Лекция_10

1.

Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
кафедра теплогазоснабжения и вентиляции
Кондиционирование воздуха и холодоснабжение
Тема 10
Холодоснабжение СКВ
Уляшева Вера Михайловна
д. т. н., профессор, профессор

2.

Схема системы холодоснабжения центральных СКВ и доводчиков-охладителей объекта
1 — источник холода; 2 — сеть транспортировки холодоносителя; 3 - потребителей холода — аппаратов СКВ и доводчиков-охладителей
2

3.

1. Испарительное охлаждение воды
В системах кондиционирования воздуха наибольшее распространение получил метод испарительного
охлаждения воды в контактных аппаратах – градирнях, которые могут быть трёх видов: открытые,
башенные и вентиляторные.
В открытых градирнях движение воздуха у поверхности воды обеспечивается силой ветра. Эти градирни
характеризуются малой интенсивностью испарительного охлаждения воды и требуют значительной
площади для размещения. В башенных градирнях движение воздуха создаётся с помощью высокой
вытяжной башни, являющейся корпусом аппарата. В вентиляторных градирнях движение воздуха
обеспечивается встроенными в них осевыми или центробежными вентиляторами. Градирни этого типа
имеют небольшие размеры, обеспечивают высокую интенсивность испарительного охлаждения и
поэтому получили наибольшее распространение в СКВ. Для развития площади поверхности контакта
между охлаждаемой водой и потоком воздуха в вентиляторных градирнях используются орошаемые
слои, собираемые из гофрированных пластмассовых листов и сотовых блоков.

4.

Схема оборотного водоснабжения конденсатора
холодильной машины автономного кондиционера
1 – подача воздуха в обслуживаемое помещение;
2 – автономный кондиционер;
3 – водяной конденсатор;
4 – соленоидальный водяной вентиль;
5 – насос;
6 – бак охлаждённой испарением воды;
7 – градирня;
8 – орошаемая насадка из гофрированных
пластмассовых листов;
9 – оросительные форсунки;
10 – осевой вентилятор
В вентиляторные градирни, обычно размещаемые на крыше здания, поступает наружный воздух. Проходя над
поверхностью воды, воздух воспринимает теплоту испарения водяных паров и его энтальпия повышается.
Охлажденная от частичного испарения вода собирается в поддоне градирни, соединенном сливным
трубопроводом со сборным баком. Обычно сборный бак располагают вблизи от обслуживаемых холодильных
машин, где монтируются и насосы циркуляции охлаждающей воды. Насос трубопроводами связан с водяным
4
конденсатором и градирней.

5.

Все градирни подразделяются на две большие категории:
•испарительные или мокрые градирни,
•сухие градирни или драйкулеры.
В градирнях испарительного типа охлаждение воды (раствора) происходит за счет испарения влаги в
окружающую среду. Принцип их работы состоит в том, что в процессе испарения расходуется энергия, и
эту энергию «отнимают» у жидкости, которую требуется охладить. Известно, чтобы испарить 1 кг воды
необходимо затратить 0,67 кВт энергии, поэтому при испарении больших объемов влаги теплопотери
будут значительными. Испарение в градирне происходит с помощью принудительной циркуляции
подаваемого воздуха.
Сухие градирни охлаждают теплоноситель без подачи воды (поэтому они и называются сухими), только
за счет направленного воздушного потока, который, нагреваясь, уносит с собой часть «отнятого» тепла.
Понятно, что эффективность драйкулера всегда меньше, чем эффективность испарительной градирни, и
в жаркую погоду она минимальна.
5

6.

