Wie funktioniert ein Kühlturm?

Alles über Funktionsweise, Bauweisen und Risiken von Kühltürmen, Verdunstungskühlanlagen und Rückkühlern

Wir alle wissen, wie ein Kühlturm aussieht, doch nicht alle wissen wahrscheinlich, wie er funktioniert. Das wollen wir mit diesem Artikel ändern. Und noch mehr: Wir erklären, welche verschiedenen Kühlturm-Typen es gibt (auch Rückkühlwerk oder Verdunstungskühlanlagen genannt) und wo sie zum Einsatz kommen. Zudem weisen wir darauf hin, welche wichtigen Hygieneregeln Kühlturmbetreiber beachten müssen, um beispielsweise zu verhindern, dass sich gesundheitsgefährdende Legionellen verbreiten können. Doch noch mal alles auf Anfang: Wie funktioniert denn nun so ein Kühlturm genau?

Kühlturm Funktion – einfach erklärt

Die Funktion eines Kühlturms besteht in erster Linie darin, die Abwärme, die z. B. während industrieller Prozesse entsteht, durch Verdunstung an die Umgebung abzugeben. Letztendlich handelt es sich bei einem Kühlturm also um einen großen Luft-Wasser-Wärmetauscher, der das erwärmte Kühlwasser mithilfe der Umgebungsluft abkühlt – 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 im Kühlturm bzw. der Verdunstungskühlanlage.

So funktioniert ein klassischer Kühlturm im Detail:

Kühlturm Schema zeigt Verbreitung von Legionellen

Kühlturm-Schema: Indirekte Trockenkühlung einfach erklärt (Quelle: Wikipedia)

  1. 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.
  2. Parallel dazu wird dem Rückkühler mithilfe von Ventilatoren (bei Großanlagen durch Naturzug) Frischluft zugeleitet.
  3. 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.
  4. Dadurch erwärmt sich die Luft, dehnt sich aus, wird leichter und steigt nach oben. (Kamineffekt)
  5. Durch den Wärmetausch zwischen Luft und Wasser entsteht Wasserdampf, der sich mit der warmen aufsteigenden Luft vermischt und mit ihr gemeinsam den oben offenen Kühlturm verlässt.
  6. 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.
  7. Das abgekühlte Wasser sammelt sich unten im Kühlwasserbecken und kann über eine Pumpe der angebundenen Prozesskühlung erneut zugeführt werden.

Verschiedene Kühlturm-Typen im Überblick

Je nach äußeren Begebenheiten und Bedarf kommen verschiedene Kühltürme bzw. Rückkühler zum Einsatz. Folgende Tabelle zeigt, was die einzelnen Kühlsysteme unterscheidet:

Kühlturm-TypBeschreibungVorteileNachteile
Nasskühlturm mit offenem KreislaufDas zu kühlende Wasser wird über Sprühdüsen und  Füllkörper verteilt und die Wärme an die Umgebungsluft abgeführt
  • leistungsstark
  • einfacher Aufbau
  • hoher Wasserverbrauch
  • Einsatz von Wasserbehandlungschemie
Nasskühlturm mit geschlossenem KreislaufDas Prozesswasser strömt in glatten Rohrbündeln (Wärmetauscher) aus durch den Kühlturm und wird durch das Kühlwasser/Verdunstungskälte abgekühlt
  • leistungsstark
  • kommt ohne direkten Kontakt von Prozesswasser und Luft/Kühlwasser aus
  • hoher Wasserverbrauch
  • höhere Anforderung an Wasserqualität
  • Einsatz von Wasserbehandlungschemie
TrockenkühlturmDas Kühlwasser 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.
  • keine Maßnahmen zum Hygieneschutz notwendig
  • keine sichtbar austretenden Schwaden
  • begrenzte Leistung
HybridkühlturmVerbindung der Vorteile von Nass- und Trockenkühlung: Der Kühlwasser-Wärmeübertrager wird komplett benässt, wodurch die vorbeiströmende Luft befeuchtet wird und die Leistung steigt.
  • geringerer Wasserverbrauch (vor allem bei Nutzung im Umlauf-Prinzip)
  • höhere Kühlleistung als Trockenkühlung
  • relativ hohe Investitionskosten
  • Maßnahmen zur chemischen Wasseraufbereitung erforderlich

Kühlturmhygiene-Maßnahmen: Wichtiger Schutz vor Legionellen

Da ein Kühlturm in der Regel Wasserdampf und feucht-warme Luft an die Umgebung abgibt, 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 Kühlturmbetreiber effektiv entgegenwirken müssen. Geregelt sind solche Maßnahmen zur Kühlturmhygiene in der 42. BImSchV (Bundesimmissionsschutzverordnung) und VDI 2047. Demnach müssen Betreiber Neuinstallationen, 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 den Kühlturm.

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