„Kühlturm“ – Bearbeiten

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[[Datei:KKP Auslauf.jpg|mini|Naturzugkühlturm des [[Kernkraftwerk Philippsburg|Kernkraftwerks Philippsburg]] mit Ablauf]]
[[Datei:Power station Westfalen. Cooling towers.jpg|mini|Ventilatorkühltürme (links, Höhe 34 Meter) und Naturzugkühlturm (rechts, Höhe 122 Meter) im Größenvergleich im [[Kraftwerk Westfalen]]]]
[[Datei:Hybridkühlturm Altbach.JPG|mini|[[Hybridkühlturm]] des [[Heizkraftwerk Altbach/Deizisau|Kraftwerkblocks Altbach&nbsp;2]]]]
[[Datei:Zellstoffwerk Rosenthal 17.jpg|mini|Zellenkühler (3 kompakte Ventilatorkühltürme als Block kombiniert)]]
[[Datei:Video - Kraftwerk Lippendorf Kühlturm.OGG|mini|Naturzug-Nasskühlturm des [[Kraftwerk Lippendorf|Kraftwerks Lippendorf]] im Betrieb]]
[[Datei:FrimmersdorfWolke7.JPG|mini|Die Wolken aus den Kühltürmen der Kraftwerke [[Kraftwerk Frimmersdorf|Frimmersdorf]]
(links), [[Kraftwerk Neurath|Neurath]] (Mitte) und [[Kraftwerk Niederaußem|Niederaußem]] (rechts) über der Wolkenschicht]]
[[Datei:Zschornewitz - Kühlturm.jpg|mini|Kühlturm [[Kraftwerk Zschornewitz]]]]
[[Datei:Power station Staudinger. cooling towers. grey coloured and without colour.jpg|mini|Kühlturm (links) ohne Farbanstrich mit starken Verwitterungsspuren durch Moose sowie Rauchgase, rechts daneben ein neuerer Kühlturm mit grauer Farbgestaltung]]
[[Datei:Cooling tower power station Dresden.jpg|mini|Kühlturm in Dresden (Versuch, den Kühlturm mittels Farbgestaltung ins [[Landschaftsbild]] zu integrieren)]]

Ein '''Kühlturm''' (auch '''Rückkühlwerk''') ist eine [[Anlage (Technik)|Anlage]], die mittels eines [[Wärmeübertrager]]s überschüssige oder technisch nicht mehr nutzbare [[Wärme]] aus [[Kraftwerk]]s- oder Industrieprozessen abführt.

== Bauformen ==
=== Naturzug-Kühlturm! ===
Naturzug-Kühltürme sind meist als Schalentragwerke aus Beton errichtet und haben im Prinzip die Form von [[Rotationshyperboloid]]en, zuerst ausgeführt in den Niederlanden von [[Frederik van Iterson]] (1915). Hierbei ist diese geometrische Form aber nur bis zu etwa einem Viertel der oberen Hälfte des Hyperboloids ausgeführt, der obere Rand hat deshalb einen deutlich kleineren Durchmesser als der untere Rand. Bei dieser Form handelt es sich um eine [[Regelfläche]], die einfach mit gekreuzten geraden [[Stahl]]trägern aufgebaut werden kann, wodurch die Baukosten gegenüber anderen Formen gesenkt werden. Die Aussteifung der [[Schale (Technische Mechanik)|Schale]] erfolgt über den oberen und unteren Ring.

Solche Kühltürme werden inzwischen in Höhen bis zu 200 m ab Geländeoberkante errichtet ([[Kraftwerk Niederaußem]]) und haben eine Mindestwanddicke von 16&nbsp;cm nach alter Vorschrift. Aufgrund der Novellierung der Normengeneration DIN&nbsp;1045 (Tragwerke aus [[Beton]], [[Stahlbeton]] usw.) und DIN&nbsp;1055 (Lastannahmen) im Jahr 2005 werden inzwischen Mindestwandstärken von 18&nbsp;cm gefordert.<ref>[http://www.vgb.org/shop/richtlinien/btr-bautechnik-bei-kuhlturmen.html VGB-Richtlinie für den bautechnischen Entwurf, die Berechnung, die Konstruktion und die Ausführung von Kühltürmen, Ausgabe 2005]{{Toter Link |url=http://www.vgb.org/shop/richtlinien/btr-bautechnik-bei-kuhlturmen.html |date=2022-03}}.</ref>

Trotz der teilweise gewaltigen Dimensionen sind Kühltürme aus Stahlbeton vergleichsweise filigrane Betonbauwerke. Bei einer Bauhöhe von 200&nbsp;m hat der Kühlturm in Niederaußem eine Wandstärke von weniger als 30&nbsp;cm. Vergleicht man die Proportionen, so ist die Wandstärke etwa nur ein Fünftel so dick wie die eines Hühnereies. Aus diesem Grund erhält ein Kühlturm in der Regel einen anspruchsvollen Oberflächenschutz. Dies ist vor allem dann erforderlich, wenn durch Rauchgaseinleitung der Beton chemischen Belastungen ausgesetzt wird. Alternativ werden beim Bau besondere Betonrezepturen verwendet, die dem Kühlturm dauerhaft die erforderliche Widerstandsfähigkeit gegen die chemischen Belastungen geben sollen, so dass kein gesonderter Oberflächenschutz aufgebracht werden muss.

Aber auch bei konventionellen Kühltürmen gibt es erhebliche Belastungen zum Beispiel durch [[Alge]]nbewuchs. Die biogenen Folgeprodukte von Algen greifen den Beton an. Sterben die Algen ab, so schrumpfen sie und reißen durch ihre intensive Haftung die Betonfläche auf.

=== Naturzug-Kühlturm mit kombinierter Nutzung als Schornstein (Reingaseinleitung) ===
[[Datei:Kraftwerk Duisburg Walsum 08.2013.jpg|mini|[[Kraftwerk Duisburg-Walsum]], Altblock 9 (links mit Einzelschornstein) und Neubau Block&nbsp;10 (rechts): Kühlturm mit integriertem Schornstein im laufenden Betrieb (Höhe&nbsp;181&nbsp;Meter)]]
[[Datei:Chimney included in cooling tower.jpg|mini|Abgasrohr/Rauchgasrohr im Kühlturm]]
[[Datei:Power station Duisburg Walsum.JPG|mini|[[Kraftwerk Duisburg-Walsum]], Neubau Block&nbsp;10; Kesselhaus und Kühlturm mit integriertem Schornstein (Höhe&nbsp;181&nbsp;Meter), im unteren Drittel ist das Rauchgasrohr am Kühlturm außen sichtbar]]
[[Datei:Beneath Cooling Tower.jpg|mini|Blick in einen nicht mehr im Betrieb befindlichen Kühlturm bei [[Doncaster]] ([[South Yorkshire]], [[England]])]]
[[Datei:Kraftwerk Walsum157104.jpg|mini|Dampfentwicklung am Kühlturm und Kesselhaus Walsum: Block 10]]

Die Aufgabe eines klassischen Kühlturms ist allein die Abgabe von Wärmeenergie. Das ist ein rein [[physik]]alischer Prozess. Der Kühlturm übernimmt hierbei nicht die Funktion eines [[Schornstein]]s, der bei technischen Verbrennungsprozessen erforderlich ist.

Bei einigen in den letzten Jahren gebauten [[Kohlekraftwerk]]en, die mit [[Rauchgasreinigung]]sanlage ausgerüstet sein müssen, übernimmt der Kühlturm auch die Funktion des Schornsteins. Bei diesem Verfahren wird auf ca. einem Drittel der Kühlturmhöhe (über der Verrieselungsebene) das Rauchgas in die Kühlturmmitte geführt und dort in die [[Dampfschwaden]] abgegeben.

Der Vorteil dieser in Deutschland erstmals 1982 im [[Kraftwerk Völklingen/Fenne|Modellkraftwerk Völklingen]]<ref>[http://power-saar.steag-saarenergie.de/de/index.php?jump=http://power-saar.steag-saarenergie.de/de/02_Leistungen/01_Fenne_Kraftwerk.php ''Kraftwerk Völklingen/Fenne'' auf power-saar.steag-saarenergie.de].</ref> angewandten Technik (Reingaseinleitung) besteht darin, dass die erwärmte und feuchte Abluft des Kühlturms einen wesentlich stärkeren Auftrieb bietet als das Rauchgas. Hierdurch kann eine Verteilung der Abgasfahne mit geringerer Bauhöhe erreicht werden als bei einem konventionellen Schornstein. Dies ist besonders bei Kohlekraftwerken von Vorteil, weil die Abgase nach der nassen Wäsche in der [[Rauchgasentschwefelungsanlage]] (REA) stark abgekühlt sind und nur noch einen geringen Auftrieb haben.