Испарительные (их еще иногда называют мокрыми градирнями, в отличие от «сухих» драйкулеров)
градирни в свою очередь делятся на:
- открытые градирни,
- закрытые градирни.
Открытые градирни отличаются более простым устройством. В открытых градирнях охлаждаемый
теплоноситель имеет непосредственный контакт с окружающей средой, т.е. с подаваемым воздухом.
Существуют два основных типа открытых градирен:
•эжекционные,
•оросительные.
В оросительных градирнях подача воздушных масс производится с помощью центробежных или
осевых вентиляторов. Градирни такого типа незаменимы, когда потребителю, например, холодильной
машине, необходимо охлаждать большое количество теплоносителя, а также в ситуации, когда
требуется получить на выходе теплоноситель с низкими значениями температуры.
«При выборе типа вентилятора для градирни следует помнить, что применение вентилятора
осевого типа обеспечивает сравнительно меньший напор воздуха, что не позволяет охлаждать
жидкость с более высокой температурой. При использовании центробежного вентилятора
возможности градирни по температуре теплоносителя повышаются. Зато у осевых вентиляторов
меньше энергопотребление».
6

7.

7

8.

Оросительные градирни также подразделяются на:
•вентиляторные градирни,
•башенные градирни.
Мокрая градирня открытого типа работает так: разбрызгивает горячую воду и смешивает ее с более
холодным наружным воздухом. При этом часть воды превращается в пар и вместе с нагревшимся
наружным воздухом выбрасывается в атмосферу, оставшаяся же вода охлаждается.
При этом наблюдается эмпирическая зависимость: 1% испарившейся жидкости охлаждают
остальные 99% на 5,7 С. В среднем открытые градирни испаряют около 2% поступающей воды.
По способу подачи воздуха градирни испарительного типа бывают:
•поперечноточные
•противоточные
•брызгальные
•эжекционные
8

9.

Вентиляторные градирни
Охлаждение воды в вентиляторной градирне в зависимости от её типа происходит за счет передачи
тепла воздуху и за счёт испарения.
Устройство и принцип работы вентиляторной установки достаточно прост. Нагретая вода подаётся на
водораспределительное устройство, которое представляет из себя систему трубопроводов с
разбрызгивающими соплами. Вода, проходя под давлением или самотёком, разбивается на мелкие
капли размером 2-3 мм, и распределяется по всему объёму градирни, далее попадает на оросительное
устройство, имеющее большую развитую поверхность. При прохождении воды через ороситель
происходит перераспределение и перемешивание (турболизация) потоков, в результате чего
увеличивается
охлаждающий
эффект.
Одновременно,
навстречу
движению
воды,
через
воздухозаборные окна подаётся поток воздуха. После чего, нагретая паровоздушная смесь
выбрасывается в атмосферу. Подача воздуха, в зависимости от типа градирни, обеспечивается с
помощью естественной тяги в башенных градирня или вентилятора в вентиляторных градирнях.
9

10.

10

11.

11

12.

Вентиляторы могут располагаться как в нижней части градирни (нагнетательные вентиляторы) или
сверху (вытяжные вентиляторы).
Далее охлаждённая вода собирается и накапливается в водосборной ёмкости и подаётся на
оборудование. Водосборная емкость в зависимости от размера градирни может представлять из себя
бетонный бассейн, являющийся одновременно фундаментом градирни, так и сравнительно небольшой
поддон. Таково общее устройство градирни независимо от её типа.
Преимущества
Недостатки
гибкость конструкции
требуется обученный персонал для обслуживания
отсутствие обмерзания
необходимы дополнительные меры зимой
энергоэффективность
легкость ремонта
наличие большого ассортимента запасных частей
Благодаря различным видам оросительных блоков и широкой гамме осевых вентиляторов мокрые
градирни могут быть подобраны в большем диапазоне нагрузок по воде и обеспечивать глубокое
охлаждение воды с перепадом до 30 °.Кроме того, есть возможность установки воздухорегулирующих
жалюзи и реверса двигателя. Это позволит прекрасно эксплуатировать градирню при низких
12
температурах наружного воздуха.

13.

По типу оросителя различают следующие типы вентиляторных градирен:
•пленочные
•капельные
•капельно-пленочные
13

14.

