Nicht erst seit dem vermeintlichen Anstieg der Durchschnittstemperaturen auch in unseren Breiten ist ein verstärkter Einsatz von Kühltürmen zu verzeichnen. Kaum ein Bürogebäude, Hotel oder industrieller Betrieb, auf dessen Dach nicht eine entsprechende Installation zu beobachten ist. Dabei sind Verdunstungskühler sehr verbreitet, die mit Wasser als »Kühlmedium« arbeiten. Wie der Name schon sagt, nutzt man dabei die bei der Verdunstung von Wasser entstehende Abkühlleistung aus. Mit dem Austrag des verdunsteten Wassers als Wasserdampf, den Abschwaden, werden auch kleinste Wassertröpfchen als Aerosole zusammen mit den Abschwaden aus dem Kühlturm ausgetragen. Diese Aerosole können erhebliche gesundheitliche Gefahren in sich bergen. Werden sie von Menschen eingeatmet, kann die sogenannte Legionärskrankheit ausbrechen. Diese schwere Lungenkrankheit endet auch heute noch oft tödlich für die betroffenen Personen.

In vielen Ländern werden deshalb die Vorschriften zum Betrieb solcher Verdunstungskühler verschärft. Durch gesetzliche Auflagen zwingt man die Betreiber dafür Sorge zu tragen, dass von den Aerosolen und dem im Kreislauf geführten Kühlwasser keine gesundheitlichen Gefahren für die Umwelt ausgehen. Dazu muss der Wasserkreislauf mit geeigneten Desinfektionsmitteln behandelt werden. Eine rein thermische Vernichtung der Mikroorganismen und pathogenen Keime, wie z.B. bei der Warmwassererzeugung im Haushalt durch wöchentliches Aufheizen über 60 Grad C, ist im industriellen Kühlturm anlagentechnisch nicht möglich bzw. wäre viel zu aufwändig. Es bleibt nur die chemische Behandlung des Wassers mit Desinfektionsmitteln, z.B. organischen Bioziden oder Chlor. Die Verwendung von Chlor zur Desinfektion hat dabei einige Nachteile. Zum einen ist das Abwasser dann wieder auf einen zu hohen Restchlorgehalt zu überwachen, zum anderen ist die Handhabung und Bereitstellung von Chlor wiederum technisch aufwändig und eventuell sogar zulassungspflichtig. Um eine Desinfektionswirkung mit Chlor zu erzielen, muss außerdem der pH-Wert des Wassers ständig gemessen und durch Säuredosierung auf einen neutralen Wert geregelt werden. Chlor und andere verwendete giftige Biozide, die zur Behandlung des Wassers zudosiert werden, sind ebenfalls in den Aerosolen enthalten und stellen dadurch ebenfalls ein Gefahrenpotenzial für Menschen im Umfeld der Anlagen dar.


Als hervorragende technische und ökologische Alternative hat die BWT Wassertechnik GmbH, Schriesheim, eine kompakte Kühlwasserbehandlungsanlage entwickelt. Diese von BWT entwickelte Kühlwasserbehandlungsanlage »Coolzon« arbeitet mit Ozon (O₃). Ozon zersetzt aufgrund seines hohen Oxidationspotenzials Biofilme und verhindert die Vermehrung von Bakterien.

Die Vorteile der »Coolzon«-Technologie auf einen Blick: Die Behandlung des Wassers erfolgt in zwei Stufen in einem unabhängigen Kreislauf: Die Anlage fördert Kühlturmwasser aus der Kühlturmtasse über einen Sandfilter und trägt dann Ozon in das zuvor filtrierte Wasser ein. Der Ozoneintrag wird kontinuierlich überwacht. Ist der Kühlturm abgeschaltet, aber in Betriebsbereitschaft, sorgt eine Stillstandsschaltung für eine Zwangsbehandlung des stehenden Wassers. Durch die Filtration werden Schmutzstoffe aus dem Wasser entfernt, sodass einerseits der Mikrobiologie Nährstoffe entzogen werden; andererseits können die abfiltrierten Schmutzstoffe kein Ozon im Wasser zehren. Da es zudem keine Resistenzen von Bakterien oder anderen Keimen gegenüber Ozon gibt, erlaubt diese Verfahrensweise eine kontinuierliche Ozondosierung, die mit geringen Mengen Ozon eine gleich bleibend gute Desinfektionsleistung garantiert. JUMO als Lieferant für Mess- und Regeltechnik liefert für diese Anlagen wichtige Komponenten.