Die Nachteile dieser Technik liegen unter anderem in der unverhältnismäßig großen Dimension des kombinierten Kühlturms; die realisierte Mindesthöhe liegt bei 100&nbsp;m ([[Kraftwerk Völklingen/Fenne|Modellkraftwerk Völklingen, Baujahr 1982]]), allerdings wurden in den letzten Jahren ausschließlich Türme zwischen 155&nbsp;m und 200&nbsp;m Höhe gebaut, um eine höhere Kühlleistung zu erreichen. Gerade bei angrenzender Wohnbebauung, wie zum Beispiel in den Städten [[Datteln]] und [[Duisburg-Walsum]], wurden die neuen Blöcke mit den kombinierten Kühltürmen zur Rauchgasableitung als neuer Block an bestehende Anlagen gebaut. Teilweise gab es an diesen Altstandorten vorher keinen Kühlturm, da die Wärme anders abgeleitet wurde (zum Beispiel über Gewässer); das Rauchgas wurde über konventionelle Schornsteine abgeleitet.
Nun kommt es an diesen Standorten durch den Turm und die im Betrieb entstehenden Dampfschwaden zu unerwünschten Auswirkungen auf das [[Mikroklima]], zum Beispiel lokal erhöhte Niederschlagsmengen und großflächige Verschattungen.

Um diese Nachteile zu vermeiden, kam es nach Bürgerprotesten teilweise zu Planungsänderungen. So wurde beim [[Kohlekraftwerk Moorburg]] in Hamburg die ursprüngliche Planung eines Naturzug-Kühlturms mit kombinierter Nutzung als Schornstein geändert. Die realisierte Planung beinhaltet einen niedrigen [[Hybridkühlturm]] (Höhe 65&nbsp;m). Aufgrund der aufwendigen Rauchgasreinigung kann auch auf einen sehr hohen Schornstein verzichtet werden. Der neue konventionelle [[Schornstein]] hat eine Höhe von 130&nbsp;m.<ref>{{Webarchiv |url=http://www.vattenfall.de/de/moorburg/kraftwerk-moorburg-kraftwerksprozess.htm |text=''Kraftwerk Moorburg'' Technikdetails auf vattenfall.de |wayback=20140614235202}}.</ref>

{| class="wikitable sortable"
|-
! Turmhöhe || Kraftwerke mit Kühlturmnutzung als Schornstein || Brennstoff
|-
| 100 m
| [[Kraftwerk Völklingen/Fenne]] (Blöcke HKV & MKV)
| Steinkohle
|-
| 110 m
| [[Kraftwerk Frimmersdorf]] (Block Q)
| Braunkohle
|-
| 120 m
| [[Kraftwerk Jänschwalde]] (Blöcke A–F)
| Braunkohle
|-
| 128 m
| [[Kraftwerk Niederaußem]] (Blöcke G & H)
| Braunkohle
|-
| 135 m
| [[Kraftwerk Quierschied/Weiher]] (Block Weiher III)
| Steinkohle
|-
| 141 m
| [[Kraftwerk Schwarze Pumpe]] (Blöcke A & B)
| Braunkohle
|-
| 141 m
| [[Kraftwerk Staudinger]] (Block 5)
| Steinkohle
|-
| 141,5 m
| [[Kraftwerk Rostock]] (Monoblock-Kraftwerk)
| Steinkohle
|-
| 155 m
| [[Kraftwerk Boxberg]] (Block R)
| Braunkohle
|-
| 160 m
| [[Kraftwerk Lünen]] (Block Lünen-Stummhafen)
| Steinkohle
|-
| 165 m
| [[Kraftwerk Westfalen]] (Blöcke D & E)<ref>[http://www.atominfo.ru/news3/c0289.htm atominfo.ru]</ref>
| Steinkohle
|-
| 172 m
| [[Kraftwerk Neurath]] (Blöcke F & G)
| Braunkohle
|-
| 174,5 m
| [[Kraftwerk Lippendorf]] (Blöcke R & S)
| Braunkohle
|-
| 180 m
| [[Kraftwerk Datteln]] (Block 4)
| Steinkohle
|-
| 181 m
| [[Kraftwerk Duisburg-Walsum]] (Block 10)
| Steinkohle
|-
| 200 m
| [[Kraftwerk Niederaußem]] (Block K)
| Braunkohle
|}

=== Ventilatorkühlturm ===
<gallery>
 Power station Westfalen. Cooling towers.jpg|Ventilatorkühltürme (links, Höhe 34 Meter) und Naturzugkühlturm (rechts, Höhe 122 Meter)
 Kraftwerk Zolling Kühlturm.jpg|Ventilatorkühlturm [[Kraftwerk Zolling]]
 Kühlturm PTG.jpg|Ventilatorkühlturm Stahlwerk [[Peine]]
 Kühlturm Heizkraftwerk Nossener Brücke.jpg|Ventilatorkühlturm [[Heizkraftwerk Nossener Brücke|Kraftwerk Dresden]]
 Luftbild Trianel Kraftwerk 3.jpg|[[GuD-Kraftwerk Hamm-Uentrop]]: als Blöcke kombinierte Ventilatorkühltürme
</gallery>

Ventilatorkühltürme (Höhe 34–100 Meter) sind nicht so hoch wie Naturzugkühltürme (Höhe bis zu 200&nbsp;m), da der Luftzug mit Ventilatoren erzeugt wird. Auch Zellenkühler sind Ventilatorkühltürme, allerdings deutlich niedriger und kompakter.

Die ventilatorunterstützten runden Kühltürme (Teilnaturzug) werden eingesetzt, wenn die Bauhöhe durch Nähe zu Wohnbebauung oder zum Schutz des Landschaftsbilds begrenzt ist.

Ventilatorunterstützte Kühltürme werden sowohl für den Industrie- als auch für den Kraftwerksbereich eingesetzt für Kühlwasserkreisläufe zwischen 25.000 und 200.000&nbsp;m³/h.

Diese Kühlturmvariante kann auch in Ortschaften gebaut werden, weil im Gegensatz zu den deutlich höheren Naturzugkühltürmen keine optisch bedrängende Wirkung und keine massive Verschattung entsteht.

{| class="wikitable" style="text-align:center"
|-
! Vorteile gegenüber Naturzugkühltürmen || Vorteile gegenüber Zellenkühltürmen || Nachteile gegenüber Naturzugkühltürmen
|-
| kompakte Bauweise mit geringer Höhe ohne optisch bedrängende Wirkung
| Stromeinsparung durch Teilnutzung des natürlichen Kamineffektes
| Strombedarf
|-
| geringerer Platzbedarf
| bei Stromausfall Teilkühlung durch Naturzug
|
|-
| bessere Kühlcharakteristik im Sommer
| keine Rezirkulation heißer Luft
|
|-
| höhere betriebliche Flexibilität
| höhere Dampfschwadenabführung
|
|}

=== Hybridkühlturm ===
[[Datei:Kuehlturm HKW1.jpg|mini|Hybridkühlturm (Größenvergleich zu Kesselhaus im Hintergrund) des [[Kraftwerk Altbach/Deizisau|Kraftwerks Altbach]]]]
{{Hauptartikel|Hybridkühlturm}}

<gallery>
 Kraftwerk Moorburg August 2012.JPG|Hybridkühlturm Kraftwerk Moorburg
 Phb dt 8085 Kraftwerk Moorburg.jpg|Hybridkühlturm Kraftwerk Moorburg (Schrägluftbild)
 Kuehlturm HKW1.jpg|Hybridkühlturm beim Kraftwerk Altbach 1
 Hybridkuehlturm und Zellenkuehler GKN.JPG|Hybridkühlturm im Landschaftsbild: [[Kernkraftwerk Neckarwestheim]]
</gallery>

Hybridkühltürme (Höhe 42–65 Meter) sind nicht so hoch wie Naturzugkühltürme (Höhe bis zu 200&nbsp;m), da der Luftzug wie bei Ventilatorkühltürmen mit Ventilatoren erzeugt wird. Zusätzlich wird bei Hybridkühltürmen ein [[Wärmeübertrager]]paket (Trockenteil) eingebaut, über das Ventilatorkühltürme nicht verfügen.

Im Normalbetrieb wird das warme Kühlwasser im Nassteil (untere Ebene) des Hybridkühlturmes verrieselt. Die obere Ebene des Hybridkühlturmes, der Trockenteil, dient ausschließlich der Schwadentrocknung und trägt nur einen kleinen Teil zur Gesamtkühlleistung des Kühlturmes bei. Über die Ventilatoren des Trockenteiles wird kalte Luft von außen angesaugt und durch das Vorbeileiten an den Wärmeübertragerpaketen (welche mit warmem Kühlwasser gespeist werden) erwärmt. Das Einleiten dieser erwärmten Luft in den gesättigten Kühlturmschwaden bewirkt eine Verschiebung des [[Sättigungspunkt]]es, wodurch es zu einer vollständigen Auflösung des sichtbaren Kühlturmschwadens kommt. Hybridkühltürme werden überwiegend dort eingesetzt, wo niedrige Bauhöhen und eine geringe Verschattung, meist in der Nähe von Wohnbebauung, gefordert werden. Eine Rauchgaseinleitung in Hybridkühltürme ist unüblich.

