Градирня или чиллер: что выбрать для охлаждения воды

Градирня или чиллер — выбор определяется температурой воды, которая нужна процессу. Градирня охлаждает воду только до уровня, который позволяет погода: летом испарительная градирня даёт около 24–27 °C, сухая — на 5–10 °C теплее наружного воздуха. Чиллер держит заданную температуру, например 7 или 12 °C, круглый год и не зависит от жары.

Как работает градирня

Испарительная (мокрая) градирня разбрызгивает тёплую воду по оросителю, навстречу вентилятор гонит наружный воздух. Часть воды испаряется и уносит тепло, остальная охлаждается и стекает в поддон. Предел охлаждения — температура мокрого термометра: вода на выходе обычно на 3–5 °C теплее неё. Из чего состоит градирня и какие они бывают, рассказано в справочнике о градирне.

Температура мокрого термометра зависит от температуры и влажности воздуха. В средней полосе в жаркие дни она поднимается ориентировочно до 19–22 °C, поэтому вода после испарительной градирни летом — около 24–27 °C. В сухую жару градирня работает лучше, во влажную — хуже.

Закрытая градирня устроена так же, но вода процесса идёт внутри трубчатого теплообменника, а снаружи его орошает отдельный контур. Вода процесса остаётся чистой, но из-за лишней стенки теплообменника она получается ещё на 2–3 °C теплее, чем после открытой градирни.

Сухая градирня (драйкулер) — это радиатор с вентиляторами, вода не испаряется. Охладить воду ниже температуры воздуха она не может: на выходе вода на 5–10 °C теплее наружного воздуха, в жару 30 °C — 35–40 °C.

Как работает чиллер

Чиллер охлаждает воду холодильной машиной: хладагент кипит в испарителе и забирает тепло у воды, компрессор сжимает пар, конденсатор отдаёт тепло наружу. Поэтому вода может быть холоднее воздуха: серийные чиллеры дают 5–15 °C, на растворе гликоля — ниже нуля, в исполнении для масла и редукторов — до 30 °C.

Температура воды на выходе от погоды не зависит, пока наружный воздух не горячее расчётного для конденсатора. Конденсатор бывает воздушным, выносным или водяным; водяной охлаждают той же градирней, и тогда они работают в паре: градирня отводит тепло конденсатора, чиллер даёт холодную воду процессу.

Вода и электроэнергия

Испарительная градирня тратит воду. На каждый киловатт-час отведённого тепла испаряется около 1,5 кг воды: теплота испарения около 2400 кДж/кг, а 1 кВт·ч равен 3600 кДж.

W = 1,5 × Q × τ

W — испарение, кг; Q — отводимое тепло, кВт; τ — время работы, ч. Градирня на 100 кВт за 10 часов испаряет около 1,5 т воды. Сверху добавляется продувка: соли остаются в оборотной воде, и часть её сливают, иначе растёт накипь. Нужна водоподготовка и обработка против бактерий в поддоне.

По электроэнергии градирня экономичнее: у неё работают только вентилятор и насос. Чиллер расходует энергию на компрессор, и чем ниже температура воды и жарче на улице, тем больше. За холодную воду в любую погоду платят электроэнергией, за дешёвое охлаждение у градирни — водой и ограничением по температуре.

Сравнение

Что из этого следует для подбора

• Процессу нужна вода 5–15 °C. Пресс-формы, лазерные источники, шпиндели, пищевые продукты, вентиляция — здесь работает только чиллер для охлаждения воды. Холодопроизводительность считают по оборудованию, например для термопластавтомата, или по расходу и перепаду в расчёте мощности по расходу и температурам.
• Процесс допускает 25–30 °C. Масло гидравлики и редукторы охлаждают водой до 30 °C, но летом испарительная градирня этот предел не гарантирует, а сухая не держит его в жару. Чиллер в исполнении для такой воды держит температуру стабильно; расчёт — в материале про гидростанцию.
• Нужна стабильная температура. Если от температуры воды зависит качество продукта или время цикла, колебания вслед за погодой — брак или потеря производительности. Здесь нужен чиллер.
• Есть градирня, но летом не хватает. Холодопроизводительность чиллера считают на полную нагрузку процесса в самый жаркий день, а не на разницу с тем, что даёт градирня зимой.