Прямое испарительное охлаждение (adiabatic cooling)

Прямое испарительное (адиабатическое) охлаждение — физический процесс, при котором испарение воды в воздух снижает его температуру без затрат на холодильный цикл. Теоретический предел охлаждения — температура мокрого термометра: в России летом она обычно 18-24°C даже при температуре воздуха 30-35°C.

Физика процесса

При испарении 1 кг воды поглощается 2260 кДж тепла (теплота парообразования). Это значительно больше, чем в любом другом естественном процессе теплообмена. Если воздух сухой (RH 20-30%), он может принять много влаги — соответственно охладиться на 10-15°C. Если воздух уже влажный (RH 70-80%), эффективность падает — максимум охлаждения 2-4°C.

Применения

Адиабатические градирни ЦОД

Самое перспективное применение в последние 10 лет. Вместо традиционного чиллера на кровле ЦОДа ставится градирня с водой + пластинчатый теплообменник. Воздух снаружи проходит через кассеты, увлажняемые деминерализованной водой — охлаждается на 8-12°C. Теплообменник передаёт холод в контур охлаждения серверов. КПД (COP) достигает 20-30, против 3-4 у традиционного чиллера. Применяется там, где летние температуры в основном меньше 30°C (большая часть России, кроме юга).

Предохлаждение конденсаторов чиллеров

На кровлях с чиллерами воздушного охлаждения монтируются форсуночные блоки, распыляющие воду перед конденсаторами. Воздух до конденсатора охлаждается на 5-10°C — компрессор работает в более лёгком режиме, электропотребление снижается на 15-30% в жаркие дни. Окупаемость — 1-2 сезона.

Прямое охлаждение помещений

В сухом климате (юг России, Средняя Азия) возможно прямое использование испарительных охладителей — "swamp cooler" или "индустриальный кулер". Воздух увлажняется и подаётся в помещение. Температура снижается на 10-15°C при расходах электроэнергии в 10-20 раз меньше кондиционирования. Минусы: повышается влажность помещения (RH 70-80%), не для всех объектов приемлемо.

Охлаждение градирен промышленных процессов

Градирни хладагента на производствах, нефтехимии, электростанциях — классическое применение. Горячая оборотная вода распыляется в поток воздуха, частично испаряется, охлаждается. Пополнение потерь на испарение (3-5% объёма) + сброс соляного концентрата.

Виды реализации

С кассетами испарения (Celdek, Munters)

Волнистые гофрированные гигроскопичные материалы с большой поверхностью. Вода стекает сверху, воздух проходит через кассеты. Эффективность 85-95%. Применение: градирни ЦОДов, прямое охлаждение.

С форсунками высокого давления

Вода распыляется в воздух мелкими каплями (5-15 мкм). Испарение в объёме. Применение: предохлаждение конденсаторов, точное регулирование.

С дисковыми испарителями

Вращающиеся диски частично погружены в воду. Воздух проходит с другой стороны. Применение: малые адиабатические увлажнители, бытовые.

Автоматика

Контроль температуры наружного воздуха, влажности, температуры подачи. Включение/выключение по уставке. Для систем с водоподготовкой — контроль проводимости продувочной воды, автоматический сброс при превышении, подпитка свежей. Для форсуночных — контроль давления насоса. Защиты: от замерзания в межсезонье, от биозагрязнения (ионы серебра, УФ, периодическая санация).

РУБИКОН проектирует адиабатические системы для ЦОДов, промышленных градирен и предохлаждения конденсаторов. Расчёт экономии электроэнергии — часть ТЗ.