Zur Visualisierung des Tropfenauswurfs sowie zur Bestimmung des Tropfenspektrums kommen aktive und passive Tropfenmessverfahren (Impaktorverfahren) zum Einsatz, bei denen die Tropfen durch Trägheitskräfte auf einer Impaktorfläche abgeschieden werden. Das Verfahren ist in der Richtlinie VDI 3679-3 vom August 2019 beschrieben.

Die Impaktoroberfläche ist mit einer wassersensitiven, farbreaktiven Membran (sensitive paper) oder mit einer Feinstaubschicht (MgO) belegt, sodass die Tropfen als Farbflecken oder als Einschlagkrater abgebildet werden. Die Verknüpfung von Fleck- bzw. Kraterdurchmesser zum verursachenden Tropfendurchmesser wird für die eingesetzten Impaktoren mittels monodisperser Tröpfchen vom Hersteller bestimmt.

Der Faktor zwischen Tropfen- und Farbfleckgröße liegt bei der von uns eingesetzten wassersensitiven Membran bei 2, d.h. der Einschlag eines Tropfens mit z.B. 20 µm aerodynamischen Durchmesser verursacht einen Farbfleckdurchmesser von 40 µm. Die Auswertung der Impaktoren erfolgt über photographische Vergrößerungstechniken, bzw. durch ein Auflichtmikroskop durch klassierendes Auszählen der Tropfenspuren und liefert sowohl die Tropfengrößenverteilung als auch – durch Integration derselben – die flächenbezogene Tropfenmassenstromdichte.

Das Bild-Beispiel rechts oben zeigt Aerosoleinschläge auf der wassersensitiven Membran (Fortluft konventionelle Verdunstungskühlanlage; nach Tropfenabscheider; Expositionszeit 15 Sekunden).

Das Bild-Beispiel rechts unten zeigt eine wassersensitive Membran nach Exposition mit Fortluft einer adiabaten Kühlanlage (Expositionszeit 360 Sekunden – kein Aerosoleinschlag erkennbar).

Die Durchmesseruntergrenze der mit diesen Verfahren noch nachzuweisenden Tropfen liegt bei 5 – 10 µm. Passive Impaktoren werden für eine definierte Zeit (i.d.R. 15 Sekunden bis 5 Minuten) der tropfenbeladenen Strömung derart exponiert, dass die Strömung orthogonal auf der Impaktorfläche steht. Sie nutzen die Eigengeschwindigkeit der Tropfen zur Probenahme. Da mit abnehmender Geschwindigkeit die Auftreffwahrscheinlichkeit der kleinen Tropfen immer geringer wird, ist der Anwendungsbereich dieser Methode auf Strömungsgeschwindigkeiten oberhalb ca. 2 m/s begrenzt.

Warum ist es wichtig bei einer Verdunstungskühlanlage die Masse des Auswurfs an Aerosolen zu kennen sowie die Aerosolgrößenverteilung?

Neben der mikrobiologischen Last, welche Aerosole in sich beherbergen können, sind die Masse des Aerosolauswurfs sowie die Aerosolgrößenverteilung die maßgeblichen Faktoren für das Gefährdungspotential, welches von einer Verdunstungskühlanlage ausgeht. Während man versucht die bakterielle Last durch regelmäßige Kühlwasseruntersuchungen nach §3(8) der 42. BImSchV einzuschätzen, wird die Aerosol-Auswurf-Masse sowie die Aerosol-Größenverteilung leider viel zu selten kontrolliert.

Dabei gilt es nach §3(2) der 42. BImSchV den Nachweis zu führen, dass der Tropfenauswurf oder die Driftrate gemäß dem Stand der Technik effektiv minimiert wird. Maßgeblich für den Stand der Technik sind die Vorgaben der Eurovent. Auf der nachfolgenden Seite finden Sie dazu eine aktuelle Information.

Um die Anlage verordnungskonform zu betreiben, sollte die Driftrate einen Wert von 0,01% der umlaufenden Wassermenge nicht überschreiten, bzw. idealerweise einen Wert von 0,002% (siehe Folgeseite). Beispiel: Liegt die umlaufende Kühlwassermenge z.B. bei 150 m³/h, so sollte der Aerosolauswurf bei < 15, bzw. idealerweise bei < 3 Liter/Stunde liegen.

