Градирни - виды, назначение, принцип работы

Градирни служат для охлаждения теплоносителя, циркулирующего в замкнутых системах, с помощью воздуха из окружающей среды.

Градирни позволяют эффективно охлаждать большие объемы теплоносителя при небольших энергозатратах и не используют для этого хладагенты, поэтому могут считаться экологичным решением.

 

---

• Классификация - какие бывают градирни
• Эжекционные градирни
• Вентиляторные градирни
• Башенные градирни
• Закрытые градирни
• Сухая градирня или драйкулер
• Выбор типа градирни для конкретных условий

---

 

Классификация - какие бывают градирни

В зависимости от решаемых задач, существует множество различных типов градирен. В данной статье мы остановимся на наиболее распространенных разновидностях этого оборудования.

Все градирни подразделяются на две большие категории:

• испарительные или мокрые градирни,
• сухие градирни или драйкулеры.

В градирнях испарительного типа охлаждение теплоносителя происходит за счет испарения влаги в окружающую среду. Принцип их работы состоит в том, что в процессе испарения расходуется энергия, и эту энергию «отнимают» у жидкости, которую требуется охладить. Известно, что чтобы испарить 1 кг воды необходимо затратить 0,67 кВт энергии, поэтому при испарении больших объемов влаги теплопотери будут значительными. Испарение в градирне происходит с помощью принудительной циркуляции подаваемого воздуха.

Сухие градирни охлаждают теплоноситель без подачи воды (поэтому они и называются сухими), только за счет направленного воздушного потока, который, нагреваясь, уносит с собой часть «отнятого» тепла. Понятно, что эффективность драйкулера всегда меньше, чем эффективность испарительной градирни, и в жаркую погоду она минимальна.

Испарительные (их еще иногда называют мокрыми градирнями, в отличие от «сухих» драйкулеров) градирни в свою очередь делятся на:

• открытые градирни,
• закрытые градирни.

Градирни открытого типа отличаются более простым устройством по сравнению с закрытыми. В открытых градирнях охлаждаемый теплоноситель имеет непосредственный контакт с окружающей средой, т.е. с подаваемым воздухом.

Существуют два основных типа открытых градирен:

• эжекционные,
• оросительные.

В оросительных градирнях подача воздушных масс производится с помощью центробежных или осевых вентиляторов. Градирни такого типа незаменимы, когда потребителю, например, холодильной машине, необходимо охлаждать большое количество теплоносителя, а также в ситуации, когда требуется получить на выходе теплоноситель с низкими значениями температуры.

Но и это не все - оросительные градирни также подразделяются на:

• вентиляторные градирни,
• башенные градирни.

Эжекционные градирни

Принцип действия эжекционной градирни таков. Горячий теплоноситель подается в градирню с большой скоростью, порядка 16-20 м/с, и через очень мелкие отверстия (эжекторы). В результате образуется мелкодисперсная водяная пыль, которая, двигаясь очень быстро, образует внутри градирни область пониженного давления. За счет этого, совместно с влагой, через эжекторы внутрь градирни затягивается холодный атмосферный воздух.

В результате этого происходит теплообмен, который производится на всей поверхности капель. Понятно, что площадь соприкосновения холодного воздуха и горячих капель очень велика, поэтому эффективность теплообмена большая.

Основное назначение эжекционной градирни - охлаждение очень горячего теплоносителя. Она может эффективно работать при температуре охлаждаемой жидкости 50°С, 60°С и даже выше, другие градирни на такое не способны. Но за все надо платить, и эжекционная градирня имеет несколько серьезных недостатков:

• чтобы подавать теплоноситель внутрь с большой скоростью, требуется обеспечить на входе высокое давление жидкости: 0,3-0,4 МПа. А это означает, что в эжекционной градирне требуется установить водяной насос повышенной мощности. Больше мощность - больше эксплуатационные расходы, а также больше и износ трубопроводов подачи теплоносителя;
• в холодное время года эксплуатация эжекционных градирен сильно затруднена, т.к. водяная пыль легко замерзает;
• это, пожалуй, самый неэкономичный вариант с точки зрения расхода испаряемого теплоносителя, значительная часть которого просто улетает в атмосферу. Использование каплеуловителей на выходе воздушного потока невозможно, так как это сильно ухудшает эффективность работы эжекционной градирни.