Независимо от типа, она состоит из нескольких элементов: каркас, водосборная ёмкость,
водораспределительная система, система прокачки воздуха, охлаждающее (оросительное) устройство.
При соотношении 1 м3 воды к 600 м3 воздуха и более начинается эффективное охлаждение. Воздух
поступает в градирню через специальные окна, расположенные снизу металлического каркаса. Их
размер должен быть достаточен для прохода огромного объема воздуха.
Встреча воды, разбрызгиваемой соплами, и воздуха происходит на поверхности блоков оросителя. Их
основная функция - сделать поверхность и время соприкосновения максимальными. Чтобы вентилятор
не извлекал много воды, используют специальный водоуловитель.
Наиболее эффективные капельно-пленочные вентиляторные градирни. Они совмещают свойства
капельных и пленочных оросителей и лучше всего охлаждают воду.
Для малых расходов оборотной воды вентиляторы градирни поставляются на предприятия в готовом
виде, по этому признаку их называют малогабаритными или блочными миниградирнями.
Этот тип мокрых градирен характеризуется невысокими перепадами температур на входе и выходе,
при этом и электропотребление сравнительно не высоко.
14

15.

15

16.

Эжекционные градирни
Принцип действия эжекционной градирни таков.
Горячий теплоноситель подается в градирню с
большой скоростью, порядка 16-20 м/с, и через
очень мелкие отверстия (эжекторы). В результате
образуется мелкодисперсная водяная пыль,
которая, двигаясь очень быстро, образует внутри
градирни область пониженного давления. За
счет этого, совместно с влагой, через эжекторы
внутрь
градирни
затягивается
холодный
атмосферный воздух.
В результате этого происходит теплообмен на
всей
поверхности
капель.
Площадь
соприкосновения холодного воздуха и горячих
капель очень велика, поэтому эффективность
теплообмена большая.
Основное назначение эжекционной градирни охлаждение очень горячего теплоносителя.
16

17.

Основными плюсами этого типа является полное отсутствие ограничения в температуре охлаждаемой
воды. В оросительных системах обычно более +60 0. Вода не охлаждается, так как полимер, из которого
изготовлен ороситель, становится пластичным и может разрушаться. Но есть ряд минусов, которые
накладывают сильные ограничения на распространение данного типа градирен.
Во-первых, это необходимость создать давление в эжекторе. Отсутствие вентилятора градирни с лихвой
компенсируется повышенной мощностью насосов. Как пример, для сравнительного объема
охлаждающей воды мощность вентиляторной установки составляет 75 кВт, а мощность насоса при
эжекции уже 160 кВт. Кроме этого, уменьшается срок эксплуатации трубопроводов системы.
Во-вторых, зимой невозможна циркуляция, так как мелкая водяная взвесь будет моментально замерзать.
Требуется организовать байпасирование воды.
В-третьих, капельный унос у таких градирен выше в 1,5-2 раза, а применение водоуловителя создает
дополнительное сопротивление и ухудшает охлаждение воды.
Применение эжекционных градирен выгодно при температуре воды более 60 0С и/или малом расходе
воды.
17

18.

Преимущества
Недостатки
могут работать на горячей воде с t ≥ 60 0С
большие энергозатраты на создание повышенного
давления воды
не требуется обслуживать вентилятор
большой капельный унос
отсутствие механических подвижных частей
сложность эксплуатации зимой
18

19.

Температура воды на выходе градирни определяется:
•расчетными параметрами наружного воздуха (температура, влажность);
•заданным перепадом температуры на теплообменнике градирни;
•параметрами градирни (площадь поверхности теплообмена, расход воздуха, и т.д.)
Главное преимущество испарительной градирни, заключается в том, что можно получить температуру
воды на выходе ниже температуры окружающего воздуха по сухому термометру. Теоретически в такой
градирне можно охладить воду до температуры окружающего воздуха по мокрому термометру, но
практически, температура воды на выходе примерно на 5-7°С выше температуры воздуха по мокрому
термометру. Подбор градирни испарительного типа производится в соответствии с расчетной
температурой наружного воздуха по мокрому термометру.
Согласно СП 60.13330.2020 параметры наружного воздуха для соответствующих районов строительства
принимаются как параметры Б. Конкретное значение расчетной температуры наружного воздуха
определяется согласно СП 131.13330.2020. .
19

20.

