Ständig kommen Transportboxen mit medizinischen Probenahmen im Labor an, werden sorgfältig erfasst, den unterschiedlichen Abteilungen übergeben und dort analysiert. Das Großlabor ist Anlaufstelle für rund 700 Arztpraxen und andere medizinische Einrichtungen. Damit deckt das Unternehmen nahezu den gesamten östlichen Teil Brandenburgs ab. Da die Laborbefunde möglichst schnell zur Verfügung stehen sollen, wurden im Neubau mehr Analysemöglichkeiten geschaffen und die Nutzfläche von vorher 1700 m² auf nunmehr 4000 m² erweitert.
Lüftungsanlage stellt bauliche Bedingungen
Da die Unternehmensleitung des Labors nachhaltiges Wirtschaften als ein zentrales Leitmotiv definierte, hat es sich gemäß den EU-Richtlinien der EMAS (Eco-Management and Audit Scheme) validieren lassen. Um ressourcenschonend zu expandieren, wurde deswegen auch kein Neubau, sondern die Nachnutzung einer bestehenden Immobilie angestrebt.
Als geeignet stellte sich schließlich ein seit Jahren leerstehendes Bankgebäude im Zentrum von Frankfurt (Oder) heraus. Bei der Auswahl und den daraus resultierenden besonderen baulichen Kriterien spielte die Belüftung der Laborräume eine zentrale Rolle. Denn das Labor arbeitet zum Teil mit hochinfektiösem Material. Außerdem sind die Anforderungen an die Temperaturhaltung in den Laboren sehr hoch, damit die Proben keine verfälschten Ergebnisse liefern. Viele Gebäude, die das Labor umnutzen wollte, schieden allein deshalb aus, weil sie die Deckenlast der erforderlichen Technik und Lüftungsanlage nicht tragen konnten.
Der sechsgeschossige Gebäudekomplex des ehemaligen Bankhauses hingegen bot die Fläche und hatte die Statik, um drei Lüftungsanlagen zu installieren, die den hygienischen Anforderungen der verschiedenen Laborbereiche gerecht werden. Menerga realisierte die anspruchsvolle Lüftungstechnik und arbeitet dabei mit Systemair zusammen, das die Wärmepumpentechnik bereitstellte. Durch diese Kooperation der beiden zur Systemair-Gruppe gehörenden Unternehmen wurde eine ebenso energieeffiziente wie umweltgerechte Lösung möglich, denn es kommen ausschließlich die natürlichen Kältemittel R290 (Propan) und R718 (Wasser) zum Einsatz.
Lüftung mit Kreislaufverbundsystem
Die drei verschiedenen Arten labortechnischer Analysen, die das IMD Labor Oderland durchführt, machen jeweils drei komplett getrennte Lüftungsanlagen erforderlich. Zwischen dem Labor für Infektionsserologie – dazu zählen beispielsweise chemische Blutuntersuchungen – und dem Labor für Mikrobiologie darf es zu keiner Vermischung der Luftströme kommen. Daher installierte Menerga für jeden Laborbereich eine separate Lüftungsanlage.
Der dritte Bereich, die Molekularbiologie, ist noch sensibler. Hier herrschen Reinraumbedingungen, um unter anderem PCR- und DNA-Tests einwandfrei auswerten zu können. 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.
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.
Im Rahmen des Kreislaufverbundsystems überträgt ein Hydraulikmodul mit einem Glykolgemisch und einem Volumenstrom von 1600 l/h 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 Hydraulikkreislauf der Wärmepumpe hat ein Volumen von 3400 l/h und verfügt über einen 100-l-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.
Bei einer Außentemperatur von – 16 °C erzeugt die Wärmepumpe eine Heizleistung von 20 kW mit einer Wasseraustrittstemperatur von 40 °C und einer Rücklauftemperatur von 35 °C. Die Kälteleistung bei einer Außentemperatur von 32 °C beträgt 38,8 kW bei einer Wasseraustrittstemperatur von 11 °C und einer Rücklauftemperatur von 22 °C.
Wie umweltgerecht ist die Lüftungsanlagentechnik?
Vor dem Hintergrund der EMAS-Validierung des IMD Labor Oderland wurde neben der notwendigen Lüftungsleistung und den hygienischen Anforderungen auch die Umweltrelevanz der Lüftungstechnik betrachtet. Denn ein Laborbetrieb ist enorm energieintensiv. Die Laboranlagen haben eine hohe elektrische Leistungsaufnahme und erzeugen viel Abwärme. Am Wochenende oder in der Nacht können die Anlagen nicht abgeschaltet werden. Denn die kalibrierten Maschinen müssen durchlaufen, damit die Untersuchungsergebnisse nicht verfälscht werden. Um die Maschinenwärme abzuführen und die Raumtemperaturen zu halten, fördern deshalb die Lüftungsanlagen selbst in Betriebspausen hohe Luftvolumina.
Umso wichtiger ist die Energieeffizienz der Lüftungstechnik. Zwei wesentliche Merkmale steigern die Energieeffizienz der Lüftungsanlagen. Zum einen sind sie 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 es wird keine Energie verschwendet.
Ein zweiter, ebenso wichtiger Gesichtspunkt ist die Verwendung von natürlichen Kältemitteln und deren 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 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.
Der Sachverhalt, dass ausschließlich natürliche Kältemittel verwendet werden, ist nicht nur ein wertvoller Umweltbeitrag, sondern mit Blick auf die stetige Verknappung klimaschädlicher Kältemittel durch die F-Gase-Verordnung auch ein wirtschaftlicher Pluspunkt. Zudem ist das Labor im Rahmen der EMAS die Selbstverpflichtung eingegangen, Ausgleichszahlungen für CO2-äquivalente Emissionen zu leisten, die beispielsweise durch Kältemittel mit einem potenziell hohen Beitrag zur Klimaerwärmung entstehen. Diese Kompensationsleistung entfällt durch den Einsatz umweltfreundlicher Kältemittel.
Fazit
Elektrische Wärmepumpen zur Erzeugung von Heiz- und Kühlenergie sind eine Schlüsseltechnologie zur Abkehr von fossilen Brennstoffen im Gebäudesektor. Doch parallel zum Markthochlauf von Wärmepumpen werden über die F-Gase-Verordnung Kältemittel mit hohem „Global Warming Potential“ (GWP) verknappt und so außerdem verteuert. Wie leistungsfähig und energieeffizient eine Anlagentechnik mit natürlichen Kältemitteln sein kann, haben Systemair und Menerga bei der Belüftung der Laborräume des IMD Labor Oderland in Frankfurt (Oder) nachgewiesen.