Absalzsteuerung
Da Wasser ein hervorragendes Lösungsmittel ist (Staub und Schmutz aus der Luft wird aufgefangen) und gleichzeitig bei der Nutzung als Kühlmittel durch Verdunstung Verluste auftreten, ist ein regelmäßiger Austausch bzw. eine teilweise Erneuerung des Kreislaufwassers notwendig. Die elektrolytische Leitfähigkeit steigt, sobald Teile des Wassers verdunsten. Über einen Leitfähigkeits- Grenzwert kann automatisch ein Wasseraustausch oder eine Frischwasserzugabe geregelt werden. Leider findet man auch heute noch zeitgesteuerte Absalzeinrichtungen vor, die eventuell auch noch brauchbares Wasser verwerfen und somit unnötige Kosten erzeugen und die Umwelt belasten. Die regelmäßige, bedarfsgesteuerte Absalzung des Kühlturmes wird deshalb durch ein induktives Leitwertmessgerät Typ JUMO CTI-500 sichergestellt. Während man aus Kostengründen vor Jahren ausschließlich konduktive Leitwertmesssonden einsetzte, ist mit dem JUMO CTI-500 ein preiswertes und praktisch wartungsfreies Messgerät auf den Markt gekommen, das die Leitfähigkeit induktiv misst. Es stellt in vielen Kühlturmausrüstungen heute den Standard dar. Bei der induktiven Messmethode gibt es keine offenen Elektroden, die im Betrieb durch Beläge oder Korrosion ihre Messfähigkeit verlieren könnten. Fehlmessungen und regelmäßige Serviceintervalle am Leitfähigkeitssensor entfallen. Der JUMO CTI-500 stellt einer nachgeschalteten Steuerung/SPS den aktuellen Leitwert und die Temperatur als Normsignal, z.B. 4...20mA, für die Steuerung der Absalzung zur Verfügung.

Redox Messung
Über das Redoxpotenzial des Kühlwassers wird die Ozonerzeugung überwacht bzw. geregelt. Am Ausgang der Coolzon-Anlage werden im aufbereiteten Wasser typischerweise Redoxpotenzial- Werte im Bereich von 700 ... 900mV erzielt. Dieses Wasser wirkt stark desinfizierend und wird zum Kühlkreis zurückgeführt wo es über einen Wasserverteiler in die Kühlturmtasse zurückgespeist wird. Das hohe Redoxpotenzial spiegelt die hohe Oxidationskraft des Ozons wieder und damit die Wirksamkeit gegen Mikroorganismen aller Art. Im Kühlkreislauf kann das Ozon sowohl die direkt im Wasser befindlichen Mikroorganismen bekämpfen als auch solche, die die Rohrwandungen besiedeln und hier einen Biofilm aufbauen. Biofilm, der sich insbesondere im Wärmetauscher des Kühlkreislaufs bildet, kann dessen Wirkungsgrad dramatisch reduzieren, was zu deutlich höheren Betriebskosten für den Betreiber führt. Ohne Ozon beträgt das Redoxpotenzial des Kühlturmwassers vergleichsweise nur etwa 100 ... 200mV was keinerlei desinfizierende Wirkung bedeutet. Das Redoxpotenzial ist also die wesentliche Kenngröße, die dem Betreiber die Wirksamkeit der Coolzon-Anlage anzeigt. Zur Messung des Redoxpotenzials in ozonhaltigem Wasser empfiehlt sich der Einsatz einer Redox-Einstabmesskette mit Goldkuppe als Aktivteil. Die üblicherweise in chloriertem Trinkwasser eingesetzten Platinelektroden weisen in der Praxis bei der Messung in ozonhaltigem Wasser eine kürzere Standzeit auf. Bei dem verwendeten Elektrodentyp JUMO tecLINE Rd wird das Aktivteil als großflächige Goldkuppe ausgeführt. Übliche Typen mit Goldstiften lassen sich schlechter reinigen bzw. bieten Angriffspunkte für Ablagerungen. Eine Edelmetallkuppe ist strömungstechnisch und mechanisch optimaler. Als Anzeige- und Regelgerät wird der Redoxmessumformer JUMO dTRANS Rd01 eingesetzt. Wenn keine Messwertanzeige in der Tür der Desinfektionsanlage gewünscht ist, bietet sich auch der neue Hutschienen-pHund Redox-Messumformer JUMO ecoTRANS pH03 an. Er verschwindet komplett im Schaltschrank und gibt lediglich das Redoxpotenzial in Form eines Normsignals als Information über den Ozongehalt des Wassers an die Steuerung weiter.

