"Natürliche" Wärmepumpe löst komplexe Lüftungsanforderungen in Medizin-Labor

Nachhaltiges Lüftungskonzept von Systemair und Menerga für hygienisch anspruchsvolle Anwendung im IMD Labor Frankfurt (Oder)

IMD Labor Frankfurt (Oder)

Zentrale Bedeutung der Belüftung in medizinischen Laborräumen

Korrekte Lüftung und Raumtemperatur sind zentral für exakte Probenergebnisse

Hohe Anforderungen an die Hygiene, Leistung und Temperaturhaltung:

Höchstmaß an Leistung der Anlagentechnik. Drei verschiedene Labore mit hochsensiblen Bereichen, deshalb sind drei getrennte Lüftungsanlagen notwendig

Energieeffizienz

Vorbildliche Umweltleistung der installieren Lüftungstechnik. Lüftungsanlagen sind mit drehzahlgeregelten EC-Ventilatoren ausgerüstet. Sie reagieren auf die tatsächlich angeforderte Lüftungsleistung

Nachhaltigkeit

Umweltgerechte Lösung, denn es kommen ausschließlich die natürlichen Kältemittel R290 (Propan) und R718 (Wasser) zum Einsatz.

Erfolgreiche Kooperation

Menerga aus Mühlheim an der Ruhr setzte die Lüftungstechnik um und arbeitet dabei eng mit der Systemair GmbH zusammen, die die Wärmepumpentechnik lieferte

: 2022
Anwendung: Nachhaltiges Lüftungskonzept für medizinisches Großlabor
Systemair & Menerga lieferten: 3 Lüftungsanlagen und eine Wärmepumpe

Das IMD Labor Oderland verfügt über eine der modernsten Anlagen für mikrobiologische Untersuchungen in Europa. Hier entsteht eine erheblich Menge Maschinenabwärme. Für eine konstante Raumtemperatur sorgt in erster Linie eine Lüftungsanlage von Menerga mit adiabatischer Kühlung und einem E-Chiller mit Wasser als Kältemittel.

Ausgangslage

Das medizinische Großlabor IMD Labor Oderland in Frankfurt (oder) ist die Anlaufstelle für rund 700 Arztpraxen und andere medizinische Einrichtungen. Aufgrund der großen Nachfrage war eine Erweiterung des Labors von 1.700 m² auf nun 4.000 m²“ notwendig. Dies wurde durch die Nachnutzung eines ehemaligen Bankhauses im Zentrum Frankfurts (Oder) realisiert. Der sechsgeschossige Gebäudekomplex bot die Fläche und hatte die Statik, um drei Lüftungsanlagen zu installieren, die den hygienischen Anforderungen der verschiedenen Laborbereiche gerecht wurden. Menerga realisierte die anspruchsvolle Lüftungstechnik und arbeitet dabei eng mit der Systemair GmbH zusammen, die die Wärmepumpentechnik bereitstellte.

Herausforderungen

Anspruchsvoll war die Vorgabe, die Umweltstandards des EMAS-validierten Betriebs durch die Anlagentechnik zwingend einzuhalten.
Zudem waren drei komplett getrennte Lüftungsanlagen erforderlich: Die drei verschiedenen Arten labortechnischer Analysen, die das IMD Labor Oderland anbietet, machen jeweils drei komplett getrennte Lüftungsanlagen erforderlich. Zwischen dem Labor für Infektionsserologie und dem Labor für Mikrobiologie darf es zu keiner Vermischung der Luftströme kommen. Daher installierte Menerga für jeden Laborbereich eine separate Lüftungsanlage. Im dritten Bereich Molekularbiologie herrschen sogar Reinraumbedingungen. Da keinesfalls die zugeführte Frischluft durch die Abluft kontaminiert werden darf, musste Menerga in dieser dritten Lüftungsanlage die Luftströme hermetisch abgrenzen. Eine konventionelle Wärmerückgewinnung im Gegenstrom wie bei den anderen beiden Lüftungsanlagen war daher nicht möglich.

Über ein Kreislaufverbundsystem stellt die Wärmepumpe SYSAQUA BLUE von Systemair für den Laborbereich der Molekularbiologie die Kühl- und Heizenergie bereit, die nicht über die Wärmerückgewinnung gedeckt werden kann.

Lüftung mit Kreislaufverbundsystem

Stattdessen erfolgt die Wärmerückgewinnung über getrennte Wärmeübertrager im Ab- beziehungsweise Zuluftstrom, die Teile eines Kreislaufverbundsystems sind. Außerdem ist die Wärmepumpe SYSAQUA BLUE von Systemair an das Kreislaufverbundsystem angeschlossen. Sie stellt ganzjährig die fehlende Energiemenge bereit, die nicht über die Wärmerückgewinnung der Lüftungsanlage gedeckt wird.

