Драйкулеров что это такое
Драйкулеры (сухие градирни) – что это такое, конструкция, сфера применения
Драйкулеры (Dry Cooler — сухой охладитель, или, как его ещё называют, сухая градирня) — это агрегаты, предназначенные для охлаждения теплоносителя за счёт окружающей среды. Они применяются в промышленности для охлаждения воды, которая в свою очередь охлаждает различное технологическое оборудование. Драйкулеры также нашли своё применение в системах вентиляции и кондиционирования — для сброса в окружающую среду тепла от чиллеров внутренней установки.
Конструкция и принцип работы драйкулера
Драйкулер состоит из трёх основных элементов — водо-воздушного теплообменника, вентилятора и корпуса, внутри которого этот теплообменник и вентилятор установлены. Корпус драйкулера часто бывает оснащён ножками для горизонтальной установки, или же охладитель устанавливается вертикально на кронштейнах без применения ножек.
В теплообменнике происходит охлаждение теплоносителя. Горячий поток поступает на вход драйкулера и проходит по змеевику, который обдувается наружным воздухом. Для улучшения теплообмена предусмотрен вентилятор, который делает этот обдув принудительным и более эффективным. Кроме того, на змеевик насажены рёбра, через которые отводится часть тепла теплоносителя. В среднем, за счёт применения рёбер, теплосъём возрастает на 30% и более. Охлаждённый теплоноситель выходит из драйкулера и направляется к чиллеру или иному оборудованию.
Отличия сухих градирен от мокрых градирен и выносных конденсаторов:
Сфера применения сухих охладителей
Сухие градирни применяются в двух основных схемах систем холодоснабжения:
Схема с чиллером с водяным охлаждением конденсатора представляет собой трехконтурную систему и работает следующим образом. Во внутреннем контуре циркулирует чистая вода, которая передаёт тепло от фанкойлов к испарителю чиллера. Далее следует фреоновый контур, который расположен полностью внутри чиллера. В нём тепло от испарителя передаётся к конденсатору.
Конденсатор, как было сказано выше, водяного охлаждения. Следовательно, третий контур — контур отвода тепла от конденсатора в окружающую среду. Обычно это гликолевый контур, так как он контактирует с наружным воздухом, который может иметь отрицательную температуру, следовательно, теплоноситель должен быть незамерзаемым. В третьем контуре теплоноситель нагревается в конденсаторе и за счёт наружного воздуха охлаждается в драйкулере.
На ряде объектов (центры обработки данных, кинотеатры, промышленные здания и другие) требуется охлаждение не только в теплое, но и в холодное время года. Однако зимой наружная температура ниже внутренней, поэтому появляется возможность охлаждать воздух в помещении напрямую за счёт холода наружного воздуха. И здесь также на помощь приходят драйкулеры.
Система холодоснабжения в зимнем режиме работает следующим образом. Теплоноситель циркулирует напрямую между фанкойлами и драйкулерами. Охлаждённый за счёт наружного воздуха теплоноситель поступает к фанкойлам и охлаждает воздух в помещении.
Важно понимать, что первая (схема с чиллером с водяным охлаждением конденсатора) и вторая (система холодоснабжения, работающая круглый год) схемы никак не связаны между собой. То есть во втором случае речь не идёт о зимнем режиме первой схемы. Круглогодичная система холодоснабжения в описанном виде применима как для чиллеров с водяным, так и с воздушным охлаждением конденсатора.
Ещё один важный момент — в круглогодичной системе холодоснабжения через фанкойлы циркулирует антифриз, значит, они (и драйкулеры) должны быть рассчитаны исходя из его физических свойств (вязкость, плотность, теплоёмкость). Эти свойства, как правило, хуже, чем у воды, что находит своё отражение при подборе моделей фанкойлов и драйкулеров.
Преимущества и недостатки драйкулеров
К преимуществам драйкулеров относят простоту конструкции, низкую стоимость, простой и понятный механизм работы, небольшую массу агрегатов и гибкость при их установке — они могут быть установлены горизонтально или вертикально как на кровле здания, так и на земле. При размещении на кровле ввиду малой массы они не требуют устройства сложной разгрузочной рамы, которая необходима при установке чиллеров.
Драйкулеры применяются в закрытых контурах, в которых циркулирует один и тот же заранее подготовленный теплоноситель. Этот фактор говорит о надёжности систем с драйкулерами — теплоноситель не подвержен внешним загрязнениям, практически не требуется подпитка системы.
Недостаток у сухих охладителей, пожалуй, один — они не способны охладить теплоноситель до температуры, которая ниже температуры окружающей среды. Более того, разница температур между охлажденным теплоносителем и наружным воздухом обычно составляет 4-10°С, то есть реально температура теплоносителя всегда выше температуры наружного воздуха.
В некоторых пределах с этим недостатком можно бороться, например, установив распылители воды в зоне всасывания драйкулера. Наружный воздух, испарив воду, охладится на несколько градусов и позволит понизить температуру теплдоносителя на выходе. Такой приём позволит оптимизировать работу системы холодоснабжения в летнее время и повысить её холодильный коэффициент на
Юрий Хомутский, технический редактор журнала «Мир Климата»
Сухая градирня (драйкулер) – принцип работы, применение
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:
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;
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.