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Einrichtung zur Verhütung eines Brandes in einem mit brennbaren Rieseleinbauten
versehenen Kühlturm Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verhütung eines
Brandes in einem mit brennbaren Rieseleinbauten versehenen Kühlturm während einer
längeren Stillstandsperiode.
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In den letzten Jahren hat die- Entwicklung von Klimaanlagen für Gebäude
die Zahl der in Benutzung befindlichen Kühltürme erheblich anwachsen lassen. Kühltürme,
die für die Klimatisierung von Luft oder in Verbindung mit anderen Systemen, welche
Kühlwasser benötigen, benutzt werden, werden in üblicher Weise auf dem Dach des
Gebäudes untergebracht, welches mit klimatisierter Luft beschickt werden soll. Übliche
Kühltürme haben die Form eines Kamines mit einem Außenmantel, durch den die Luft
aufwärts strömt, und Mittel zur Flüssigkeitsverteilung, die das Wasser auf eine
Packlage oder Rieseleinbauten leiten, durch. die es auf Grund der Schwerkraft hindurchfließt.
Die Luftströmung kann durch Schornsteinwirkung herbeigeführt werden, jedoch wird
üblicherweise- ein Gebläse für den Umlauf der Luft durch den Mantel vorgesehen.
Das der Packlage oder den Rieseleinbauten zugeführte Wasser tropft oder rieselt
infolge der Schwerkraft von einer Fläche auf die nächste, so daß dadurch der Bereich
der Flächenberührung, zwischen der Flüssigkeit und der Luft erhöht wird.
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Es können verschiedene Materialarten für den Mantel und die Packlage
bzw. Einbauten eines Kühlturmes verwendet werden.. Viele Kühltürme haben einen Holzmantel
und eine Packlage aus Holz, z. B. aus Zypressenholz, und- die Packlage kann in Form
dünner Streifen in aufeinanderfolgenden Schichten übereinander angeordnet sein,
wobei die dünnen Streifen der aufeinanderfolgenden Schichten rechtwinklig zueinander
liegen. Es sind, auch Einbauten aus anderen Materialien, z, B: aus Metall oder Asbestzement,
in Benutzung, aber diese haben Nachteile, die sie im- allgemeinen den Anforderungen
nicht gerecht werden lassen. Zum Beispiel weisen. gewellte Metallpacklagen eine
außergewöhnliche Zersetzung infolge Korrosion oder anderer chemischer Reaktionen
auf. Rieseleinbauten aus Asbestzement sind teuer herzustellen und haben ein sehr
hohes Gewicht. Eine andere Art der Packlagen, die im weiten Umfange benutzt wird,
besteht aus gewelltem Papier, welches mit einem Harz imprägniert ist.
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Bei der Luftklimatisierung in Gebäuden wurde festgestellt, daß mehr
und mehr Brände in den Kühltürmen während der Wintermonate auftreten, in denen sie
nicht in Betrieb sind. Während des Winters wird der Kühlturm in üblicher Weise von
Wasser entleert, um ein Gefrieren zu verhindern, auch dann, wenn es wünschenswert
sein kann, den Kühlturm während warmer Zeiten zu betreiben. Durch diese Abschaltung.
während des Winters trocknet der Kühlturm aus, insbesondere dann, wenn die Packlage
bzw. die Rieseleinbauten aus Holz bestehen. Es besteht die Gefahr, daß Funken aus
Kaminen in die trockene Packlage fallen und zu einem Brand führen. Eine Packlage
aus im Abstand voneinander angeordneten Streifen aus Holz brennt natürlich gut.
