Градирня – это охлаждающая установка, которая снижает температуру воды путем испарения. Что такое градирня с точки зрения ее конструкции? Как работает градирня? Принцип довольно простой: горячая вода распыляется сверху, стекает вниз и контактирует с воздухом. Часть воды испаряется, забирая с собой тепло.
Градирни используют во многих отраслях – от металлургии до пищевой промышленности. Без градирен большинство заводов и объектов энергетики не смогли бы работать.
Градирни – это надежный способ охлаждения, который проверен десятилетиями использования на предприятиях по всему миру. Давайте разберемся в устройстве и принципах работы этого важного элемента промышленной инфраструктуры.
Ниже можно ознакомиться с примерами современных градирен:
Если на вашем предприятии стал вопрос чтобы выгодно купить градирню, но вы не понимаете, что это такое и какие выгоды принесет, то эта статья поможет разобраться.
Содержание
Что такое градирня и как она устроена?
Что такое градирня? Это промышленная установка для охлаждения больших объемов воды путем испарения части жидкости при контакте с воздухом.
Каждая градирня включает в себя несколько обязательных элементов, каждый из которых выполняет свою функцию. Корпус изготавливают из стали или стеклопластика в зависимости от типа и размеров установки. Внутри размещается ороситель – система пластин или решеток, увеличивающая площадь контакта воды с воздухом. Водораспределительная система с форсунками или лотками обеспечивает равномерное орошение. Каплеуловители задерживают капли воды, которые иначе уносились бы в атмосферу. Холодноводный бассейн собирает охлажденную воду для возврата в систему.
Основные конструктивные элементы какие имеет градирня
- Вентиляторы (в вентиляторных градирнях) – создают принудительный поток воздуха
- Ороситель (насадка) – пластиковый, деревянный или бетонный
- Водораспределительная система – трубы, форсунки, разбрызгиватели
- Каплеуловитель – удаляет до 95-98% капель из воздушного потока
- Бассейн – собирает охлажденную воду объемом от 5 до 50% часовой производительности
Что такое градирня современного типа? Это модульная конструкция из полимерных композитов, устойчивых к коррозии и ультрафиолету. Оросители изготавливают преимущественно из ПВХ или полипропилена толщиной 0,3-0,5 мм, поскольку эти материалы не гниют и долго сохраняют форму. Для строительства башенных градирен используют железобетон как наиболее долговечный материал для крупных сооружений высотой до 200 метров. Вентиляторные градирни собирают из стальных оцинкованных каркасов или стеклопластиковых панелей – они легче и быстрее монтируются.
Как работает градирня? Принцип охлаждения
Как работает градирня? По принципу работы это теплообменник, где горячая вода стекает вниз тонкой пленкой или каплями через специальный ороситель, а навстречу ей движется поток воздуха. Температура воды снижается на 10-20°C благодаря испарению примерно 1-2% общего объема жидкости.
Охлажденная вода собирается в нижнем бассейне и возвращается в систему. Процесс основан на испарительном охлаждении, которое дает намного больший эффект, чем простой теплообмен.
Как работает градирня в разных условиях?
Как работает градирня прямо зависит от температуры и влажности воздуха. В жаркую сухую погоду испарение идет активнее, градирня работает лучше. При высокой влажности эффективность падает – воздух уже насыщен водяными парами и плохо забирает влагу. Расход воздуха через градирню тоже влияет на результат. Больше воздуха – быстрее охлаждение.
Температурные ограничения градирни
Параметр | Значение | Пояснение |
Минимальная температура охлаждения | На 5-7°C выше температуры воздуха по влажному термометру | Физический предел испарительного охлаждения |
Типичная температура охлажденной воды | 25-32°C | При летних условиях эксплуатации |
Оптимальный перепад температур | 8-15°C | Между входом и выходом градирни |
Градирня не может охлаждать воду ниже температуры влажного термометра окружающего воздуха. Это физический предел испарительного охлаждения. На практике вода охлаждается на 5-7 градусов выше этого значения. Для получения более низких температур нужны холодильные машины. Вот почему градирни используют только для отвода технологического тепла, а не для получения холода.