{| class="wikitable"
|-
! Turmhöhe || | Kraftwerke mit Hybridkühlturm || | Brennstoff
|-
| 42 m
| [[Kraftwerk Altbach/Deizisau]] (zwei Türme)
| Steinkohle
|-
| 56 m
| [[Kernkraftwerk Neckarwestheim]]
| Uran
|-
| 65 m
| [[Kohlekraftwerk Moorburg|Kraftwerk Moorburg]]<ref>{{Internetquelle |url=http://www.vattenfall.de/de/moorburg/kraftwerk-moorburg-anlagentechnik.htm |titel=Moorburg – Die Kraftwerkstechnik |offline=1 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20130323010157/http://www.vattenfall.de/de/moorburg/kraftwerk-moorburg-anlagentechnik.htm |archiv-datum=2013-03-23 |abruf=2013-03-11}} ([[Adobe Flash|Flash]] wird benötigt, um Informationen zum Kühlturm anzuzeigen).</ref>
| Steinkohle
|-
| 80 m
| [[Rheinhafen-Dampfkraftwerk Karlsruhe]]
| Steinkohle
|-
|}

== Kühlarten ==
Nasskühlung mit Naturzug-Nasskühltürmen ist die am häufigsten vorkommende Kühlart, weil der [[Wirkungsgrad]] durch die entstehende Verdunstungskälte des Wassers als Kühlmedium am höchsten ist.
Sehr viel seltener ist Hybridkühlung, die im Gegensatz zur Nasskühlung einen geringeren Wirkungsgrad hat, aber keine sichtbaren Dampfschwaden produziert.
Trockenkühlung nutzt Luft als Kühlmedium und findet nur unter speziellen Umgebungsbedingungen Anwendung&nbsp;— wie niedrige mittlere Temperatur, Wassermangel oder ein geringer Kühlbedarf bei Kraftwerken, die Abwärme als [[Fernwärme]] abführen (z.&nbsp;B. [[Heizkraftwerk Berlin-Mitte]]). Bei Trockenkühlung ist eine Verbreitung von Keimen (z.&nbsp;B. [[Legionellen]]) durch die fehlenden Dampfschwaden im Gegensatz zu Nasskühlung ausgeschlossen, allerdings hat Trockenkühlung den niedrigsten Wirkungsgrad von allen Kühlarten.

=== Nasskühlung ===
==== Naturzug-Nasskühlung ====
{{Redundanztext
|3=Dampfschwaden
|4=Industrieschnee
|5=Kühlturm#Naturzug-Nasskühlung|2=Mai 2024|1=[[Spezial:Beiträge/79.236.133.186|79.236.133.186]] 22:46, 23. Mai 2024 (CEST)}}

[[Datei:Nuclear Power Plant Cattenom.jpg|mini|Dampfschwaden aus den Kühltürmen des [[Kernkraftwerk Cattenom|Kernkraftwerks Cattenom]]]]
[[Datei:Kuehlturm - Kraftwerk Rostock (10x).jpg|mini|Wasserbecken (Kühlturmtasse) im unteren Teil des Naturzug-Nasskühlturms vom Kraftwerk Rostock]]

In Naturzugkühltürmen<ref>''Naßkühltürme''. VDI-Berichte 298, 1977, VDI-Verlag, Düsseldorf.</ref> wird das zu kühlende Wasser in die Luft versprüht und über [[Füllkörper]] verrieselt. Dadurch wird ihm [[Verdunstungswärme]] entzogen und die Luft befeuchtet. Verdunsten von einem Kilogramm Wasser zehn Gramm, so sinkt die Temperatur des Wassers um sechs Kelvin. Zusätzlich wird das Wasser durch den feinverteilten Kontakt mit der Luft durch [[Konvektion]] gekühlt und die Luft erwärmt. Die Erwärmung der Luft führt zu einer Abnahme der Dichte und damit einer Zunahme des Auftriebs der Luft. Oberhalb des Kühlturmes wird das Gemisch als [[Dampfschwaden]] sichtbar. Etwa 1,5 bis 2,5 % des umlaufenden [[Kühlwasser]]s [[Verdunstung|verdunsten]] dabei und müssen ergänzt werden. Ein weiterer Austausch des Kühlwassers durch die Abflut (Abschlämmwasser) ist notwendig, um zu verhindern, dass sich die im Wasser gelösten [[Salze]] zu sehr konzentrieren (akkumulieren). Kalk-Ablagerungen stellen hierbei das Hauptproblem dar; beim Betrieb eines Wärmekraftwerkes mit 3&nbsp;GW thermischer Leistung können pro Tag etwa zehn Tonnen Kalk anfallen, die z.&nbsp;B. durch Lösen mit Ameisensäure aus dem Wasserkreislauf entfernt werden müssen. Diese Bauart wird in erster Linie im [[Dampfkraftwerk]] eingesetzt. Den tiefsten Bereich eines Nasskühlturmes, in dem sich das versprühte Kühlwasser sammelt, nennt man ''Kühlturmtasse''.

Naturzug-Nasskühltürme (NNKT) haben wegen der Nutzung der Verdunstung eine sehr hohe [[Leistungsdichte]]. Sie verbrauchen Wasser. Der Wasserverbrauch wird durch eine über der Wasserverteilung liegende Lage [[Tropfenabscheider]] reduziert. NNKT sind daran zu erkennen, dass sie, vor allem bei kühlerem Wetter, weithin sichtbare „Nebelschwaden“ erzeugen. Ein Nebeneffekt ist das Einbringen von Wasserdampf in die Atmosphäre, was lokal ([[Mikroklima]]/[[Mesoklima]]) die Bildung von Nebel oder Niederschlag bewirken kann. Deswegen ist im Bereich von Kühltürmen im Winter oft [[Industrieschnee]] zu sehen. Ab gewissen Temperaturen im Wasserkreislauf können sich Bakterien (z.&nbsp;B. [[Legionellen]]) vermehren. Durch die Verdunstung kann das Kühlwasser theoretisch bis auf die [[Feuchtkugeltemperatur]], die bei trockenem Wetter deutlich ''unter'' der Lufttemperatur liegt, abgekühlt werden.

==== Zwangsbelüftete Nasskühlung (Ventilatorkühltürme) ====
Bei zwangsbelüfteter Nasskühlung wird wie bei Naturzug-Nasskühlung das zu kühlende Wasser in die Luft versprüht und über Füllkörper verrieselt. Dadurch wird dem Wasser [[Verdampfungsenthalpie]] entzogen und die Luft befeuchtet.

Im Gegensatz zur Naturzug-Nasskühlung wird der zur Kühlung benötigte Luftzug durch Ventilatoren erzeugt, dadurch können die Kühltürme oder Zellenkühler deutlich niedriger und kompakter gebaut werden. Es wird zwischen saugenden Ventilatoren (im oberen Bereich der Ventilatorkühltürme eingebaut) und drückenden Ventilatoren (an den unteren Seitenrändern eingebaut) unterschieden.

=== Trockenkühlung ===
[[Datei:Thtr300 kuehlturm.jpg|mini|Trockenkühlturm des [[Kernkraftwerk THTR-300|THTR-300 in Hamm-Uentrop]]]]
[[Datei:Wolfsburg VW-Werk.jpg|mini|[[Heizkraftwerk Wolfsburg Nord/Süd]] mit Trockenkühlturm (Sonderbauform mit unten montierten Ventilatoren)]]
[[Datei:Air Cooled Condenser.JPG|mini|Zwangsbelüfteter Trockenkühlturm (Sonderbauform mit unten montierten Ventilatoren)]]

In Trockenkühltürmen kommt das Wasser nicht in direkten Kontakt mit der Atmosphäre. Bei ihnen strömt das Kühlwasser in Rohren, die mit [[Kühlrippe]]n ausgestattet sind. Die Umgebungsluft strömt an den Kühlrippen vorbei, wird erwärmt, steigt durch [[Konvektion]] auf und transportiert damit die übertragene Wärme ab. Große [[Ventilator]]en können die Konvektion unterstützen.

Trockenkühltürme finden Verwendung an Kraftwerksstandorten, an denen Wasser für Nasskühlung nicht vorhanden oder dessen Beschaffung zu teuer wäre. Wegen ihrer relativ hohen Kosten fanden sie bis 1985 bei Wärmekraftwerken kaum Anwendung.<ref>Handbuchreihe Energie, hrsg. von Thomas Bohn: ''Konzeption und Aufbau von Dampfkraftwerken''. Technischer Verlag Resch, TÜV&nbsp;Rheinland, Gräfelfing 1985, ISBN 3-87806-085-8.</ref>

Bei der Trockenkühlung lassen sich zwei Verfahren unterscheiden:

==== Direkte Trockenkühlung ====
Es gibt nur einen Kreislauf: Der Abdampf der Turbine wird direkt in den Trockenkühlturm geleitet und dort wieder zu Wasser kondensiert, wodurch bei diesem Verfahren der Kühlturm zugleich als Kondensator dient. Gebräuchlich für diese Art von Kühlturm ist die Bezeichnung als ''[[Luftgekühlter Kondensator|Luftkondensator (Luko)]]''.

