Die Kraft-Wärme-Kopplung in Kombination mit Absorbertechnik (oder Adsorbertechnik) ist eine gute Möglichkeit, mehrere Fliegen mit einer Klappe zu schlagen. Die Verbrennungsmotoren erzeugen Wärme aus dem Verbrennungsprozess und Strom aus der Motorkraft. Die Abwärme wird dann über Wärmeübertrager an Heizungssysteme oder andere Verbraucher (Trinkwassererwärmung) weitergegeben. Wird die Wärme nicht zum Heizen benötigt, kann man diese in den warmen Monaten zur Erzeugung von Kälte (Absorber) nutzen. Bei fast allen diesen Prozessen wird Wasser als Energieträger genutzt.
Die Wasserqualität spielt bei den verschiedenen Wasserkreisläufen eine wichtige Rolle. Betriebsstörungen durch Verkalkung, Korrosion, Ablagerungen, Verstopfungen oder mikrobiologische Beläge sind immer öfter ein Ärgernis. Die Anforderungen an Planer, Anlagenbauer und Betreiber werden immer umfassender. Hier kann man schnell den Überblick verlieren. Dieser Fachartikel soll Ihnen helfen, die wesentlichen Dinge bei den verschiedenen Wassersystemen zu beachten.
Der Bereich Heizungssysteme wird oft vernachlässigt. Bei klassischen Heizungskreisläufen wird die VDI 2035 herangezogen; zu berücksichtigen sind in jedem Fall die Vorgaben des Heizungskessel-Herstellers, die als Reserve/Ergänzung vorgesehen wurden, auch wenn der Hersteller das Gesamtkonzept (KWK) nicht kennt. So liegt z. B. der Fokus bei der VDI 2035 auf der Vermeidung von Kesselstein (Kalkablagerungen), die mittlerweile größere Korrosionsthematik und der Umgang mit den Korrosionsablagerungen (Rost und Magnetit) werden hier nur oberflächlich behandelt. Das Thema ist recht komplex und wird in anderen Fachartikeln ausführlicher behandelt. Die Betreiber von KWK-Anlagen sollten sich daher frühzeitig mit dem Thema Wasser beschäftigen. Bei den geschlossenen Kühl- und Heizungssystemen sollte die gleiche Wasserqualität eingesetzt werden, um die Handhabung zu vereinfachen und übersichtlicher zu machen. In jedem Fall sollten Fachleute frühzeitig mit einbezogen werden, um notwendige Wasseraufbereitung (Wasserqualität) einheitlich abzustimmen. Das macht die spätere Wasserversorgung einfacher.
Alle Heizungssysteme haben ein Thema: Basiskorrosion durch den Sauerstoff im Zusatzwasser! Egal ob Trinkwasser, enthärtetes oder entsalztes Wasser eingesetzt wird, Sauerstoffkorrosion beginnt direkt mit dem Auffüllen der Heizungsanlage. Je größer das System, desto mehr Sauerstoff ist im System, umso mehr Korrosion. Entgasungssysteme reduzieren das Problem, aber nur bedingt. Die Folge der Erstkorrosion: erst rostiges Wasser und bedingte Verstopfungen durch Rotrost. Danach, wenn der Sauerstoff durch Korrosion verbraucht ist, verwandelt sich der Rostrost in Schwarzrost (Magnetit) und verursacht neue/andere Probleme.
Beide Phänomene lassen sich durch Allroundprodukte wie das ST-DOS H-390 der Schweitzer-Chemie auf ein Minimum reduzieren. Durch den Aufbau von Schutzschichten sorgen solche Produkte dafür, dass der Sauerstoff keine Angriffsfläche mehr hat und die notwendige Sicherheit erreicht wird. Darüber hinaus sollten Schlammabscheider im Vollstrom und spezielle Tiefenfilter im Teilstrom eingesetzt werden, um Feststoffe, die ansonsten Verstopfung und Schmirgel erzeugen, zu entfernen.
