Большое белое облако над работающей градирней легко воспринимается как признак интенсивного испарения: чем больше «пара», тем активнее аппарат отводит тепло. Обратная ситуация тоже кажется логичной – если шлейф почти отсутствует, значит вода испаряется хуже и градирня работает менее эффективно.

На практике такой способ оценки не позволяет судить об эффективности охлаждения. Две одинаковые вентиляторные градирни при сопоставимой тепловой нагрузке в разных погодных условиях или на разных площадках могут выглядеть совершенно по-разному. Над одной будет плотный белый шлейф, а выброс другой окажется почти прозрачным.

Причина в том, что видимое облако формируется уже после выхода влажного воздуха из градирни. Его появление в первую очередь определяется тем, что происходит при смешении тёплого насыщенного воздуха с наружным.

Почему над мокрой градирней появляется белый шлейф

Внутри мокрой градирни вода непосредственно контактирует с наружным воздухом. Часть воды испаряется, забирая тепло у оставшегося потока. Воздух при этом нагревается и насыщается водяным паром, после чего вентилятор выбрасывает его наружу.

Сам водяной пар невидим. Белое облако, которое наблюдается над градирней, состоит преимущественно из мельчайших капель воды, образующихся при конденсации.

Когда тёплый и влажный воздух после градирни смешивается с более холодным наружным воздухом, смесь при определённых условиях достигает насыщения. Избыток водяного пара конденсируется в микрокапли, которые рассеивают свет и делают шлейф видимым. По сути, механизм похож на образование тумана.

Поэтому корректнее говорить о видимом влажном шлейфе, а не оценивать работу градирни по количеству «пара».

Почему одна градирня сильно «парит», а другая почти нет

Размер и плотность видимого шлейфа зависят от состояния двух воздушных потоков – выходящего из градирни и наружного. Важны температура, влагосодержание и относительная влажность каждого из них.

Представим один и тот же аппарат при одинаковой тепловой нагрузке. В сухую тёплую погоду выходящий поток может достаточно быстро смешиваться с наружным воздухом без образования заметного количества конденсата. Внешне покажется, что градирня почти не «парит».

Если температура наружного воздуха снизится, а его относительная влажность возрастёт, условия смешения изменятся. Теперь воздуху требуется значительно меньше дополнительной влаги для достижения насыщения. После смешения часть водяного пара конденсируется, и над тем же оборудованием возникает хорошо заметное белое облако.

Режим самой градирни при этом может практически не измениться.

Кроме погоды, на размер и дальность шлейфа влияют ветер, скорость и высота выброса, а также режим работы вентиляторов: число работающих секций и частота вращения. При сильном ветре и высокой скорости выброса влажный воздух быстрее смешивается с окружающим и шлейф рассеивается раньше; при слабом ветре он может подниматься высоко и тянуться на значительное расстояние.

Температура и влажность наружного воздуха определяют видимость шлейфа

Особенно хорошо зависимость заметна осенью, зимой и в прохладную влажную погоду. Наружный воздух в таких условиях способен быстро достигать состояния насыщения после контакта с тёплым влажным выбросом градирни.

При низкой относительной влажности ситуация иная. Воздух имеет больший потенциал для принятия дополнительной влаги, поэтому после смешения видимая конденсация может быть значительно слабее.

Условно влияние основных факторов можно представить так:

Именно поэтому сравнение внешнего вида градирни в июле и ноябре без учёта параметров наружного воздуха не даёт полезной информации о качестве охлаждения.

Относительная влажность может вводить в заблуждение

Здесь есть важная особенность. Относительная влажность показывает не абсолютное количество воды в воздухе, а степень его насыщения при конкретной температуре.

Например, холодный воздух с высокой относительной влажностью может содержать меньше водяного пара, чем значительно более тёплый воздух с меньшей относительной влажностью. Поэтому одного показателя RH для анализа недостаточно.

Для работы мокрой градирни особенно важна температура мокрого термометра. Она характеризует потенциал испарительного охлаждения и намного полезнее при оценке режима аппарата, чем температура сухого термометра или визуальная плотность шлейфа.

Градирня не может охладить воду ниже температуры мокрого термометра наружного воздуха. Разница между температурой охлаждённой воды и этим пределом называется подходом: чем он меньше при заданных нагрузке и температуре мокрого термометра, тем эффективнее работает градирня

Большое белое облако не означает высокую холодопроизводительность

Можно получить довольно показательный парадокс: над градирней образуется огромный плотный шлейф, хотя сама вода охлаждается хуже расчётного значения.

Например, ороситель загрязнён, часть форсунок работает неправильно или расход воздуха снизился из-за проблем с вентиляторами. Градирня теряет эффективность, температура охлаждённой воды растёт. При этом выходящий воздух всё равно остаётся достаточно тёплым и влажным, а подходящие погодные условия создают хорошо заметное облако.