Факторы, влияющие на производительность градирни
- Температура воздуха по влажному термометру – основной параметр расчета
- Относительная влажность воздуха – чем ниже, тем лучше охлаждение
- Высота слоя оросителя – определяет время контакта воды с воздухом
- Плотность орошения – количество воды на квадратный метр площади
- Скорость движения воздуха через оросительное устройство
- Температура поступающей воды – влияет на интенсивность теплообмена
Краткая история развития градирни
Градирни прошли путь от примитивных деревянных конструкций для выпаривания соли до высокотехнологичных систем охлаждения. Сначала, в XVI веке, их использовали только для сгущения солевого раствора на соляных промыслах Европы.
Революцию в конструкции сделали голландские инженеры Фредерик ван Итерсон и Герард Кейперс в 1918 году. Они запатентовали гиперболоидную форму, которую построили в Херлене. Гиперболоидная конструкция создавала естественную тягу воздуха без вентиляторов. Это снизило расходы электроэнергии на 40-50% по сравнению с предыдущими моделями.
Основные этапы повышения эффективности
Период | Инновация | Экономия ресурсов |
1918-1930 | Гиперболоидная форма | Снижение энергопотребления на 45% |
1950-1970 | ПВХ-оросители вместо дерева | Увеличение срока службы с 10 до 25 лет |
1980-2000 | Пленочные заполнители | Повышение теплообмена на 30% |
2000-2025 | Частотные приводы вентиляторов | Экономия электроэнергии до 60% |
В 1950-1970-х годах производители начали использовать новые материалы. Деревянные элементы заменили на поливинилхлорид и стеклопластик. Американская компания Marley разработала модульные вентиляторные градирни для коммерческих зданий. Эти установки занимали в 3-4 раза меньше площади, чем башни с естественной тягой. Появились закрытые контуры, которые уменьшили потери воды на 80-90%. Европейские производители BAC и GEA внедрили системы автоматического контроля.
Современные тенденции направлены на гибридные системы. Адиабатические градирни сочетают сухое и влажное охлаждение, работают без воды до 70% времени. Использование частотных преобразователей позволяет подстраивать мощность под нагрузку. В Украине, как и в развитых странах Европы, растет спрос на энергоэффективное оборудование. Новые поколения градирен потребляют на 50-65% меньше электроэнергии по сравнению с установками 1990-х годов.
Градирня это главный агрегат в системах оборотного водоснабжения
Градирня это центральный элемент систем оборотного водоснабжения, который отвечает за охлаждение нагретой технической воды.
Система оборотного водоснабжения состоит из нескольких взаимосвязанных компонентов. Каждый элемент выполняет определенную функцию в цикле охлаждения воды. Насосное оборудование обеспечивает циркуляцию, трубопроводы транспортируют теплоноситель, а очистные сооружения поддерживают качество воды. Однако именно градирня выполняет основную работу по снижению температуры циркулирующей воды в системе.
Градирня это не единственный тип водоохлаждающего оборудования в промышленности. Существуют брызгальные бассейны, охладительные пруды и драйкулеры. Брызгальные бассейны требуют больших площадей и зависят от ветра. Охладительные пруды занимают еще больше территории. Драйкулеры работают без испарения воды, но их эффективность падает при высоких температурах окружающего воздуха.
Градирни превосходят альтернативные решения по нескольким ключевым параметрам:
- Компактность – занимают в 10-15 раз меньше площади по сравнению с охладительными прудами
- Высокая эффективность – охлаждают воду на 15-25°C за один проход через оросительное устройство
- Стабильность работы – принудительная циркуляция воздуха обеспечивает постоянную производительность независимо от погоды
Экономичность – капитальные затраты окупаются за 2-4 года благодаря снижению расхода свежей воды на 95-98%
Какие разновидности имеет градирня?
Градирня классифицируется по нескольким ключевым параметрам. Основное разделение идет по способу подачи воздуха: башенные работают за счет естественной тяги, вентиляторные используют принудительную циркуляцию. Также различают открытые и закрытые системы, конструкции с металлическим или пластиковым корпусом. Тип вентилятора тоже важен – осевой или центробежный. Каждый вариант имеет свои особенности применения.
