Verdunstungskühlanlagen, Kühltürme und Nassabscheider

Verdunstungskühlanlagen sind Kühlanlagen, in denen Wasser verrieselt oder versprüht wird und dabei Wärme durch Verdunstung des Wassers an die Umgebungsluft abgegeben wird. Verdunstungskühlanlagen werden oft in der Industrie benutzt, z. B., um Gebäude zu kühlen oder Maschinen und Prozesse zu kühlen. Ein großer Vorteil ist, dass sie weniger Energie brauchen als herkömmliche Kompressionskältemaschinen. Das ist nicht nur umweltfreundlicher, sondern spart auch Geld.

Ein Rückkühlwerk, auch Kühlturm genannt, ist eine Anlage, die überschüssige Wärme aus industriellen Prozessen oder Klimaanlagen abführt.Rückkühlwerke funktionieren so: Warmes Wasser wird aus dem Prozess aufgenommen und durch Verdunstung abgekühlt, bevor es in den Kreislauf zurückgeführt wird. In einem Rückkühler wird das warme Wasser über Füllkörper oder Lamellen verteilt, wodurch eine große Oberfläche entsteht, die den Kontakt mit der Luft maximiert.Die Luft strömt entweder durch natürliche Konvektion oder durch Ventilatoren angetrieben durch den Turm und fördert die Verdunstung des Wassers und damit die Wärmeabfuhr. Rückkühlwerke sind in vielen Industriezweigen unverzichtbar, denn sie sind eine effiziente und kostengünstige Methode, um die Temperatur zu regulieren.Besonders häufig findet man sie in Kraftwerken, Raffinerien und großen Klimaanlagen.Ein wichtiger Vorteil von Rückkühlwerken ist, dass sie große Wärmemengen mit relativ wenig Wasser abführen. Das macht sie zu einer umweltfreundlichen Lösung.

Ein Nassabscheider ist eine Vorrichtung, die Luft oder Gase reinigt, indem sie Partikel, Staub oder Schadstoffe mithilfe einer Flüssigkeit, meistens Wasser, herausfiltert. Das funktioniert so: Das verunreinigte Gas wird durch eine Zone geleitet, die mit der Flüssigkeit benetzt ist. Die Partikel im Gasstrom werden von der Flüssigkeit eingefangen und aus dem Gasstrom entfernt. Nassabscheider sind sehr gut geeignet, um feine Partikel und gasförmige Schadstoffe rauszufiltern, die Trockenfilter nur schwer erfassen. In der Industrie werden sie oft benutzt, um Emissionen zu kontrollieren und die Luftqualität zu verbessern, z. B. in der chemischen Industrie, der Metallverarbeitung oder bei der Müllverbrennung. Nassabscheider können feste und flüssige Schadstoffe abtrennen. Das macht sie echt vielseitig. Sie können sogar bei hohen Temperaturen und feuchtem Klima gut arbeiten.

Kühlwasser kann aus verschiedenen Gründen verunreinigt sein. Während des Kühlprozesses kommt das Wasser häufig mit verschiedenen Materialien und Chemikalien in Kontakt, die es verunreinigen können. Zum einen können sich im Wasser gelöste Stoffe wie Salze und Mineralien anreichern, was zu einer erhöhten Wasserhärte führt. Zum anderen können biologische Verunreinigungen wie Algen, Bakterien und Pilze im Wasser wachsen, insbesondere wenn es warm ist. Chemikalien, die zur Wasseraufbereitung oder zur Verhinderung von Korrosion und Ablagerungen eingesetzt werden, können ebenfalls Rückstände hinterlassen. Außerdem kann das Wasser durch industrielle Prozesse Schwermetalle oder organische Schadstoffe aufnehmen. Diese Verunreinigungen können die Effizienz der Kühlanlage beeinträchtigen und die Umwelt belasten, wenn das Wasser nicht ordnungsgemäß behandelt und entsorgt wird.