Für alle Wassersysteme gibt es aktuelle Richtlinien, die eine Hilfestellung für die einzelnen Bereiche geben:
VDI 2035 = Heizungssysteme
VDI/DVGW 6023 = Hygiene in Trinkwasser-Installationen …
VDI 6022 = RLT-Anlagen
VDI 2047-2 = Verdunstungskühlanlagen
Die praktische Umsetzung der VDI 2047-2
Mitte des Jahres 2017 wird höchstwahrscheinlich der Bundesrat die Kühlturmverordnung 42. BimschV verabschieden. Diese Verordnung hat das gleiche Ziel wie die VDI 2047-2, Vermeidung von Legionelleninfektionen durch Verdunstungskühlanlagen. Viele Empfehlungen der VDI 2047-2 werden sich in der Verordnung wiederfinden. Auch hier sagt der Gesetzgeber, dass der Betreiber einige Verpflichtungen umsetzen muss, wie das Führen eines Betriebstagebuchs, regelmäßige Kontrolle und die Umsetzung einer Risikoabschätzung. Da die Verordnung aber in der endgültigen Fassung zum aktuellen Zeitpunkt noch nicht vorliegt, orientiert sich dieser Artikel an der bestehenden VDI 2047-2.
In den letzten Monaten sind die Betreiber und Errichter von offenen Verdunstungskühlanlagen intensiv mit dem Thema Hygiene konfrontiert worden. Die rechtlichen Vorgaben und Empfehlungen zur Einhaltung der Hygienevorgaben sind komplex, besonders wenn man sich bisher mit diesem Thema nicht oder nur wenig beschäftigt hat.
Ein wichtiger Punkt ist die Minimierung von Ablagerungen im gesamten System, da diese oft die Basis für mikrobiologische Vermehrung darstellen. Auch aus diesem Grund werden die regelmäßigen optischen Kontrollen des Kühlsystems gefordert. Erwartet werden belagsfreie Oberflächen im wasserberührten Bereich. Saubere Oberflächen erreicht man durch geeignete Wasservorbehandlung, passende Wasseraufbereitung und den Einsatz von Korrosionsinhibitoren (Korrosionsschutz), Härtestabilisatoren (Kalkschutz) sowie zugelassenen Bioziden (keimabtötende Desinfektionsmittel). Die richtige Auswahl solcher Produkte ist abhängig von der Wasserqualität, den verbauten Materialien sowie den Temperatur- und Fließbedingungen im Kühlsystem, ebenfalls eine komplexe Angelegenheit, hier muss man eventuell einen Fachmann zu Rate ziehen.
Wie kann ein Unternehmer seine Kühlsysteme betreiben, ohne sich permanent Gedanken darüber zu machen, ob er alle Regeln richtig umsetzt? Ein möglicher Weg:
Wie in der VDI 2047-2 empfohlen, sollte im Betrieb mindestens eine Person an einer Schulung nach VDI 2047-2 teilgenommen haben.
Es sollte möglichst kurzfristig eine Bestandsaufnahme der bestehenden (oder geplanten) offenen Kühlsysteme durchgeführt werden, damit Mängel erkannt und beseitigt werden können.
Sind Schwachpunkte oder Mängel bekannt, besonders aus Hygienesicht, sollten diese auch beseitigt werden. Auch Optimierungen, die von der Richtlinie gefordert werden, müssen umgesetzt werden. Parallel dazu müssen auch die geforderten Überwachungen organisiert und umgesetzt werden (Tabelle 1), z. B. die Untersuchungsintervalle zur Feststellung der Legionellen, der allgemeinen Koloniezahl und der Pseudomonaden.
Welche Möglichkeiten hat ein Betreiber von offenen Rückkühlwerken, das Risiko von Verkeimung und Legionellenvermehrung aktiv zu minimieren?
Viele Ideen sind in den Richtlinien beschrieben oder sind aus diesen abzuleiten. Hier sind Beispiele, die für viele Kühlsysteme zutreffen.
A. Hygienebegehung, Risikoanalyse des Kühlsystems
Viele Betreiber von Verdunstungskühlanlagen kennen ihre Kühltürme nur aus der Distanz, da diese oft auf dem Dach stehen und schwer zugänglich sind. Die möglichen dazugehörenden Becken (Kalt- und Warmwasserbecken), die Absalzregelung, die Dosierstationen, die Wasseraufbereitung (z. B. eine Enthärtungsanlage) und das teilweise riesige Leitungsnetz sowie die verschiedenen Kühlwasserverbraucher sind oft nur schwer zu überschauen. Diese dann auch noch aus Sicht der Hygiene einzuschätzen und zu beurteilen, ist keine leichte Aufgabe. Aber genau das ist die Erwartung, die der Gesetzgeber von dem Betreiber fordert. Schließlich ist der Betreiber in letzter Instanz für seine Systeme verantwortlich. Alle offenen Kühlturmsysteme werden in den nächsten Jahren erfasst und von einem Sachverständigen kontrolliert und bewertet.