Das Flüssigkeitsverteilungssystem für den Turm bildet keine Abhilfe während der
Stillstandsperiode, da übliche Steuerungen im Falle eines Brandes kein Wasser zuführen
werden, und wenn ein solcher Brand entdeckt wird, ist es gewöhnlich zu spät, um
ihn zu löschen. Infolgedessen brennt der Kühlturm vollständig aus,. was zu einem.
totalen Verlust führt-.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine wirkungsvolle Einrichtung
zur Verhütung eines Brandes in mit brennbaren Rieseleinbauten versehenen Kühltürmen
zu schaffen,.. die einfach und billig im Aufbau ist und äußerst zuverlässig arbeitet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, im Innern
des Kühlturmes einen oder mehrere Thermostaten einer an sich bekannten elektrischen
Alarmanlage zur Anzeige von unzulässig hohen Temperaturen über die Rieseleinbauten
verteilt
anzuordnen und durch die Anzeige des oder der Thermostaten
über eine Steuerung im Falle eines Brandes die den Kühlturm während des Betriebes
mit Rieselwasser versorgende Umwälzpumpe in Betrieb zu setzen.
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Die Erfindung wird nun im einzelnen an Hand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert, und zwar zeigt das Ausführungsbeispiel
eine schematische Ansicht eines Luftklimasystems und Kühlturmes für ein Gebäude
mit den neuen Merkmalen der Erfindung, um das Flüssigkeitsverteilersystem des Turmes
automatisch zu betätigen und dieses System als Feuerlöscher im Fall eines Brandes
zu verwenden.
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Auf dem Dach 2 ist ein Kühlturm 3 montiert, durch den Kühlwasser dem
System zugeführt wird. Die Unterteilungen 4 und 5 sind nur dargestellt, um zu zeigen,
daß das Gebäude in unterschiedliche Räume oder Bereiche unterteilt sein kann, die
unterschiedliche Luftzustandsforderungen aufweisen. Zum Beispiel können bestimmte
Räume oder Bereiche 6 und 7 ein Kühlen erfordern, während ein Bereich 8 eine Erwärmung
erfordern kann.
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Das dargestellte Klimasystem besteht aus mehreren Kühleinheiten
10, 11 und 12 in Reihe. Jede Kühleinheit besteht aus einem Kompressor
10 a,11 a
und 12 a, einem Kondensator 10 b, 11 b und
12 b und einem Verdampfer 10 c,11 c und 12 c. Jeder Kompressor 10
a, 11 a und 12 a liefert Kaltdampf mit hohem Druck zu dem entsprechenden
Kondensator 10 b, 11 b und 12 b, wo ein Gefriermittel durch Abnahme der latenten
Verdampfungswärme bei verhältnismäßig hoher Temperatur verflüssigt wird. Das flüssige
Kühlmittel jeder Einheit strömt dann aus dem Kondensator 10 b,11 b und 12 b zu dem
entsprechenden Verdampfer 10 c,11 c und 12 c über eine Verbindung mit einem überdruckventil
10 d, 11 d und 12 d. Die überdruckventile 10 d,11 d
und
12 d steuern die Strömung des flüssigen Kühlmittels zu den Verdampfern 10
c,11 c und 12 c, sobald die Kompressoren 10 a,11 a und 12 a Kühlmitteldampf
aus den Verdampfern mit niedrigem Druck absaugen, um ein Verdampfen des Kühlmittels
und eine Absorption der Wärme bei verhältnismäßig tiefer Temperatur zu erreichen.
Die durch die Verdampfer bei verhältnismäßig niedriger Temperatur absorbierte Wärme
wird in den Kondensatoren 10 b,11 b und 12 b auf ein Kühlmedium,
z. B. Wasser, übertragen, welches dem Kühlturm 3 zugeführt wird, wo die Wärme durch
Verdampfung eines Teils des Wassers an die Außenatmosphäre übergeht. Mindestens
einer der Kondensatoren 10 b, 11 b und 12 b ist ein Doppelkondensator mit zwei getrennten
Strömungswegen für ein Wärmeübertragungsmittel, z. B.- das zu kühlende Turmwasser
oder ein aufzuheizendes Mittel. Im Ausführungsbeispiel sind die Kondensatoren 11
b und 12 b der beiden Einheiten 11 und 12 Doppelkondensatoren.