С учетом локального места расположения* градирни, можно определить расчетную температуру наружного
воздуха:
tрМТ= tНВМТ+ ΔtМТ
Где tрМТ- расчетная температура наружного воздуха по мокрому термометру для подбора.
tНВМТ- расчетная температура наружного воздуха по мокрому воздуха согласно СП 60.13330.20 параметры Б.
ΔtМТ - корректировка температуры наружного воздуха по в зависимости от места установки (в тени, на
солнце, на кровле).
*Локальное место расположения – это расположение градирни в тени, на солнце, на плоской кровле.
20

21.

При подборе градирни определяем минимальную температуру воды на выходе из градирни. После
определения расчетной температуры наружного воздуха назначаем минимальный перепад между
температурой воды на выходе из градирни и температурой воздуха по мокрому термометру. Как было
сказано выше, он может составлять 5-7°С. При уменьшении значения перепада, изменяются
геометрические параметры градирни в сторону увеличения. Выбираем минимальное значение 6.°С Для
региона Москва, например, минимальная температура воды на выходе из градирни будет составлять: в
тени 27°С, на солнце 28°С, на кровле 29°С. Для остальных регионов рассчитывается по такой же схеме.
При подборе мокрой градирни для чиллера необходимо проверить обеспечивает ли градирня
необходимый перепад температуры воды на конденсаторе при фактической расчетной температуре
наружного воздуха. То есть, будет ли фактическая производительность чиллера соответствовать
заданной. Например, по стандартам Eurovent , нормативные параметры чиллера приведены при перепаде
температуры воды на конденсаторе +30/35°С. Согласно формуле и выбранному перепаду температуры
6°С значения перепада температуры воды на входе/выходе обеспечивают градирней испарительного
типа для большинства регионов России. Таким образом, зная фактическую мощность, расчетную
температуру наружного воздуха, перепад температуры воды на выходе из градирни, выбираем
необходимое оборудование по каталогу производителя. Подбор градирни/драйкулера может быть
произведен также с использованием программы подбора производителя.
21

22.

Примеры отечественных открытых градирен
Открытые градирни NIBA серии MFK предназначены для охлаждения
чистой или загрязненной воды в промышленных системах оборотного
водоснабжения и кондиционирования воздуха. Максимально
допустимая температура охлаждаемой воды на входе в агрегат 90°С.
Конструкция
Открытые градирни MFK оснащаются осевыми вентиляторами со
стеклопластиковыми лопастями, системой орошения с форсунками из
стеклопластика, поверхностью теплопередачи из полипропилена и
каплеуловителем. Панели корпуса градирен, выполнены из
стеклопластика (полиэстер, армированный стекловолокном), который
не нуждается в покраске, является устойчивым к коррозии,
ультрафиолету и долговечным в эксплуатации.
MFK 3х3 Производительность 11 м3/ч … MFK 8х8 – 76 м3/ч
Открытые градирни MFK могут оснащаться вентиляторами с лопастями из алюминия или композитных материалов.
В градирнях серии MFK вентилятор (один или два) установлен сбоку, что обеспечивает удобную доступность при
монтаже и обслуживании. В целях безопасности агрегаты оснащаются датчиками вибрации. Вариативность
моделей и широкий спектр опций позволяет подобрать агрегат исключительно под ваши задачи с учетом всех
требований и технических условий.
22

23.