Es gibt Menschen, die gehen nicht zum Arzt, weil sie Angst vor schlechten Nachrichten haben. Bei einer Erkältung kein Problem, bei einer Lungenentzündung möglicherweise die falsche Entscheidung. Unsere Empfehlung: Eine kompetente Person schaut sich die Kühlsysteme nach den Vorgaben der VDI 2047-2 an, um Mängel aufzudecken und Maßnahmen zu beschreiben, wie diese zu beheben sind. Grundsätzlich kann dies auch der eigene Mitarbeiter, der die Schulung nach VDI 2047-2 erfolgreich bestanden hat. Besser ist es, wenn diese Beurteilung eine Person durchführt, die Erfahrung auf diesem Gebiet mitbringt.
Die Schweitzer-Chemie hat zu der Hygienebegehung ein Technisches Merkblatt nach den Vorgaben der VDI 2047-2 entwickelt, an dem man sich grundsätzlich orientieren kann. Die zusammengetragenen Informationen werden danach ausgewertet, beurteilt und in einem Bericht zusammengefasst. Daraus ergeben sich dann Empfeh-lungen und Maßnahmen für die untersuchte Anlage. Werden die Ideen und Vorschläge solcher Ausarbeitungen im Wesentlichen beherzigt und umgesetzt, hat man eine Basis geschaffen, um kritische Situationen auf ein Minimum zu reduzieren. In dem Bericht sollte die zeit-liche Umsetzung der Maßnahmen klar vorgegeben werden. Hochkritische Mängel sollten kurzfristig beseitigt werden. Bei geringfügigen Problempunkten kann der Betreiber sich entsprechend mehr Zeit nehmen. Der öffentlich bestellte und vereidigte Sachverständige, der mit der Verordnung kommen wird, kann sich an dieser Ausarbeitung orientieren und so einfacher überprüfen.
B. Filtertechnik
Bakterien leben nicht von Luft und Liebe, sie leben im Wesentlichen von organischen Bestandteilen, die meistens über die Luft eingetragen werden. Diese über Luftfilter zu entfernen, ist durch die hohen Druckverluste in der Regel keine Lösung. Einfacher und effektiver ist die Filtration des Kühlwassers. Im Vollstrom werden die groben Partikel entfernt, im Teilstrom die Feinstoffe, die meistens das Problem der Mikrobiologie potenzieren. Als Teilstromfilter bieten sich spezielle Sand- oder Mehrschichtfilter an.
Als Filtermaterial haben sich hochwertige Glasmaterialien bewährt. Die Feststoffe werden durch die Bildung von Filterkuchen bis zu einer Feinheit von < 5 µm herausgefiltert. Das Nahrungsangebot für Mikroorganismen wird auf ein Minimum reduziert und damit den Vorgaben der VDI 2047-2 entsprochen. Es liegen ausreichend viele Beispiele vor, die diese Zusammenhänge bestätigen.
Filtermaterial AFM
AFM ist ein neues Filtermedium und wird als Ersatz von Filtersand verwendet. Durch den Einsatz von AFM (Aktiviertes Filter Material) in Sandfiltern und Kiesfiltern wird die Filtrationseigenschaft des Sandfilters gegenüber herkömmlichem Filtersand optimiert. Das AFM-Filterbett neigt im Vergleich zu Sand deutlich weniger zu Verstopfung und Gassenbildung und ist einfacher zu spülen. AFM wird aus aufbereitetem Glas hergestellt (kein Bruchglas!) und ist daher ein wertvoller Beitrag zur Umweltverträglichkeit.
