Как работает сухая градирня. Принцип работы сухие градирни

Сухая градирня (драйкулер) – принцип работы, применение – «Чиллер.com»

Что такое сухая градирня?

Драйкулер или сухая градирня — эта установка представляет собой теплообменник для охлаждения протекающей через него жидкости – воды, рассола, антифриза. Снижение температуры происходит за счёт передачи тепла окружающей среде. Отличительная особенность этого вида устройств — отсутствие непосредственного контакта теплоносителя и воздуха. Температурный обмен осуществляется через теплопроводящую металлическую стенку. Отсюда и пошло название «драйкулер», от английских слов dry – сухой и cool – прохладный.

Для интенсификации процесса применяют следующие приёмы:

Принудительный обдув вентиляторами поверхностей теплообмена. При этом происходит удаление нагретых газов и замена их более холодными. Регулируя скорость воздушного потока можно в определённых пределах поддерживать постоянство температуры теплоносителя.

Оребрение наружных, а иногда и внутренних стенок теплообменника. При этом увеличивается их поверхностная площадь и соответственно интенсифицируется передача тепла от более тёплой среды (охлаждаемая жидкость) к более холодной (окружающему воздуху).
В дополнение к перечисленным способам в наиболее жаркий период можно использовать орошение водой наружных поверхностей теплообмена. Её испарение, за счёт скрытой теплоты парообразования существенно увеличивает теплоотдачу и, соответственно, охлаждение теплоносителя.
Зимой можно частично или полностью отключать вентиляторы, что даёт значительную экономию электрической энергии.

Область применения сухой градирни:

Драйкулеры используются для снижения температуры воды, рассола или антифриза, которые в свою очередь охлаждают рабочие механизмы различного технологического или теплообменного оборудования. Это чаще всего термопластавтоматы, экструзионные линии, установки производства полиэтиленовой упаковки и термоформовочное оборудование.

Производственные процессы изготовления формованных пластмассовых изделий предполагают предварительный нагрев исходного сырья – гранул, дробленки, преформ для литья ПЭТ-тары. В то же время температурный диапазон формовки строго определён и достаточно узок. Несоблюдение технологических параметров приводит к браку продукции. Для реализации данного требования необходимо постоянно охлаждать формообразующие элементы. В них предусмотрены специальные каналы для циркуляции теплоносителя. Отобранное тепло переносится в теплообменный модуль градирни.

Кроме перечисленного технологического оборудования драйкулеры могут применяться для охлаждения водяных конденсаторов холодильных машин. По сравнению с воздушными жидкостные позволяют поддерживать меньшую температуру конденсации. В результате достигается более высокая холодопроизводительность от компрессора равной мощности.

Совместное использование сухой градирни с чиллером

Вода на выходе из теплообменника драйкулера обычно на 5 – 7 градусов теплее окружающего воздуха. Эту разницу можно уменьшить, используя аппарат больших размеров. Но это потребует более высоких материальных затрат. Поэтому летом в жаркую погоду в помощь подключают водоохлаждающую установку – чиллер (от английского chill – охлаждать).

В этом тандеме теплоноситель, нагретый в технологическом оборудовании, проходит через испаритель холодильной машины. А жидкость, отбирающая тепло от её конденсатора, в свою очередь рассеивает его в теплообменнике градирни. Полностью оба агрегата включаются в наиболее тёплый период времени. При более холодной погоде каждый из аппаратов может работать с неполной нагрузкой.

У драйкулера энергозатраты идут на работу вентиляторов. В чиллере основную долю вносит компрессор. Его мощность больше. Кроме того, первый при умеренной температуре воздуха имеет возможность работать без второго. Поэтому, при похолодании отключают водоохлаждающий холодильник.

Подбор сухой градирни:

Чтобы правильно выбрать оборудование требуется провести ряд теплоэнергетических (калорических) расчётов. Для их корректного выполнения требуются знания теплотехники и использование специализированных компьютерных программ. В них учитываются тепловой режим технологических штампов (пресс-форм), климатические параметры местности размещения, технические характеристики драйкулера и свойства теплоносителя.