'''Beispiel:'''

Zwei Kohlekraftwerke am Standort [[Wyodak]] im US-Bundesstaat [[Wyoming]]:

Am Standort Wyodak herrschen im Winter extrem niedrige Temperaturen, so dass die Gefahr bestünde, dass Nasskühltürme einfrieren. Eine reine Trockenkühlung findet nur in der kalten Jahreszeit statt. Bei höheren Außentemperaturen wird die Kühlung durch Kühlteiche unterstützt. Bei hohen Außentemperaturen im Sommer wird zusätzlich Wasser in Zellenkühlern verdunstet.

* Kohlekraftwerk Wyodak II bestehend aus zwei Kraftwerksblöcken, Inbetriebnahme: 1979<ref>{{Webarchiv |url=http://www.geaict.com/opencms/opencms/gpc/en/case_studies/wyodac_case.html |text=Informationen der GEA über das Kraftwerk Wyodak II |wayback=20091101195110}}.</ref>
* Kohlekraftwerk Wygen II, Inbetriebnahme: 2003<ref name="Wygen">[http://www.blackhillscorp.com/wygen.htm ''Introducing Wygen II''], auf www.blackhillscorp.com, abgerufen am 30. Dezember 2009 (englisch).</ref>

Wyodak II: Um den extrem kalten Wetterbedingungen am Standort Wyodak gerecht zu werden, wurde für den Hauptkraftwerksblock ein Trockenkühler bestehend aus 69&nbsp;Zellenkühlern gebaut. Das System beinhaltet zwei 11&nbsp;×&nbsp;3 Anordnungen in V-Form (Schmetterlingsflügel-Design). Kraftwerksblock&nbsp;2 erhielt drei Prototyp-Zellen (Einreihen-Röhren-Bündel). Die Anlage war bei Inbetriebnahme der größte Trockenkühlturm der Welt und die erste mit Einreihen-Röhren-Bündel. Zur Unterstützung der Kühlleistung im Sommer verfügt die Anlage über zwei Kühlteiche.

Wygen II: 2 × (2 Einreihen-Röhren-Bündel). Zur Unterstützung der Kühlleistung im Sommer verfügt die Anlage über einen Kühlteich. Das Kraftwerk hat einen Wasserverbrauch von 7 % im Vergleich zu konventioneller Nasskühlung pro Jahr.<ref name="Wygen" />

==== Indirekte Trockenkühlung ====
[[Datei:Trockenkühlturm.PNG|mini|Indirekte Trockenkühlung]]

Es gibt zwei Kreisläufe: Der Abdampf der Generatorturbine wird im Heizkreislauf in einem Kondensator rückkondensiert. Die überschüssige Wärme wird im Kondensator an einen zweiten Kreislauf, den Wasserkreislauf, übertragen. Der Trockenkühlturm befindet sich in diesem zweiten Wasserkreislauf zur Kühlung des Kondensators.
Es gibt zwei verschiedene Typen von Kondensatoren:
* Typ 1: Einspritzkondensatoren
* Typ 2: Oberflächenkondensatoren

'''Beispiel für Typ 1:''' [[Kraftwerk Ibbenbüren Block A]], das von 1967 bis 1987 betrieben wurde.<ref>O. Scherf: ''Luftgekühlte Kondensationsanlage für einen 150-MW-Block des Kraftwerks Ibbenbüren''. BWK 20 (1968), Nr. 2, S.&nbsp;56–60.</ref>

Die Auslegungs-Lufteintrittstemperatur beträgt 1,5&nbsp;°C, weil die Turbinen für Nasskühlverfahren ausgelegt waren.

'''Beispiel für Typ 2:''' [[Kernkraftwerk THTR-300]], das von 1983 bis 1989 betrieben wurde.<ref>Cleve: ''Auslegungsprobleme und Berechnungsgrundlagen von Trockenkühltürmen''. Seminarvortrag, RWTH Aachen, 10. Jan. 1974.</ref>

Die Auslegungs-Lufteintrittstemperatur beträgt 12&nbsp;°C. Die Auslegung des Turms wurde überdimensioniert, um das gleiche Kondensationsniveau zu erreichen wie bei Nasskühlung.

Die größten Kühltürme für die indirekte Trockenkühlung stehen im [[Kraftwerk Kendal]] in Südafrika. Es ist zugleich das größte Kraftwerk, das diese Technologie verwendet. Die Anlage hat eine installierte Leistung von 4.116 MW, die Kühltürme haben an der Basis einen Durchmesser von 165 m und sind auch 165 m hoch.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.eskom.co.za/Whatweredoing/ElectricityGeneration/PowerStations/Pages/Kendal_Power_Station.aspx |titel=Kendal Power Station |werk=www.eskom.co.za |offline=1 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20171125123111/http://www.eskom.co.za/Whatweredoing/ElectricityGeneration/PowerStations/Pages/Kendal_Power_Station.aspx |archiv-datum=2017-11-25 |abruf=2015-09-06}}</ref>

=== Hybridkühlung (kombinierte Nass- und Trockenkühlung) ===
Hybridkühlung<ref>U. Häuser: ''Untersuchungen zum Betriebsverhalten von Hybridkühltürmen''. Dissertation an der TU Braunschweig, 1981.</ref> vereinigt die technisch-physikalischen Vorteile von Trockenkühlung und Nasskühlung (hohe Kühlleistung, besserer Wirkungsgrad) bei deutlich verringertem Wasserverbrauch. Da auch bei Hybridkühlung Wasser verdunstet, muss man sie eher der Nasskühlung als der Trockenkühlung zuordnen. Sie wird manchmal fälschlicherweise der Trockenkühlung zugeordnet.<ref name="GEAcases">{{Webarchiv |url=http://www.geaict.com/opencms/opencms/gpc/en/case_studies/ |text=Informationen der GEA über das verschiedene Kraftwerke |wayback=20090119081238}}.</ref> Wegen ihrer besonderen Art als Mix aus Trocken- und Nasskühlung sollte man sie als gesonderte Klasse führen. Gegenüber Nasskühlung besitzt sie aber wegen des Leistungsbedarfes für die notwendigen Ventilatoren einen schlechteren Wirkungsgrad. Zudem liegen die Investitionen für Hybridkühlung gleicher Leistung wie Nasskühlung sehr viel höher.

Hybridkühlung wird daher häufig in Anlagen oder [[Kraftwerk]]en gebaut, wo es zu eventuellen Beschwerden der Anwohner, mangelnder Akzeptanz oder Planungs-, Verkehrs- und Genehmigungsproblemen wegen Schwaden und [[Industrieschnee]] kommen könnte.

==== Hybridkühlturm ====
[[Datei:Zellen-und-Hybridkuehlturm Neckarwestheim0001.JPG|mini|[[Hybridkühlturm]] (hinten) und Zellenkühler (vorne) im [[Kernkraftwerk Neckarwestheim]]]]

Hybridkühlanlagen<ref name="GEAcases" /> können in Turmbauweise errichtet sein. Entweder hat ein solcher [[Hybridkühlturm]] im unteren Bereich Ventilatoren und drückt die Umgebungsluft in den Kühlwasserschleier im Inneren, oder der Kühlturm hat den Ventilator im oberen Bereich angeordnet und saugt die Luft durch den sog. Lufteintritt im unteren Bereich des Kühlturms an.

Beim Hybridkühlturm wird den Schwaden vor dem Verlassen des Kühlturms ein warmer, in [[Wärmeübertrager]]n und durch Ventilatoren erzeugter Luftstrom beigemischt. Dadurch bleibt die Luft untersättigt und ist beim Verlassen des Kühlturms nicht sichtbar, es entstehen somit kaum sichtbare Dampfschwaden. Hybridkühltürme werden aus Beton, [[Holz]], [[Glasfaserverstärkter Kunststoff|GFK]] oder Stahl gebaut.

==== Zellenkühler (Hybridausführung mit Nass- und Trockenebene) ====
[[Datei:Zellstoffwerk Rosenthal 17.jpg|mini|Zellenkühler der [[Zellstoff- und Papierfabrik Rosenthal]]]]
[[Datei:Torre.PNG|mini|Schema eines Zellenkühlers]]

Ein Zellenkühler ist ein sehr kompakter Ventilatorkühlturm aus Holz, GFK, Stahl oder Beton, in dem das durch Prozesse erwärmte Kühlwasser rückgekühlt wird.
Ein Zellenkühler ist somit ein zwangsbelüfteter (durch Ventilatoren entweder Luft saugender oder von den Unterseiten Luft drückender) Kühlturm, in dem das zu kühlende Wasser durch an den Wasserverteilerrohren angeschlossenen Sprühköpfe über Rieselkörper verteilt wird.

Bei saugender Bauweise befindet sich auf der Oberseite des Zellenkühlers ein [[Diffusor (Strömungsmechanik)|Diffusor]] mit einem Ventilator, der durch einen Elektromotor und ein Getriebe angetrieben wird. Bei drückender Bauweise sind die Ventilatoren im unteren Drittel an den Seiten des Bauwerks angeordnet.

