Сухие охладители

Сухие охладители (сухие градирни или драйкулеры – от англ. drycooler – сухой охладитель) служат для охлаждения теплоносителя за счёт окружающей среды. В системах кондиционирования они применяются, например, для охлаждения воды от чиллеров с водяным конденсатором. Но существуют и другие сферы применения сухих охладителей.

Конструкция и принцип работы сухих охладителей


Сухие охладители представляют собой теплообменник, по трубкам которого течет теплоноситель. Снаружи теплообменник обдувается наружным воздухом.

Принцип работы сухих градирен основан на естественном теплообмене. Так как наружный воздух холоднее теплоносителя, то происходит охлаждение теплоносителя. Эффективность и интенсивность этого охлаждения зависят от площади контакта двух сред и скорости их движения – чем выше площадь контакта и скорость, тем лучше происходит теплообмен.

Сухие охладители
 
Именно поэтому в конструкции драйкулеров предусматривается оребрение и вентилятор. Оребрение трубок позволяет существенно повысить площадь теплосъёма, так как тепло от теплоносителя будет передаваться воздуху не только через трубки, но и через оребрение. Вентилятор служит для принудительного нагнетания воздуха, увеличения расхода и скорости его движения, что делает работу сухого охладителя более эффективной.

Интересно отметить, что вентиляторы в драйкулерах устанавливаются после теплообменника. Это делается для того, чтобы сделать продув теплообменника более равномерным. Если бы вентилятор располагался до него, он бы задувал часть теплообменника – ту, в которую он дует. Расположение теплообменника в зоне всасывания вентилятора способствует прохождению воздуха через всю площадь теплообменника.

Расчёт и подбор сухих градирен


Подбор сухих градирен рекомендуется выполнять в специальной программе для их расчёта. Безусловно, для первичного понимания ситуации можно воспользоваться и каталогом, но следует помнить, что в каталоге приведены характеристики градирни для единственных условий работы, в то время как реальные расчётные условия могут отличаться от них.

Основным параметром, по которому подбираются градирни, является отводимая тепловая мощность (теплоотвод).  Она зависит от расхода теплоносителя, температуры прямого и обратного потоков теплоносителя, а также от температуры наружного воздуха. Расчёт градирен следует производить по наихудшим параметрам – по наивысшей расчётной температуре наружного воздуха при проектном температурном графике теплоносителя.

Преимущества и недостатки драйкулеров


Драйкулеры (сухие градирни) являются эффективным и экономичным средством отвода тепла. Единственным потребителем энергии в них являются вентиляторы, а их мощность не велика. Отвод тепла осуществляется в окружающую среду, что также не требует затрат.

Современная сухая градирня (драйкулер) отличается надёжной работой, компактной конструкцией, выгодными массо-габаритными характеристиками. Кроме того, она герметична – утечки теплоносителя полностью отсутствуют. Всё это относят к преимуществам данного вида оборудования.

Недостаток у сухих охладителей, пожалуй, только один – они не способны охладить теплоноситель до температуры ниже температуры окружающей среды. Более того, реальная минимальная температура, до которой может быть охлажден теплоноситель, равна температуре наружного воздуха плюс несколько градусов (обычно 4-6 °С, но, в зависимости от сферы применения, может достигать и 15-20°С). Если же какое-либо вещество требуется охладить за счёт какой-либо среды до температуры ниже температуры этой среды, то такие сухие градирни не помогут – нужно предусматривать холодильный цикл, или использовать открытую градирню.

Область применения драйкулеров


В системах вентиляции и кондиционирования выделяют две основные сферы применения сухих охладителей – в системах холодоснабжения на базе чиллеров с водяным охлаждением конденсатора и в системах холодоснабжения, работающих в зимнее время. Рассмотрим подробнее каждую из них.

Системы холодоснабжения на базе чиллеров представляют собой контур холодоносителя, который охлаждается при помощи чиллера и охлаждает внутренний воздух в помещениях при помощи фанкойлов.

Классическая система холодоснабжения предусматривает наличие чиллера наружной установки с воздушным охлаждением конденсатора. Размещение чиллера снаружи предполагает монтаж труб с холодоносителем по улице, следовательно, возникает риск замерзания воды в трубах либо в испарителе. Поэтому в таких системах часто предусматривают два контура холодоносителя – внешний и внутренний. Во внешнем контуре циркулирует незамерзающая жидкость, обычно это раствор этиленгликоля в воде. Во внутреннем контуре циркулирует чистая вода. Между контурами предусматривается гидравлическая развязка через пластинчатый теплообменный аппарат.

Двухконтурная схема с теплообменником весьма громоздка, сложна в наладке и эксплуатации, имеет пониженную эффективность. И здесь на помощь приходит сухой охладитель (драйкулер).

Чиллерная система холодоснабжения с использованием драйкулеров выглядит следующим образом. Чиллер устанавливается внутри здания, риска размораживания трубопроводов нет, в контуре циркулирует чистая вода. Сам чиллер при этом должен быть не с воздушным, а с водяным охлаждением конденсатора. Вода охлаждает конденсатор холодильной машины, в результате чего нагревается и подаётся в драйкулер. В драйкулере за счёт окружающей среды она охлаждается до температуры, близкой к температуре наружного воздуха, и вновь подаётся в конденсатор.

На некоторых объектах с высокими теплоизбытками требуется работа систем охлаждения не только в летнее, но и в зимнее время года. Зимой температура окружающей среды ниже температуры внутри помещений, и охлаждение холодоносителя может быть выполнено напрямую от сухих градирен без участия чиллеров. Схема системы сводится к циркуляции холодоносителя между фанкойлами и градирней.

На каких объектах применяются сухая градирня для чиллера


Сухая градирня для чиллера, как следует из названия, применяются на тех объектах, на которых предусмотрена чиллерная система охлаждения. Как правило, это крупные объекты – торговые и торгово-развлекательные центры, гипермаркеты, административные здания и офисные центры, аэровокзалы.

Очень велик потенциал применения драйкулеров для охлаждения центров обработки данных (ЦОД). Объекты данного вида характеризуются очень высокой удельной плотностью теплоизбытков и требуют круглогодичного охлаждения. Здесь драйкулеры могут быть задействованы как в летнее, так и в зимнее время.

Кроме того, в центрах обработки данных активно развиваются технологии свободного охлаждения, так называемого фрикулинга. Ряд схем свободного охлаждения завязан именно на сухие градирни как на оборудования для отвода тепла из машинных залов ЦОД в окружающую среду.