C. Geregelte Absalzung und Bioziddosierung
Bakterien können durch hohe Temperaturen abgetötet werden, eine Möglichkeit, die besonders in Trinkwassersystemen genutzt wird, um Legionellen zu bekämpfen. In Kühlsystemen ist dies aus ver-schiedenen Gründen fast nie ein Thema. Daher arbeitet man in offenen Rückkühlwerken in der Regel mit Desinfektionsmitteln, deren Wirksamkeit bekannt ist. Eine gezielte Desinfektion, wie sie bei erhöhten Keimzahlen und kritischen Legionellenkonzentrationen gefordert wird, ist aufwendig. Eine Vermeidung solcher Aktionen ist oft günstiger und in verschiedener Hinsicht sinnvoller – aber wie vermeidet man eine hohe Verkeimung und Besiedelung von Legionellen in Kühlturmkreisläufen? Stehen wirksame Biozide zur Verfügung, sollten diese in möglichst geringer Konzentration eingesetzt werden (Vorgabe der Abwasser-Richtlinien und der BiozidVerordnung). Um dieser Vorgabe gerecht zu werden, erfolgt nach VDI 2047-2 eine intelligente Biozid-Absalz-Regelung. Wird Biozid dosiert, darf nicht direkt oder kurzfristig später abgesalzt werden. Oder der Kühlturm ist aktuell nicht im Sprühmodus. Die Regelung schaltet für wenige Minuten die Berieselung ein, Biozid wird dosiert und nach einer gewissen Einwirkzeit wird die Besprühung des Kühlturms wieder abgestellt, eine Verkeimung durch Stillstandszeiten wird dadurch vermieden. Die Verordnung setzt voraus, dass die Kühlturmsysteme über Regelungen und Überwachungseinrichtungen verfügen, die aufeinander abgestimmt sind. Wir stellen Ihnen ein System vor, welches diese Vorgaben erfüllt. Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit, bei diesem Verfahren viele Daten zu speichern und abzurufen. Ein Fakt, der bei der gewünschten Überwachung und deren Dokumentation eine wichtige Rolle spielt, besonders gegenüber den Behörden.
Darüber hinaus gibt es noch weitere Möglichkeiten, sein Kühlsystem zu überwachen und zu kontrollieren. Hier noch einige Beispiele, die für den Betreiber von offenen Rückkühlwerken interessant sind.
Biofilmmessung: Ermittlung der mikrobiologischen Vermehrung über eine Messstrecke, die auch zu Korrosionsmessungen genutzt wird.
Online-Messung zur Kontrolle von z. B. Chlordioxid
Oxidierende Biozide sind besonders bei mikrobiologisch kritischen Systemen die besten Desinfektionsmittel. Sie sind hochwirksam, es entstehen in der Regel keine Resistenzen und sie lassen sich einfach nachweisen. Nachteil: sie sind bei höheren Konzentrationen korrosiv gegenüber einigen Werkstoffen und Überdosierungen verursachen Probleme mit den Abwasserrichtlinien.
Das Überwachungssystem ST-TEC Krypton DES Touch bestimmt mittels einer amperometrisch potentiostatischen Messung den Gehalt an Chlordioxid. In Verbindung mit der vorab beschriebenen Bioziddosieranlage kann hiermit eine bedarfsgerechte Stoßdosierung durchgeführt werden, die die geforderten Grenzwerte einhalten kann und Überdosierung vermeidet.
Das Überwachungsgerät ST-TEC Krypton DES Touch hat verschiedene Ein- und Ausgänge, sodass auch die Messdaten unterschiedlich verwendet werden können. Zudem können die Messdaten auf einer SD-Karte automa-tisch gespeichert werden. Mit diesem Überwachungsgerät können außerdem weitere oxidative Biozide bestimmt werden.
Fazit
Mitte des Jahres 2017 wird höchstwahrscheinlich der Bundesrat die Kühlturmverordnung 42. BimschV verabschieden. Dann werden viele Vorgaben, die in der Richtlinie VDI 2047-2 beschrieben werden, in Kraft treten. Je früher sich Betreiber von Kühlsystemen, bei denen Wasser versprüht oder verrieselt wird, mit dem Thema Hy-giene auseinandersetzen, desto weniger hat man die Probleme mit Überwachungsbehörden zu fürchten. Fachunternehmen wie die Schweitzer-Chemie, die sich mit dieser Thematik auskennen, gibt es einige. Unsere Empfehlung: Verschaffen Sie sich rechtzeitig einen Überblick über den Zustand der eigenen Systeme. Durch eine kompetente Hygienebegehung bekommen Sie eine erste Risikoabschätzung. Mit der passenden Filtertechnik sowie mit moderner Überwachungs- und Regeltechnik schaffen Sie gute Voraussetzungen, damit Sie auch in Zukunft Ihre Kühlsysteme sicher und effizient betreiben können.
Hartwig Gohr,
Teamleiter, Sonderbeauftragter Vertrieb, Schweitzer-Chemie GmbH, Freiberg/Neckar