Diese Ventilatoren erzeugen im Zellenkühler einen Luftstrom. Kühle Luft tritt durch den Lufteintritt im unteren Bereich des Zellenkühlers ein und wird durch die Rieselkörper nach oben gesogen oder gedrückt, wo die erwärmte, gesättigte Luft dann durch den Diffusor an der Oberseite wieder heraus gedrückt oder gesaugt wird. Eine Lage Tropfenabscheider ([[Demister]]) unmittelbar über der Wasserverteilung verringert die Wasserverluste. Somit werden große Wassertropfen nicht nach außen getragen.

Zellenkühler können als Nasskühler oder als Hybridkühler gebaut werden. Bei der Ausführung als Hybridkühler muss eine zweite Ebene mit Ventilatoren vorhanden sein, die den Dampfschwaden vor dem Verlassen der Anlage einen warmen, in Wärmeübertragern erzeugten Luftstrom beimischt. Dadurch bleibt die Luft untersättigt und es entstehen keine oder kaum sichtbare Dampfschwaden.

Ein Zellenkühler kann zur Verringerung von Geräuschemissionen mit Schallschutzelementen im Lufteintritt und Luftaustritt ausgestattet werden. Mehrere Zellenkühler werden in der Regel zur Erhöhung der Kühlleistung parallel geschaltet, sodass sich als Bauform ein rechteckiges Gesamtbauwerk ergibt.

'''Beispiel''': Das momentan größte Solarthermiekraftwerk der Welt [[Andasol]] 1–3. Jeder Kraftwerksblock hat ein Nennleistung von 50&nbsp;MW und einen [[Andasol#Wasserverbrauch|Wasserverbrauch]] von 870.000&nbsp;m³&nbsp;pro&nbsp;Jahr.

==== Trockenkühlturm in Kombination mit einem Kühlteich ====
An besonders heißen Orten kann man auch Trockenkühltürme in Kombination mit [[Kühlteich]]en verwenden. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass das Wasser im Kühlkreislauf im geschlossenen Kreis geführt werden kann. Die Wärme des Kühlkreislaufs wird an einen Kühlteich abgegeben, dessen Verdunstungskälte den Kühlkreislauf rückkühlt. Da der Kühleffekt über die Verdunstung von Wasser des Kühlteichs erfolgt, ist auch dieses Verfahren der Hybridkühlung und nicht der Trockenkühlung zuzurechnen.

'''Beispiel''': Das Gaskraftwerk ''El dorado energy'' 27&nbsp;km südwestlich von Boulder City, Nevada, 40&nbsp;km südwestlich vom Lake Mead (Hoover-Staudamm), 64&nbsp;km südöstlich von Las Vegas. Dieses Gaskraftwerk wird als Mittel- und Spitzenlastkraftwerk genutzt. Eine der Hauptaufgaben ist, die Strombedarfsspitzen von Las Vegas auszugleichen, die durch das Hoover-Damm-Kraftwerk<ref>{{Webarchiv |url=http://www.usbr.gov/lc/hooverdam/faqs/powerfaq.html |text=— |wayback=20100323052336}}.</ref> nicht abgedeckt werden können.

{| class="wikitable"
|+ Zellenkühler
|- class="hintergrundfarbe5"
|-
! Geographische Daten !!
|-
| Standort || Boulder City, Nevada
|-
| Koordinaten || {{Coordinate|text=DMS|NS=35/47/18.123046/N|EW=114/59/37.872849/W|type=landmark|region=US-NV|name=El dorado energy}}
|-
| Höhe über NN || 765 m
|-
! Kraftwerk !!
|-
| Kraftwerksname || El Dorado Energy<ref>{{Webarchiv |url=http://www.semprageneration.com/eldorado_plant.htm |text=— |wayback=20090722232617}}</ref>
|-
| Inbetriebnahme || 2000
|-
| Elektrische Leistung || 480 MW
|-
! Kühlturm !!
|-
| Bauart || Zellenkühler-Trockenkühlturm in Kombination mit Kühlteichen<ref>{{Webarchiv |url=http://www.geaict.com/opencms/opencms/gpc/en/case_studies/eldorado_case.html |text=Informationen der GEA über das Kraftwerk in Boulder (Nevada) |wayback=20120117201003}}</ref>
|-
| Kühlturmhersteller || GEA Power Cooling, Inc.<ref>{{Webarchiv |url=http://www.geaict.com/opencms/opencms/gpc/en/index.html |text=— |wayback=20090220145011}}</ref>
|-
| Kühlteiche || 3
|-
| Kühlteichfläche || 3 × (200 m × 150 m) = 90.000&nbsp;m²
|-
| Wasserverbrauch pro Jahr || ?
|}

== Anwendung ==
=== Wärmekraftwerke ===
[[Wärmekraftwerk]]e gewinnen die für ihren Betrieb notwendige Wärme u.&nbsp;a. mittels:
* Verbrennung von chemischen Energieträgern wie Kohle, Gas, Öl, Torf, Biomasse
* [[Kernspaltung]] in [[Kernkraftwerk]]en
* absorbierte Sonnenstrahlung (solarthermische Kraftwerke)
* Erdwärme (Geothermie)

Nach den Gesetzen der [[Thermodynamik]] kann Wärmeenergie nur dann in eine andere Energieform umgewandelt werden, wenn eine [[Temperaturdifferenz]] vorliegt. Neben einer Wärmequelle wird also auch eine [[Wärmesenke]] benötigt. Diese Wärmesenke kann durch einen Kühlturm bereitgestellt werden.

Zur [[Stromerzeugung]] im Wärmekraftwerk benötigt man einen [[Dampferzeuger]]. Der Wasserdampf treibt eine [[Turbine]] an, die wiederum einen [[Generator]] antreibt, der den Strom erzeugt. Bei der Entspannung in der Dampfturbine wird der Dampf bereits bis zu 15 % kondensiert (Austrittstemperatur etwa 36&nbsp;°C). Der Abdampf der Generatorturbine muss mit Hilfe eines [[Kondensator (Verfahrenstechnik)|Kondensators]] rückkondensiert werden. Zur Kondensation des [[Dampf]]es werden erhebliche Mengen Kühlwasser benötigt. In einem großen Wärmekraftwerk können pro Stunde bis zu 100.000&nbsp;m³ Wasser die Anlagenteile und den Kühlturm passieren.

In einem Wärmekraftwerk gibt es mindestens zwei getrennte Wasserkreisläufe:
* Dampfkreislauf: Wasser wird in einem Dampfkessel erhitzt und verdampft. Die Turbine entzieht dem Dampf durch Entspannung die Energie und treibt den Generator an. Anschließend wird der Dampf im Kondensator niedergeschlagen. Das nun flüssige Wasser wird durch die Speisepumpen energetisch günstig wieder in den Kessel gepumpt.
* Kühlkreislauf: Hier wird die Wärmeenergie vom Kondensator mit Kühlwasser abgeführt, das zum Beispiel in einem Kühlturm wieder abgekühlt wird.

Kühltürme schaffen somit das kalte Ende (Wärmesenke) des Dampfkreislaufes im [[Wärmekraftwerk]]. Sie machen das Kraftwerk von einem nahen Fluss oder einer sonstigen Wärmesenke unabhängig. Ebenfalls notwendig ist ein Kühlturm, wenn das Kühlwasser aus Umweltschutzgründen nur mit begrenzter Temperatur in den Fluss abgegeben werden darf.

Bei Wärmekraftwerken steht meistens die Erzeugung von elektrischem Strom im Vordergrund. Die erzeugte Wärme lässt sich aus physikalischen Gründen nur zum Teil in Strom umsetzen. Es bleibt meist über die Hälfte [[Abwärme]], die im Kühlturm umgesetzt wird. Wärmegeführte Kraftwerke ([[Heizkraftwerk]]e) arbeiten mit dem Schwerpunkt Heizen und geben die Wärme in [[Fernwärme]]netze.

=== Kühlwasserverbrauch bei verschiedenen Stromerzeugungsverfahren ===
{| class="wikitable sortable"
|+ Kühlwasserverbrauch verschiedener Stromerzeugungsverfahren
|- class="hintergrundfarbe5"
! Kraftwerk !! Typ !! Wassermenge<br />m³/Jahr !! Strommenge<br />MWh/Jahr!! Wasserverbrauch<br />m³/MWh !! Literaturwert<ref>{{Webarchiv |url=http://my.epri.com/portal/server.pt?open=512&objID=370&PageID=224944&cached=true&mode=2 |text=Archivierte Kopie |wayback=20101230135434}}.</ref><br />gallons/MWh
|-
| Kernkraftwerke || Kernkraft || || || 1,893–4,164 || 500–1100
|-
| Parabolrinnen-Solarthermie-Kraftwerke || Solarthermie || || || 2,877–3,483 || 760–920
|-
| [[Andasol]] || Solarthermie || 870.000 || 180.000 || 4,833 || 1277
|-
| [[Nevada Solar One]]<ref>{{Internetquelle |url=http://www.basinandrangewatch.org/SolarOneNV.html |titel=Solar One Nevada |abruf=2020-11-20}}</ref> || Solarthermie || 493.393 || 135.050 || 3,653 || 965
|-
| Kohlekraftwerke || Kohle || || || 0,416–1,136 || 110–300
|-
| Gaskraftwerke (kombinierter Zyklus) || Gas || || || 0,757 || 200
|}

=== Weitere Anwendungen ===
[[Datei:Factory assembled crossflow retouched.jpg|mini|Zellenkühler (Ventilatorkühlturm) an einer Industrieanlage]]
Kühltürme werden auch zur Wasserkühlung in der chemischen Industrie verwendet.