Предварительный подбор для оценки предстоящих финансовых затрат можно провести самостоятельно, имея паспорта на формующие и охлаждающие агрегаты и информацию о летних и зимних температурах воздуха в своём регионе.

Кроме этого важно учитывать конкретное расположение градирни – на солнце, в тени, на крыше и т. д.

Стоит ещё раз напомнить, что рекомендуемый перепад температур воды на выходе из теплообменника и окружающим воздухом составляет 5 – 7 градусов. Применение орошения позволяет в сухую погоду увеличить разницу, но величина будет существенно зависеть от влажности.

Дополнительный резерв даёт применение чиллера. В его конденсаторе можно получить аналогичную охлаждение.

В итоге имеем суммарное снижение на 10 – 14 К.

Расчёты следует вести с учётом наиболее неблагоприятных погодных условий. При этом необходимо учитывать не только летний, но и зимний периоды.

Если в вашей местности резко континентальный климат, и регулярны сильные морозы, стоит в качестве теплоносителя использовать антифриз, например, этиленгликоль. Он предохранит систему от замерзания и разрушения в случае непредвиденной остановки производства.

Если с учётом всех факторов подобранное оборудование окажется слишком громоздким и дорогим, можно в наиболее жаркие дни пойти на временное снижение производительности. Это уменьшит технологическое тепловыделение и, соответственно, требования к параметрам драйкулера и чиллера.

Если самостоятельный подбор вызывает затруднения, обратитесь к консультантам нашей компании. С учётом имеющихся знаний, квалификации и опыта, они помогут выбрать наиболее приемлемый вариант.

Сухая градирня – рекомендации по использованию:

Прежде, чем принять решение о применении этой установки, следует учесть наличие следующие условий:

— необходимость исключить соприкосновение носителя тепла с воздухом;

— невозможность постоянного возобновления потерь воды;

— необходимость использования в системе токсичной жидкости;

— теплоноситель перед охлаждением имеет очень высокую температуру.

При контакте с воздушной средой охлаждающая вода загрязняется пылью и перед поступлением в гидросистему требует предварительной очистки. Кроме того в этом случае не допускается применение антифризов ввиду их токсичности. А это в свою очередь затрудняет зимнюю эксплуатацию оборудования.

Исключение может составить рассол, но испарение воды и частично соли будет менять состав и теплофизические характеристики. Потребуется постоянный анализ, с возобновлением потери компонентов. Этот процесс достаточно трудоёмок и не исключает ошибок.

Использование токсичных антифризов требует полной герметичности системы по определению. Здесь недопустимы не только плановые потери жидкости, но даже случайные минимальные утечки. Необходим постоянный строгий контроль состояния теплообменников, трубопроводов и мест соединений.

Штатный режим работы драйкулера – сухой. Она должна быть рассчитана на охлаждение теплоносителя без дополнительного орошения. Это условие выполняется при достаточно высокой температуре жидкости на выходе из технологического оборудования и на входе в градирню.

Если перечисленные требования отсутствуют, рекомендуется остановить выбор на установке с мокрым вентиляторным процессом.

Принцип работы сухой градирни:

Рассмотрим принципиальную схему работы драйкулера без учёта дополнительной холодильной установки.

Действие градирни основано на процессе теплопередачи от жидкости к стенке и от неё воздуху.

Параметры процесса зависят от теплофизических свойств применяемых материалов и разницы температур, а также от режима протекания теплоносителя во внутреннем объёме теплообменника и обтеканию воздушным потоком его наружной поверхности.

Ввиду сложности математического аппарата, теория теплопередачи использует для расчётов критерии. Знакомые с теплотехникой их знают и умеют применять. Для остальных кратко упомянем, что для описания течения жидкости используют число Рейнольдса, описывающее ламинарный и турбулентный потоки. Первый представляет плавное течение, без пересечение элементарных струек. Второй – предполагает завихрения. В этом случае происходит более интенсивный контакт со стенкой трубы и увеличивается теплопередача.

