Was ist ein Kühlturm?
Ein Kühlturm ist eine Maschine, die Kühlwasser erzeugt, indem sie die Temperatur des Wassers senkt.
Er nutzt die Verdunstungswärme aus der Verdunstung von Wasser. Um die Verdunstung zu fördern, wird Wind auf das Wasser ausgeübt und das Wasser wird kühler, da die Flüssigkeit bei der Verdunstung Wärme verliert. In den letzten Jahren wurden die Wirkungen von Wasserberieselung und Nebelduschen überprüft, das Prinzip ist jedoch dasselbe. Wasserfälle in der Natur haben einen ähnlichen Kühleffekt.
Bei dem verwendeten Wasser handelt es sich um Kühlwasser, das durch den Wärmeaustausch in Kompressoren und Kältemaschinen erwärmt wurde. Um es wiederverwenden zu können, anstatt es wegzuwerfen, wird es in Kühltürmen abgekühlt, bevor es für einen effizienten Betrieb an die Kältemaschine weitergeleitet wird.
Anwendungen von Kühltürmen
Kühltürme werden für die Klimatisierung von Gebäuden, Einkaufszentren und Krankenhäusern eingesetzt. Weitere Anwendungen für die Klimatisierung sind die Kühlung von Maschinen in Fabriken und Kraftwerken, Motorgeneratoren, Elektroöfen, die Kühlung von Wasser, das von Beschneiungsanlagen in Skigebieten versprüht wird und viele andere Anwendungsbereiche für Kühltürme.
Kühltürme können offen oder geschlossen sein. Offene Kühltürme sind effizienter, da sie das Kühlwasser in direkten Kontakt mit der Außenluft bringen und werden in der Regel für Klimaanlagen verwendet. Geschlossene Kühltürme hingegen kühlen, indem sie das Kühlwasser durch ein Wärmetauscherrohr leiten und Wasser auf das Rohr spritzen. Sie werden eingesetzt, wenn das Kühlwasser nicht verunreinigt werden soll.
Funktionsweise der Kühltürme
Kühltürme nutzen die Verdunstungswärme des Wassers. Bei Raumtemperatur beträgt die latente Verdampfungswärme von Wasser etwa 2500 kJ/kg, mit einer spezifischen Wärme von 4,2 kJ/(kg-K). 1 % des Wassers verdampft, wodurch die Temperatur des restlichen Wassers um etwa 6 °C sinkt.
Kühltürme werden im Allgemeinen im Freien aufgestellt. Die Temperatur und die Feuchtigkeit der Außenluft ändern sich ständig mit den Jahreszeiten und der Zeit und Kühltürme werden aufgrund ihres Wärmeaustauschprinzips von natürlichen Phänomenen beeinflusst. Kühltürme werden im Allgemeinen für die ungünstigsten Außenluftbedingungen ausgelegt und ausgewählt und verfügen daher über eine Leistungsspanne. Infolgedessen wird Kühlwasser mit niedrigeren Temperaturen geliefert, was zu einer verbesserten Effizienz der Zielgeräte, z. B. Kühlaggregate, führt.
1. Offene Kühltürme
Offene Kühltürme haben einen Ventilator im Inneren, der sich dreht, um Außenluft anzusaugen. Die zu kühlende Flüssigkeit wird von oben herabgelassen, so dass sie effizient mit der Außenluft in Kontakt kommt. Darüber hinaus kann die Kontaktfläche mit der Außenluft noch vergrößert werden, indem man Wassertropfen herstellt und sie auf das Füllmaterial mit einer großen Oberfläche gießt.
2. Geschlossene Kühltürme
Die Methode der Außenluftansaugung bei geschlossenen Kühltürmen ist die gleiche wie bei offenen Kühltürmen. Allerdings gibt es kein Füllmaterial, sondern nur Rohre, die in den Turm hineinführen und durch die die zu kühlende Flüssigkeit fließt. Die zu kühlende Flüssigkeit wird durch die Rohre geleitet. Durch Besprühen der Rohre mit Wasser verdampft das versprühte Wasser und die Kühlung kann indirekt erfolgen.
Sowohl bei offenen als auch bei geschlossenen Systemen sind hygienische Vorkehrungen erforderlich. Eine regelmäßige Reinigung ist auch gesetzlich vorgeschrieben, um das Wachstum von Legionellen zu verhindern.
Arten von Kühltürmen
Kühltürme werden nicht nur nach ihrem Verwendungszweck, sondern auch nach der Form des Turms und dem Kühlsystem eingeteilt. Kühltürme tauschen Wärme aus, indem sie natürliche Außenluft und zirkulierendes Wasser in Kontakt bringen. Sie werden nach der Strömungsrichtung der Außenluft und des zirkulierenden Wassers sowie danach unterschieden, ob die Außenluft und das zirkulierende Wasser miteinander in Kontakt stehen oder nicht, und unterscheiden sich hauptsächlich durch eine Kombination dieser beiden Faktoren.
1. Unterschiede je nach Strömung der Außenluft und des zirkulierenden Wassers
Die Strömung von Außenluft (Luft) und zirkulierendem Wasser im Wärmetauscherteil des Turms wird entweder als Kreuzstromtyp klassifiziert, bei dem die Strömung von Außenluft (Luft) und zirkulierendem Wasser orthogonal ist, oder als Gegenstromtyp, bei dem sie einander entgegengesetzt sind.
2. Unterschiede in Abhängigkeit von der Art des Kontakts zwischen Außenluft und zirkulierendem Wasser
Die Methode, bei der zirkulierendes Wasser und Luft für den Wärmeaustausch in direktem Kontakt stehen, wird als offener Typ bezeichnet. Wenn das zirkulierende Wasser durch geschlossene Rohrleitungen fließt und nicht direkt mit der Außenluft in Berührung kommt und das Wasser, das direkt mit der Außenluft in Berührung kommt (Sprühwasser), aus einem separaten System zugeführt und zum Wärmeaustausch des zirkulierenden Wassers mit den geschlossenen Rohrleitungen in Kontakt gebracht wird, spricht man von der geschlossenen Bauart.
Bei geschlossenen Kühltürmen wird das Umlaufwasser durch Kupferrohre geleitet und indirekt durch das Sprühwasser gekühlt, so dass die Wasserqualität auf der Seite der zu kühlenden Geräte nicht beeinträchtigt wird. Da das versprühte Wasser jedoch mit der Außenluft in Berührung kommt, müssen Maßnahmen ergriffen werden, um die Qualität des Wassers auf der Seite des versprühten Wassers zu gewährleisten. Außerdem sind aufgrund der indirekten Kühlung das Volumen des Turms und die Leistung des Motors größer als bei offenen Systemen.