HLK-Anlagen im Gesundheitswesen: Mehr Zuverlässigkeit und Leistung

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Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HLK) sind in Krankenhäusern und Kliniken Teil der kritischen Gebäudeinfrastruktur. Denn HLK-Systeme sorgen nicht nur für ein angenehmes und sicheres Klima für Patienten, Besucher und Mitarbeitende, vielmehr sind eine konstante Temperatur und Luftfeuchtigkeit sowie eine zuverlässige Feinstaubkontrolle essenziell, um eine hygienische Umgebung zu schaffen, die Übertragung von Krankheitserregern zu verhindern und die empfindlichen medizinischen und diagnostischen Geräte zu schützen.

In einer Gesundheitseinrichtung gibt es zahlreiche sensible und unterschiedliche Umgebungen, die komplexe, präzise und speziell gefertigte HLK-Systeme erfordern.  

  • Isolierzimmer und Laborräume benötigen beispielsweise druckgesteuerte Systeme, um Kontaminationen zu vermeiden. 
  • Operationssäle erfordern einen hohen Filtrationsgrad, was zu einer hohen statischen Druckbelastung der Ventilatoren führen kann.  
  • Bildgebende Geräte wie MRT-Scanner können empfindlich auf elektromagnetischen Störungen reagieren – auch durch HLK-Geräte. 

Viele dieser Umgebungen können sich zudem häufig ändern, etwa, wenn Gesundheitseinrichtungen umgestaltet werden. Daher sollten die richtigen Geräte sorgfältig ausgewählt und in ein dynamisches System integriert werden. Dies ist ein komplexer Prozess, der jedoch für eine effektive medizinische Versorgung unerlässlich ist.

1. Oberschwingungen: Störungen reduzieren

Oberschwingungen, die von elektronischen Systemen wie der HLK-Steuerung verursacht werden, sind für Gesundheitseinrichtungen ein ernstes Problem. Sie können empfindliche elektronische Geräte beschädigen, Messeinrichtungen stören, sodass keine oder falsche Messwerte angezeigt werden, sowie Interferenzen bei den Kommunikationseinrichtungen verursachen. In einem klinischen Umfeld können schon kleine Probleme mit Geräten schwerwiegende Auswirkungen haben. Wenn beispielsweise Diagnosegeräte nicht ordnungsgemäß funktionieren, können Patienten falsche oder verspätete Diagnosen erhalten. 

Um Oberschwingungen im Stromnetz zu vermeiden, sollten Gesundheitseinrichtungen bei der Auswahl der elektronischen Ausrüstung sehr sorgfältig vorgehen. Dies gilt auch für drehzahlgeregelte Antriebe, die für die Motorsteuerung in HLK-Anwendungen – Ventilatoren, Pumpen, Kompressoren – vielfach eingesetzt werden, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. 

Durch den Einsatz von Ultra-Low Harmonic Drives (ULHD) können Gesundheitseinrichtungen energieeffiziente Luftbehandlungsprozesse sicherstellen und gleichzeitig die Zuverlässigkeit des Stromnetzes gewährleisten und wichtige diagnostische und klinische Geräte schützen. Im Vergleich zu einem konventionellen Antrieb mit 40 % Oberschwingungen reduziert ein ULHD die Oberschwingungen auf unter 3 %.

Ultra-Low Harmonic Drives sorgen für saubere Netze und schützen wichtige diagnostische und klinische Geräte (Quelle: ABB).

Antriebe in Gesundheitseinrichtungen müssen zudem die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) in Bezug auf Funkfrequenzen erfüllen. Dadurch werden hochfrequente Störungen des Stromnetzes und dessen Umfeldes begrenzt und gleichzeitig empfindliche Geräte geschützt. 

 2. Maximale Energieeffizienz

Das Gesundheitswesen steht unter einem hohen Kostendruck. Wenn Erneuerungsmaßnahmen anstehen, müssen die Änderungen über Jahre hinweg zuverlässig und kosteneffizient sein – daher sind Investitionen in die Energieeffizienz unerlässlich. Strom ist für medizinische Einrichtungen ein erheblicher Kostenfaktor; energieeffizientere HLK-Systeme können die Stromrechnung somit erheblich senken – nämlich um über 20 % – und einen größeren Teil des Budgets für andere wichtige Bereiche freisetzen. Aus diesen Gründen ist es wichtig, möglichst effiziente Motoren zu wählen, auch für HLK-Anwendungen. 