С целью увеличения параметра и перевода потока в режим турбулентности на внутренние поверхности объёмов наносятся разного рода шероховатости, пористость и т. д.

Критерий, описывающий теплопередающие свойства теплоносителя и стенки – число Прандтля. Служит для расчёта влияния используемых материалов на процесс теплопередачи.

Передача тепла осуществляется в результате теплопроводности и конвекции. Учесть соотношение и вклад каждого явления позволяет критерий Нуссельта.

Как уже говорилось, на интенсивность теплообмена влияет площадь теплопередающих поверхностей. Для её увеличение на них снаружи и иногда внутри делаются рёбра. Эффект оребрения кратно увеличивает количество передаваемой тепловой энергии.

Дополнительное орошение

Если погодные условия не позволяют осуществить необходимый уровень съема тепла, наружные стенки теплообменника охлаждают, разбрызгивая на них воду. Эффект достигается за счёт её испарения.

Для превращения одного килограмма воды в пар расходуется 2260 килоджоулей или 540 килокалорий тепла. Оно в основном снимается с горячей поверхности градирни. Таким образом в жаркую погоду можно интенсифицировать охлаждение, частично компенсируя ухудшение теплопередачи.

Необходимо отметить, что хорошее испарение достижимо только в жаркую и сухую погоду. Во влажном климате эффект дополнительного орошения значительно снизится.

Приведённые сведения представлены в основном для ознакомления. Для самостоятельного подбора в большинстве случаев достаточно укрупнённых данных, приведённых в предыдущих разделах статьи. При затруднении в использовании сведений для выбора нужных параметров оборудования всегда можно прибегнуть к помощи консультантов. С вами свяжутся специалисты фирмы и после совместного заполнения бланка заявки рассчитают и выдадут вам требуемые рекомендации.

Преимущества и недостатки сухой градирни:

К достоинствам драйкулера относятся:

— полная изолированность охлаждающей жидкости от окружающей среды;

— отсутствие загрязнений теплоносителя;

— возможность использования в качестве антифризов этиленгликоль и прочие ядовитые составы;

— экологичность оборудования.

Недостатки сухой градирни являются обратной стороной достоинств:

— охлаждение происходит только за счёт теплопередачи;

— чтобы использовать теплоту испарения, необходимы дополнительные устройства орошения;

— высокая эффективность оборудования достигается только при значительной температуре антифриза.

xn--e1afja0a1b.com

Как работает сухая градирня

Принцип работы сухой градирни

Сухая гдадирня относится к классу неавтономных систем кондиционирования и в общем случае предназначена для совместной работы с водоохладителями – чиллерами с водяным охлаждением конденсатора, или с другим оборудованием. В большинстве случаев чиллер устанавливается внутри здания – в эксплуатационном помещении, в то время как сухая градирня устанавливается снаружи здания: на крыше или прилегающей территории. Чиллер и сухая градирня подключены к общему гидравлическому контуру охлаждения конденсатора. Основной задачей выносного конденсатора является отвод тепловой энергии, выделяемой в процессе конденсации объединенным холодильным контуром чиллера и выносного конденсатора. На рисунке №1 показана схема работы системы кондиционирования, источником холода в которой является чиллер без конденсатора, работающий совместно с выносным конденсатором. Принцип работы такой системы кондиционирования заключается в переносе тепловой энергии из здания на улицу, или другими словами в переносе холода из улицы в здание. Перенос тепловой энергии осуществляется посредствам термодинамического процесса, протекающего в объединенном холодильном контуре чиллера и выносного конденсатора. Такой термодинамический процесс имеет две важные стадии. Первая стадия – это процесс испарения фреона, который протекает в теплообменнике испарителя чиллера. Во время этого процесса фреон испаряется (Переходит из жидкого состояния в газообразное). В результате этого процесса теплообменная поверхность испарителя охлаждается, что приводит к охлаждению воды протекающей в гидравлическом контуре системы кондиционирования через теплообменник испарителя. Второй важной стадией является процесс конденсации фреона, который протекает в теплообменнике выносного конденсатора. Во время этого процесса фреон конденсируется (Переходит из газообразного состояния в жидкое), что приводит к нагреву теплообменной поверхности выносного конденсатора. При этом тепло, выделяемое в процессе конденсации, отводится в окружающее пространство, а холод поглощается хладагентом.

