Kuehlturm auf Dach

Kühlturm, Hybridkühlturm, Nasskühlturm: Funktion, Vergleich & Hersteller

Immer dann, wenn viel überschüssige Wärme aus einem Prozess abzuführen ist, kommen Kühltürme (auch Rückkühlwerke) zum Einsatz. Diese übertragen thermische Energie auf die Umgebungsluft und sind in verschiedenen Arten erhältlich. Aber wie funktionieren die Lösungen? Wann kommt welche Kühlturm-Art zum Einsatz und was gilt es in Bezug auf die Hygiene zu beachten? Deutsche-Thermo.de gibt die wichtigsten Informationen und zeigt, wann Anlagenbetreiber einen Kühlturm kaufen oder mieten können.

Die Themen im Überblick

Kühlturm: Funktionsweise der Rückkühler einfach erklärt

Das Prinzip eines Kühlturms basiert auf der Verdunstung von Wasser. Dabei geben fein verteilte Wassertröpfchen thermische Energie an kühle Luft ab. Die Luft erwärmt sich dabei und strömt in der Regel ungenutzt aus dem Kühlturm heraus. Für die technische Umsetzung dieser Funktionsweise sind verschiedenste Bauteile erforderlich. Besonders wichtig sind neben einem System zur Verteilung des Kühlwassers auch sogenannte Kühleinbauten und Ventilatoren. Darüber hinaus kommen Wasserauffangwannen, Tropfenabscheider und stabile Gehäuse zum Einsatz.

Kühlturm verteilt das zu kühlende Wasser in seinem Innenraum

Als kompakte Einheit befinden sich alle Komponenten des Industriekühlturms in einer schützenden Hülle, die zum Beispiel aus feuchteresistentem Kunststoff besteht. Das Kühlwasser strömt aus der angebundenen Anlage in den Rückkühler und verteilt sich über zahlreiche Düsen am Kühleinbau (den Kühlflächen) im Innenraum. Dieser Vorgang schafft eine große Oberfläche und sorgt dafür, dass ein Teil des Wassers verdunstet. Dieser Effekt entzieht dem Kühlwasser Energie und sorgt für einen hohen Kühlturm-Wirkungsgrad. Er senkt die Temperatur des Wassers, das sich anschließend in einer Wanne im Boden des Rückkühlwerks sammelt. Hier führt eine Pumpe das Kühlwasser der angebundenen Prozesskühlung erneut zu.

Ventilatoren sorgen für eine Durchströmung der Rückkühlwerke

Luft aus der Umgebung nimmt die überschüssige Wärme des Kühlwassers auf. Damit diese im ausreichenden Maße verfügbar ist, kommen bei Industriekühltürmen und Verdunstungskühlanlagen überwiegend Ventilatoren zum Einsatz. Diese können entweder unten am Lufteintritt oder oben am Austritt der Luft aus dem Kühlturm sitzen. Während Erstere Umgebungsluft vergleichsweise leise durch die Rückkühler drücken, arbeiten letztere saugend. Sie erzeugen einen Unterdruck im Rückkühlwerk, durch den die frische Luft automatisch von außen nachströmt. Auch wenn saugende Anlagen lauter sind, haben sie einen entscheidenden Vorteil: Sie sind im Winter besser vor Frost geschützt. Denn die Luft, die oben aus dem Aggregat austritt, ist deutlich wärmer als am Eintritt des Kühlturms.

Kühlturm: Funktion der Tropfenabscheider spart Kühlwasser

Bevor die warme und feuchte Luft aus dem Kühlturm austritt, passiert sie einen Tropfenabscheider. Dabei handelt es sich um einen Wärmetauscher mit großen Kontaktflächen, an denen ein Teil der mitgeführten Feuchtigkeit kondensiert. Der Einbau reduziert den sogenannten Tropfenverlust. Die Luft strömt trockener aus dem Kühlturm und das Kühlmedium benötigt weniger Zusatzwasser. Letzteres gleicht die Tropfenverluste aus und stellt sicher, dass der angeschlossenen Anlage oder dem angebundenen Prozess ausreichend Kühlwasser zur Verfügung steht.

Verschiedene Arten der Rückkühler im Überblick

Abhängig vom Einsatzgebiet kommen heute verschiedene Rückkühler infrage. So gibt es die bereits vorgestellten Nasskühltürme mit offenen und geschlossenen Kreisläufen. Außerdem sind auch Trocken- und Hybridkühltürme am Markt erhältlich. Die folgende Tabelle zeigt, was die verschiedenen Systeme ausmacht.

