Kühlen durch Verdunstung : effizient, aber unter Aufsicht
Die Luftkühltürme (TAR) geben die Wärme der Klima- und Prozessanlagen nach außen ab. Ihr Prinzip — das Wasser durch Verdunstung zu kühlen — ist bemerkenswert effizient, geht aber mit der Ausbreitung einer warmen und feuchten Fahne einher, beladen mit feinen Tröpfchen.
Diese Fahne bündelt drei untrennbare Herausforderungen : ein Gesundheitsrisiko (die Legionellen), einen strengen regulatorischen Rahmen (ICPE) und eine aeraulische Schwierigkeit (die Rezirkulation). Die drei werden gemeinsam behandelt.
Was ist ein Luftkühlturm ?
Ein Luftkühlturm ist eine Anlage, die die Wärme eines Wasserkreislaufs abführt, indem sie ihn mit einem Luftstrom in Kontakt bringt. In einem nassen TAR verdunstet ein Teil des Wassers : Dieser Phasenwechsel sorgt für eine sehr leistungsfähige Kühlung, erzeugt aber eine Aerosolfahne.
Man unterscheidet im Wesentlichen :
Offene Nassbauweise
- Das Kreislaufwasser steht in direktem Kontakt mit der Luft.
- Sehr leistungsfähig, aber höchstes Gesundheitsrisiko.
Geschlossene Nassbauweise
- Der Kreislauf ist isoliert; das Berieselungswasser läuft außen herab.
- Guter Kompromiss zwischen Leistung und Risikobeherrschung.
Trocken- / Hybridbauweise
- Austausch ohne (oder mit teilweiser) Verdunstung.
- Geringeres Risiko, aber weniger leistungsfähig bei großer Hitze.
Das Legionellenrisiko
Das lauwarme und stehende Wasser der TAR bietet ein günstiges Milieu für die Entwicklung von Legionellen, Bakterien, die — in Form von Aerosolen in der Luft verteilt — eine schwere Lungeninfektion auslösen können : die Legionärskrankheit.
Die Gefahr ist nicht das Wasser selbst, sondern die Mikrotröpfchen, die von der Fahne mitgerissen werden und in der Ferne eingeatmet werden können. Daraus ergibt sich eine doppelte Anforderung : die Vermehrung beherrschen (Behandlung, Wartung, Überwachung) und verhindern, dass die Fahne wieder eingeatmet wird — insbesondere über die Frischluftansaugungen des Gebäudes und der Nachbarschaft.
Eigenes Dossier : die Legionärskrankheit und die LuftkühltürmeDer regulatorische Rahmen ICPE (Rubrik 2921)
In Frankreich unterliegen die Kühlanlagen durch Wasserzerstäubung in einem Luftstrom der Rubrik 2921 der Nomenklatur der für den Umweltschutz klassifizierten Anlagen (ICPE). Je nach abgeführter thermischer Leistung unterliegt die Anlage einer Anmeldung oder einer Registrierung.
Der Rahmen schreibt insbesondere eine methodische Risikoanalyse (AMR) der Vermehrung und Ausbreitung der Legionellen, einen Wartungs- und Überwachungsplan und periodische Kontrollen vor. Die Aufstellung und die Beherrschung der Fahnenausbreitung sind integraler Bestandteil dieses Sicherheitsnachweises.
Die Konformität beschränkt sich nicht auf die Wartung
Man denkt die TAR-Regelung oft unter dem Aspekt der Wasseraufbereitung. Aber der Nachweis der Risikobeherrschung umfasst auch die Aeraulik : zu beweisen, dass die Fahne nicht zu den Luftansaugungen noch zu den belebten Zonen zurückkehrt. Genau hier liefert die Simulation einen quantifizierten Nachweis.
Die Rezirkulation der Fahnen : die eigentliche aeraulische Herausforderung
Die von einem TAR ausgestoßene Fahne ist warm und feucht. Je nach Wind, Gelände und Nachbargebäuden kann sie :
Zum TAR rezirkulieren
- Die Fahne kehrt zur Ansaugung des Turms zurück : die angesaugte Luft ist bereits warm und feucht.
- Folge : Leistungseinbruch und Mehrverbrauch.
Die Luftansaugungen erreichen
- Die Fahne wird von den Frischluftansaugungen des Gebäudes oder der Nachbarschaft wieder eingeatmet.
- Folge : Gesundheitsrisiko und Nichtkonformität.
Diese beiden Phänomene hängen fein von der Geometrie des Standorts, der Auswurfhöhe, der Austrittsgeschwindigkeit und den Windbedingungen ab. Pauschale Abstandsregeln reichen nicht aus, um sie zu gewährleisten.
Die Diagnose durch CFD-Simulation
Die CFD-Simulation modelliert den Auswurf des TAR, den Standort und seine Umgebung und berechnet dann die Trajektorie der Fahne und ihre Verdünnung für jede Windbedingung. So überprüft man, quantifiziert :
Die Nicht-Rezirkulation
- Konzentration und Temperatur der vom TAR angesaugten Luft.
- Leistungsreserve unter den schlechtesten Bedingungen.
Der Schutz der Luftansaugungen
- Verdünnung der Fahne an den Frischluftansaugungen und sensiblen Zonen.
- Einhaltung der gesundheitlichen und regulatorischen Ziele.
Vorbeugen und richtig aufstellen
Ausgehend von der Diagnose optimiert man die Anlage durch konkrete Hebel :
| Hebel | Wirkung |
|---|---|
| Auswurfhöhe | Den Auswurfpunkt anzuheben entfernt die Fahne von den Luftansaugungen und tiefliegenden Zonen. |
| Austrittsgeschwindigkeit | Eine ausreichende Geschwindigkeit treibt die Fahne höher und beschleunigt ihre Verdünnung. |
| Ausrichtung & Position | Die vorherrschenden Winde und die Anordnung der Nachbargebäude berücksichtigen. |
| Abstände zu den Luftansaugungen | Die Frischlufteinlässe von den Niederschlagszonen entfernen und schützen. |
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