Verdunstungskühlanlagen dienen der Übertragung von Prozesswärme an die Umgebungsluft, sie kühlen Dinge, indem sie Wärme an die Luft abgeben. Sie werden in vielen Bereichen benutzt, in denen Wärme abgeführt werden muss, zum Beispiel in der Industrie, in Kraftwerken, Kälteanlagen, Rechenzentren, verfahrenstechnische Anlagen aller Art, im Handel, in der Gastronomie, in Hotels und in Bürogebäuden.

Gesundheitliche Risiken gehen einerseits für die an den Anlagen tätigen Arbeitnehmern aus. Das betrifft sowohl die Risiken durch Mikroorganismen, speziell Krankheitserreger, als auch chemische Substanzen wie die eingesetzten Biozide (Desinfektionsmittel etc.). Das Arbeitsschutzrecht fordert daher für diese Tätigkeiten die Durchführung einer Gefährdungsbeurteilung und die Ableitung entsprechender Schutzmaßnahmen für die Arbeitnehmer.

Neben den Arbeitnehmern sind auch Menschen, die sich in der Umgebung des Rückkühlwerkes aufhalten, dem Risiko der Infektion durch Krankheitserreger bei Inhalation der abgegebenen Aerosole ausgesetzt. Das gilt nach aktuellem Kenntnisstand vor allem für Bakterien aus der Gruppe der Legionellen, die nachweislich noch in einigen Kilometern Entfernung von der Quelle zu Infektionen geführt haben.

Diese Mikroorganismen können zur sogenannten Legionellose führen. Als leichte Verlaufsform, dem Pontiac-Fieber, zeigt diese Infektion Sommergrippe-ähnliche Symptome. Schätzungen gehen von einer jährlichen Fallzahl im sechsstelligen Bereich aus. Auch im Fall der schweren Verlaufsform der Legionellose in Form einer Lungenentzündung, der Legionärskrankheit, geht das Robert-Koch-Institut, Berlin, von einer erheblichen Untererfassung der Fallzahlen und einer Dunkelziffer von > 95% aus.

Nach Auswertung der bisherigen Erkenntnisse wird angenommen, dass von den jährlich ca. 800.000 ambulant erworbenen Pneumonien ca. 4% auf Legionellen zurückzuführen sind. Das sind ca. 32.000 Erkrankungen pro Jahr mit der Folge von ca. 2000 Todesfällen. Damit werden die aktuelle Dunkelziffer und das Ausmaß des Problems deutlich. 

Die VDI 2047 gilt für Verdunstungskühlanlagen und -apparate, bei denen Wasser verrieselt oder versprüht wird oder anderweitig mit der Atmosphäre in Kontakt kommen kann. Das gilt, wenn das Kreislaufwasser direkt als Kühlmedium im Prozess eingesetzt wird oder wenn die Prozesswärme über Wärmeübertrager von einem Primärkühlkreislauf auf einen Wasserkühlkreislauf übertragen wird. Die Richtlinie gilt für Anlagen bis 200 MW thermischer Rückkühlleistung.

Die VDI 2047 ist derzeit als Stand der Technik für Verdunstungskühlanlagen anerkannt. Als technische Regel hat sie naturgemäß keine Gesetzeskraft, wird aber von Aufsichtsbehörden, Sachverständigen und der Rechtsprechung als Maßstab herangezogen. Zahlreiche Anforderungen der VDI 2047 finden sich auch in der 42. Bundes-Immissionsschutzverordnung. Dies betrifft die Aspekte Herstellung, Planung, Errichtung, Inbetriebnahme, Nutzung, Betrieb und Instandhaltung dieser Anlagen. Daraus folgt, dass alle Beteiligten die VDI 2047 oder alternativ gleichwertige Maßnahmen anzuwenden haben. Bei Abweichungen von den Anforderungen der VDI 2047 muss deren Wirksamkeit nachgewiesen werden. Letztendlich ist die VDI 2047 die sicherste Lösung, insbesondere zur Erfüllung der Betreiberpflichten!