Башенные градирни не требуют электроэнергии для движения воздуха. Их высота достигает 100-200 метров, что обеспечивает мощную естественную тягу. Такие установки строят преимущественно на ТЭС и АЭС.
Вентиляторные установки компактнее и универсальнее. Градирня такого типа комплектуется осевыми или центробежными вентиляторами. Осевые вентиляторы более экономичны, потребляют меньше энергии, но создают невысокий напор. Центробежные справляются с высокотемпературными потоками, обеспечивают глубокое охлаждение на 30-35°C.
Открытые и закрытые системы принципиально различаются по схеме работы. В открытых вода напрямую контактирует с воздухом, что дает высокую эффективность охлаждения. Закрытые используют теплообменник, исключая загрязнение теплоносителя. Европейская практика показывает растущую популярность гибридных решений.
Сравнение основных типов градирен
Тип градирни | Преимущества | Недостатки | Типичная область применения |
Башенная (естественная тяга) | Отсутствие энергозатрат на вентиляцию, долговечность, высокая производительность | Огромные размеры, высокая стоимость строительства, длительный монтаж | ТЭС, АЭС, крупные промышленные объекты |
Вентиляторная с осевым вентилятором | Компактность, низкое энергопотребление, простота обслуживания | Ограниченный перепад температур, меньшая эффективность | Средние промышленные предприятия, системы кондиционирования |
Вентиляторная с центробежным вентилятором | Высокий перепад температур, работа с горячими потоками, стабильность | Повышенное энергопотребление, больший уровень шума | Металлургия, химическая промышленность |
Открытого типа | Максимальная эффективность охлаждения, простая конструкция, низкая стоимость | Потери воды на испарение, загрязнение теплоносителя, риск образования накипи | Системы с доступом к качественной воде |
Закрытого типа | Защита теплоносителя от загрязнений, возможность использования антифриза, работа зимой | Более сложная конструкция, выше стоимость, меньшая эффективность | Пищевая, фармацевтическая промышленность |
Где применяются градирни?
Градирни работают везде, где требуется охлаждение больших объемов технической воды. Энергетика, металлургия, химическая промышленность, машиностроение, пищевые производства – во всех этих отраслях используется оборотное водоснабжение. Выбор типа градирни зависит от масштаба производства, требуемой температуры охлаждения и качества теплоносителя.
Башенные градирни – это выбор крупнейших энергетических объектов. Их единственный минус – огромная стоимость строительства и длительный монтаж. Зато срок службы измеряется десятилетиями, эксплуатационные расходы минимальны.
Градирни с осевыми вентиляторами распространены на предприятиях среднего масштаба. Заводы машиностроения и системы центрального кондиционирования – типичные области применения. Компактность и низкое энергопотребление делают их экономичным решением.
Установки с центробежными вентиляторами справляются с более сложными задачами: металлургические цеха с высокотемпературными потоками, химические производства, где нужно охлаждение на 30-35°C.
Открытые градирни востребованы там, где доступна качественная вода и нет жестких требований к чистоте теплоносителя.
Закрытые системы выбирают фармацевтические и пищевые производства – здесь контакт с атмосферой недопустим.
Основные сферы применения градирни
Отрасль | Тип градирни | Особенности применения |
Энергетика (ТЭС, АЭС) | Башенная естественной тяги | Охлаждение конденсаторов турбин, производительность до 100 000 м³/ч |
Машиностроение | Вентиляторная с осевым вентилятором | Охлаждение станков, компрессоров, гидравлических систем |
Металлургия | Вентиляторная с центробежным вентилятором | Охлаждение доменных печей, прокатных станов, индукционных установок |
Химическая промышленность | Открытого типа, центробежная | Охлаждение реакторов, дистилляционных колонн |
Пищевая и фармацевтическая | Закрытого типа | Защита от загрязнений, возможность использования антифриза |
Коммерческая недвижимость | Компактная вентиляторная | Системы кондиционирования торговых центров, офисных комплексов |
Градирни - это эффективное решение для охлаждения
Градирни это выгодное решение при сравнении с альтернативными методами охлаждения, особенно в долгосрочной перспективе. Рынок предлагает несколько вариантов:
- воздушное охлаждение (драйкулеры)
- чиллеры с воздушным конденсатором
- системы прямоточного водоснабжения
- испарительные градирни
Каждый метод имеет свою экономику. Ниже представлено сравнение затрат на организацию охлаждающей мощности 100 кВт по данным производителей BAC, SPX, EVAPCO и независимых исследований EPA.
