Um die durch die EU-MDR gestiegenen Anforderungen an Medizinprodukte zu erfüllen und Risiken im Herstellungsprozess zu reduzieren, müssen viele Hersteller ihre Produkte neu klassifizieren. Dies hat zur Folge, dass viele ihre bestehende Klimatechnik optimieren oder neue Reinräume bauen müssen. Allerdings sind Reinräume wahre Stromfresser im Unternehmen.
Die Weiss Klimatechnik GmbH, Reiskirchen, kennt als Anlagenspezialist die Einsparpotenziale, um einen Reinraum wirtschaftlich zu betreiben – sowohl für Neueinrichtungen als auch bei bestehenden Objekten. Ausgangspunkt für den Energiebedarf eines Reinraums sind grundlegenden Faktoren wie Größe, Temperatur und Feuchtigkeit. Steffen Röhm von Weiss Klimatechnik rät daher, bei Neubauten bereits in der Planungsphase auf energie- und kosteneffiziente Aspekte zu achten. „Dazu gehört“, so der Project Manager Planning & Qualification, „sich als künftiger Nutzer Gedanken zu machen, was tatsächlich benötigt wird.“ So lohne es sich, die geplanten Arbeitsabläufe im Reinraum auf Effizienz- und Kostenverbesserungen hin zu überprüfen. Denn die von vornherein optimierten Abläufe liefern die Basis für ein wirtschaftliches und energetisch orientiertes Planungskonzept mit gezielt ausgelegter Fläche, Ausstattung und Klimatisierung.
GMP-konformer Reinraum für die Fertigung von Augenimplantaten
Welche Bedingungen den Stromverbrauch beeinflussen
Zentrale Faktoren für den Technikeinsatz und den Energieaufwand sind die Reinheitsklasse (Partikellasten), die Stofflasten (Kontaminanten, Schadstoffe) sowie die Wärme- und Feuchtelasten. Hinzu kommen die Anforderungen der Produkte und die des Prozesses an das Raumklima – und damit verbunden an das Temperatur- und Feuchteniveau. Ebenso die Art der Luftführung: Ob turbulente Mischlüftung oder turbulenzarme Verdrängungsströmung, hängt sowohl von den Raumlasten ab, die während des Prozesses durch Personenzahl, Partikelfreisetzung, Maschinenabwärme und Prozessluft entstehen, als auch von den Anforderungen an die Luftreinheit (Partikel). Neben den Prozessen im Raum kann auch der Außenluftbedarf einen großen Einfluss haben, der sich ebenfalls im Energieverbrauch niederschlägt. Auch das Luftkanalnetz trägt seinen Teil zur Energiebilanz bei: Je dichter und strömungsgünstiger es ausgelegt ist, desto effizienter ist die Luftverteilung.
Wie Wärmerückgewinnung im Reinraum funktioniert
Was bei der Planung von Anfang an berücksichtigt werden kann, lässt sich bei bestehenden Anlagen teilweise nachholen – zum Beispiel durch die Umstellung der Antriebstechnik von riemengetriebenen Ventilatoren auf moderne, wesentlich sparsamere EC-Ventilatoren. Weitere Einsparpotenziale liegen bei Temperatur, Feuchtetoleranzen und Luftvolumenströmen – etwas weniger Wärme, Kälte oder Luftzufuhr macht sich bei den Betriebskosten bemerkbar.
Ein weiterer Weg zu mehr Energieeffizienz im Reinraumbetrieb kann eine effektive Wärmerückgewinnung in der Lüftungsanlage sein. Hier stehen verschiedene Konzepte mit unterschiedlichen Eigenschaften zur Verfügung. Dazu gehören Kreuzstromwärmetauscher, Kreislaufverbundsysteme, Rotationswärmetauscher sowie das Umluftkonzept.
