Wie funktioniert ein Kühlturm?
Wissenswertes über Funktionsweise, Bauweisen und Risiken von Kühltürmen, Verdunstungskühlanlagen und Rückkühlern in der Industrie
Wir alle wissen, wie ein Kühlturm aussieht und dass dieser für die Kühlung zuständig ist. Doch wahrscheinlich wissen nicht alle, wie eine solche Anlage funktioniert. Das wollen wir mit diesem Artikel ändern. Und noch mehr: Wir erklären, welche verschiedenen Arten von Kühltürmen es gibt (auch Rückkühlwerk oder Verdunstungskühlanlage genannt) und in welchem Bereich der Industrie diese Anlagen zum Einsatz kommen. Zudem weisen wir darauf hin, welche wichtigen Hygieneregeln Betreiber von Kühltürmen vor Inbetriebnahme beachten müssen, um beispielsweise zu verhindern, dass sich gesundheitsgefährdende Legionellen (Umweltkeime) verbreiten können. Doch noch mal alles auf Anfang: Wie funktionieren Kühltürme denn nun genau?
Kühlturm Funktion – einfach erklärt
Kühltürme funktionieren in erster Linie so, dass die Abwärme, die z. B. während industrieller Prozesse entsteht, durch Verdunstung an die Umgebung abgegeben wird. Letztendlich handelt es sich bei Kühltürmen also um große Luft-Wasser Wärmetauscher, die das erwärmte Wasser mithilfe der Umgebungsluft abkühlen – um es anschließend abgekühlt in den Produktionsprozess zurückzuleiten. Das war’s im Grunde schon. Für alle, die es dann doch gerne etwas genauer wissen wollen, hier der detaillierte Ablauf der Kühlung im Kühlturm bzw. der Verdunstungskühlanlage.
So funktioniert die Kühlung klassischer Kühltürme im Detail:
Kühlturm-Schema: Indirekte Trockenkühlung einfach erklärt (Quelle: Wikipedia)
- Das Kühlwasser wird mit Hilfe einer Umwälzpumpe dem Kühlturm zugeführt und über zahlreiche Düsen auf sogenannten Füllkörpern fein verteilt, die das Wasser durch den Turm in ein Auffangbecken rieseln lassen.
- Parallel dazu wird dem Rückkühler mithilfe von Ventilatoren (bei Großanlagen durch Naturzug) Frischluft zugeleitet.
- Das herabrieselnde warme Wasser kommt mit der aufsteigenden Luft in Kontakt. Durch die Verdunstung kommt es zu einem Wärmeaustausch, bei dem die Wärme des Wassers an die Luft abgegeben wird.
- Dadurch erwärmt sich die Luft, dehnt sich aus, wird leichter und steigt nach oben. (Kamineffekt)
- Durch den Wärmetausch zwischen Luft und Wasser entsteht Wasserdampf, der sich mit der Wärme der aufsteigenden Luft vermischt und mit ihr gemeinsam die oben offenen Kühltürme bzw. Kühlsysteme über Verdunstung verlässt.
- Bevor die warme und feuchte Luft den Kühlturm verlässt, passiert sie häufig sogenannte Tropfenabscheider, an dem ein Teil der mitgeführten Feuchtigkeit kondensiert und die Luft so trockener aus dem Kühlturm strömt. Das hat den positiven Effekt, dass Tropfenverluste reduziert und weniger Zusatzwasser benötigt werden.
- Das abgekühlte Wasser sammelt sich unten im Kühlwasserbecken und kann über eine Pumpe der angebundenen Kühlung erneut zugeführt werden.
Verschiedene Kühlturme im Überblick
Je nach äußeren Begebenheiten, Betrieb und Bedarf kommen verschiedene Kühltürme bzw. Rückkühler zum Einsatz. Folgende Tabelle zeigt, was die einzelnen Kühltürme unterscheidet:
| Kühlturm Typ | Beschreibung des Kühlturms | Vorteile der Anlagen | Nachteile der Anlagen |
|---|---|---|---|
| Nasskühlturm mit offenem Kreislauf (Nasskühlung) | Das zu kühlende Wasser wird über Sprühdüsen und Füllkörper verteilt und die Wärme an die Umgebungsluft abgeführt |
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| Nasskühlturm mit geschlossenem Kreislauf (Nasskühlung) | Das Prozesswasser strömt in glatten Rohrbündeln (Wärmetauscher) durch den Kühlturm und wird durch das Kühlwasser/Verdunstungskälte abgekühlt |
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| Trockenkühlturm (Trockenkühlung) | Das Wasser kommt mit der Umgebungsluft nicht direkt in Kontakt, sondern strömt in Rohren, die mit Kühlrippen versehen sind. Die Luft strömt an den Rippen vorbei, wird erwärmt, steigt auf und transportiert so die Wärme nach oben ab. |
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| Hybridkühlturm (Hybridkühlung) | Verbindung der Vorteile von Nasskühlung und Trockenkühlung: Der Kühlwasser-Wärmeübertrager wird komplett benässt, wodurch die vorbeiströmende Luft befeuchtet wird und die Leistung steigt. |
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Kühlturmhygiene-Maßnahmen: Wichtiger Schutz vor Legionellen
Da Kühltürme in der Industrie in der Regel Wasserdampf und feucht-warme Luft an die Umgebung abgeben, kann es zu einer erhöhten Belastung durch Legionellen kommen. So können Infektionen mit Legionellen in einem Umkreis von bis zu 10 km rund um die Verdunstungskühlanlage auftreten. Eine Gefahr, der die Betreiber eines Kühlturms effektiv entgegenwirken müssen. Geregelt sind solche Maßnahmen zur Hygiene des Kühlturms in der 42. BImSchV (Bundesimmissionsschutzverordnung) und VDI 2047. Demnach müssen Betreiber Neuinstallationen, Inbetriebnahme, Stilllegungen und Wiederinbetriebnahmen von Kühltürmen melden. Außerdem müssen ein Betriebstagebuch geführt, regelmäßig mikrobiologische Untersuchungen gemacht und bei Überschreiten bestimmter Grenzwerte Maßnahmen zur Legionellenbekämpfung ergriffen werden. Hinzu kommen Kontrollen durch einen Sachverständigen und eine Gefährdungsbeurteilung für Kühltürme.
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