Вентиляторные градирни

В вентиляторных градирнях охлаждение теплоносителя осуществляется благодаря подаче на него воздушных масс с помощью специальных вентиляторов - центробежных или осевых. Наибольшее распространение в зонах с умеренным климатом получили вентиляторные градирни противоточного типа. В таких градирнях поток воздуха движется навстречу потоку влаги, отсюда и название - «противоточные».

Другие публикации TopClimat.ru по теме
	Холодоснабжение и холодильное оборудование - то, что следует знать перед выбором
	Что выбрать – кондиционеры с водяным охлаждением конденсатора или систему чиллер-фанкойл?

Конструктивно вентиляторная градирня состоит из следующих основных узлов:

• система подачи охлаждаемой жидкости:
  • форсунки для подачи жидкости,
  • ороситель,
  • каплеуловитель,
• вентилятор с электродвигателем,
• резервуар для сбора влаги.

Горячий теплоноситель подается в градирню сверху, разбрызгивается через форсунки в виде капель на ороситель, после чего стекает в накопительный резервуар. Навстречу жидкости поднимается поток воздуха, создаваемый вентилятором. Забор воздушных масс производится в нижней части градирни. Холодный воздух отнимает часть тепла у охлаждаемой жидкости. Уменьшение потерь влаги достигается за счет установленного в градирне каплеуловителя, который расположен на пути влажного воздушного потока.

Вентиляторные градирни - довольно энергоэффективное решение. Во-первых, в таких устройствах, в отличие от эжекционных градирен, не требуются мощные водяные насосы, т.к. давление жидкости здесь небольшое. Во-вторых, за счет каплеуловителя снижается расход теплоносителя. В-третьих, вентиляторная градирня весьма компактна и может эксплуатироваться даже в холодное время года.

По типу оросителя вентиляторные градирни бывают:

• пленочными,
• капельными,
• капельно-пленочными.

Капельно-пленочные оросители наиболее эффективны.

При выборе типа вентилятора для градирни следует помнить, что применение вентилятора осевого типа обеспечивает сравнительно меньший напор воздуха, что не позволяет охлаждать жидкость с более высокой температурой. При использовании центробежного вентилятора возможности градирни по температуре теплоносителя повышаются. Зато у осевых вентиляторов меньше энергопотребление.

Последнее замечание относительно вентилятора - расход потока воздуха, создаваемого вентилятором открытой градирни, в 5 раз меньше, чем в закрытой. Поэтому стоимость вентилятора тоже существенно меньше.

Башенные градирни

Эти градирни тоже относятся к испарительному типу, но имеют весьма специфический характер применения благодаря своим возможностям - башенная градирня предназначена для охлаждения большого количества теплоносителя за счет естественных процессов, т.е. без использования электроэнергии. При этом охладить влагу башенная градирня способна только в пределах 5°С… 10°С.

Обычно башенные градирни строят у крупных предприятий и электростанций, где на постоянной основе производятся большие объемы воды, которую нужно дешево охладить. Тяга воздуха в градирне этого типа создается из-за перепадов давления воздуха внизу башни и на ее выходе. Поэтому башенные градирни просто не могут быть «маленького роста» - не будет тяги.

Башенные градирни дешевы в эксплуатации, но требуют больших капитальных затрат на этапе строительства, а также значительной площади для размещения.

Закрытые градирни

В градирне закрытого типа охлаждаемый теплоноситель и охлаждающие его вода и воздух разделены - контакт между ними отсутствует. Теплоноситель, который требуется охладить, проходит внутри градирни по теплообменнику змеевидной формы, на поверхность которого подаются вода и воздух, имеющие более низкую температуру.

