Энергоэффективность системы охлаждения: сухая, мокрая или гибридная

Энергоэффективность системы охлаждения больше всего зависит от того, куда холодильная машина отдаёт тепло конденсации. С драйкулером (сухая схема) чиллер на 1 МВт холода потребляет около 333 кВт, с открытой градирней (мокрая схема) — около 167 кВт. При 4000 часах работы и тарифе 10 ₽/кВт·ч это 13,3 млн ₽ против 6,7 млн ₽ в год. Мокрая схема взамен тратит воду — для такой системы около 9,7 тыс. м³ в год, а гибридная тратит её только в тёплые месяцы.

Чем отличаются сухая, мокрая и гибридная системы охлаждения?

• Сухая — драйкулер (сухая градирня) или воздушный конденсатор. Тепло уходит нагревом воздуха через оребрённые трубки. Воды нет совсем: ни подпитки, ни продувки, ни химии. В контуре обычно гликоль.
• Мокрая — открытая или закрытая испарительная градирня. Часть воды испаряется, и вода охлаждается почти до температуры мокрого термометра — она ниже температуры воздуха.
• Гибридная — сухая и мокрая ступени вместе. В нашей практике это драйкулер для холодных месяцев и градирня для жары, закрытая градирня с сухим режимом зимой или адиабатический драйкулер, который увлажняет воздух только в пиковые часы.

Какую температуру воды даёт каждая схема летом?

Это главный физический предел. Экономически оправданный драйкулер выдаёт жидкость на 5,6–11 К теплее наружного воздуха. При +30 °C на улице это 36–41 °C. Открытая градирня в тот же день даст 26–28 °C, потому что работает от мокрого термометра.

Отсюда разница в работе машины. С драйкулером температура конденсации держится на 45–55 °C, и холодильный коэффициент чиллера составляет 2,5–3,5. С открытой градирней конденсация идёт при 35 °C, и коэффициент растёт до 5,5–6,5. Для технологии, которой нужна вода 25–28 °C без чиллера, сухая схема летом просто не дотянет: её выбирают, только если процесс терпит воду на 3–5 °C и более теплее улицы.

Сколько электричества и воды тратит каждая схема на 1 МВт холода?

Пример: чиллер на 1000 кВт холода, 4000 часов работы на полной мощности в год, тариф 10 ₽/кВт·ч, вода вместе со стоком 60 ₽/м³. Цифры по машине; вентиляторы и насосы добавляются в обеих схемах, у драйкулера вентиляторов больше, потому что без испарения через теплообменник приходится гнать больше воздуха.

Как считали воду для мокрой схемы. Градирня отводит тепло потребителя плюс электричество машины — около 1170 кВт. По максимальному коэффициенту испарения это около 1,8 м³/ч, с продувкой при четырёх циклах концентрирования — около 2,4 м³/ч, за 4000 часов — до 9,7 тыс. м³. Годовое испарение по профилю нагрузки обычно ниже летнего максимума, поэтому это верхняя оценка.

Итог по эксплуатации: мокрая схема в нашем примере экономит около 6,6 млн ₽ электроэнергии в год и тратит до 0,58 млн ₽ на воду плюс реагенты водоподготовки. Разница в пользу мокрой — около 6 млн ₽ в год.

Почему пиковая мощность важнее годового счёта?

Сухая схема на мегаватт холода требует от сети на 166 кВт больше. Если завод упирается в лимит присоединённой мощности, эти киловатты придётся докупать. В нашем расчёте для дата-центра ставка техприсоединения составила 47 тыс. ₽ за кВт — для 166 кВт это около 7,8 млн ₽ разово. На многих площадках новую мощность не дают вообще, и тогда мокрая или гибридная схема — единственный способ поставить холод без новой подстанции. Подробнее — на странице «Снижение электропотребления чиллера».

Когда выгодна гибридная схема?

Гибридную схему мы предлагаем, когда воды на площадке мало или она дорогая, когда водоканал ограничивает сброс продувки, когда зимой открытую градирню трудно защитить от льда, а также когда нагрузка есть круглый год и зимой можно охлаждать воду без компрессора.

Варианты гибрида:

1. Драйкулер плюс градирня. Холодные месяцы тепло снимает драйкулер, и вода не расходуется. Испарительная ступень включается только в жару. Зимой тот же драйкулер можно переключить на фрикулинг.
2. Закрытая градирня с сухим режимом. Летом работает мокрой, зимой орошение выключают. Без доработок закрытая градирня уходит в сухой режим при −15…−25 °C, с оребрённым змеевиком — по каталогу без орошения уже с 0 °C.
3. Адиабатический драйкулер. Большую часть года работает сухим, в жару воздух перед теплообменником увлажняется. Вода нужна только в пиковые часы и обязательно подготовленная, иначе соли сядут на ребро.

Сухой режим — сезонный, а не способ регулирования. Включать и выключать орошение, чтобы подстроить мощность, нельзя: попеременное смачивание и высыхание змеевика даёт накипь. Мощность ведут вентиляторами.

Какие затраты обычно забывают посчитать?

• Водоподготовка и продувка. Без химводоподготовки оборотный контур зарастает солями, и выигрыш мокрой схемы съедает накипь на конденсаторе. После 5–6 циклов концентрирования подпитка почти не падает, а риск накипи растёт.
• Зимний пакет градирни. Подогрев поддона, частотный привод, обогрев наружных труб — это электричество зимой и строки в задании на электроснабжение.
• Гликоль сухого контура. Свой бак, своя подпитка только готовым раствором, поправки на насосы.
• Площадь и кровля. Драйкулер занимает больше места, градирня тяжелее в рабочем состоянии — нагрузку на основание считают по рабочей и аварийной массе.
• Техприсоединение. Разница пиковой мощности сухой и мокрой схем — разовые деньги, которые в годовой счёт не попадают.

Все эти статьи мы сводим в одну таблицу на этапе инженерной концепции: варианты компоновки, капитальные и эксплуатационные затраты, срок окупаемости.

Что мы выбирали на своих объектах?

• Табачная фабрика международной компании, Ленинградская область, — четыре градирни NCT VR для охлаждения чиллера системы промышленного кондиционирования, в комплекте 2019 года — частотный преобразователь. Мокрая схема с градирнями держит низкую температуру конденсации.
• Молочный завод «Армянский филиал Паргев», Ереван, — градирня NCT SVA-2S для охлаждения конденсаторов холодильных машин.
• Завод «Дёлер», Лобня, — гибрид: градирни NCT VR4 охлаждают АБХМ, а две сухие градирни с пластинчатыми теплообменниками работают на фрикулинг.
• ТРК «Триумф Плаза», Обнинск, — две градирни с закрытым контуром для АБХМ на горячей воде, в 2019 году добавили закрытую градирню NCT VRC: в контуре машины остаётся чистая вода.
• «СветлогорскХимволокно», Беларусь, — четырёхсекционная градирня NCT VR1S из нержавеющей стали с подогревом и частотным регулированием для круглогодичной работы.

Это лишь несколько примеров. Многие другие наши проекты — в разделе «Проекты».

Градирни NCT мы производим на своём заводе в Сертолово и подбираем их в программе NCT Select под расчётный режим объекта.

Частые вопросы