KLIMATECHNIKPRODUKTE VON YORK ®
REFERENZ: KREISKRANKENHAUS FREIBERG
Hohe Heizkosten sind heilbar:
Grubenwasser dient als Energiequelle
für zweistufige Ammoniak-Wärmepumpe
im Kreiskrankenhaus Freiberg
Freiberg, Deutschland
Das Kreiskrankenhaus Freiberg liegt idyllisch im Erzgebirge über einem alten Silber-
bergwerk. Um die Energiekosten von rund 1,2 Millionen Euro pro Jahr zu senken,
empfahl Spezialist Johnson Controls die Quellwärme des Grubenwassers zum Betrieb
einer Ammoniak-Wärmepumpe zu nutzen. Durch die Kombination mit einem Block-
heizkraftwerk kann das Krankenhaus so rund 80 Prozent seines Wärmebedarfs selbst
decken und spart Heizkosten in Höhe von etwa 350.000 Euro pro Jahr.
Gut gebohrt ist halb gewonnen
Nachdem die Machbarkeit des Projektes durch eine Studie abgesichert war,
ging es im ersten Schritt darum, sich einen nutzbaren Zugang zum Gruben-
wasser zu erschließen. Dazu musste eine Bohrung von 200 Metern durch
den Freiberger Gneis erfolgen. Bereits die erste Erkundung mit einem
100 mm Bohrer traf ins Schwarze. Nach drei Wochen war das Loch mit 400
mm Durchmesser schließlich fertig – groß genug für zwei 120 mm Rohre
zur Entnahme und Rückführung des Grubenwassers. Um es als Energie-
quelle nutzen zu können, wird das Grubenwasser erst auf die dritte Sohle
des Schachtes „Alte Elisabeth“ gepumpt. Von dort gelangt es über die Rohre
200 Meter durchs Gestein zu dem über Tage gelegenen Maschinenraum, der
extra für das Projekt errichtet wurde. Um Verschmutzungen zu vermeiden,
wird das untertägige Wasser durch einen Plattenwärmetauscher geleitet, in
dem die im Grubenwasser gespeicherte Energie von rund 600 kW auf den
geschlossenen Sekundärkreislauf der Wärmepumpe übertragen wird.
Eine intelligente Kombination
für maximalen Wirkungsgrad
Die zweistufige NH3-Wärmepumpe erzeugt mit 55 kg natürlichem Kältemit-
tel Ammoniak eine primäre Heizleistung von 860 kW. Ein Verdichter mit
215 kW Leistung hebt die dem Grubenwasser entnommene Wärme auf
ein nutzbares Niveau von maximal 70 °C an. Um den Wirkungsgrad des
Gesamtsystems weiter zu erhöhen, entschied sich Johnson Controls, die
Ammoniak-Wärmepumpe mit einem gasbetriebenen Blockheizkraftwerk zu
kombinieren. Eine durchdachte Entscheidung, die den Gesamtwirkungsgrad
des Systems weiter steigert, denn sowohl die Elektro- als auch die Wär-
meenergie des BHKW fließen in den Prozess ein. Der Strom, den das BHKW
erzeugt, wird zum Betrieb des Kompressors verwendet, die entstehende
Abwärme wird ebenfalls dem Heizkreislauf zugeführt und die Heißwasser-
temperatur damit um weitere 6K auf 76 °C erwärmt. Wird es im Sommer
draußen zu heiß, lässt sich das System auch zur Kühlung einsetzen, und
auch die entstehende Abwärme wird dem Heizkreislauf zugeführt.
Weniger Betriebskosten, weniger
CO 2 -Ausstoß, mehr Spielraum
Knapp 40 Kilometer südwestlich von Dresden, mitten im Erzgebirge, liegt
das Kreiskrankenhaus Freiberg. Dieses wurde über einem alten Silber-
bergwerk erbaut – und genau das erwies sich aus energieeffizienztech-
nischer Sicht als doppelter Glücksfall. Denn seit mehreren Jahren schon
nutzt das Klinikum die saubere und ganzjährig gleichmäßig temperierte
Stollenluft, um bestimmte Hausbereiche, etwa Operationssäle oder
Patientenzimmer, energieeffizient zu klimatisieren. Jetzt entschied sich
die Klinikleitung für den nächsten konsequenten Schritt zur energet-
ischen Optimierung des Kreiskrankenhauses Freiberg. Und wieder sollte
der Silberstollen die energetische Goldgrube des Projektes werden.
Denn im Rothschlönberger Stollen, 200 Meter unter dem Krankenhaus,
fließt Grubenwasser mit einer ganzjährig konstanten Temperatur. „Unter
uns strömt 14 °C warmes Wasser mit einer Geschwindigkeit von etwa
300 Litern pro Sekunde – diese Energiequelle wollten wir uns nicht
entgehen lassen“, erklärt KKHF-Geschäftsführer Gunter John. Um diese
Quellwärme mit einer Wärmepumpe nutzbar zu machen, unterstützte
Johnson Controls bei der Konzeption, Projektierung und Umsetzung.
Nach einer detaillierten Analyse der Möglichkeiten, bei der alle lokalen
Gegebenheiten und die speziellen Bedürfnisse des Krankenhausbetriebs
berücksichtigt wurden, empfahl Johnson Controls eine zweistufige
Ammoniak-Wärmepumpe, die zur weiteren Effizienzsteigerung mit einem
Blockheizkraftwerk kombiniert wurde.
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„Die vorausgegangene Studie ließ eine Kombination der Wärmepumpe
mit einem Blockheizkraftwerk sinnvoll erscheinen – damit sinken die
Energieerzeugungskosten von 71 € / MWh auf 57 € / MWh“, fasst Dr. Ing.
Jürgen Brückner, Vertriebsbeauftragter bei Johnson Controls, das Projekt
zusammen. Für das Kreiskrankenhaus entsteht so eine spürbare finanzi-
elle Entlastung bei den Betriebskosten. Insgesamt rechnet man mit einem
Einsparpotenzial von rund 350.000 Euro pro Jahr – das ist fast ein Drittel
der durchschnittlichen jährlichen Kosten von 1,2 Millionen Euro für Strom
und Gas. Die nachhaltige und kosteneffiziente Energieerzeugung ist für das
Krankenhaus ein wichtiger Schritt, um seine Wettbewerbsfähigkeit langfris-
tig zu sichern. Und auch die Umwelt profitiert davon – ihr bleiben durch die
nachhaltige Energieerzeugung pro Jahr etwa 3.383 Tonnen CO 2 erspart.
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Kältezentrale mit zweistufiger Ammoniak-Wärmepumpe
Die kompakte NH3-Wärmepumpe nach dem Testlauf
im Werk