Сравнение капитальных и эксплуатационных затрат систем охлаждения (на 100 кВт)
Тип системы | Капитальные затраты (€) | Эксплуатационные расходы (€/год) | Срок окупаемости (лет) |
Градирня открытая | 3 500 – 5 000 | 800 – 1 200 | – |
Градирня закрытая | 8 750 – 15 000 | 600 – 900 | 3-5 |
Драйкулер (воздушный) | 6 000 – 9 000 | 2 400 – 3 600 | – |
Чиллер воздушного охлаждения | 7 500 – 11 000 | 2 800 – 4 200 | – |
Прямоточное водоснабжение | 2 000 – 3 500 | 4 500 – 8 000 | – |
Анализ показывает четкую закономерность: начальные вложения в градирню окупаются через снижение эксплуатационных расходов. За 10 лет работы открытая градирня обходится в 11-17 тысяч евро, воздушная система – в 30-45 тысяч евро. Разница в три раза. Градирни наиболее целесообразны в следующих случаях:
- На предприятиях с постоянной тепловой нагрузкой свыше 200 кВт
- При доступности технической воды и возможности организации оборотного цикла
- В регионах с умеренным и жарким климатом, где влажность воздуха не превышает 70-80%
- Когда требуется охлаждение больших объемов воды (от 50 м³/час)
- При длительном сроке эксплуатации объекта (более 5 лет)
Европейский опыт подтверждает эффективность градирен: в Германии и Нидерландах до 85% промышленных предприятий используют именно испарительное охлаждение. В Украине этот показатель пока составляет около 60%, но тенденция роста очевидна. Выбор в пользу градирни оправдан экономически, технологически и экологически.
FAQ: Часто задаваемые вопросы
При правильной эксплуатации и регулярном обслуживании – 15-20 лет минимум. У нас есть клиенты, у которых градирни работают с 2005 года. Конечно, вентиляторы меняли, оросители обновляли, но корпус и основная конструкция – как новые. Главное – не запускать, вовремя чистить и проводить профилактику.
Зависит от ваших условий. Открытая дешевле и эффективнее по теплоотдаче, но требует водоподготовки и регулярной чистки. Закрытая дороже, зато вода не контактирует с воздухом – меньше загрязнений, меньше потерь на испарение. Для пищевой промышленности однозначно закрытая, для металлургии можно и открытую.
Можно, но нужно учитывать несколько моментов. Первое – несущая способность перекрытий. Градирня с водой весит прилично. Второе – вибрация от вентиляторов. Нужна хорошая виброизоляция, иначе весь дом будет гудеть. Третье – доступ для обслуживания. Мы ставили градирни на крыши десятков зданий – главное, правильно всё рассчитать.
Основной потребитель – это вентиляторы. Для градирни производительностью 100 м³/час это примерно 5-7 кВт. С частотными преобразователями можно снизить потребление на 30-40%, особенно в холодное время года. Плюс насосы для циркуляции воды – это еще 3-5 кВт. В общем, не так уж много, учитывая эффект охлаждения.
Минимальный осмотр – раз в месяц. Проверить работу вентиляторов, посмотреть на состояние оросителей, проконтролировать уровень воды. Полное ТО – раз в квартал: чистка форсунок, проверка автоматики, смазка подшипников. Раз в год – генеральная чистка с остановкой градирни. Это если по-правильному. А так… видели мы градирни, которые годами работают без обслуживания. Правда, и выглядят соответственно.
Первое – не паниковать. Небольшое обледенение жалюзи и корпуса – это нормально. Главное, чтобы лед не блокировал воздухозаборы и не нарастал на вентиляторах. Можно установить систему антиобледенения – греющие кабели в критических местах. Или просто увеличить расход воды в морозы – движущаяся вода не замерзает. У нас даже инструкция есть специальная для зимней эксплуатации.
