Сухой охладитель — один из самых простых, но чаще всего неверно понимаемых компонентов промышленных систем охлаждения. Сухой охладитель (dry cooler) представляет собой оребренный трубный змеевик, который охлаждает воду или водно-гликолевую смесь исключительно за счет наружного воздуха, нагнетаемого вентиляторами. В нем нет контура хладагента, компрессора или расхода воды: тепло отводится напрямую в воздух в пределах полностью замкнутого контура. В этой статье мы объясняем, что такое dry cooler, на уровне конструкции и принципа работы, а также проясняем разницу между сухим охладителем и градирней и то, чем это устройство отличается от chiller.
Что такое сухой охладитель? Устройство и компоненты
Сухой охладитель по сути является крупным воздушно-жидкостным теплообменником. Его сердце — оребренный трубный змеевик из медных труб с насаженными на них алюминиевыми ребрами. Когда нагретая технологическая жидкость проходит внутри этого змеевика, через него прогоняется принудительный поток воздуха, и тепло через металлические поверхности передается воздуху. Основными компонентами являются осевые вентиляторы, приводящие воздух в движение, несущий корпус (вертикальная, горизонтальная или V-образная конструкция), сборные коллекторы и система регулирования частоты вращения вентиляторов.
Слово «сухой» в названии устройства указывает на принципиальное различие: охлаждение происходит полностью за счет передачи явного тепла, то есть без какого-либо испарения между жидкостью и воздухом. Контур замкнут; находящаяся в нем вода или водно-гликолевая смесь не контактирует с наружным воздухом, не загрязняется и не расходуется. Именно это делает сухой охладитель решением с низкими эксплуатационными требованиями и без расхода воды.
Принцип работы сухого охладителя
С точки зрения термодинамики принцип работы сухого охладителя предельно прост. Нагретая в технологическом процессе жидкость с помощью насоса подается в змеевик. По мере того как вентиляторы прогоняют наружный воздух через змеевик, температура жидкости снижается, и охлажденный теплоноситель возвращается обратно в процесс. Минимально достижимая температура жидкости напрямую зависит от температуры наружного воздуха по сухому термометру; на практике теплоноситель можно охладить лишь до нескольких градусов выше температуры наружного воздуха (это приближение, approach).
Эта зависимость означает, что производительность сухого охладителя меняется в зависимости от сезона и времени суток. В холодные дни производительность высока, а жарким летним днем достижимая температура жидкости повышается. Поэтому вентиляторы чаще всего оснащаются EC-двигателями и имеют переменную частоту вращения: они удерживают заданную температуру жидкости, поддерживая энергопотребление и уровень шума на необходимом минимуме.
Разница между сухим охладителем и градирней
Чаще всего путают именно сухой охладитель и градирню. Оба устройства отводят тепло в наружный воздух, однако их методы принципиально различаются. Градирня — это открытая система, которая охлаждает воду за счет испарения ее части; благодаря этому испарению вода может опуститься до значений, близких к температуре наружного воздуха по влажному термометру, но взамен она постоянно расходует воду, требует подпитки, химической водоподготовки и управления риском легионеллеза. Сухой охладитель же работает в замкнутом контуре, без испарения, исключительно за счет передачи явного тепла.
- Расход воды: градирня непрерывно расходует воду и требует подпитки; сухой охладитель воду не потребляет.
- Тип контура: градирня, как правило, работает по открытому контуру и приводит воду в контакт с воздухом; сухой охладитель имеет полностью замкнутый контур.
- Достижимая температура: градирня приближается к температуре по влажному термометру, а сухой охладитель — к температуре по сухому термометру.
- Обслуживание и гигиена: в градирне необходимы химическая водоподготовка и управление биологическими рисками; в сухом охладителе они отсутствуют.
- Эксплуатация: зимой сухой охладитель защищается от замерзания водно-гликолевой смесью, и управление риском замерзания предельно простое.
Чем отличается от chiller и где применяется?
Основное отличие сухого охладителя от chiller в том, что в нем нет контура хладагента и компрессора. Chiller за счет цикла «компрессор — конденсатор — расширительный вентиль — испаритель» способен охладить жидкость ниже температуры наружного воздуха. Сухой охладитель же не может выработать температуру ниже температуры наружного воздуха; его главная сила в том, что он выполняет работу не за счет электроэнергии, а напрямую за счет окружающего воздуха, и благодаря этому расходует очень мало энергии.
Эти свойства определяют типичные области применения сухого охладителя:
- Ступень free cooling (свободного охлаждения): когда наружный воздух достаточно холодный, компрессор chiller отключается, а охлаждение передается сухому охладителю.
- Охлаждение конденсаторной воды в chiller с водяным охлаждением: использование замкнутого контура сухого охладителя вместо открытой градирни.
- Прямое технологическое охлаждение: при подходящих наружных условиях питание процесса напрямую от сухого охладителя.
Адиабатический охладитель для жарких дней
Единственное ограничение сухого охладителя в том, что его производительность зависит от температуры наружного воздуха. Чтобы преодолеть это ограничение, был разработан адиабатический охладитель (сухой охладитель с испарительным предварительным охлаждением). В адиабатических системах воздух, поступающий в змеевик, сначала пропускается через увлажненные панели или зоны распыления и за счет испарения охлаждается на несколько градусов; таким образом к змеевику подходит воздух с более низкой температурой, и производительность сохраняется даже в пик жары.
Поскольку адиабатическая ступень включается только в самые жаркие часы и лишь в необходимой мере, вода используется только в пиковых условиях и в ограниченном количестве. Благодаря этому преимущество сухого охладителя в виде низкого расхода воды в значительной степени сохраняется, но при этом достаточная производительность обеспечивается и в жарком климате.
Семейство продуктов Planer Сухие охладители выпускается в вертикальном, горизонтальном, V-образном и испарительном (адиабатическом) исполнениях, чтобы соответствовать различным условиям по расходу, температуре и площади. Чтобы определить, какой тип и какая конструкция подходят именно вашей системе, вы можете обратиться к инженерной и сервисной команде Planer и вместе подобрать правильное решение исходя из данных вашего процесса.