Projekt 23472/01

Analyse des Energieverbrauchs und exemplarische Best-practice-Lösungen für relevante Verbrauchssektoren in Krankenhäusern

Projektdurchführung

Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT)
Osterfelder Str. 3
46047 Oberhausen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Anforderungen an die Energieversorgung in Krankenhäusern ändern sich in Folge von Um- und Ausbaumaßnahmen stetig. Weiterhin ist ein hoher Anteil alter sanierungsbedürftiger Anlagen in Betrieb. Bei einem Energieverbrauch deutscher Krankenhäuser (2001) von ca. 4,6 Mio MWh/a an elektrischer Energie sowie ca. 15,36 Mio. MWh/a an thermischer Energie besteht in vielen Krankenhäusern ein großes Energieeinsparpotenzial. Bisherige Versuche, den Energieverbrauch mit geringem Aufwand anhand eines Kennzahlenvergleiches beurteilen zu können, blieben aufgrund der komplexen Versorgungsstruktur der Krankenhäuser ohne Erfolg, da die individuellen Eigenschaften der Einrichtungen unberücksichtigt blieben. Ziel des Projektes ist es, mit Hilfe von Lastgangmessungen den Zusammenhang zwischen dem Energieverbrauch und den individuellen Eigenschaften eines Krankenhauses aufzuzeigen und einen aussagekräftigen Krankenhausvergleich zu entwickeln, der auf Krankenhäuser unterschiedlicher Versorgungsstrukturen und Nutzungsbedingungen angewendet werden kann. Außerdem werden allgemeine Best-Practice-Lösungen erarbeitet und das lohnenswerte Einsparpotenzial in den 20 teilnehmenden Krankenhäusern aufgezeigt.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn 20 Krankenhäusern mit 300-600 Betten wird eine Bestandsaufnahme durchgeführt. Anschließend wird für eine repräsentative Woche der Energieverbrauch in folgenden energierelevanten Sektoren gemessen: Heizung, Warmwasser, Kühlung, Lüftungsanlage, Lüftungsanlage OP, Aufzüge, zentrale Energiewandlungsanlage. Gleichzeitig werden relevante Einflussgrößen bestimmt (Benutzungsdauer, Größe, Leistung, Flächen etc.). In Zusammenarbeit mit einem Expertenkreis werden für die Beispielkrankenhäuser allgemeine Best-practice-Lösungen erarbeitet. Anhand der Differenz zwischen dem individuellen Energieverbrauch und der realen Best-practice-Lösung wird in Verbindung mit den individuellen Eigenschaften der Krankenhäuser ein Vergleich durchgeführt und das Einsparpotenzial ermittelt.