Technische Umsetzung

Silas Jäger, Produktmanager für Kältesysteme bei Systemair, erklärt das Prinzip des Kreislaufverbundsystems wie folgt: „Ein Hydraulikmodul mit einem Glykolgemisch und Volumenstrom von 1.600 l/h überträgt die rückgewonnene Energie der Wärmeübertrager im Ab-/Fortluftstrom auf den Wärmeübertrager im Außen-/Zuluftstrom. Die rückgewinnbare Energiemenge, also Enthalpie, wird über Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren im Abluftstrom gemessen. Reicht das für die geforderte Zulufttemperatur nicht aus, wird über ein Ventil die Energie aus dem Kreislauf der Wärmepumpe beigemischt. Der Hydraulikreislauf der SYSAQUA BLUE hat ein Volumen von 3.400 l/h und verfügt über einen 100- Liter-Pufferspeicher zur Überbrückung der Abtauphase. Damit steht sofort und jederzeit die zusätzliche Heiz- oder Kühlleistung bereit, wenn die DDC-Steuerung der Menerga-Lüftungsanlage dazu das Signal gibt“, so der Experte für Klimatechnik.

Unsere Lüftungsanlagen sind mit drehzahlgeregelten EC-Ventilatoren ausgerüstet. Sie reagieren auf die tatsächlich angeforderte Lüftungsleistung über die Volumenstromregler im Kanalnetz. Nimmt der Volumenstrom ab, steigt der Kanaldruck. Automatisch regeln die Ventilatoren die Drehzahl bis auf 10 Prozent ihrer maximalen Leistung herunter. So bleibt der Kanaldruck konstant und wir verschwenden keine unnötige Energie
Gerhard Lohf
Serviceingenieur von Menerga

Die Wärmepumpe SYSAQUA BLUE nutzt das natürliche Kältemittel R290, Propan. Bei einer theoretisch möglichen Leckage des geschlossenen Kältemittelsystems würde austretendes Propan schon im Gerät mit Luft verdünnt, sodass kein brennbares Gemisch entsteht.

Eindrucksvolle Effekte durch Verwendung natürlicher Kältemittel

Nachhaltigkeit

Besonders zufrieden zeigt sich Umwelt- und Projektmanager der IMD Oderland, Thomas Herfort, dass ausschließlich natürliche Kältemittel Verwendung fanden: „Das ist nicht nur ein wertvoller Umweltbeitrag, sondern mit Blick auf die stetige Verknappung klimaschädlicher Kältemittel durch die F-Gase-Verordnung auch ein wirtschaftlicher Pluspunkt“, resümiert Herfort.

Gerhard Lohf (li.), Serviceingenieur von Menerga, und Silas Jäger, Produktmanager von Systemair, bei der gemeinsamen Inbetriebnahme. Die reibungslose Kooperation innerhalb der Systemair-Gruppe hat die ebenso komplexe wie umweltgerechte Lüftungstechnik möglich gemacht.

Gesteigerte Effizienz durch die Verwendung natürlicher Kältemittel

Zudem hat die Verwendung von natürlichen Kältemitteln positive Auswirkungen auf die Effizienz. Die zwei Lüftungsanlagen für die Laborbereiche Infektionsserologie und Mikrobiologie sind mit einer indirekten adiabatischen Verdunstungskühlung der zugeführten Außenluft ausgestattet. Reicht die Leistung der Verdunstungskühlung nicht aus, wird die Zuluft im kombinierten Heiz-/Kühlregister gekühlt und entfeuchtet. Hier dient als Kältemittel Wasser (R718), das in einem geschlossenen Kältekreislauf im Vakuum schon bei Temperaturen von 10 °C verdampft.

Die im Kreislaufverbund an die dritte Lüftungsanlage für das Labor der Molekularbiologie angeschlossene Wärmepumpe SYSAQUA BLUE von Systemair arbeitet mit Propan als Kältemittel. Im Vergleich zu einer Standardeinheit mit dem Kältemittel R410A weist die Propaneinheit eine noch bessere Effizienz und deutlich weitere Einsatzgrenzen auf.

Fazit

Elektrische Wärmepumpen zur Erzeugung von Heiz- und Kühlenergie sind die Schlüsseltechnologie zur Abkehr von fossilen Brennstoffen im Gebäudesektor. Wie leistungsfähig und energieeffizient zudem eine Anlagentechnik mit natürlichen Kältemitteln sein kann, haben die Unternehmen Systemair und Menerga gemeinsam bei der Belüftung der Laborräume des IMD Labor Oderland in Frankfurt (Oder) nachgewiesen.

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