Gebäudetechnik: HLK-Systeme werden digitaler und intelligenter

Heizung, Lüftung und Klimatechnik (HLK) zählen zu den kritischen Komponenten im Krankenhaus. Temperatur- und Luftfeuchtigkeitskontrolle ist nicht nur für Patienten und Personal wichtig, sondern auch für die Geräte.

Operationssaal — Operationssäle erfordern einen hohen Filtrationsgrad, was zu einer hohen statischen Druckbelastung der Ventilatoren führen kann.

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 elektromagnetische Störungen reagieren, wie sie auch durch HLK-Geräte verursacht werden. 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.

Störungen reduzieren

Elektronische Systeme wie HLK-Steuerungen können Oberschwingungen verursachen, die für Gesundheitseinrichtungen ein ernstes Problem darstellen. Wenndiese Oberschwingungen empfindliche elektronische Geräte beschädigen oder Messeinrichtungen stören, werden keine oder falsche Messwerte angezeigt. Auch besteht die Möglichkeit, dass sie 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 vielfach für die Motorsteuerung in HLK-Anwendungen – Ventilatoren, Pumpen, Kompressoren – 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 sowie wichtige diagnostische und klinische Geräte schützen. Im Vergleich zu einem konventionellen Antrieb mit 40 Prozent Oberschwingungen reduziert ein ULHD die Oberschwingungen auf unter drei Prozent.

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.

Maximale Energieeffizienz

Völlig zu Recht wenden Gesundheitseinrichtungen den Großteil der Betriebskosten für die Gesundheitsversorgung auf. 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 um über 20 Prozent erheblich senken, und dadurch 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 Motoren der niedrigeren Effizienzklasse IE4. Darüber hinaus bieten IE5-Motoren, die auf der sogenannten Synchronreluktanz-Technologie basieren, noch weitere bedeutende Vorteile wie etwa niedrigere Lagertemperaturen. Das erhöht die Zuverlässigkeit, da Lagerausfälle aufgrund hoher Temperaturen für etwa 70 Prozent der Motorausfälle verantwortlich sind.

Heizung, Lüftung, Klimatechnik (HLK) — HLK-Systeme (Heizung, Lüftung, Klimatechnik) sind kritische Komponenten in allen Gebäuden des Gesundheitswesens.

Bedarfsschwankungen und unterschiedliche Bedingungen führen dazu, dass HLK-Anlagen nicht ständig unter Volllast arbeiten müssen. Um den Energieverbrauch zu optimieren, werden Elektromotoren oft mit drehzahlgeregelten Antrieben kombiniert. Durch die Kombination dereffizientesten Motoren der IE5-Klasse mit Frequenzumrichtern, die die Geschwindigkeit von Elektromotoren regeln, kann der Energieverbrauch des HLK-Systems um durchschnittlich 25 Prozent gesenkt werden.

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 Transformatorenund 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.

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.

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 Gewähleistung 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. Fortschrittliche Systeme, einschließlich solcher, die künstliche Intelligenz (KI) nutzen, können automatisch erkennen, ob Lüftungsanlagen verstopft sind, Getriebe geschmiert werden müssen, Lagerausfällen bei Pumpen bevorstehen oder andere Probleme auftreten, die das System gefährden könnten.

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. Sollten 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.