Ergebnisse und Diskussion

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass in vielen Bereichen der Austausch alter, ineffizienter Anlagen zu einer deutlichen Einsparung führt und wirtschaftlich sinnvoll ist. Doch auch neue Anlagen garantieren keinen optimalen Energieverbrauch, da eine ineffiziente Betriebsweise ebenfalls zu erhöhten Energieverbräuchen führt. Einsparungen durch optimierte Betriebsparameter können jedoch nur erschlossen werden, wenn die entsprechenden Kenngrößen im zeitlichen Verlauf bekannt sind und mit den Anlagenkenndaten in Beziehung gesetzt werden. Mit Hilfe von Lastgangmessungen können ineffiziente Betriebsweisen aufgezeigt werden, so dass mit geringem Aufwand beispielsweise durch Einstellung der Regelung Einsparungen erzielt werden können. Weiterhin konnten mit Hilfe der Messergebnisse Versorgungsengpässe und nicht einwandfrei funktionierende Versorgungsanlagen und Installationen aufgezeigt werden. Weiterhin hat das Projekt gezeigt, dass die Datenlage in den Krankenhäusern für eine Einschätzung und für den Vergleich mit anderen Krankenhäusern nicht ausreichend ist. Nur wenn zum einen die Kenndaten der Energieversorgungsanlagen, wie die installierte Leistung und zum anderen die Bezugsgrößen der versorgten Bereiche bekannt sind, kann ein Vergleich durchgeführt werden. Da der Energieverbrauch sehr stark von der Raumnutzung abhängig ist, könnten anhand der nach Nutzungsart unterteilten Flächen Referenzverbrauchswerte ermittelt werden, die es ermöglichten, eine Energieverbrauchsstruktur zu ermitteln. Aufgrund der fehlenden Daten ist für die meisten Krankenhäusern eine solche Flächenzuordnung nicht möglich. Ein weiterer Grund sind die fehlenden personellen Ressourcen, so dass, wenn Daten vorhanden sind, keine Zuordnung durchgeführt werden kann. Weiterhin müssen grundlegende Daten über die zu versorgenden Gebäude wie Gebäudealter, Wand-, Fenster-, Dach- und Fundamentflächen ermittelt werden, um eine Abschätzung des Wärme- und Kältebedarfes durchführen zu können. Bisher fast vollständig unbekannt sind die Verbrauchswerte der elektrisch angetriebenen Geräte und Anlagen, die sich u.a. auf den Wärme- und den Kältebedarf auswirken. Derzeit kann allenfalls eine grobe Abschätzung anhand von Literaturwerken durchgeführt werden. Hierzu liegen erste Kenndaten aus der Literatur vor, jedoch besteht noch Bedarf an der Validierung und Bewertung der Übertragbarkeit. Weiterführende Untersuchungen sollten zum Ziel haben, die Datensituation in den Krankenhäusern zu verbessern und eine energetische Auswertung von Raumflächen und Raumnutzung zur Abbildung der Energieverbrauchsstruktur zu automatisieren. Die Untersuchungen müssen auf bisher nicht betrachtete Verbrauchssektoren (Dampf, Licht, medizinische Geräte und Anwendungen) ausgeweitet werden, um den gesamten Energieverbrauch von Krankenhäusern abbilden zu können.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse wurden auf mehreren Tagungen (u.a. BUND-Neztwerktreffen Energiesparendes Krankenhaus, Krankenhaus-Umwelttage NRW, Klinikkongress) und auf eigenen Veranstaltungen zum Thema (Hospital Engineering, UMSICHT zur Sache Energieeffiziente Krankenhäuser) öffentlich präsentiert und diskutiert. Zum Projektabschluss veranstaltet Fraunhofer UMSICHT am 3. September 2009 einen weiteren Workshop (UMSICHT zur Sache Energieeffizienz in Krankenhäusern III) auf dem sowohl die Projektergebnisse noch einmal zusammenfassend veröffentlicht und Best-Practice-Lösungen vorgestellt wurden.


Fazit

Auf der Basis der Lastgangmessungen und dem Kennzahlenvergleich können zum einen Einsparpotenziale aufgezeigt und zum anderen allgemeine Kennwerte zur Bewertung und zur Abschätzung von Energieverbräuchen in Krankenhäusern ermittelt werden. Mit Hilfe eines Boxplot-Vergleichs für die untersuchten Verbrauchssektoren kann gezeigt werden, welche Einflussgrößen für einen erhöhten Energieverbrauch verantwortlich sind. Die zur Bewertung erforderliche Datenbasis sowohl zum Anlagenbetrieb als auch zum Anlagen- und Gebäudebestand liegen vielen Krankenhäusern nicht in nutzbarer Form vor. Die Verwendung von Kennwerten ermöglicht es, Referenzverbrauchswerte zu berechnen und Ursachen für einen erhöhten Energieverbrauch zu erkennen. Anhand von Gebäude- und Flächendaten kann mit Hilfe pauschaler Wärmedurchgangskoeffizienten der Wärmebedarf ermittelt werden. Die Abschätzung der inneren Wärmegewinne durch elektrische Geräte und Anlagen kann mit derzeitiger Datenbasis nur grob abgeschätzt werden. Weiterhin muss die Datenbasis der Krankenhäuser bezüglich der Energieversorgungsanlagen weiter verbessert werden, um kontinuierlich die Effizienz und Sicherheit der Energieversorgung bewerten zu können. Hierzu gehören neben den Bestandsdaten auch Lastgänge, die eine Beurteilung der Energienutzung im zeitlichen Verlauf ermöglichen und eventuelle Fehlfunktionen aufzeigen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Datenmenge auf das Wesentliche begrenzt wird, um eine Analyse mit vertretbarem Aufwand zu ermöglichen.