Рисунок №1 Схема работы системы конд-ия на базе сухой градирни

Функциональные элементы сухой градирни

Сухая градирня включает следующие функциональные компоненты:

Теплообменник водоохладителя предназначен для обмена тепловой энергией между водой или антифризом, циркулирующим в контуре охлаждения конденсатора и наружным воздухом.
Осевые вентиляторы предназначены для организации циркуляции наружного воздуха через теплообменную поверхность водоохладителя.
Регулятор скорости вращения вентиляторов предназначен для управления работой вентиляторов сухой градирни.

Рисунок №2 Функциональные элементы сухой градирни 1) Корпус. 2) Вентиляторы. 3) Теплообменник водоохладителя. 4) Регулятор скорости вращения вентиляторов. 5) Ножки. 6) Вход воды из гидравлического контура охлаждения конденсатора. 7) Выход воды из градирни

Как работает сухая градирня

Как было сказано ранее, основной задачей сухой градирни является охлаждение воды в гидравлическом контуре охлаждения конденсатора. При этом главным функциональным элементом сухой градирни является непосредственно теплообменник водоохладителя. Вентиляторы, создавая циркуляцию наружного воздуха через теплообменную поверхность водоохладителя, охлаждают его и отводят тепло в окружающее пространство. Таким образом тепло удаляется в окружающее пространство а холод поглощается гидравлическим контуром охлаждения конденсатора. В зависимости от температуры наружного воздуха, количество воздуха, необходимое для охлаждения теплообменной поверхности различно. Поэтому регуляторы вентиляторов, уменьшают или увеличивают скорость вращения вентиляторов в зависимости от значения температуры наружного воздуха или температуры воды в контуре охлаждения конденсатора.

Рисунок №3 Схема работы сухой градирни

Информация взята с сайта www.ecvest.ru

Назад к списку статей

www.kondicioner42.ru

ВЕКОТЕХ - Градирни

Устройства для незначительного охлаждения воды, которая применяется в системах кондиционирования или в системах технологической воды.

Системы охлаждения жидкости (чиллер) с «Free Cooling» — сухие градирни«Free Cooling» или Фрикулинг в холодоснабжении — это холодильная система, предусматривающая режим естественного охлаждения. При его наличии в холодное время года жидкость охлаждается не в испарителе, а специальном теплообменнике – драйкулере, где в качестве источника охлаждения используется наружный воздух с низкой температурой. В этом случае чиллер оборудован дополнительным контуром охлаждения, по которому циркулирует незамерзающий водный раствор.

В регионах с умеренным и холодным климатом наличие фрикулинга помогает существенно экономить электроэнергию в осенне-зимний период. В драйкулере от питания работают только осевые вентиляторы, в то время как в других типах холодильных агрегатов электричество требуется также для работы испарителя. При наличии системы свободного охлаждения компрессор – основной потребитель электроэнергии – работает значительно меньше, что становится дополнительным источником экономии и особенно продления срока службы дорогого компрессора. Кроме того, большинство вентиляторов современных драйкулеров оснащены частотными преобразователями или мотор-колеса выполнены в исполнении ЕС, которые позволяют регулировать скорость вращения лопастей вентилятора, в зависимости от требуемых оборотов от температур жидкости и воздуха. Чем выше перепад температур воздух и воды - тем эффективней сухая градирня, что особенно актуально в холодный и переходной периоды года при потребности охлаждения.