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Ein geschlossener Kreislauf 13 für ein einen gewünschten Zustand
herstellendes Medium verbindet die Verdampfer 10 c,11 c und 12 c der Kühleinheiten
10, 11 und 12 in Reihe, und der Kreislauf enthält eine Pumpe 14, um das den
gewünschten Zustand herstellende Mittel durch den Kreislauf zirkulieren zu lassen.
Der Kreislauf 13 weist einen Anschluß 15 hinter der Pumpe 14 auf, der durch die
Verdampfer 10 c, 11 c und 12 c führt, ferner führt ein Anschluß 16 durch den einen
Weg der Doppelkondensatoren 11 b und 12 b. Der Anschluß 15 ist mit einer oder mehreren
Wärme übertragenden Windungen 17,18 und 19 verbunden, und eine Rücklaufleitung 20
verbindet alle Windungen mit der Pumpe 14. Der Anschluß 16 ist ebenfalls
mit jeder Windung 17, 18 und 19 verbunden, so daß mit Hilfe je eines Ventils
21, 22 und 23 für jede Windung 17,18,19 entsprechend den Anforderungen die Zufuhr
von gekühltem oder heißem Wärmeübertragungsmedium gesteuert werden kann. Somit besteht
das Kühlsystem aus einer Kühlwasserleitung 15, einer Heißwasserleitung 16 und einer
gemeinsamen Rücklaufleitung 20, wie es in der Technik als Dreirohr-System
zur Erwärmung und Kühlung bekannt ist. Das die Wärme austauschende Medium kann Wasser
sein, es ist aber vorteilhaft, eine nicht frierende Lösung, die z. B. Äthylenglycol
enthält, zu verwenden.
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Die Kondensatoren 10 b,11 b und 12 b sind vorzugsweise sogenannte
Rohrmantelkondensatoren aus einem Mantel 24, im Abstand angeordneten Rohrlagen 25
und 26, Kopfteilen 27 und 28 und Rohren 29. Zusätzlich haben die Doppelkondensatoren
11 b und 12 b Unterteilungswände 30 und 31 zwischen den Kopfseiten 27, 28 und den
Rohrwänden 25 und 26, um dadurch den Kondensator in zwei Strömungswege zu unterteilen.
Wie in der Einheit 11 gezeigt ist, wird heißer Kühlmitteldampf dem Mantel
24 in dem Raum zwischen den Rohrwänden 25 und 26 und um die Außenseiten der Rohre
29 zugeführt und die Wärme des Kühhnitteldampfes entweder an das durch die Rohrleitung
16 strömende Mittel oder an eine kühlende Flüssigkeit übertragen, die in einem offenen
Kühlwasserkreislauf 35 geführt wird.
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Der offene Kühlwasserkreislauf 35 verbindet den Kühlturm 3 und die
Kondensatoren 10 b,11 b und 12 b und enthält eine Pumpe 36 für die Umwälzung des
Kühlwassers. Der Kreislauf 35 verbindet den Sumpf 39 des Kühlturmes 3 mit einem
Ende des Kondensators 10 b, und dieser Teil hat Abzweigungen 35 a
und 35 b mit Ventilen 37 und 38 in diesen Abzweigungen, um das Kühlwasser
durch die Kondensatoren in Serien- oder Parallelanordnung führen zu können. Wie
sich aus der Ztichnung ergibt, strömt das Wasser durch den oberen Rohrsatz 29 der
Kondensatoren 11 b und 12 b. Die Pumpe 36 befindet sich am Auslaßende des Kondensators
12 b und leitet das zu kühlende Wasser zu der Oberseite des Kühlturmes 3, wodurch
der Kreislauf geschlossen wird.