Neben dieser Masse des Auswurfs ist es sehr wichtig die Aerosolgrößenverteilung zu kennen. Im Bildbeispiel rechts bestimmen die beiden erkennbaren Tröpfchen mit Durchmessern von etwa 250 µm ganz maßgeblich die Masse des gesamten Aerosol-Auswurfs. Von Aerosolen dieser Größenordnung geht jedoch oft kein Gefährdungspotential mehr aus, weil sie aufgrund ihrer Mineralisierung nicht mehr auf ein lungengängiges Restaerosol schrumpfen können (abhängig von der Mineralisierung des Kühlwassers, aus dem die Aerosole entstammen). Solch große Tröpfchen liefern aber auch den Hinweis, dass im Bereich der Tropfenabscheider irgendetwas nicht in Ordnung ist, so dass eine eingehendere Inspektion dieses Bauteils erfolgen sollte.

Von den auf dem Impaktor erkennbaren kleinen Aerosolen geht vor allem im Nahbereich einer Verdunstungskühlanlage das maßgebliche Gefährdungspotentials aus, während diese aufgrund ihrer raschen Verdunstung (je nach rel. Feuchte zumeist innerhalb von wenigen Sekunden) erheblich an Gefährdungspotential verlieren. In entfernteren Bereichen sind dagegen Aerosole einer mittleren Größenordnung gefährlich, welche auf ihrer Reise zu Immissionsorten auf lungengängige Größe schrumpfen können. Die Anzahl der potenziell inhalierbaren Aerosole ist oft entscheidender für das Gefährdungspotential als die Gesamtmasse.

Eine orientierende Bestimmung über das Impaktorverfahren nach VDI 3679-3 ist recht einfach und schnell durchführbar. Für exakte Bestimmungen des Auswurfs durch Langzeitmessung sowie vor allem der Bestimmung der bakteriellen Belastung der Fortluft, z.B. mit Legionellen, stehen wir Ihnen mit einem speziellen Sammler zur Verfügung.

Eurovent Certita Certification freut sich, die Änderung der Schwellenwerte für die Driftratenzertifizierung bekannt zu geben. Dies geschieht in Anerkennung der weltweiten Industriestandards und Anreizsysteme für die Driftrate, d.h. LEED-Bewertungssystem für grüne Gebäude, spanische UNE100030:2017, französische Norm NF E 38-424 und mehrere andere geografische Regionen weltweit für Gegenstrom-, Kreuzstrom-, integrierte und nicht-integrierte Tropfenabscheidertypen.

Die Gewährleistung der Wirksamkeitsrate (in Prozent) eines Kühlturms oder Tropfenabscheiders wird nicht nur in Europa, sondern auch weltweit immer wichtiger. Vor dieser Aktualisierung der Technischen Zertifizierungsregeln (TCR) ECP-14-DE 2023 wurde die zertifizierte Driftleistung mit einer Driftrate von 0,01 % bei einem durchschnittlichen Luftstrom von 3,0 bis 3,5 m/s angegeben. Jetzt hat Eurovent jedoch gemeinsam mit Branchenexperten die Bedeutung der Zertifizierung von reduzierten Driftraten mit Sicherheit überprüft und seine Zertifizierungsnorm überarbeitet, um die steigende Nachfrage der Branche nach einer Driftrate von 0,002 % bei deklarierten Bedingungen der durchschnittlichen Luftgeschwindigkeit zu berücksichtigen (siehe Diagramm 2).

Kontrollierte Labortests werden in einer neu entwickelten 4JTECH-Testlaboreinrichtung in Prag, Tschechische Republik, zusammen mit der in den USA ansässigen McHale Associates Inc. durchgeführt, einer vom Cooling Technology Institute (CTI) lizenzierten Prüfstelle für Drifteliminator-Tests. Bei den Tests wird die von Eurovent zertifizierte Leistungsprüfungsnorm ECP-14-DE für Labordrifttests verwendet, wobei der isokinetische Drifttestcode ATC-140 zum Einsatz kommt.

Was also ist Drift?

Unter Drift versteht man den unerwünschten Verlust von flüssigem Wasser an die Umgebung durch kleine Tröpfchen, die in den Abluftstrom eines Verdunstungswärmerückgewinnungsprodukts, z. B. eines Kühlturms, gelangen. Die Wassertröpfchen tragen dabei Chemikalien und Mineralien mit sich und belasten so die Umgebung. Die Abdrift ist nicht zu verwechseln mit der Abluftfahne, die das wolken- oder nebelartige Ergebnis des Verdampfungsprozesses ist und üblicherweise von solchen Kühltürmen ausgestoßen wird. Während es sich bei der Abluftfahne um kondensierenden Wasserdampf aus der Verdunstung handelt, sind es bei der Abdrift tatsächliche Tröpfchen, und diese Tröpfchen enthalten die Chemikalien und Feststoffe, die im zirkulierenden Wasser enthalten sind – und ggf. eben auch die Bakterien des Kühlwassers, wie z.B. Legionellen.