Motoren der höchsten Effizienzklasse IE5 bieten eine 20-prozentige Verringerung der Energieverluste im Vergleich zu IE4-Motoren. Darüber hinaus bieten IE5-Motoren, die auf der Synchronreluktanz-Technologie basieren, aber noch weitere bedeutende Vorteile, wie etwa niedrigere Lagertemperaturen. Das erhöht die Zuverlässigkeit, da Lagerausfälle für etwa 70 % der Motorausfälle verantwortlich sind. 

Bei HLK-Anlagen führen Bedarfsschwankungen und unterschiedliche Bedingungen dazu, dass das System nicht ständig unter Volllast arbeiten muss. Um den Energieverbrauch zu optimieren, werden Elektromotoren oft mit drehzahlgeregelten Antrieben kombiniert. Durch die Kombination der effizientesten Motoren der IE5-Klasse mit Frequenzumrichtern kann der Energieverbrauch des HLK-Systems um durchschnittlich 25 % gesenkt werden.

HLK-Systeme sind kritische Komponenten in allen Gebäuden des Gesundheitswesens (Quelle: ABB).

Ultra-Low Harmonic Drives bieten auch Vorteile hinsichtlich der Effizienz des Stromnetzes – je höher der Oberschwingungsgehalt, desto höher der Leitungsstrom im Netz und desto höher infolgedessen die Netzverluste. 

Wenn ein System anfällig für Oberschwingungen ist, werden Geräte wie Transformatoren und Verkabelung zum Ausgleich häufig überdimensioniert. Das erhöht nicht nur die Kosten, es bedeutet auch, dass eine Anlage nicht ihre volle Kapazität nutzt. Durch die Verringerung von Oberschwingungen können andere Verbraucher im Stromnetz angemessen dimensioniert werden und näher an ihrer Nennlast arbeiten, was den Wirkungsgrad erhöht.

3. Softstarter: Schutz der mechanischen Teile

In HLK-Anwendungen werden Frequenzumrichter durch ein Softstartsystem unterstützt. Wenn beispielsweise Ventilatoren direkt eingeschaltet werden, starten sie mit voller Drehzahl. Die bei dieser Anlassmethode unvermeidlichen Druckstöße können die Luftkanäle, empfindliche Filter und den Ventilator selbst beschädigen. Die Verwendung eines Softstartsystems stellt sicher, dass das System durch sanftes Hochfahren geschützt wird, und sorgt für eine längere Lebensdauer. Ähnliches gilt für Pumpen und Kompressoren.

4. Die Rolle der Digitalisierung

Im Gesundheitswesen ist die Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit der Kernsysteme wie etwa HLK-Anlagen von entscheidender Bedeutung. Sensoren, die über das gesamte System verteilt sind, können potenzielle Leistungsprobleme rechtzeitig erkennen und die Betreiber darüber in Kenntnis setzen. Die Gewährleistung eines einfachen Echtzeitzugriffs auf diese Daten in einer Cloud-Umgebung ermöglicht es dem Facility Management, vorbeugende Wartungsarbeiten durchzuführen und frühzeitig Maßnahmen zu ergreifen, bevor Probleme eskalieren. 

Viele moderne Antriebe können auch feststellen, wenn Variablen den Normbereich verlassen. Und fortschrittliche Systeme, einschließlich solcher, die künstliche Intelligenz (KI) nutzen, können automatisch Verstopfungen von Lüftungsanlagen, Getriebe, die geschmiert werden müssen, Pumpen mit bevorstehenden Lagerausfällen oder andere Probleme, die das System gefährden könnten, erkennen. 

Der effektive Einsatz digitaler Technologien kann die Qualität, Effizienz und Verwaltung der HLK-Infrastruktur verbessern. Neben der Zustandsüberwachung in Echtzeit erleichtern andere digitale Technologien auch die Instandhaltung von HLK-Systemen. Augmented Reality (AR)-Reparaturtechnologie, benutzerfreundliche Smartphone-Apps für die Einrichtung und Einstellung und On-Demand-Fernberatung durch Experten sind nur einige Beispiele. 

Aufbau eines idealen HLK-Systems

Wenn das HLK-System einer Einrichtung einwandfrei funktioniert, bemerken die Patienten nicht einmal, dass es vorhanden ist. Wenn allerdings Störungen auftreten, kann es zu ernsthaften Problemen kommen – daher sind Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit entscheidend. Moderne, hocheffiziente Geräte und leicht zugängliche digitale Produkte bieten den Einrichtungen des Gesundheitswesens eine unkomplizierte Möglichkeit, auch die höchsten Anforderungen der Branche zu erfüllen.