Neben der Wärmerückgewinnung im Lüftungssystem gibt es weitere Möglichkeiten der Energierückgewinnung. Ein Ansatz ist die Nutzung von Abwärme aus Rückkühlern der Kälteerzeugung oder die Einspeisung von Prozessabwärme. Welches Konzept am effizientesten ist, hängt von den Anforderungen des Reinraums und den technischen Rahmenbedingungen ab.
Vorschriften führen zu mehr Effizienz im Reinraum
Auch die Normen für Reinräume zeigen bereits Einsparpotenziale auf. Dazu gehören die DIN EN ISO 14644 Blatt 16 und die VDI 2083 Blatt 4.1 mit Hinweisen zur energieeffizienten Planung von raumlufttechnischen Anlagen und Reinluftgeräten. Hinzu kommt die DIN EN ISO 16890 mit Anforderungen an Filter und deren Klassifizierung. Die DIN EN 16798-3 definiert allgemeine Anforderungen an die Energieeffizienz von Nichtwohngebäuden, und die Ökodesign-Richtlinie legt Rahmenparameter für die Energieeffizienz von Ventilatoren und Klimageräten fest. Darüber hinaus gibt es technische Regeln wie die VDMA 66412-4 mit „Kennzahlen für das Energiemanagement“ oder die DIN EN ISO 500001, die sich an „Energiemanagementsysteme“ richtet.
Für energieoptimierte Reinräume bringt das Reiskirchener Unternehmen jahrzehntelange Expertise in der Klimatechnik mit. „Aus der Erfahrung heraus haben wir sehr früh angefangen, über gezielte Ent- und Befeuchtung große Anlagen energieoptimiert aufzubauen“, fasst Steffen Röhm zusammen.
Dazu gehört auch die Entwicklung eigener Geräte. Dazu gehört auch die Produktion eigener Klimageräte für Standard- und Sonderanwendungen sowie ein Serviceangebot für normgerechte Qualifizierung, Inbetriebnahme und Wartung. So verbindet Weiss Klimatechnik Effizienz und Anspruch im Reinraum, liefert mit Planung, Bau, Inbetriebnahme und Service alles aus einer Hand – mit hoher Lagerkapazität für schnelle Ersatzteillieferung. (su)
Wärmerückgewinnung im Lüftungssystem
Die Wärmerückgewinnung in der Lüftungsanlage ist eine Möglichkeit, den Energiebedarf im Reinraum zu optimieren. Dafür gibt es verschiedene Konzepte mit unterschiedlich hohen Wirkungsgraden.
- Kreuzstrom-Wärmetauscher erzielen einen Wirkungsgrad von bis zu 90 %. Allerdings besteht das Risiko von Kreuzkontaminationen. Zudem muss das Gesamtsystem unter anderem mit Vereisungsschutz und Nachheizung entsprechend konzipiert sein wie auch der Platz zur Verfügung stehen.
- Im Kreislauf-Verbund-System wird die Wärme über Wasser als Zwischenmedium zurückgewonnen. Somit lassen sich auch zusätzliche Wärmequellen in das System integrieren. Die Wärmequellen können von den Verbrauchern räumlich getrennt sein. Der Wirkungsgrad von Hochleistungssystemen liegt bei bis zu 80 %. Kreuzkontaminationen finden nicht statt. Allerdings sind relativ hohe Investitionen notwendig.
- Rotations-Wärmeübertrager kombinieren Wärme- und Feuchteübertragung, dabei erreichen sie Wirkungsgrade von mehr als 85 %. Zwar ist hier kein Frostschutz erforderlich, doch zwischen den Luftströmen kann es zu Kreuzkontaminationen kommen. Zudem führt das System zu einem relativ hohen Druckverlust.
- Über Umluft lässt sich mit geringen Investitionskosten eine hohe Energieeinsparung erzielen, wenn dies prozesstechnisch möglich ist. Allerdings besteht zum Beispiel das Risiko einer Kreuzkontamination.
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