Solche Kühltürme bzw. Rückkühlwerke sind meist erheblich kleiner als diejenigen von Kraftwerken.

=== Notwendige Daten zur Planung von Kühltürmen ===
Kühltürme werden in Abhängigkeit vom Kühlverfahren nach verschiedenen [[Deutsches Institut für Normung|DIN]]- und [[Internationale Organisation für Normung|ISO]]-Normen ausgelegt. Daten des Kraftwerks und dessen Lage sind bestimmend für die Dimensionierung: 
* Standort
** Luftdruck (ISO-Norm: Seehöhe)
** Umgebungstemperatur (ISO-Norm: 15&nbsp;°C)
** relative Luftfeuchtigkeit (ISO-Norm: 60 % relative Luftfeuchtigkeit)
* Kraftwerksleistung
* Wassertemperatur und -druck im Kühlkreislauf

Der Kühlturm ist durch folgende Parameter charakterisiert:
* Wasserein- und -austrittstemperatur im Kühlkreislauf
* Bauart
* Luftein- und -austrittstemperatur in den Kühlturm
* Wasserumlaufmenge
* Wasserverbrauch

=== Nutzungsmöglichkeiten der Abwärme von Industrieprozessen als Alternative zu Kühltürmen ===
[[Datei:2005-08-30-district-heating-pipeline.jpg|mini|links|hochkant|Fernwärmeleitung aus Kunststoffmantel-Verbundrohr]]
[[Datei:Berlin-mitte heizkraftwerk-mitte 20060605 629.jpg|mini|Das [[Heizkraftwerk Berlin-Mitte]] wird neben der Stromproduktion auch zur Fernwärmeversorgung des Regierungsviertels eingesetzt. Im Winter ist durch die Abgabe von Fernwärme kein Kühlturm notwendig. Im Sommer wird die Anlage nicht mit Volllast betrieben, zusätzlich steht ein abgewandelter Trockenkühlturm in flacher Bauweise mit Ventilatoren zur Verfügung.]]
[[Datei:Heisswasserspeicher HKW-Süd Potsdam.jpg|mini|Wärmespeicher in Potsdam]]
[[Datei:Hinweisschild Fernkälte Dresden.jpeg|mini|links|Fernkälte als Nutzungsmöglichkeit um Fernwärme im Sommer umzuwandeln]]

Bei Kraftwerken für die Stromerzeugung wird von dem Kondensator verfahrensbedingt eine relativ niedrige Temperatur an den Kühlkreislauf des Kühlturmes übertragen. Diese Abwärme geringer Temperatur ist technisch nicht weiter nutzbar, sollte aber zur Erhöhung des Wirkungsgrades des thermischen Kreisprozesses noch weiter gesenkt werden.
Diese Aufgabe kann ein Kühlturm übernehmen, wenn er die vorhandene und nicht mehr zur Stromerzeugung nutzbare Prozesswärme an die Umgebung abführt. Bei einem Bedarf könnte die freiwerdende [[Kondensationsenthalpie]] (z.&nbsp;B. in einem Fernwärmenetz oder Wärmespeicher) auch bei einer höheren Temperatur abgeführt werden.

Diese Wärmeauskopplung mindert zwar den elektrischen Wirkungsgrad und damit die elektrisch nutzbare Leistung des Kraftwerkes, da nun ein kleinerer Teil der Wärmeenergie zur Stromerzeugung direkt nutzbar ist. Jedoch wird aber mehr Energie vom eingesetzten Brennstoff für zwei Prozesse (Stromproduktion und Fernwärmeproduktion) genutzt. Somit wird der Brennstoffausnutzungsgrad verbessert. Der kombinierte Strom- und Wärmenutzungsprozess bei Kraftwerken wird als [[Kraft-Wärme-Kopplung]] bezeichnet.

Es wird zwischen strom- und wärmegeführter Auslegung von KWK-Anlagen unterschieden, je nach der Priorität, die einer der beiden Energieformen zugemessen wird. Stromgeführte Anlagen optimieren den Stromertrag, wärmegeführte Anlagen den Wärmeertrag. Der höchste Nutzungsgrad wird mit wärmegeführter Auslegung erzielt, weil dabei die geringsten Energieverluste entstehen. Dabei kann die Wärmespeicherung durch Verwendung eines Fernwärmespeichers bewerkstelligt werden. Die erzeugte Wärme wird als warmes Wasser, die sogenannte Fernwärme, oder Wasserdampf über isolierte Rohrleitungen zur Gebäudeheizung, für industrielle Zwecke (Prozesswärme) oder in der Lebensmittelherstellung (z.&nbsp;B. Aquakultur) verwendet. Durch Einsatz von großen Wärmespeichern kann die im KWK-Prozess (immer zeitgleiche) Produktion von Wärme und Strom zeitlich wieder entkoppelt werden, da die Wärme zwischengespeichert werden kann. So kann eine KWK-Anlage stromgeführt betrieben werden und dennoch die Wärmebereitstellung eines wärmegeführten Betriebs gewährleisten. In Zeiten von hoher Strom- und geringer Wärmenachfrage kann die Anlage in Volllast betrieben werden und die überschüssige Wärme in den Speicher laden. In Zeiten von geringer Strom- und dennoch hoher Wärmenachfrage kann die KWK-Anlage in Teillast betrieben werden, die restliche Wärme kann dann durch den Wärmespeicher temporär bereitgestellt werden.

Da die Verbindung von KWK-Anlagen und großen Wärmespeichern zu einer hohen Flexibilität bei effizienter Brennstoffnutzung führt, hat die Bundesregierung die Förderung von Wärmespeichern mit der letzten Novelle des [[Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz]]es in die Förderung mit aufgenommen.

==== Fernwärme ====
In den mehrstufigen [[Turbine]]n der Kraftwerke wird der Wasserdampf in der Regel bis an den Beginn der [[Kondensation]] expandiert, bei Auskopplung von Fernwärme muss dieser Prozess schon vorher abgebrochen werden, was eine Einbuße von bis zu 25 % der elektrischen Leistung bedeutet. Zum Betrieb eines Fernwärmenetzes ist wegen der vielen [[Wärmeübertrager]] und der dort erforderlichen Temperaturgefälle eine Temperatur des Primärkreislaufs von 130–150&nbsp;°C notwendig.
Im Sommer geht die [[Kühlleistung]] (für Kühlwasser im Kraftwerksbetrieb) eines Fernwärmenetzes durch den geringeren Heizbedarf von externen Fernwärmenutzern stark zurück, so dass trotzdem in (zum Teil auch kleinere) Kühltürme oder Wärmespeicher investiert werden muss. Deshalb wird nach Möglichkeiten gesucht, um die restliche Energie auch im Sommer zu nutzen. Ein sinnvolles Einsatzgebiet ist die Fernkälte.

==== Fernkälte ====
Bei der Nutzung bzw. Produktion von [[Fernkälte]] wird dem externen Kunden wie bei Fernwärme im Winter heißes Wasser geliefert, welches vor Ort mit Hilfe von [[Absorptionskältemaschine]]n Kälte erzeugt. Dieses Verfahren wird zurzeit für Einrichtungen mit großem Kältebedarf, zum Beispiel Krankenhäuser oder Einkaufszentren, eingesetzt. In Chemnitz gibt es einen zentralen Kältespeicher, der Einrichtungen in der Stadt versorgt.<ref>[http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,551816,00.html ''Konzept Fernkälte: Kühlung aus dem Heizkraftwerk'']. In: ''Spiegel Online.'' abgerufen am 3. November 2008.</ref>

Seit 1973 besitzt [[Chemnitz]] (damals Karl-Marx-Stadt) als zweite deutsche Stadt ein Fernkältenetz.<ref>[http://www.spiegel.de/wirtschaft/0,1518,487537,00.html Kältespeicher in Chemnitz].</ref> Das etwa vier Kilometer lange von den Stadtwerken Chemnitz betriebene Netz versorgt [[Technische Universität Chemnitz|Technische Universität]], [[Opernhaus Chemnitz|Opernhaus]], [[Stadthalle Chemnitz|Stadthalle]], [[Amtsgericht Chemnitz|Amtsgericht]] sowie mehrere große Einkaufszentren.
Durch Nutzung von Absorptionskältemaschinen ist es möglich, auf die mit Elektroenergie angetriebenen Kältemaschinen (Kompressionskältemaschinen) weitgehend zu verzichten.