Ozonerzeugung und Lufttrocknung
Das benötigte Ozon wird von der Coolzon-Anlage selber erzeugt. Als Ausgangsstoff wird nur Umgebungsluft benötigt. Luft ist überall vorhanden und kostet nichts. Der Betreiber wird also von der Beschaffung giftiger Chemikalien freigehalten. Um aus der Luft Ozon zu erzeugen, wird die Luft zunächst getrocknet und dann mittels Hochspannungsentladung in einer Ozonröhre aus dem Sauerstoff O₂ der Luft das gewünschte Ozon O₃ erzeugt. Der Lufttrocknung kommt dabei eine große Bedeutung zu, da die Ozonröhre bei Betrieb mit ungetrockneter oder unzureichend getrockneter Luft deutlich weniger Ozon erzeugt und im Laufe der Zeit Schaden nimmt. Die Lufttrocknung in der Coolzon-Anlage erfolgt mit zwei bewährten heiß-regenerierenden Adsorptionstrocknern, die im Pendelbetrieb arbeiten. Während der eine Trockner die Betriebsluft für die Ozonerzeugung trocknet, wird der andere durch Erhitzen des Trockenmittels regeneriert. Wichtig für den Erfolg der Regeneration ist die zuverlässige Temperaturmessung des Trockenmittels während der Heizphase der Regeneration. Die Temperaturmessung erfolgt zuverlässig mittels elektromechanischen Industrie- Thermostaten Typ JUMO EMF-2.

Einsatz der Coolzon-Anlage
Die Wirksamkeit einer Coolzon-Anlage wurde wiederholt im Detail nachgewiesen. Beispielsweise war auf einem Verwaltungsgebäude mitten in Stuttgart der Kühlturm, der für die Kühlung des Rechenzentrums sorgte, in der Nähe der Luftansaugung der Klimaanlage des Gebäudes installiert. Damit bestand permanent die Möglichkeit, dass bei entsprechender Windrichtung die Aerosole des Kühlturms in die Frischluftansaugung der Klimaanlage gesaugt werden. Die Mitarbeiter waren ständig der Gefahr ausgesetzt, über die Klimaanlage Luft in die Büroräume zugeführt zu bekommen, die mit Bioziden und Keimen, z. B. Legionellen, belastet war. Obwohl die Keimzahlen im Kühlwasser recht hoch waren, war der Einsatz stärkerer Biozide oder höherer Biozidkonzentrationen nicht die zielführende Lösung. Um hier Abhilfe zu schaffen, war man auf die Suche nach einer »chemiefreien« und »sicheren« Wasseraufbereitung gegangen. Die BWT-Coolzon-Technik war die Lösung. Für die zwei Kühltürme mit je 430 kW konnte das Kreislaufwasser nahezu auf Trinkwasserqualität gebracht werden:

Parameter	Einheit	Kreislaufwasser	Grenzwert nach VDI 3803
Kolonie Bildende Einheiten (KBE)	1/1ml	<10	<1000
Legionella @ 36 Grad C	1/1ml	0	<10
pH-value		9,3	-

Ergebnisse in Stuttgart mit Coolzon

Dieses Beispiel zeigt ein häufig anzutreffendes Problem von Bürogebäuden, auf denen ein Kühlturm, z.B. auch für die Klimaanlage des Gebäudes, betrieben wird. Die VDI 3803 schreibt für Kreislaufwasser in Kühltürmen allgemein einen Grenzwert von 10 000 KBE/ml vor; bei Kühltürmen, deren Abschwaden jedoch in den Aufenthaltsbereich von Menschen gelangen können, liegt der Grenzwert deutlich niedriger, er liegt bei nur 1000 KBE/ml. In der Praxis kommt es oft vor, dass bei derartigen Installationen selbst der hohe Grenzwert nicht eingehalten wird. Die daraus resultierende Gefährdung für die Betroffenen wird meistens unterschätzt.

Fazit
Aus ökologischer und wirtschaftlicher Sicht ist der Einsatz von Ozon als Desinfektionsmittel für den Betreiber von industriellen Verdunstungskühlern eine hervorragende Alternative zu organischen Bioziden oder Chlor. Biologischer Bewuchs wird entfernt bzw. am Wachstum gehindert, was zu einer höheren Kühlleistung und Verfügbarkeit des Kühlturmes führt. Hochwertige Messgeräte und -sensoren mit niedrigen Serviceintervallen z.B. zur Redox-Messung, der bedarfsgesteuerten Absalzung und der Temperaturüberwachung komplettieren das gut durchdachte System der Coolzon- Anlagentechnik.