Eine zuverlässige und störungsfreie Versorgung mit Kälte und Wärme ist eine unerlässliche Voraussetzung für den Krankenhausbetrieb. Zugleich wird die Steigerung der Energieeffizienz aus ökonomischer und ökologischer Sicht immer wichtiger. Damit steigt auch der Bedarf, ineffiziente bzw. nicht passend dimensionierte Anlagen sowie ungünstig gewählte Betriebsparameter zu optimieren. Aufgrund der hohen Komplexität der Energieversorgung von Krankenhäusern kann dies jedoch nur gelingen, wenn ausreichende Ressourcen – sowohl finanzielle als auch personelle – eingeplant werden.

Keine Effizienz ohne Daten

Eine Abschätzung der Höhe von Einsparungen durch eine Maßnahme ist nur dann möglich, wenn verlässliche Informationen zu den realen Verbräuchen und Betriebszuständen vorhanden sind. Die Kenntnis über Energieverbräuche und die Auswertung von Betriebsdaten ermöglicht es, zu erkennen, wo der Energieverbrauch unnötig hoch ist, beispielsweise indem Vergleiche mit anderen Häusern, Herstellerangaben oder eigenen, historischen Daten getätigt werden. Weiterhin wird ersichtlich, welche Anlagen nicht optimal betrieben werden. Häufig ist es als Folge möglich, über Anpassungen von Betriebsparametern Einsparungen ohne hohe Investitionen zu realisieren. Auch zur sinnvollen Auslegung neuer Anlagen sollte auf verlässliche Verbrauchsdaten zurückgegriffen werden können. Daher ist die systematische Datenerhebung der Ausgangspunkt aller Optimierungsmaßnahmen.

Datengewinnung und Datennutzung

Zu Diagnosezwecken können Kurzzeitmessungen durchgeführt werden, um den Verbrauch und das Betriebsverhalten einzelner Anlagen oder Bereiche einschätzen zu können. Dies ist einfach im Betrieb möglich, beispielsweise über Ultraschall-Durchflussmessungen an der Wärme- oder Kälteversorgung oder über Stromwandler und Spannungsabgreifer am Schaltschrank elektrischer Verbraucher. Langfristig ist jedoch eine kontinuierliche Erfassung und systematische Auswertung von Verbrauchsdaten über fest installierte Zähler und Sensoren sinnvoll.

Zur Auswertung der Messungen bieten sich zwei Schritte an:  Zum einen der Aufbau eines Monitoring-Systems - die systematische und automatisierte Sammlung und Auswertung aller Zähler- und Betriebsdaten. Zum anderen der Aufbau eines Simulationsmodells der Energieversorgung des Krankenhauses – damit können optimale Betriebsstrategien oder die Auswirkung von neuen Anlagen berechnet werden. Beide Vorgehensweisen werden im Folgenden näher beleuchtet.

Messdatenerhebung und Aufbau eines Monitoring-Systems

Erstanalyse

Vor einer detaillierten Erhebung und Auswertung von Zählerdaten ist zunächst eine grobe energetische Bestandsaufnahme zielführend. Diese kann beispielsweise anhand der jährlichen Verbrauchsabrechnungen, vorliegender Zählerdaten und einer Vor-Ort-Analyse der jeweiligen Medien (Strom, Gas, Wasser) erfolgen. In Abhängigkeit von der Struktur der Liegenschaft können nun einzelne Liegenschaften oder auch große Energieverbraucher (wie z.B. große Kälteanlagen) genauer analysiert werden.

Von temporären Messdaten zum Monitoring-Workflow

Sind bei relevanten großen Verbrauchern bzw. Liegenschaftsbereichen keine Zähler installiert, so können zunächst temporäre Messungen durchgeführt werden. In der Regel ist die kontinuierliche Erfassung des Energieverbrauchs von großen Anlagen über stationär installierte Zähler sinnvoll.  Die Messdaten ermöglichen es, den Verbrauch von einzelnen Bereichen einzuschätzen oder Betriebsparameter zu überprüfen. Für die systematische und vor allem automatisierte Bewertung von großen Liegenschaften mit vielen Verbrauchern ist der der Aufbau eines Monitoring-Workflows zielführend.

Energiemanagement-Software und Auswertung

Dazu werden die verfügbaren Zähler- und Sensordaten in einer Datenbank (Data Warehouse) zusammen geführt. Mittels einer geeigneter Energiemanagementsoftware werden die Daten zyklisch ausgewertet. Wichtig ist es, entsprechende Kennzahlen zu berechnen, um die Potenziale leicht identifizieren zu können. Die Auswertung bzw. Bewertung der Daten und Kennzahlen muss für die Nutzer (zum Beispiel technische Leiter oder Management) entsprechend aufbereitet werden. Wir empfehlen, die Ergebnisse zum einen online über web-basierte Dashboards sowie über zyklische Reports (z. B. monatsweise) per PDF-Datei zur Verfügung zu stellen.

Ergebnisse aus dem Forschungsprojekt EffMon

Eine Systematik zum Aufbau eines solchen Monitoring-Workflows wurde im Forschungsprojekt EffMon (Effizientes Monitoring) unter Federführung des Fraunhofer IOSB mit Partnern aus der Praxis wie der Effizienzbörse Deutschland erarbeitet und anhand mehrerer Liegenschaften – darunter zwei Krankenhäuser – evaluiert. Dabei wurde gezeigt, dass bei großen Verbrauchern (z.B. Kälteanlagen) ein Einsparpotential von über 20 Prozent existiert. Im Gesamtverbrauch von Liegenschaften sind Einsparungen von ca. 10 Prozent realistisch. Wesentliche Projektergebnisse wurden in einem praxisgerechten Leitfaden zum Aufbau eines Monitoring-Workflows zusammen gefasst. Der Leitfaden kann über die Projekt-Webseite www.effmon.de heruntergeladen werden.

Simulationsmodell von Energieverbrauch und -versorgung des Krankenhauses

Liegen detaillierte Daten vor, ist die Modellierung des Krankenhauses mit Simulations- oder Optimierungswerkzeugen ein zusätzlicher möglicher Schritt auf dem Weg zu höherer Transparenz. Damit steht eine weitere Option zum Finden und Quantifizieren von Einsparmaßnahmen zur Verfügung. Ein solches Modell eines Krankenhauses wurde durch Fraunhofer Umsicht in verschiedenen Forschungsprojekten bereits erfolgreich erstellt. Aus diesen Projekten liegen daher Standard- und Vergleichswerte vor, die die Erstellung weiterer Modelle vereinfachen. Der Detaillierungsgrad ist zudem modular anpassbar. Mit Hilfe von Daten zum Gebäudeaufbau und der Anlagenstruktur wird das Modell aufgebaut und die Ergebnisse der Simulation mit den realen Verbrauchswerten abgeglichen.

Simulation von Energieeinsparmaßnahmen

Mit dem Modell können Informationen über die Zusammensetzung der Energieverbräuche abgeleitet und auf einfache Weise Energieeinsparmaßnahmen getestet und quantifiziert werden. So können der Austausch von Komponenten oder eine Veränderung von Betriebsparameter erprobt und der Anlagenbetrieb und das Zusammenspiel verschiedener Anlagen mathematisch optimiert werden. Werden die Krankenhausanlagen zudem flexibel und orientiert an den in Zukunft immer stärker schwankenden Marktpreisen betrieben, gibt es die Chance, zusätzliche Erlösquellen zu erschließen.