Kühlturm-ArtBeschreibung
Nasskühlturm mit offenem KreislaufDie Anlagen verteilen das zu kühlende Wasser über Füllkörpern und führen Wärme mit Luft aus der Umgebung ab. Die Anlagen sind leistungsstark und erreichen niedrige Kühlwassertemperaturen. Nachteilig ist hingegen ein hoher Wasserverbrauch.
Nasskühlturm mit geschlossenem KreislaufIm geschlossenen Kühlturm strömt das Kühlwasser aus dem angebundenen Prozess durch glatte Rohrbündel (Wärmetauscher). Das Sprüh- oder Kühlwasser zirkuliert hingegen im Rückkühler. Während dieses System ohne direkten Kontakt von Prozesswasser und Luft auskommt, ist der Wasserverbrauch mitunter sehr hoch. Außerdem ist das Sprühwasser regelmäßig zu reinigen oder auszutauschen. Denn nur so lässt sich die Bildung von Keimen und Legionellen vermeiden, die zusammen mit der Luft als gesundheitsgefährdendes Aerosol in die Umgebung austreten könnten.
TrockenkühlturmBei einem Trockenkühlturm strömt das Kühlwasser durch Wärmetauscher. Vorbeiströmende Luft entzieht dem Medium Wärme und strömt dann mit höheren Temperaturen oben aus dem Rückkühler. Um die Leistung zu erhöhen, vernebeln die Systeme Wasser am Lufteintritt, um diese auf etwa 80 bis 85 Prozent befeuchten und adiabat kühlen zu können. Der Wasserverbrauch ist gering und die direkte Vernebelung funktioniert ohne Maßnahmen zum Hygieneschutz. Die Leistung der Systeme ist jedoch begrenzt.
HybridkühlturmHybridkühltürme verbinden die Vorteile der Nass- und Trockenrückkühler, indem sie den Kühlwasser-Wärmeübertrager komplett benässen. Die vorbeiströmende Luft lässt sich somit zu etwa 100 Prozent befeuchten, wodurch die Leistung steigt. Der Wasserbedarf ist auch hier niedrig. Erfolgt die Befeuchtung ausschließlich mit Frischwasser, entsteht Abwasser, das aus dem System zu entfernen ist. Nutzen Anlagen das Befeuchtungswasser im Umlauf-Prinzip, senken sie den Wasserverbrauch auf ein Minimum. In diesem Fall sind dann allerdings Maßnahmen zur Wasseraufbereitung erforderlich, um die Bildung von Legionellen zu verhindern.
Kühlturm Systeme im Vergleich

Nasssysteme sind einfach aufgebaut, zuverlässig und vergleichsweise günstig. Sie kommen immer dann zum Einsatz, wenn Wasser in ausreichender Menge und Qualität verfügbar ist. Müssen Anlagenbetreiber das Kühlmedium aufwendig zur Anlage befördern und/oder aufbereiten, sind Trockenkühler eine effiziente Alternative.

Verdunstungskühlanlagen sind nach 42. BImSchV anzeigepflichtig

Da es bei der Abluft von nass arbeitenden Rückkühlern zu einer Legionellen-Belastung kommen kann, haben sich Betreiber einer solchen Anlage an zahlreiche Vorgaben zu halten. Diese sind in der 42. BImSchV geregelt, die unter anderem eine Anzeigepflicht für alle Verdunstungskühlanlagen enthält. Melden müssen Betreiber dabei Neuinstallationen, Änderungen, Stilllegungen und Wiederinbetriebnahmen. Außerdem fordert der Gesetzgeber mit einer regelmäßigen mikrobiologischen Untersuchung die Bescheinigung der Kühlturm-Hygiene. Befinden sich im Kühlturm Legionellen, ist das beim Überschreiten bestimmter Grenzwerte unverzüglich zu melden. Ferner nimmt die BImSchV Betreiber stärker in die Verantwortung. So verpflichtet sie diese, ihre Anlagen regelmäßig zu prüfen und zu warten. Eine Kontrolle durch Sachverständige und eine Gefährdungsbeurteilung für den Kühlturm ist ebenfalls Pflicht.

Alternative: Der Kühlturmbau für große Kraftwerke

Neben den vergleichsweise kleinen Rückkühlwerken für Klima- und Industrieanwendungen gibt es auch sehr große Anlagen. Diese sind unter anderem bei Kraftwerken im Einsatz, um überschüssige thermische Energie abzuführen. Einer der leistungsstärksten Kühltürme weltweit ist dabei der Turm des bayrischen Kernkraftwerks Isar. Er hat eine Höhe von 165 Metern und kann stündlich 216.000 Kubikmeter Wasser herunterkühlen.