Таким образом, внутри закрытой градирни созданы два контура подачи жидкости: первичный, по которому циркулирует охлаждаемый теплоноситель, и вторичный или внешний, по которому циркулирует вода, подаваемая на змеевик, чтобы охладить его. Поэтому иногда закрытые градирни называют гибридными.

Циркулирующая оросительная вода подается сверху, омывает змеевик теплообменника и, смешиваясь с подаваемым наружным воздухом, охлаждает его. Далее она падает в виде капель, собирается внизу агрегата и с помощью циркуляционного насоса вновь подается на змеевик.

Закрытые градирни обладают рядом достоинств:

• в градирне закрытого типа применяется одновременно как испарительное, так и сухое охлаждение, что позволяет более эффективно отводить теплоту и настраивать режим работы, в зависимости от погодных условий. Например, применять испарительное охлаждение, когда температура окружающей среды довольно высока и сухое охлаждение малоэффективно. И включать сухое охлаждение, когда температура воздуха низкая;
• комбинация «два в одном» разных систем охлаждения позволяет снизить эксплуатационные расходы, но стоимость таких градирен может быть выше;
• отсутствие контакта охлаждаемой жидкости с окружающей средой улучшает качество теплоносителя, ввиду снижения риска попадания в него загрязнений,
• снижается частота технического обслуживания градирни.

Сухая градирня или драйкулер

В драйкулере охлаждаемый теплоноситель движется по замкнутому теплообменнику, который обдувается потоком воздуха, создаваемого с помощью вентиляторов. Для улучшения качества теплообмена теплообменник изготавливают из медных или алюминиевых трубок с ребристым профилем, увеличивающим площадь поверхности теплообмена. Возможностей драйкулера хватает, чтобы охладить теплоноситель не более, чем на 5°С… 7°С.

Наибольшее распространение сухие градирни получили в системах кондиционирования, с использованием чиллера с водяным охлаждением конденсатора. В большинстве случаев при такой схеме чиллер устанавливается внутри здания – в эксплуатационном помещении, в то время как сухая градирня размещается снаружи здания: на крыше или на прилегающей территории.

При реализации этой схемы теплоноситель сначала направляется в градирню, где происходит начальная фаза его охлаждения, а затем уже поступает в теплообменное устройство чиллера. Там жидкость окончательно остывает до заданных значений температуры.

В зависимости от температуры окружающей среды, количество воздуха, необходимое для охлаждения поверхности теплообменника, различно. Поэтому драйкулеры оснащаются регуляторами скорости вращения вентиляторов, которые позволяют задать нужный режим их работы в соответствии со значениями температуры наружного воздуха и/или температуры воды в контуре охлаждения конденсатора.

В ночное время, когда окружающий воздух достаточно прохладен, сухая градирня самостоятельно охлаждает теплоноситель до нужного значения, а чиллер просто отключается - при этом экономится значительная часть дорогостоящей электроэнергии.

Выбор типа градирни для конкретных условий

Как и любое другое оборудование, разные типы градирен предназначены для решения различных вопросов. Чтобы вам было проще сориентироваться при подборе подходящего для конкретного проекта типа градирни, мы собрали рекомендации по их применению в одном месте. Чтобы коротко и по делу, итак:

Драйкулеры незаменимы, когда в качестве теплоносителя используются токсичные жидкости, например, этиленгликоль. Поэтому сухие градирни наиболее часто применяются при кондиционировании помещений.

Закрытые градирни нужны, если существуют жесткие требования по составу и чистоте теплоносителя, а диапазон охлаждения теплоносителя шире, чем 5°С… 7°С, как у драйкулера.

Башенные градирни хороши лишь для крупных предприятий и объектов.

Эжекционная градирня оправдана, если температура охлаждаемой жидкости равна 50°С и выше. И если температура охлажденного теплоносителя на выходе не должна быть очень низкой.

Во всех остальных случаях выгоднее приобрести вентиляторную градирню.

 

Источник: TopClimat.ru