In Wien ging 2009 die erste Kältezentrale für Fernkälte in der Spittelau ans Netz, die unter anderem das [[Allgemeines Krankenhaus der Stadt Wien|Allgemeine Krankenhaus der Stadt Wien]] sowie verschiedene Bürogebäude mit Fernkälte versorgt. Mittlerweile gibt es auch noch weitere Kältezentralen von Wien Energie im ganzen Stadtgebiet, 2014 erfolgte die Inbetriebnahme der Fernkältezentrale Hauptbahnhof. Mit einer Leistung von 20 Megawatt im Endausbau ist diese Kältezentrale eines der größten Fernkälteprojekte in Europa. Im ganzen Stadtgebiet sind 65 Megawatt (Stand 2014) an Fernkälteleistung in Betrieb. Ohne die Fernkältenutzung würde ein Großteil der Energie im Sommer ungenutzt über Kühltürme an die Umwelt abgegeben.<ref>''Jahrbuch Wien Energie 2013''. Wien Energie GmbH, Wien 2014.</ref>

Die Kombination von gemeinsamer Strom- und Wärmeerzeugung (sowie Fernkälteerzeugung durch Umwandlung der Heizenergie) wird als [[Kraft-Wärme-Kopplung]] bezeichnet. Dieses System kann mit maximaler [[Energieeffizienz|Effizienz]] nur [[Dezentrale Energieversorgung|dezentral]] betrieben werden um Leitungsverluste zu minimieren. Voraussetzung sind somit geringe Strecken zum Wärmetransport. Mit zunehmender Verteuerung von Brennstoffen und bei erhöhten Umweltschutzauflagen wird die Kraft-Wärme-Kopplung weiter an Bedeutung gewinnen.

<gallery>
 Fernwärme.jpg|Thermodynamische Prinzipskizze
 Fernwärme u bogen.jpg|Fernwärmeleitung (U-Bogen zum Längenausgleich)
 100 Jahre Fernwärme.jpg|Fernwärmeschacht in Hamburg
 Absorptionskältemaschine am Transporter.jpg|[[Absorptionskältemaschine]] mit 1,4 MW Kälteleistung auf einem Transporter
</gallery>

== Gefahren ==
=== Brandgefahren ===
Sobald ein Naturzug-Kühlturm außer Betrieb ist, kann von ihm wegen der sehr leichten Rieseleinbauten (Polypropylen, Polyvinylchlorid, Asbestzement, Holz) und des [[Kamineffekt]]s eine erhebliche [[Brand]]gefahr ausgehen. Am 12.&nbsp;Mai 2003 brannte bei Abrissvorbereitungen im stillgelegten [[Kraftwerk Schwandorf]] ein Naturzugkühlturm ab, nachdem in seinem Inneren ohne Brandschutzmaßnahmen [[Schweißen|geschweißt]] wurde.<ref>[[VGB PowerTech]], Fachzeitschrift: VGB Kraftwerkstechnik 06/2006.</ref> Innerhalb von 45&nbsp;Minuten brannten 108&nbsp;Tonnen Einbauteile aus [[Polypropylen]] ab, nach weiteren 50&nbsp;Minuten waren auch 60&nbsp;Tonnen hölzerne Einbauteile verbrannt. Die frühzeitig gerufene Feuerwehr konnte wegen Einsturzgefahr das Feuer nicht rechtzeitig löschen. Versuche der [[VGB PowerTech|VGB]] haben gezeigt, dass der Brand eines Naturzug-Kühlturmes unlöschbar ist und immer einen Totalschaden zur Folge hat.

=== Gesundheitsgefahren durch Verkeimung der Umgebung ===
[[Datei:Kraftwerk-Weisweiler-Luftbild.jpg|mini|''Kohlekraftwerk Weisweiler.'' Block&nbsp;F war 2014 mit 275.000&nbsp;[[Koloniebildende Einheit|KBE]] [[Pathogenität|pathogener]] Legionellen konta&shy;miniert.]][[Datei:WeisweilerWolke.JPG|mini|Kühltürme produ&shy;zier&shy;en große Mengen [[Aerosol]] und können dadurch über 10&nbsp;km Ent&shy;fernung eine Infektions&shy;quelle sein.]]

Bei Kühltürmen und Rückkühlwerken, die mit offenen Wasserkreisläufen (Nasskühlung) arbeiten, besteht die Gefahr einer Verkeimung und einer Verbreitung der Keime als [[Bioaerosol]].<ref>VDI 4250 Blatt 1:2014-08 Bioaerosole und biologische Agenzien; Umweltmedizinische Bewertung von Bioaerosol-Immissionen; Wirkungen mikrobieller Luftverunreinigungen auf den Menschen (Bioaerosols and biological agents; Risk assessment of source-related ambient air measurements in the scope of environmental health; Effects of bioaerosol pollution on human health). Beuth Verlag, Berlin. S. 24.</ref> Kontaminierte Kühltürme können im Radius von über 10 km Entfernung Infektionen mit ''[[Legionella pneumophila]]'' verursachen.<ref>{{Webarchiv |url=https://pdfs.semanticscholar.org/d153/666194ad893bdee1d73311760a4ef21404a1.pdf |text=Bundesamt für Gesundheit PDF |wayback=20171107004901}} - siehe Modul 15, S. 48</ref>

Das Problem lässt sich durch den Einsatz von Trockenkühltürmen vermeiden, allerdings ist Trockenkühlung weniger effizient als Nasskühlung. Somit wird für die gleiche Kühlleistung bei Trockenkühlung entweder mehr elektrische Energie zum Betrieb benötigt (bei Ventilator-Trockenkühltürmen) oder die Türme benötigen mehr Innenraumvolumen (Naturzug-Trockenkühltürme).

Eine weitere Möglichkeit die Verkeimung von Kühltürmen einzuschränken ist der Einsatz spezieller Metall-Mineral-Katalysatoren. Diese sind in der Lage das Wachstum eines Biofilms zumindest zu hemmen und zu verlangsamen und somit die Risiken durch Verkeimung der Kühltürme zu reduzieren.

Naturzugkühltürme (Nasskühlung) bis zu 200 MW thermischer Leistung unterliegen der ''Richtlinienreihe VDI 2047 "Hygiene bei Rückkühlwerken."''<ref>{{Webarchiv |url=http://www.vdi.de/index.php?id=44414 |text=Archivierte Kopie |wayback=20141007062636}}.</ref> Der freiwillige Grenzwert für Legionellen liegt in Deutschland bei 1.000 [[Koloniebildende Einheit|kbE]]/100 mL.<ref name="Moorburg">{{Internetquelle |url=http://www.archiv.klimaretter.info/energie/hintergrund/14496-legionellen-legen-moorburg-lahm |titel=Legionellen legen Moorburg lahm |hrsg=[[klimaretter.info]] |datum=2013-09-04 |abruf=2014-10-12}}</ref>

Beispiele für [[Legionellen]]-[[Kontamination (Medizin)|kontaminierte]] Kühlsysteme:
* Europäische Epidemien: Murcia, Spanien (2001, Belüftungsanlage mit einem Kühlturm); Barrow-in-Furness, England (2003, Kühlturm); Lens, Frankreich (2004, Kühlturm) und Genf, Schweiz (2001, wahrscheinlich Kühlturm).<ref>{{Webarchiv |url=http://www.laborveritas.ch/php/bdata/files/filesDatei_bdataFileExtPDF/53_Legionellen_Bericht_BAG.pdf |text=Archivierte Kopie |wayback=20141010204757}}.</ref>
* Januar 2010 in Ulm, war auf einen Testbetrieb eines neuen Rückkühlwerks von Kühlanlagen zurückzuführen
* Im Sommer 2012 wurden in Rheinland-Pfalz und im Saarland über 20 Personen mit Legionellen inzifiziert.<ref>{{Webarchiv |url=http://lua.rlp.de/fileadmin/lua.rlp.de/Jahresberichte/2012/LUA-Bilanz-Infektionspr%C3%A4vention-2012.pdf |text=— |wayback=20141006182427}}.</ref>
* Der [[Legionellose-Ausbruch in Warstein 2013]] wird auf ein Rückkühlwerk zurückgeführt.
* Das [[Kohlekraftwerk Moorburg]] wurde im Probebetrieb 2013 stillgelegt, da Legionellen mit 2.300 kbE/100 mL im Kühlkreislauf nachgewiesen wurden.<ref name="Moorburg" />
* Der [[Legionellose-Ausbruch in Jülich 2014]] führte dazu, dass Block F des [[Kraftwerk Weisweiler|Kohlekraftwerkes in Weisweiler]] mehrmals abgeschaltet wurde, da in dessen Kühlkreislauf eine überhöhte Anzahl Legionellen nachgewiesen wurde. Daraufhin wurde die Überprüfung aller Kühltürme in NRW angeordnet<ref name="Welt2Okt">{{Internetquelle |url=https://www.welt.de/regionales/nrw/article132816518/Weitere-Kraftwerke-ueberprueft.html |titel=Weitere Kraftwerke überprüft |hrsg=[[Die Welt]] |datum=2014-10-02 |abruf=2014-10-05}}</ref> und eine Gesetzesinitiative über den [[Bundesrat (Deutschland)|Bundesrat]] eingebracht, Kühlanlagen regelmäßig auf Legionellen zu untersuchen.<ref name="WDRunklar">{{Internetquelle |url=http://www1.wdr.de/studio/aachen/themadestages/legionellen-im-kraftwerk-weisweiler-100.html |titel=Ausbruchsquelle weiter unklar |hrsg=[[Westdeutscher Rundfunk Köln|WDR]] |datum=2014-10-09 |abruf=2014-10-11}}</ref> Die Dekontamination in Weisweiler erwies sich als schwierig und zog sich über drei Monate.<ref name="AZkaum">{{Internetquelle |url=http://www.aachener-zeitung.de/lokales/region/weisweiler-fast-keine-legionellen-mehr-1.994422 |titel=Weisweiler: Fast keine Legionellen mehr |hrsg=[[Aachener Zeitung]] |datum=2015-01-06 |abruf=2014-03-23}}</ref> Der Höhepunkt wurde trotz zahlreicher Maßnahmen mit 275.000 KBE erreicht und zog ein zweiwöchiges Betriebsverbot nach sich.<ref name="275.000">{{Internetquelle |url=http://www1.wdr.de/studio/aachen/themadestages/erneutlegionellen100.html |titel=Erneut Legionellen-Alarm am Kraftwerk Weisweiler |hrsg=WDR |datum=2014-12-03 |abruf=2015-03-23}}</ref>