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Der Kühlturm 3 besteht aus einem Mantel 40 mit Rieseleinbauten
41 innerhalb des Mantels. Sowohl der Mantel 40 als auch die Einbauten 41 können
aus Holz bestehen, z. B. Zypressenholz, welches gegen Verfaulen besonders widerstandsfähig
ist. Die die Rieseleinbauten bildende Packlage besteht aus dünnen Platten 42, die
mit Abstand parallel in aufeinanderfolgenden Lagen montiert sind, wobei die benachbarten
Lagen rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Oberhalb der Packlage 41 befindet
sich ein Flüssigkeitsverteiler 43 irgendeiner üblichen Form, z. B. in Form von Sprühdüsen,
Trögen od. dgl., wie sie in Kühltürmen verwendet werden. Im Beispiel sind Sprähdüsen
44 dargestellt, durch die das zu kühlende Wasser auf die Oberseite der Packlage
41 versprüht wird. Öffnungen 45 sind in den Seiten des Mantels 40 in Nähe des Turmbodens
3 vorgesehen, und ein durch einen Motor 47 angetriebenes Gebläse 46 ist oberhalb
des Turmes
angeordnet, um die Luft aufwärts durch die Packlage 41
entgegen der durch die Schwerkraft gegebenen Richtung des strömenden Wassers zu
bewegen.
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Entsprechend der Erfindung ist vorgesehen, den Flüssigkeitskreislauf
35 und die Verteilermittel 43 des Kühlturmes 3 als Brandlöschsystem zu verwenden,
wenn der Kühlturm während der Wintermonate nicht in Betrieb ist oder aus einem anderen
Grunde abgeschaltet ist. Die Anordnung sieht eine Steuerung zur Betätigung der Pumpe
36 im Kreislauf 35 entweder in üblicher Weise oder als Teil eines Feuerlöschsysterns
vor. Zu diesem Zweck ist ein Tank 50 in dem Gebäude unterhalb des Daches 2 und des
Kühlturmes 3 vorgesehen, in den das Wasser aus dem Kühlturm 3 während der Wintermonate
zur Verhinderung des Einfrierens entleert werden kann. Somit bildet der Wassertank
50 einen zusätzlichen Sumpf für den Kühlturm und ermöglicht die Inbetriebnahme des
Kühlturmes zu jedem beliebigen Zeitpunkt, oder er bildet eine Wasserquelle zum Löschen
eines Brandes im Kühlturm.
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Der Tank 50 ist an einen Leitungsarm 35 c des offenen Kühlwasserkreislaufes
35 über ein Ventil 51 angeschlossen. Im normalen Betrieb ist das Ventil 51 geschlossen,
und die Pumpe 36 wird durch einen thermostatisch betätigten doppelpoligen Schalter
52 in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmeübertragungsmittels in der Heißwasserleitung
16 des geschlossenen Kreislaufes 30 beim Verlassen des Kondensators 12 b gesteuert.
Der Schalter 52 hat einen Kontakt 52 a, der mit der einen Phase P1 einer
Netzleitung verbunden ist, und einen beweglichen Kontakt 52 b, der mit der
Motorwicklung der Pumpe 36 verbunden ist. Das entgegengesetzte Ende der Pumpenwicklung
ist mit der anderen Phase P2 der Netzleitung verbunden. Der Schalter 52 hat ferner
einen zweiten Kontakt 52 c und einen beweglichen Pol 52 d, der über
eine Leitung 53 mit dem Motor 47 zur Betätigung des Gebläses 46 verbunden
ist. Das andere Ende der Motorwicklung ist über eine Leitung 54 mit der Netzleitung
P2 verbunden. Die beiden beweglichen Kontakte 52 b und 52 d des thermostatischen
Schalters 52 werden gleichzeitig durch einen Blasebalgmotor 55 eines Thermostaten
