Історія охолодження починається там, де люди вперше зрозуміли, що воно існує і потрібне для певних ситуацій — тобто в давнину. Ці елементарні методи з’явилися кілька тисячоліть тому, там де починали формуватися цивілізації, у вигляді вентиляції жител і майстерень. Зрештою, з настанням індустріалізації в дев’ятнадцятому столітті з’явилася гостра потреба для охолодження парових механізмів, металургії та перших енергетичних установок. Градирня, як вона є, з’являється на цьому етапі.
Перші екземпляри з’явилися ближче до двадцятого століття і являли собою елементарні установки для випаровування, але їхніх потужностей вистачало для вугільних і парових електростанцій. Тоді градирні стали необхідністю для усунення перегрівів обладнання. Без такої корисної властивості постійне функціонування агрегатів у промисловості просто неможливе.
Ці кліматичні споруди пройшли довгий шлях до наших днів, де вони вже є надзвичайно складними пристроями. Але їхня суть не змінилася — обладнання на виробництві, виробленні електрики, у промисловій сфері тільки збільшило свої апетити, і градирня для охолодження води виконує ту саму функцію забору зайвого тепла.
Як працює градирня
Градирні на старті своєї реалізації були елементарні в конструкції і за принципом дії. Колись тепла вода надходила з установок або парових турбін, піднімалася на вищу частину споруди і потім розділялася за допомогою каскадів або решіток із дерева. Рідина текла вниз тонким шаром — завдяки контакту з повітряною тягою її частина випаровувалася разом з надлишковим теплом, а залишок надходив назад у систему. Початкові споруди повністю покладалися на силу природи — вітер і температуру навколишнього середовища.
У наші дні таке обладнання має максимальну корисність у роботі, попри те, що деякі моделі можуть використовувати ту ж природну тягу для атмосферної циркуляції. А вентиляторна градирня використовує примусову тягу повітряного середовища, не покладаючись на погодні умови. Порівняно з давниною, зараз автоматика контролює всі процеси з максимальною точністю, що робить весь робочий процес оптимізованим і вигідним.
Ці системи містять у собі безліч датчиків і аналізують:
- Швидкість вітру;
- Вологість повітря;
- Температуру за допомогою датчиків.
Наскільки потужними були ранні градирні
Сьогодні охолоджувальною потужністю таких «раритетів» не здивувати нікого. Що таке обсяг у п’ятсот кіловатів? Ранні агрегати обслуговували виключно малі об’єми води і витрачали її чималими порціями. Залежачи від природних умов циркуляції з випаровуванням, працювали вони нестабільно, особливо у великій вологості або в низьких температурах. Внаслідок цього страждав ККД, а експлуатація була загалом невигідною. Їхню продуктивність можна було виміряти від проходження десятків — сотень кубометрів води на годину.
Звісно, дуже важко дати оцінку їхньому процесу охолодження, бо все зав’язано на природних факторах, але постаратися проаналізувати деякі моменти можна. Від 500 до 2000 кіловатів — стільки вони могли виробляти холоду. Цього вистачало, щоб перекрити потреби якогось великого цеху. Але найголовніше, що вони підтримували безпеку — перегрів парових машин нерідко закінчувався неприємними ситуаціями. Тож, щоб усунути потребу, наприклад, малої газової турбінної електростанції зараз, може знадобитися 5 таких градирень або більше.
Що пропонує сучасність
Сьогоднішні показники ККД у виробництві холоду досягають 95%. Це стало можливим завдяки технологіям, що постійно розвиваються, і застосуванню досконаліших механізмів — вентиляторів, автоматики, теплообмінників тощо. Нові установки не (або малою мірою) залежать від клімату і погоди. Вони гнучко налаштовуються і мають крихітну втрату холодоагенту.
Градирня в наші дні може бути як невеликою (в тому числі і міні-градирня), для комерційних цілей, так і гігантською спорудою, такою як градирня на АЕС. Такі комплекси переганяють божевільні обсяги води і при цьому не забруднюють планету. І що важливо — безперервно функціонуючи, мають крихітні похибки. Сучасні охолоджувачі оснащуються додатковими компонентами, які покращують аеродинамічні показники — наприклад, стає більшою площа контакту з атмосферним потоком і збільшується його швидкість зі зменшенням опору.
Як починали будівництво градирень
На ранніх етапах головну роль у зведенні грала доступність матеріалів — дерева, цегли, металу. Деревина була найпопулярнішим будматеріалом до початку двадцятого століття. Легкість, доступність, дешевизна — ідеально для випарних конструкцій. Однак постійна взаємодія з вологою призводила до гниття і постійних ремонтів. Для незначного продовження терміну служби їх покривали смолами або просочували.
Коли виробництво цегли і бетону стало ширшим, градирня для охолодження води стала зводитися з них. Такий підхід забезпечив довговічність і міцність. Процес був дуже трудомістким і дорогим, поки не створили залізобетон. З його допомогою, зокрема, збільшилися масштаби, що певною мірою дало більшу кількість охолоджувальної потужності.
Для створення теплообмінних компонентів і для будівництва каркасів пізніше став використовуватися метал. Уся споруда отримала меншу вагу і швидше зводилася. Сьогодні для охолоджувальних споруд використовують високоякісну нержавіючу сталь та інші металеві сплави, а також полімери, які стійкі до іржі, ультрафіолету або впливу хімічних речовин.
Де використовувалися колишні варіанти охолодження
Допотопні, старі, архаїчні — вибирайте самі синонім для дуже старих градирень. Вони набули поширення на вугільній електростанції або в промисловому секторі, а також у виробництві, де зачіпалася хімія:
- Наприкінці 1890-х років у США та Великій Британії вперше застосували для охолодження турбін;
- Металургійне виробництво 1910 року зобов’язали використовувати в Німеччині та Північній Америці;
- До 1930 року переважна більшість об’єктів енергетичної інфраструктури мала комплекси для відведення тепла.
Пройшовши довгий шлях розвитку, градирні для охолодження води перетворилися від дерев’яного самостійного будівництва до складних тепловідвідних систем. Попри кумедний зовнішній вигляд, перші варіації дали серйозний поштовх для розвитку промислового охолодження. Сьогодні це обов’язкова частина будь-яких виробничих комплексів, яка постійно підхоплює технологічні інновації.
