Der Kühlturm (Rückkühler) gibt Wärme von wassergekühlten Systemen in die Atmosphäre ab. Warmes Wasser aus dem System kommt in den Kühlturm und wird über den Füllkörper (Wärmeübertragungsfläche) verteilt. Luft wird durch den Füllkörper gezogen oder gedrückt, wodurch ein kleiner Teil des Wassers verdunstet. Verdunstung entfernt Wärme aus dem restlichen Wasser, das im Kaltwasserbecken gesammelt und zum System zurückgeleitet wird, um erneut Wärme zu absorbieren.
Legionellen in Kühltürmen, Kühlkreisläufen, Verdunstungskühlanlagen und Nassabscheidern sind spätestens seit Inkrafttreten der 42. BImSchV (Bundes-Immissionsschutzverordnung) ein relevantes Thema. Laut dieser Verordnung müssen Betreiber dafür sorgen, dass ihre Anlagen so konzipiert und betrieben werden, dass Verunreinigungen des Wassers durch Mikroorganismen (insbesondere Legionellen) verhindert werden.
Die gängigen Wassertemperaturen über 20 °C und der Nahrungseintrag über die Luftwäschereigenschaft von Kühltürmen sind Grundlage des Legionellenwachstums. Stagnation, Stillstand, das eingesetzte Biozid und besonders Biofilme - häufig sind es mehrere Zusatzkomponenten, die für erhöhte Legionellenwerte in wasserführenden Anlagen verantwortlich sind.
Die Gefahr, dass sich Keime bilden, entsteht, wenn sich im Kreislauf sehr viel Wasser befindet (z. B. durch überdimensionierte Puffertanks) und gleichzeitig die Kühltürme oder Verdunstungskühlanlagen nicht genug Leistung bringen, verdunstet zu wenig und das Wasser bleibt zu lange im Kreislauf. Wenn das Wasser zu langsam fließt, begünstigt dies Ablagerungen und die Bildung von Biofilmen, die das Wachstum von Legionellen im Kühlturm oder Verdunstungskühlanlage. Die Strömungsgeschwindigkeit sollte mindestens 1 m/s betragen.
Aber Biofilme bilden sich auch an Oberflächen mit hohen Wasserdurchflussraten, denn Legionellen gehören zu den aeroben Bakterien, die etwas Sauerstoff im Wasser brauchen, um wachsen zu können.
Besonders ältere Kühlsysteme haben Totzonen bzw. Totleitungen, in denen das Wasser stagniert. In diesem stillstehenden Wasser können sich viel schneller eine Vielzahl von Mikroorganismen ansammeln und Beläge an Bauteilen bilden. Auch Betriebsunterbrechungen (z. B. durch Anlagenstillstand am Wochenende), sorgen dafür, dass das Wasser nicht umgewälzt wird und sich die mikrobiologische Gefahr und die Legionellenbildung erhöhen.
| Kühltürme bzw. Rückkühler |
| Kühlturm-Typen | Beschreibung | Vorteile | Nachteile |
| Nasskühlturm mit
offenem Kreislauf
(Nasskühlung) | Das zu kühlende Wasser wird über Sprühdüsen und Füllkörper verteilt und die Wärme an die Umgebungsluft abgeführt | • leistungsstark
• einfacher Aufbau | • hoher Wasserverbrauch
• Einsatz von Wasser-behandlungschemie |
| Nasskühlturm mit
geschlossenem Kreislauf
(Nasskühlung) | Das Prozesswasser strömt in glatten Rohrbündeln (Wärmetauscher) 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 |
| Trockenkühlturm
(Trockenkühlung) | Das 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 |
| 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. | • geringerer Wasserverbrauch (vor allem bei Nutzung im Umlauf-Prinzip)
• höhere Kühlleistung als Trockenkühlung | • relativ hohe Investitionskosten
• Maßnahmen zur chemischen Wasseraufbereitung erforderlich |
| quelle: aqua-Technik Beratungs GmbH |
Die
Nasskühlung findet in Deutschland am häufigsten Verwendung, weil sie den höchsten Wirkungsgrad erzielt. Sie wird hauptsächlich im
Dampfkraftwerk eingesetzt. Die
Nasskühlungfindet in Deutschland am häufigsten Verwendung, weil sie den höchsten Wirkungsgrad erzielt. Sie wird hauptsächlich im
Dampfkraftwerk eingesetzt. Nasskühltürme ermöglichen die Abfuhr großer
Wärmemengen und können das
Wasser auf relativ niedrige
Temperaturen
abkühlen. Nachteilig sind der hohe
Wasserverbrauch und die Bildung von Dampfschwaden oberhalb der Türme. Wird ein
Wasserkreislauf genutzt (Umlaufkühlung), können sich Algen und andere Mikroorganismen wie beispielsweise
Legionellen bilden. Das erfordert den Einsatz von Chemikalien. ermöglichen die Abfuhr großer
Wärmemengen und können das
Wasser auf relativ niedrige
Temperaturen abkühlen. Nachteilig sind der hohe
Wasserverbrauch und die Bildung von
Dampfschwaden oberhalb der Türme. Wird ein
Wasserkreislauf genutzt (Umlaufkühlung), können sich Algen und andere Mikroorganismen wie beispielsweise
Legionellen bilden. Das erfordert den Einsatz von Chemikalien.
Auf eine Trockenkühlung wird nur unter speziellen Bedingungen (z. B. bei einer niedrigen mittleren Temperatur oder bei Wassermangel) zurückgegriffen. Als Kühlmedium wird Luft verwendet. Das Kühlwasser kommt nicht direkt mit der Atmosphäre in Kontakt, sondern wird durch Rohre geleitet. Diese verfügen über Kühlrippen, an denen die Umgebungsluft vorbeiströmt. Sie wird erwärmt, steigt auf und transportiert die Wärme ab. Ventilatoren können die Wärmeübertragung unterstützen.
Es wird zwischen der direkten und der indirekten Trockenkühlung unterschieden. Bei der ersten Art existiert nur ein Kreislauf. Der Abdampf der Turbine wird direkt in den Kühlturm geleitet. Er fungiert als Kondensator. Die indirekte Trockenkühlung verfügt über zwei Kreisläufe. Im Heizkreislauf wird der Dampf rückkondensiert. Anschließend wird die überflüssige Wärme an den Wasserkreislauf abgeführt. In diesem befindet sich der Trockenkühlturm, der den Kondensator kühlt. Die Verbreitung von Keimen ist aufgrund der fehlenden Dampfschwaden ausgeschlossen. Im Vergleich aller Kühlungen hat die Trockenkühlung den niedrigsten Wirkungsgrad.
Die
Hybridkühlung vereinigt die Vorteile der beiden erstgenannten Arten. Sie verbraucht deutlich
weniger Wasser als die Nasskühlung. Bei gleicher Kühlleistung sind die Investitionen jedoch höher.
Starke Ventilatoren mischen in Hybridkühltürmen dem
Dampf warme
Luft bei. Dadurch ist die
Abluft weniger feucht. Die austretenden
Dampfschwaden sind
kaum sichtbar. Im Vergleich zur Trockenkühlung erreicht die Mischform einen besseren Wirkungsgrad. Dieser ist allerdings aufgrund des Stromverbrauchs der
Ventilatoren geringer als bei der Nasskühlung. Um Planungs-, Verkehrs- und/oder Genehmigungsproblemen zu begegnen, sind Hybridkühlungen eine geeignete Lösung.