Градирни вентиляторные S3000E
•Тип: открытый.
•Вентиляторы: осевого типа (1)
•Исполнения: стандартное, малошумное, сверхмалошумное.
•Автоматика: в комплекте.
•Охлаждаемая жидкость: очищенная вода.
•Максимальная Т жидкости на входе в агрегат: 55-60°С.
•Расход воды: от 18 до 285 л/с.
•Область применения: системы оборотного водоснабжения и
промышленного кондиционирования.
Градирни вентиляторные VT0/1
•Расход воды: от 7 до 455 л/с.
•Тип: открытый.
•Вентиляторы: радиального типа.
•Исполнения: стандартное, малошумное, сверхмалошумное.
•Автоматика: в комплекте.
•Охлаждаемая жидкость: очищенная вода.
•Максимальная Т жидкости на входе в агрегат: 55-65°С.
•Область применения: системы оборотного водоснабжения и
промышленного кондиционирования.
23

24.

Сухая установка, или как ее еще называют драйкулер: вода под давлением течет в медном
теплообменнике, который обдувается мощным потоком воздуха. В градирнях закрытого типа охлаждение
происходит только за счет теплопередачи.
В сухих градирнях отсутствует непосредственный контакт между охлаждающей и охлаждаемой средами.
Теплообмен между теплоносителем контура и окружающим воздухом происходит через стенки медных
трубок и поверхности алюминиевых пластин трубчато-пластинчатого теплообменника. Вентиляторы
осевого типа создают принудительный поток воздуха. В качестве теплоносителя может применяться вода
или антифриз.
24

25.

Сухая градирня (драйкулер) представляет собой установку, основными элементы которой являются
трубчато-пластинчатый теплообменник и осевой вентилятор, которые размещены на основании рамы.
Драйкулеры бывают горизонтального, вертикального или V-образного исполнения
25

26.

Драйкулеры POWERLINE
•Производительность: от 5 до 1100 кВт.
•Тип: воздухоохлаждаемые плоской формы.
•Вентиляторы: осевого типа.
•Исполнения: стандартное, низкошумное, супернизкошумное.
•Автоматика: могут поставляться как с автоматикой, так и без.
•Хладагент: вода, растворы гликоля.
•Область применения: коммерческие и промышленные системы кондиционирования или индустриальные
системы охлаждения.
26

27.

Драйкулеры KCE
•Производительность: от 5 до 1100 кВт.
•Тип: воздухоохлаждаемые плоской формы.
•Вентиляторы: осевого типа.
•Исполнения: стандартное, низкошумное, супернизкошумное.
•Автоматика: могут поставляться как с автоматикой, так и без.
•Хладагент: вода, растворы гликоля.
•Область применения: коммерческие и промышленные системы
кондиционирования или индустриальные системы охлаждения.
Драйкулеры POWER-J
•Производительность: от 100 до 2000 кВт.
•Тип: воздухоохлаждаемые V-образной формы.
•Вентиляторы: осевого типа.
•Исполнения: стандартное, низкошумное, супернизкошумное.
•Автоматика: могут поставляться как с автоматикой, так и без.
•Хладагент: вода, растворы гликоля.
•Область применения: системы промышленного кондиционирования или
27
индустриальные системы охлаждения.

28.

28

29.

Подбор сухой градирни (драйкулера)
Подбор
сухой
градирни
закрытого
контура
аналогичен подбору мокрой градирни, но расчетная
температура наружного воздуха берется не по
влажному, а по сухому термометру. Стандартный
перепад температуры теплоносителя на конденсаторе
чиллера
5
С.
Минимальный
перепад
между
температурой теплоносителя на выходе из градирни и
температурой
воздуха
по
сухому
термометру
составляет 5-7°С
Это значение можно уменьшить, но тогда для сохранения требуемой производительности
необходимо увеличить площадь теплообменника, следовательно, габаритные размеры драйкулера
будут больше.
Согласно СП 60.13330.2020 и СП 131.13330.2020. параметры наружного воздуха для
соответствующих районов строительства принимаются как параметры Б.
29

30.