== Nutzung und Gestaltung der Fassade von Kühltürmen ==
=== Schutz des Landschaftsbilds durch Farbgestaltung ===
<gallery>
 Zschornewitz - Kühlturm.jpg|Kühlturm ohne Farbanstrich
 Power station Staudinger. cooling towers. grey coloured and without colour.jpg|Kühlturm links ohne Farbanstrich, rechts einfarbig graue Gestaltung
 StaudingerKühltürme.JPG|Kühltürme links ohne Anstrich, rechts mit grauer Grundierung und blauen Elementen zur Konturauflösung
 Elektrociepłownia Kraków-chlodnie kominowe.jpg|Kühlturm links ohne Farbanstrich, rechts mit Anstrich und "Tarnmuster" zur besseren Einfügung ins Landschaftsbild
 Cooling tower power station Dresden.jpg|Kühlturm mit Farbgestaltung und Muster zur besseren Einfügung ins Landschaftsbild
 Power station mainz.conceptual design.direction southeast.jpg|Designentwurf für ein Kraftwerk, um es ins Landschaftsbild zu integrieren
</gallery>

Zum Schutz des Landschaftsbilds besteht die Möglichkeit, notwendige Kühlanlagen für Kraftwerke und Industrieanlagen entweder besonders kompakt und niedrig zu bauen (Zellenkühler, Ventilatorkühltürme und Hybridkühltürme) oder die Anlagen mit Hilfe der Farbgebung weniger sichtbar zu machen.

Kühltürme sind häufig lichtgrau beschichtet, es gibt auch Versuche mit verschiedenen Farben und Mustern.

=== Kunstobjekte ===
<gallery>
 Kraftwerk Meppen 2010-2.JPG|Kühlturm des Gaskraftwerks Meppen
 POL Elektrownia Opole.jpg|Kontur-Muster auf Kühltürmen am [[Kraftwerk Opole]]
 CHP-23 power station (Moscow) 03.jpg|Kühlturmgestaltung mit verschiedenen Kontur-Mustern
 Koeltoren als klimwand in Wunderland Kalkar.jpg|Ventilatorkühlturm des ehemaligen Kernkraftwerks Kalkar
 Inota, Inotai hőerőmű, Inota fesztivál, 50.jpg|Gestaltung mit Lichtprojektionen
</gallery>

Teilweise werden Kühltürme auch als Malgrund oder Kunstobjekt im weiteren Sinne verwendet. [[Christoph Rihs]] gestaltete die größte Landkarte der Welt auf der 26.000&nbsp;m² großen Außenseite des Kühlturmes des [[Kraftwerk Meppen-Hüntel|Kraftwerks Meppen-Hüntel]] (Emsland).

Ein weiteres Beispiel für die Nutzung eines Kühlturms als Kunstobjekt ist das [[Kernkraftwerk Cruas]] mit seinem Gemälde auf den Kühlturm. Auch in der [[Heraldik]] findet sich ein Kühlturm, so auf dem Wappen von [[Greppin]].

Der Ventilatorkühlturm des ehemaligen [[Kernkraftwerk Kalkar|Kernkraftwerks Kalkar]] wurde nach Umnutzung des Kraftwerks in einen Freizeitpark außen farblich mit einer Berglandschaft gestaltet und von innen mit einem Kettenkarussell ausgestattet.

=== Politische Protestbotschaften durch Umweltschutzorganisationen ===
<gallery>
 GKN Kühlturm Aufschrift.jpg|Übermalte Protestbotschaft ''„Atomkraft schadet dem Ländle!“'' (2001, mit Totenkopfsymbol)<ref name="Tagblatt">{{Internetquelle |url=http://www.tagblatt.de/Home/nachrichten/ueberregional/baden-wuerttemberg_artikel,-Prozess-Serie-gegen-Greenpeace-Leute-_arid,164098.html |titel=Prozess-Serie gegen Greenpeace-Leute |hrsg=[[Schwäbisches Tagblatt]] |datum=2012-02-22 |abruf=2015-03-23}}</ref> auf dem Hybridkühlturm des [[Kernkraftwerk Neckarwestheim|Kernkraftwerks Neckarwestheim]]
 Protest against coal power station.jpg|Rauchendes "Kühlturmmodell" zur Visualisierung der Proteste gegen neue Kohlekraftwerke
 Poluezi de mori, CEO!.jpg|Projektion auf Kühlturm eines Kraftwerks
</gallery>

Insbesondere Kühltürme von [[Kernkraftwerk]]en wurden von Umweltschutzorganisationen in der Vergangenheit als Objekt für Proteste genutzt.
In der Dunkelheit wurden beispielsweise Bilder auf sie [[Projektion (Optik)|projiziert]], oder auch mit Farbe dauerhafte Botschaften angebracht.<ref>{{Internetquelle |autor=Taz |url=https://taz.de/Klimaproteste-in-Corona-Zeiten/!5668682/ |titel=„Klimaproteste in Corona-Zeiten“ |datum=2020-03-16 |sprache=de-DE |abruf=2020-03-17}}</ref>

== Sonstiges ==

Am denkmalgeschützten [[Sender Dobl]] aus um 1940, südwestlich von Graz steht ein hölzerner Kühlturm mit achteckigem Grundriss von etwa 7 m Breite, sich nach oben konisch verjüngend und etwa 20 m Höhe. Um 2000 war er stark mit Tauben besiedelt.

Die [[Doka Group]] hat eine selbstkletternde Kühlturmschalung zur Fertigung von hyperparaboloiden Naturzugkühlern mit täglichem Stahlbeton-Fertigungstakt entwickelt. 22° Neigung von der Vertikalen und minimal 70 m Krümmungsradius vertikal sind möglich.<ref>[https://www.doka.com/de-CH/system-groups/doka-climbing-systems/automatic-climbing-formwork/climbing-tower-formwork-sk175/index Kühlturmschalung SK175 - Die selbstkletternde Schalung für Kühltürme] doka.com, abgerufen am 29. Oktober 2019.</ref>

== Siehe auch ==
* [[Liste der höchsten Kühltürme in Deutschland]]

== Quellen ==
<references />

== Weblinks ==
{{Commonscat|Cooling towers|Kühlturm}}
{{Wiktionary|Kühlturm}}
* [http://gea-energytechnology.com/opencms/opencms/gem/de/animations/wet_cooling_tower.html Animation zur Funktionsweise eines Hybridkühlturms]
* Hartlieb, Norbert (enpros consulting GmbH): [http://www.enpros.de/de/download/Media/KLB_EPC_101015ExpertiseKhlungsvariantenRev3.pdf ''Expertise zum Vergleich verschiedener Kühlungsvarianten für das geplante Gas- und Dampfturbinenheizkraftwerk Klingenberg im Bezirk Lichtenberg von Berlin''] (15. Oktober 2015, abgerufen im Oktober 2015)

{{SORTIERUNG:Kuhlturm}}
[[Kategorie:Kraftwerkskomponente]]
[[Kategorie:Kühltechnik]]
[[Kategorie:Bauform (Turm)]]
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 == Bauformen ==
-=== Naturzug-Kühlturm ===
+=== Naturzug-Kühlturm! ===
 Naturzug-Kühltürme sind meist als Schalentragwerke aus Beton errichtet und haben im Prinzip die Form von [[Rotationshyperboloid]]en, zuerst ausgeführt in den Niederlanden von [[Frederik van Iterson]] (1915). Hierbei ist diese geometrische Form aber nur bis zu etwa einem Viertel der oberen Hälfte des Hyperboloids ausgeführt, der obere Rand hat deshalb einen deutlich kleineren Durchmesser als der untere Rand. Bei dieser Form handelt es sich um eine [[Regelfläche]], die einfach mit gekreuzten geraden [[Stahl]]trägern aufgebaut werden kann, wodurch die Baukosten gegenüber anderen Formen gesenkt werden. Die Aussteifung der [[Schale (Technische Mechanik)|Schale]] erfolgt über den oberen und unteren Ring.

„Kühlturm“ – Bearbeiten

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