Чиллер с естественным охлаждением может использовать фрикулинг полностью или частично. В первом случае охлаждение воздуха происходить при полностью выключенном компрессоре за счет гликолевого контура, во втором – компрессор работает в половину нагрузки, а гликолевый контур используется параллельно для охлаждения воздуха в помещении и конденсатора.

Системы с «Free cooling» в зимний период дают возможность экономить до 80% электроэнергии, а в межсезонье – до 50%. Учитывая значительный рост цен на энергоносители, такая экономия является весьма существенной. Именно поэтому владельцы промышленных предприятий, имеющих постоянную потребность в охлаждении, предпочитают установку систем охлаждения жидкости с «Free cooling».

Энергосберегающие схемы охлаждения технических жидкостейПостоянное удорожание электроэнергии приводит к тому, что одним из основных критериев при выборе холодильного оборудования становится его энергоэффективность. Так, в Западной Европе сейчас наблюдается тенденция, когда более дешевому, но недостаточно экономичному оборудованию предпочитают дорогой, но энергетически более выгодный вариант. В конечном счете, такое оборудование очень быстро себя окупает за счет умеренного потребления электроэнергии. Подсчеты убедительно доказывают, что в российских климатических условиях дополнительные затраты на приобретение энергосберегающего оборудования окупаются в течение двух лет.

На сегодняшний день наибольшим спросом пользуется оборудование с системой естественного охлаждения «Фрикулинг», которое позволяет в зимний и осенне-весенний период использовать для охлаждения хладагента холодный наружный воздух, не включая компрессор. Поскольку основным потребителем электроэнергии считается именно компрессор, то применение фрикулинга позволяет существенно экономить электроэнергию.

Можно выделить два вида холодильных систем, в которых реализован принцип воздушного охлаждения:1. Стандартная водоохлаждающая установка на базе воздушного конденсатора дополняется сухой градирней.2. Водоохлаждающая установка работает на основе жидкостного конденсатора, а сухая градирня используется для отбора тепла у жидкости, охлаждающей конденсатор.

Существует два вида градирен:

Сухая градирня в гипертрофированном виде

Сухая градирня или dry-cooler или вентиляторная градирня

Представляет собой теплообменник с вентиляторами. Теплая вода от чиллера или от станков (прочего технологического оборудования) поступает в теплообменник, который охлаждается потоком воздуха уличной температуры. Далее, охлажденная вода поступает обратно.

alt

Мокрая градирняВ этих градирнях используется охлаждающая способность разбрызгиваемой воды.Применяется преимущественно на промышленных предприятиях для охлаждения станков, технологического оборудования и т.п.

Мокрая градирня

Некоторые примеры применения

Водоохлаждающая установка на базе воздушного конденсатора с сухой градирней

В качестве хладоносителя в такой системе используется водный раствор этиленгликоля – тосол или вода. Ниже будут рассмотрены оба этих варианта. В теплое время года, когда температура наружного воздуха превышает температуру тосола, он поступает сразу в чиллер, минуя градирню.

ЛЕТНИЙ ПЕРИОД

Работает только холодильная установка (поз.2)

1. Сухая градирня (драйкуллер).

2. Холодильная установка (чиллер).

3. Воздушный конденсатор.

4. Циркуляционный насос (насосная группа).

5. Трехходовой вентиль с электроприводом.

ПЕРЕХОДНОЙ ПЕРИОД

Совместная работа (поз.1 и поз.2)

1. Сухая градирня (драйкуллер).

2. Холодильная установка (чиллер).

3. Воздушный конденсатор.

4. Циркуляционный насос (насосная группа).

5. Трехходовой вентиль с электроприводом.

ЗИМНИЙ ПЕРИОД

Работает только сухая градирня (поз.1)

1. Сухая градирня (драйкуллер).

2. Холодильная установка (чиллер).

3. Воздушный конденсатор.

4. Циркуляционный насос (насосная группа).

5. Трехходовой вентиль с электроприводом.