betätigt, der von einem auf die Temperatur in der Heißwasserzweigleitung
16 ansprechenden Kolben 56 dargestellt wird. Wenn somit die Temperatur des
Wärmeübertragungsmediums, welches den Kondensator 12 b verläßt, eine festgelegte
Temperatur, z. B. 40° C, überschreitet, schließt der thermostatische Schalter 52
die Kontakte 52 a, 52 b und 52 c, 52 d,
um den Betrieb der Pumpe 36
und des Gebläses 46 einzuleiten. Die Pumpe 36 läßt dann das Kühlwasser durch die
Kondensatoren 10 b,11 b und 12 b zirkulieren, um die Temperaturen in den
Kondensatoren herabzusetzen, und leitet das Wasser zu dem Kühlturm 3, wo die in
den Kondensatoren absorbierte Wärme an die Außenatmosphäre abgegeben wird. Sobald
die Temperatur in der Leitung 16 auf einen festen Wert absinkt, z. B. auf etwa 38°
C, wird der thermostatische Schalter 52 erneut betätigt, um den Antrieb der Pumpe
36 und den Betrieb des Kühlturmes 3 zu unterbrechen. Es ist jedoch verständlich,
daß auch eine andere geeignete Steuerung, entweder von Hand oder automatisch, verwendet
werden kann, um die Pumpe und das Gebläse in Gang zu setzen oder anzuhalten. Der
Auslaß der Zweigleitung 35 c aus dem Tank 50 kommuniziert offen mit der Zweigleitung
35 d, so daß das Wasser aus dem Sumpf 39 des Kühlturmes 3 in den Tank zwischen
den Arbeitszyklen zurückkehren kann. Während des Betriebes wird Wasser in den Rieseleinbauten
41 zurückgehalten. Ersatzwasser wird dem Tank 50 aus einer Druckleitung 57 über
ein Ventil 58 zugeführt, welches durch einen Schwimmer 59 gesteuert wird.
Das Wasser wird während des Betriebes auf einem Pegel L 1 gehalten und auf einem
anderen Pegel L 2, wenn das Ventil 51 geöffnet wird, um das Wasser aus dem Sumpf
39 ablaufen zu lassen und den Kühlturm abzuschalten.
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Neben dem thermostatischen Schalter 52 wird die Pumpe 36 durch einen
zweiten thermostatischen Schalter 60 gesteuert, dessen Kontakt
60 a mit der Phase P1 der Netzleitung verbunden ist, während der bewegliche
Kontakt 60 d über eine Leitung 63 mit dem Pumpenmotor verbunden ist. Der Schalter
60 wird durch einen Blasebalgmotor 64 betätigt, der durch mehrere Thermostaten
65 gesteuert wird, die in unterschiedlichen Bereichen der Rieseleinbauten 41 des
Kühlturmes 3 angeordnet sind. Der Balg 64 und die Thermostaten 65 enthalten eine
sich verflüchtigende Flüssigkeit, die bei einer bestimmten Temperatur, z. B. 66°
C, verdampft und einen ausreichenden Druck erzeugt, um den Schalter 60 zu
schließen.
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Wenn die atmosphärische Temperatur sich oberhalb der Gefriertemperatur
befindet und der Kühlturm 3 in Betrieb ist, ist das Ventil 51 in der Zweigleitung
35 c geschlossen, so daß das Kühlwasser durch die Zweigleitung 35 d strömt.
Wenn die Luftklimaanlage in Betrieb ist, schickt die Pumpe 14 das den gewünschten
Klimazustand herstellende Medium durch die Verdampfer 10 c,11 c und 12 c der Kühleinheiten
10,11 und 12, um gekühltes Wasser in der Zweigleitung 15 zu erzeugen, bzw. durch
die Kondensatoren 11 b und 12 b, um Heißwasser in der Zweigleitung 16 zu
erzeugen. Die Ventile 21, 22 und 23 steuern die Strömung von Heißwasser oder
gekühltem Wasser zu den Windungen 17,18 oder 19,
wie gefordert wird,
und das Medium fließt durch die Rücklaufleitung 20 zur Pumpe 14 zurück.