Die VDI 2047 soll die Betriebssicherheit von Verdunstungskühlanlagen gewährleisten. Alle Aspekte von der Planung, Errichtung, Inbetriebnahme, Instandhaltung bis zum Betrieb sollen dazu beitragen. Wichtig ist, dass die Wahl des Aufstellungsortes nur noch eine untergeordnete Rolle spielt. Wenn die angestrebten hygienischen Anforderungen eingehalten werden, können bei ordnungsgemäßem Betrieb die Risiken auf ein vertretbares Maß minimiert werden. Auch bestehende Anlagen, die nicht den baulichen Anforderungen dieser Richtlinie entsprechen, können weiter betrieben werden, wenn die Kompensationsanforderungen dieser Richtlinie erfüllt werden.

Um die oben genannten Ziele zu erreichen, werden in derVDI 2047 hygienisch begründete bauliche, technische und organisatorische Anforderungen an die Planung, Konstruktion, Ausführung, den Betrieb und die Instandhaltung sowie die Inbetriebnahme von Rückkühlwerken festgelegt. Unter Bezugnahme auf weitere Regelwerke werden Anforderungen an den Bau, die zu verwendenden Materialien sowie die erforderlichen Instandhaltungsmaßnahmen einschließlich der Prüfungen beschrieben. Auch Maßnahmen bei Betriebsunterbrechungen sind Gegenstand der Anforderungen. Ein wichtiger Themenbereich sind auch wasserchemische Aspekte und deren Einfluss auf die Werkstoffe bzw. die Betriebsweise.

Die VDI 2047 beschreibt diese Anforderungen systematisch und geht auch detailliert auf die Schnittstellen zwischen den Teilaufgaben ein. Die Details sind u.a. Gegenstand der o.g. VDI 2047-Hygieneschulung.

Im Rahmen der Inbetriebnahme von Verdunstungskühlanlagen ist gemäß VDI 2047 eine hygienische Erstinspektion sowie eine Gefährdungsbeurteilung durchzuführen. Dabei ist vor der Befüllung der Verdunstungskühlanlagen die Einhaltung der Anforderungen an Planung und Bau umfassend zu prüfen, um festzustellen, ob die konstruktiven Merkmale der Anlage den Besonderheiten des Aufstellungsortes sowohl in hygienischer als auch in technischer Hinsicht gerecht werden. Festgestellte gravierende Mängel sind vor der ersten Befüllung zu beseitigen. Diese Prüfung darf nur von Fachkräften mit einer Zusatzqualifikation in Hygienetechnik durchgeführt werden.

Eine weitere Untersuchungspflicht betrifft den mikrobiologischen Zustand des Wassers in Verdunstungskühlanlagen. So müssen alle 3 Monate sowohl die Gesamtkeimzahl als auch der Legionellengehalt durch ein nach DIN EN ISO 17025 akkreditiertes Labor untersucht werden.

Bundesimmissionsschutzverordnung sieht eine wiederkehrende Prüfpflicht im Abstand von 5 Jahren durch einen öffentlich bestellten und vereidigten Sachverständigen für Lüftungs- oder Kältetechnik oder durch eine Inspektionsstelle nach DIN EN ISO 17020 vor.

Die VDI 2047 fordert von jedem, der an Verdunstungskühlanlagen arbeitet, neben dem technischen Hintergrundwissen eine Zusatzqualifikation in Form einer Hygieneschulung. Die Hygieneschulung nach VDI 2047 (Dauer 1 Tag) soll die handelnden Personen in die Lage versetzen, die notwendigen Anforderungen an eine hygienegerechte Verfahrenspraxis in allen Phasen des Umgangs mit derartigen Anlagen (Planung, Errichtung, Betrieb, Instandhaltung einschließlich Reinigung und Desinfektion) zu verstehen und in der betrieblichen Praxis umzusetzen.