Для определения температуры воды на выходе из градирни, учитываем место расположения
оборудования, как по региону, так и по локальной дислокации (т.е. в тени, на солнце, на
кровле), выбираем перепад температуры между теплоносителем и окружающим воздухом
6°С.
30

31.

Для примера, в регионе Москва, при перепаде температуры между теплоносителем и окружающим
воздухом 6°С, стандартном перепаде на конденсаторе 5°С и размещении градирни в тени, температура
воды на входе/выходе градирни составит 40/35°С, при размещении на кровле - 47/42°С.
При
подборе
градирни
для
чиллера
необходимо
предварительно
рассчитать
фактическую
производительность оборудования с учетом поправочных коэффициентов на расчетную температуру
окружающего воздуха и расположения над уровнем моря. По нормативам Eurovent, параметры воды на
конденсаторе чиллера соответствуют значениям +30/35°С. Но как мы видим, в зависимости от
температуры окружающего воздуха фактическая температура воды на входе/выходе градирни может
отличаться от нормативной. Поэтому при подборе градирни, необходимо учесть, чтобы перепад
температуры воды на входе/выходе градирни обеспечивал перепад температуре на конденсаторе
чиллера, и, следовательно, требуемую производительность.
31

32.

Преимущества и недостатки испарительных градирен открытого типа
Испарительные градирни открытого типа обладают одним несомненным преимуществом - они
позволяют охлаждать воду ниже температуры окружающего воздуха. Отсюда их высокая
эффективность.
К недостаткам испарительных градирен можно отнести:
•Необходимость подпитки воды для компенсации, вследствие, ее испарения и уноса (Суммарное
значение уноса составляет 1,5-2% от расхода. Подпитка воды, необходима также для снижения в воде
концентрации солей).
•Невозможность эксплуатации при отрицательных температурах без дополнительных элементов и
приспособлений, т.е. обогрева трубопровода поддона т.д.
•Невозможность применения антифриза в качестве теплоносителя, так как меняется концентрация
раствора вследствие испарения.
•Требования к жесткости воды, поэтому необходима дорогостоящая система водоподготовки.
•Загрязнение воды в открытом контуре и, как следствие, необходимость ее очистки.
32

33.

•По сравнению с драйкулерами, при равной производительности испарительные градирни, более
громоздки, занимают большую площадь.
Преимущества и недостатки сухих градирен (драйкулеров)
По сравнению с испарительными градирнями драйкулеры обладают следующими преимуществами:
•Возможность эксплуатации при отрицательных температурах, так как в качестве теплоносителя можно
использовать антифриз (раствора этилен - или пропиленгликоля);
•Нет необходимости в дополнительной подпитке воды, т.к. нет уноса и испарения;
•Нет необходимости в очистке воды (контур замкнутый);
К недостаткам драйкулеров можно отнести меньшую эффективность по сравнению с испарительными
градирнями, особенно при повышении температуры окружающего воздуха.
Для повышения эффективности драйкулеров при высоких температурах окружающего воздуха на них
устанавливается так называемая адиабатическая система охлаждения.
33

34.

Фактически это мелкодисперсное распыление воды через форсунки на пластины теплообменника, в
результате чего происходит испарение воды и понижение температуры воздуха вблизи поверхности
теплообменника, что повышает эффективность работы драйкулера.
Для повышения эффективности драйкулеров при высоких температурах окружающего воздуха на них
устанавливается так называемая адиабатическая система охлаждения. Фактически это мелкодисперсное
распыление воды через форсунки на пластины теплообменника, в результате чего происходит испарение
воды и понижение температуры воздуха вблизи поверхности теплообменника, что повышает
эффективность работы драйкулера.
34

35.

Пример принципиальной схемы гидромодуля с баками – аккумуляторами
35

36.

Пример принципиальной схемы гидромодуля с регулируемым байпасом
36

37.

Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
кафедра теплогазоснабжения и вентиляции
Автор:
Уляшева Вера Михайловна
tgsov@spbgasu.ru