Визуально аппарат выглядит очень «активным», но с точки зрения технологического процесса работает хуже требуемого режима.

Возможна и противоположная ситуация. При сухой погоде шлейф практически исчезает, хотя градирня обеспечивает требуемую температуру воды и работает в нормальной рабочей точке.

По каким параметрам действительно оценивают работу вентиляторной градирни

Если требуется понять, справляется ли градирня с нагрузкой, наблюдение за выбросом лучше заменить измерением нескольких связанных параметров:

• Измерить температуру горячей воды на входе, температуру охлаждённой воды на выходе и расход воды.
• Определить температуру наружного воздуха по мокрому термометру и фактическую тепловую нагрузку.
• Рассчитать диапазон охлаждения и подход к температуре мокрого термометра.
• Сравнить подход с проектным значением и с прошлыми измерениями при близких нагрузке и температуре мокрого термометра.
• При росте подхода проверить состояние вентиляторов, форсунок, оросителя и системы водораспределения.

Причём сравнивать результаты нужно при сопоставимых условиях. Если сегодня температура мокрого термометра заметно выше, чем вчера, более высокая температура воды после градирни сама по себе ещё не означает ухудшения состояния оборудования.

Для диагностики гораздо показательнее динамика температурного подхода при близких режимах нагрузки и наружного воздуха.

Когда видимый шлейф всё-таки требует внимания

Само наличие белого облака обычно является нормальным следствием работы мокрой градирни. Однако это не означает, что любой видимый выброс можно автоматически считать безобидным.

Важно отличать конденсационный шлейф от капельного уноса. В первом случае видимые микрокапли формируются преимущественно уже после выхода влажного воздуха и его смешения с окружающей средой. Во втором из аппарата непосредственно выносится оборотная вода.

При повышенном капельном уносе могут намокать расположенные рядом поверхности, появляться солевые следы и отложения, увеличиваться расход подпитки. Тогда необходимо проверять каплеуловитель, скорость воздушного потока и водораспределение.

Есть и другая практическая проблема. Даже нормальный конденсационный шлейф иногда мешает эксплуатации объекта. В зависимости от расположения градирни и направления ветра он может попадать к фасадам, воздухозаборам, проходам или соседним сооружениям. В холодную погоду дополнительное увлажнение расположенных рядом поверхностей также приходится учитывать при проектировании площадки: при морозе оно приводит к обледенению конструкций, дорог и проходов.

То есть шлейф может не говорить о неисправности градирни, но его образование и распространение всё равно могут иметь инженерное значение.

Почему отсутствие белого шлейфа тоже ничего не доказывает

Отсутствие видимого облака нельзя считать подтверждением низкого испарения. Водяной пар может присутствовать в выбрасываемом воздухе в значительном количестве и при этом оставаться невидимым.

Это особенно характерно для тёплой и относительно сухой погоды. После выхода из аппарата влажный воздух смешивается с окружающим, но состояние смеси не проходит через область, в которой возникает заметная конденсация.

Поэтому визуальное сравнение соседних градирен имеет смысл только как повод для дальнейшей проверки. Если один аппарат даёт заметный шлейф, а другой нет, сначала нужно сравнить их тепловую нагрузку, температуры воды, расходы, температуру и влажность поступающего воздуха, а также условия выброса. Делать вывод об эффективности только по внешнему виду нельзя.

Как учитывать образование шлейфа при подборе градирни

При подборе вентиляторной градирни основой остаётся требуемый тепловой режим: расход воды, температура на входе и выходе, расчётная температура мокрого термометра и условия эксплуатации объекта. Видимость шлейфа сама по себе не является показателем эффективности охлаждения.

Но при проектировании систем охлаждения необходимо учитывать и расположение оборудования. Если градирня находится рядом с фасадами, воздухозаборами, дорогами или другими инженерными установками, направление и характер выброса приобретают дополнительное значение.

Специалисты «ПромВентХолод» при подборе градирен учитывают не только требуемую тепловую производительность оборудования, но и реальные условия его размещения и эксплуатации. Это особенно важно для площадок, где несколько аппаратов работают рядом или существуют ограничения по организации выброса влажного воздуха.

Как отличить нормальный шлейф градирни от проблемы с охлаждением

Белое облако над вентиляторной градирней прежде всего показывает, что влажный выходящий воздух попал в условия, при которых часть содержащегося в нём водяного пара сконденсировалась. Его размер зависит от погоды и процессов смешения не меньше, чем от режима самого оборудования.

Поэтому большая градирня без заметного шлейфа может работать совершенно нормально, а аппарат под плотным белым облаком – иметь загрязнённый ороситель, недостаточный расход воздуха или другие проблемы с теплообменом.

Состояние градирни следует оценивать по температуре воды, температуре мокрого термометра, температурному подходу, расходу и тепловой нагрузке. Видимый шлейф полезен как наблюдаемый эффект работы мокрой системы охлаждения, но превращать его в показатель эффективности не стоит.