikbetrieb.

Der Frischwasserspeicher HFS 750 W ist zur legionellenfreien Trinkwassererwärmung für einen Bedarf bis 240 l/min ausgelegt. Er kann wahlweise mit einem Heizkessel oder einem Heizkessel und einer Solaranlage gekoppelt werden. Der Speicher besteht aus einem Stahlbehälter mit integriertem Edelstahl-Wellrohr-Durchlauferhitzer und verfügt über eine Wärmedämmung aus 100 mm Polyestervlies (Bereitschaftsverlust bei T = 45 K von 1,2 bzw. 2,4 kWh/24 h V_AUX / V_Gesamt).

Um eine Auslauftemperatur von 55 bis 65 °C am Fühler 22 (siehe Abb. 4) zu gewährleisten, muss der HFS so weit durchgeladen werden, dass am Fühler 19 im Frischwasserspeicher 65 °C anstehen. Wenn diese Temperatur hier erreicht ist, schließt das Ventil A10 und die Pumpe P5 fährt auf minimale Leistung runter. Gleichzeitig wird das Ventil A11 oder A12 (abhängig von den Temperaturen an Fühler 18 und 19) geöffnet und das Ventil D3 reguliert den Massenstrom, sodass über den Wärmeübertrager am Fühler 23 immer 65 °C vorhanden sind.

Ist die Rücklauftemperatur (Fühler 21), die vom Wärmeübertrager zurückkommt, höher als die am Fühler 19, wird das Ventil A11 geöffnet und das Ventil A12 geschlossen, sodass die Restwärme in den HFS zurückgeführt wird, um diese zu nutzen. Ist die Temperatur am Fühler 21 niedriger als die am Fühler 19, bleibt das Ventil A11 geschlossen und das Ventil A12 wird geöffnet, sodass der Massenstrom direkt in das Heizsystem zurückgeführt wird.

Sollten sehr hohe Schüttleistungen, die über die Leistung des HFS hinausgehen, abgefordert werden, wird die Temperatur am Fühler 22 leistungsbedingt abfallen. Sobald diese Situation eintrifft, wird das über den in der Kaltwasserzuleitung eingebauten Strömungswächter erfasst und das Ventil A13 (Magnetventil) geöffnet, dann erfolgt die Trinkwassererwärmung direkt über den Wärmeübertrager. Die Pumpe P5 erhöht die Leistung und das Ventil D3 fährt auf, es fließt mehr Wasser durch den Wärmeübertrager, um am Fühler 22 die Solltemperatur von 65 °C zu halten. Gleichzeitig wird das Ventil A10 geschlossen und über die Temperatur am Fühler 21 wird entschieden, ob Ventil A11 oder A12 geöffnet wird. Sobald die Schüttleistung wieder in den Normalbereich sinkt, wird das Ventil A13 geschlossen und das Ventil A10 geöffnet und der HFS wieder durchgeladen.

Wenn 65 °C am Fühler 19 erreicht sind, schließt das Ventil A10 und die Pumpe P5 fährt wieder auf minimale Leistung. Um stagnierendes Wasser zu vermeiden, wird das Ventil A13 (Magnetventil) regelmäßig geöffnet, um das Wasser in dem Leitungsabschnitt zu erneuern Abb. 6.

Sonderlösung für die Abgastechnik

Um eine möglichst effiziente Abgasführung zu erhalten, galt es auch hier, eine Sonderlösung zu erarbeiten. Sämtliche vorhandenen Wärmeerzeuger sollten an eine Abgasleitung angeschlossen werden. Zum Einsatz kam die einwandige Abgasleitung EW Alkon von Raab. Sie wurde im Heizraum als Sammelleitung nahezu waagerecht geführt, an die sowohl die Gaskessel als auch das neue BHKW als Kaskade angeschlossen wurden Abb. 7.

Als Sicherheitseinrichtung wurde hinter dem Anschluss des BHKW eine Implosionsklappe eingebaut. Weiter verläuft die Abgasleitung nach einer Strecke von 14 m als senkrecht geführte, frei stehende Abgasanlage mit 28 m Höhe. Darüber hinaus kamen zwei Edelstahlschalldämpfer von Kutzner + Weber zum Einsatz, um die Geräuschentwicklung des Abgasschalls zu minimieren.Vera Höhner, Pressebüro Dieter Last