Energiesparend: Freie Kühlung mit dem Kühlturm

Ergänzt der Kühlturm eine Kälteanlage, lässt sich deren Energieverbrauch im Winter und in der Übergangszeit oft spürbar senken. Möglich ist das mit der freien Kühlung, wobei der Rückkühler den eigentlichen Kühlprozess der Kompressionskälteanlage komplett oder zumindest teilweise ersetzt.

Einsatz von Kühltürmen in der Klima- und Industrietechnik

Zum Einsatz kommen die Rückkühlwerke immer dann, wenn große Wärmemengen kostengünstig abzuführen sind. Typisch ist dabei die Installation vom Kühlturm in der Industrie. Hier senkt er die Temperatur des Kühlwassers aus technischen Prozessen. Weitere Einsatzgebiete finden sich in der Chemie oder im Lebensmittelbereich. Aber auch in der Kälte- und Klimatechnik kommen die Rückkühler zum Einsatz. Hier führen sie die Wärme wassergekühlter Klimageräte oder von einem Kaltwassersatz ab.

Rückkühlwerk auslegen: Anbieter helfen bei der Berechnung

Damit der Rückkühler effizient und zuverlässig arbeitet, müssen Experten den Kühlturm berechnen. Möglich ist das nach einem einheitlichen Ablauf, wie die folgende Übersicht zeigt:

  • Schritt 1) Ermittlung der Basisdaten: Im ersten Schritt sammeln Experten die Basisdaten des Projekts. Sie definieren die benötigte Kühlleistung und legen fest, mit welchen Vor- und Rücklauftemperaturen der Rückkühler arbeiten muss. Außerdem definieren Planer bereits hier, welche Außenluftzustände am geplanten Einsatzort vorliegen.
  • Schritt 2) Auswahl der Gerätetechnologie: Sind die Basisdaten bekannt, können Experten einen Kühlturm auswählen. Sie entscheiden dabei über die Bauart und die benötigte Kühlturmleistung.
  • Schritt 3) Planung der Aufstellung: Im dritten Schritt erfolgt die Installations- und Montageplanung. Experten wählen dabei einen geeigneten Standort aus. Sie planen die Anschlüsse und legen die Art der Wasseraufbereitung (falls erforderlich) fest.
  • Schritt 4) Berechnung von Kosten und Wirtschaftlichkeit: Nachdem alle Informationen bekannt sind, können Experten die anfallenden Kosten (Aufstellung und Betrieb) analysieren. Sie vergleichen die Ausgaben mit alternativen Lösungen und erstellen eine Wirtschaftlichkeitsberechnung.

Treten bei der Planung Probleme auf, springen Experten im Ablauf etwas zurück, um die Kühltechnik neu zu konfigurieren.

Kühlturm: Kosten bei der Anschaffung und im Betrieb

Wie viel kann ein Kühlturm kosten? Eine pauschale Antwort auf diese Frage ist nicht möglich. Denn die Preise der energiesparenden Rückkühler hängen von zahlreichen Faktoren ab. Neben der Leistung kommt es dabei auch auf die Art, die Wasseraufbereitung und zahlreiche weitere Spezifikationen an. Eine sichere Auskunft zur Preisliste bekommen Anlagenbetreiber hier nur mit dem Angebot eines Herstellers/Anbieters. Die Experten unterstützen Betreiber darüber hinaus auch bei der Planung. Sie legen die Technik passgenau aus und helfen dabei, die anfallenden Betriebskosten zu ermitteln.

Kühlturm kaufen oder mieten: Was ist besser?

Wer den Rückkühler lange in der eigenen Anlage nutzt, spart mit der Kaufvariante in der Regel viel Geld. Nachteilig sind dann allerdings die hohen Anschaffungskosten. Außerdem ist die Vorlaufzeit bei der Kauf-Variante in der Regel länger. Bei einer geplanten Reparatur oder dann, wenn der eigene Rückkühler ausgefallen ist, können Betreiber auch einen Kühlturm mieten. das macht in der Regel dann Sinn, wenn Sie auch den zugehörigen Kaltwassersatz mieten. Die Anlagen sind dann meist sehr schnell verfügbar. Die Kosten sind vergleichsweise gering und die Produktion kann weiterlaufen.