При снижении температуры воздуха тосол при помощи трехходового клапана поступает предварительно в градирню, где он частично охлаждается и только после этого подается в холодильную установку. При стабильно низких наружных температурах основной отбор тепла будет происходить в градирне, в то время как компрессор будет отключен.

Преимущества

1. Любая стандартная водоохлаждающая установка может быть при желании дополнена драйкулером. Монтаж сухой градирни очень прост, поэтому она без труда может быть установлена как в проектируемую, так и в уже действующую систему охлаждения.

2.Имеет короткий период окупаемости.

3. Использование драйкулеров исключает загрязнение производственной воды или ее перерасход.

Если технические особенности оборудование не позволяют использовать тосол в качестве основного хладоносителя, его применяют как промежуточный, а основным хладоносителем в этом случае выступает вода. Конечно, это снижает энергоэффективность системы, но подобный вариант имеет и свои преимущества, в частности:- меньший расход тосола;- снижается уровень загрязнения теплообменного оборудования, что позволяет организовать герметичную гидросистему;- снижает вероятность потерь хладоносителя.

В установке, где основным хладоносителем является вода, принцип работы системы будет немного отличаться. При высоких наружных температурах охлаждение воды будет полностью происходить в испарителе чиллера при отключенном гликолевом контуре. В данном случае охлаждаемая жидкость изначально поступает в пластинчатый теплообменник, а затем – в теплообменник-испаритель.Когда температура воздуха понижается, и разница между температурой наружного воздуха и температурой воды достигает 5ºС, в работу включается гликолевый контур. Чем холоднее будет на улице, тем большую часть отводимого тепла будет брать на себя контур охлаждения тосолом.

ЛЕТНИЙ ПЕРИОД

Контур тосола не работает - работает холодильная машина (поз.2)

1. Сухая градирня (драйкуллер).

2. Холодильная установка (чиллер).

3. Воздушный конденсатор.

4. Циркуляционный насос (насосная группа).

5. Теплообменник "вода-вода".

6. Трехходовой вентиль с электроприводом.

ПЕРЕХОДНОЙ ПЕРИОД

Контур тосола работает - совместная работа

1. Сухая градирня (драйкуллер).

2. Холодильная установка (чиллер).

3. Воздушный конденсатор.

4. Циркуляционный насос (насосная группа).

5. Теплообменник "вода-вода".

6. Трехходовой вентиль с электроприводом.

ЗИМНИЙ ПЕРИОД

Контур тосола работает - работает сухая градирня (поз.1)

1. Сухая градирня (драйкуллер).

2. Холодильная установка (чиллер).

3. Воздушный конденсатор.

4. Циркуляционный насос (насосная группа).

5. Теплообменник "вода-вода".

6. Трехходовой вентиль с электроприводом.

Визуализация некоторых вариантов использования мокрых градирен

Рассчитываем срок период окупаемости чиллера с системой «Free cooling» с сухой градирней

Исходные требования:- холодпроизводительность – 100 кВт;- температура воды – 15ºС.При таких данных чиллер с воздушным конденсатором должен иметь электрическую мощность в 30кВт.Драйкулер будет подбираться с мощностью в 100 кВт с возможностью полного (100%) снятия тепловой нагрузки при температуре наружного воздуха — 0°С.Стоимость градирни вместе с другим дополнительным оборудованием (насосом для тосола, разборным теплообменником, трехходовым клапаном) – 10.000евро.Температура наружного воздуха на уровне 0° С держится около 5 месяцев.Потребляемая мощность драйкулера и насоса – 10кВт.Разница в потребляемой мощности градирни и холодильного агрегата – 20кВт.Экономия при круглосуточной работе за одни сутки - 480кВт.Экономия за месяц - 14.400кВт или 14,4МВт.Экономия за отопительный период (6мес) - 86,4МВт.Срок окупаемости вы можете оценить сразу или в свете подорожания энергоресурсов - не составит 2 сезонов.

vecotech.com.ua