Wenn die Belastung in dem geschlossenen Kreislauf 13 eine überwiegende Kühlbelastung
wird mit einer begrenzten Zirkulation in der Heißwasserleitung durch die Kondensatoren
11 b und 12 b, kann die Temperatur des Mediums in der Heißwasserleitung
16 über die zulässige Betriebstemperatur ansteigen, die durch den Kolben
56 erfühlt wird und über den Blasebalg 55 zum Schließen des thermostatischen Schalters
52 führt. Das Schließen der Schaltkontakte 52 a, 52 b
und 52 c, 52
d setzt den Pumpenmotor 36 und den Gebläsemotor 37 in Gang, um Wasser und Luft durch
den Kühlturm 3 zirkulieren zu lassen. Das Strömen des Kühlwassers aus dem Sumpf
39 des Kühlturmes 3 durch die Zweigleitung 35 d und die Kondensatoren 10
b,11 b und 12 b nimmt die Verdampfungswärme aus dem Kühlmittel ab und läßt es zu
einer Flüssigkeit kondensieren. Das Kühlwasser wird dann dem Kühlturm 3 durch die
Pumpe 36 wieder zugeführt, wo es erneut durch Verdampfung eines Teils des Wassers
gekühlt wird. Ergänzungswasser wird dem Kreislauf durch die Speiseleitung 57 zugeführt,
die einen festgelegten Pegel L 1 im Tank 50 aufrecht erhält. Somit arbeiten das
Klimasystem und der Kühlturm 3 so, daß Wärme aus dem
Innern des
Gebäudes abgeleitet wird und daß die Wärme durch den Kühlturm in die umgebende Atmosphäre
übergeht.
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Während des Winters, wenn sich die Temperatur unterhalb der Gefriertemperatur
befindet, oder zu einer Zeit, in der der Kühlturm abgeschaltet werden soll, ist.
das Ventil 51 geöffnet, so daß das Wasser aus dem Turm 3 in den Tank 50 entleert
wird, um ein Gefrieren zu verhindern. Der Kühlturm 3 kann jedoch jederzeit betätigt
werden, wenn Kühlwasser durch die Pumpe 36 umgewälzt wird, wobei das Kühlwasser
aus dem Tank 50 dem Kühlturm zugeleitet wird und dann aus dem Kühlturm zurück
in den Tank fließt. Ein solcher Betrieb des Kühlturmes 3 kann an besonders warmen
Wintertagen erwünscht sein, wenn der Betrieb des Klimasystems notwendig wird, um
entsprechende Bedingungen aufrechtzuerhalten.
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In den Fällen, in denen der Kühlturm 3 abgeschaltet worden ist und
ein Funken aus einem Kamin oder Schornstein der Nachbarschaft die ausgetrockneten
Rieseleinbauten im Turm 3 gezündet hat, wird der Thermostat 65; welcher dem Brandherd
am nächsten liegt, ansprechen und damit den Schalter 60 schließen. Das Schließen
des Schalters 60 leitet dann den Betrieb der Pumpe 36 ein, die Wasser aus dem Tank
50 dem Flüssigkeitsverteiler 43 oberhalb der Kieseleinbauten zuleitet und das Wasser
auf die Einbauten sprüht, um die Flamme zu löschen. Während des Betriebes der Pumpe
36 wird Wasser dem Tank 50 über die Ergänzungsleitung 57 kontinuierlich zugeführt,
und zwar durch Steuerung mittels des Schwimmers 59, so daß immer genügende Wassermengen
verfügbar sind. Sobald der Brand gelöscht worden ist, sinkt die Temperatur. ab,
der Schalter 60 öffnet sich, und der Betrieb der Pumpe wird unterbrochen. Gemäß
der Erfindung wird das Berieselungssystem des Kühlturmes selbst zum Löschen eines
Feuers benutzt, welches im Kühlturm während einer längeren Abschaltperiode auftreten
kann, außerdem kann die für die Feuerbekämpfung vorgesehene Einrichtung in vorteilhafter
Weise zur Entleerung des Kühlturmes während der Wintermonate verwendet werden, um
das Einfrieren des Kühlturmes zu verhindern.