Сколько воды расходует градирня и как сократить подпитку

Открытая градирня испаряет около 1 % циркуляции на каждые 7 °C охлаждения. На контуре 1000 м³/ч это до 12,6 м³/ч испарения в жару и 16,8 м³/ч подпитки при четырёх циклах концентрирования. За год по реальному профилю нагрузки выходит около 69 тыс. м³ — почти вдвое меньше, чем при расчёте по летнему максимуму.

Расход воды градирни — главный вопрос к водоканалу и вторая строка эксплуатации после электричества. Испарение сократить нельзя: им градирня и охлаждает. Сокращают продувку, и делает это водоподготовка. Ниже — как посчитать каждый поток и на чём реально экономят.

Из чего складывается расход воды градирни?

Подпитка градирни возмещает три потока: испарение, капельный унос и продувку. Формула водного баланса: подпитка = испарение + унос + продувка.

• Испарение — вода, ушедшая в воздух паром. Через него уходит основная часть тепла: около 2,4 МДж на каждый килограмм воды.

• Капельный унос — капли оборотной воды с солями и бактериями, которые воздух выносит через каплеуловитель.

• Продувка — сброс части оборотной воды. В паре солей нет, они остаются в контуре, и без продувки вода упаривается до накипи.

Испарение — физика, его можно только посчитать. Унос определяет качество каплеуловителя. Продувку определяет водоподготовка, и именно здесь лежит вся экономия.

Сколько воды испаряет градирня?

Градирня испаряет около 1 % расхода на каждые 7 °C перепада — так считает ASHRAE (HVAC Systems and Equipment, глава 40). Для летнего максимума производители градирен берут 0,18 % расхода на каждый градус.

На контуре 1000 м³/ч, который охлаждается с 35 до 28 °C, это 8141 кВт тепла и до 12,6 м³/ч испарения в жару. По оценке ASHRAE выходит 9,8–10,0 м³/ч, по историческому СНиП 2.04.02-84 — 7,0–11,2 м³/ч в зависимости от сезона.

Проверить расчёт можно по физике: если бы всё тепло уходило испарением, контур испарял бы 12,2 м³/ч. Если по вашему расчёту летом выходит меньше 70 % этой цифры, где-то потеряна нагрузка или взят зимний коэффициент.

Что такое капельный унос и опасен ли он?

Капельный унос (drift) — это вода, которую поток воздуха выносит из градирни каплями, а не паром. Исправные каплеуловители, по ASHRAE, ограничивают его 0,001–0,005 % расхода. У градирен NCT каплеуловитель трижды меняет направление воздуха, и унос по каталогу — 0,0005–0,002 % расхода.

На контуре 1000 м³/ч унос 0,005 % — это 0,05 м³/ч, 0,4 % от испарения. По воде он ничего не решает. Старые каплеуловители давали 0,1–0,2 % расхода, в десятки раз больше.

Опасность уноса не в объёме, а в составе. В каплях те же соли, реагенты и бактерии, что в контуре. СанПиН 3.3686-21 (глава XLII) относит градирни промышленных предприятий к потенциально опасным по легионеллёзу. Цифре уноса из паспорта можно верить, если она измерена изокинетическим методом по CTI ATC-140.

Что такое продувка и коэффициент концентрации?

Коэффициент концентрации, или циклы концентрирования (cycles of concentration), — это отношение солесодержания оборотной воды к солесодержанию подпиточной. Продувка держит его на заданном уровне: продувка = испарение / (циклы − 1).

Чем больше циклов, тем меньше продувка и подпитка. Для контура 1000 м³/ч с испарением 12,6 м³/ч:

Циклы концентрирования	Продувка с уносом, м³/ч	Подпитка, м³/ч
2	12,6	25,2
3	6,3	18,9
4	4,2	16,8
6	2,5	15,1
10	1,4	14,0

После 5–6 циклов кривая почти плоская: с 6 до 10 циклов подпитка падает всего на 1,1 м³/ч, а риск накипи и расход ингибитора растут. На жёсткой водопроводной воде без умягчения реальны 3–4 цикла, при хорошей подпитке и автоматической продувке — 5–6.

Предел циклов задаёт самый слабый показатель воды и самый чувствительный материал контура, обычно теплообменник потребителя, а не градирня. Пример: подпитка со щёлочностью 150 мг/л и теплообменник из нержавеющей стали 304 с пределом 600 мг/л дают не больше 4 циклов, хотя по хлоридам можно было бы 6,7.

Сколько воды градирня берёт за год?

Годовой расход считают по профилю нагрузки и климату, а не по летнему максимуму. Контур 1000 м³/ч при 4 циклах и 8000 часах работы:

• по летнему максимуму на весь год — 100,8 тыс. м³ испарения и 134,4 тыс. м³ подпитки;

• по профилю (2200 часов летом на полной нагрузке и 5800 часов на 60 %) — 52,1 тыс. м³ испарения и 69,4 тыс. м³ подпитки.

Поэтому в проекте нужны два числа. Летний максимум идёт в диаметры труб, клапан подпитки, клапан продувки и подбор водоподготовки. Годовое число — в технические условия водоканала и в экономику. Ошибка «год по летнему максимуму» завышает смету эксплуатации почти вдвое и может без нужды увести проект на сухие охладители.

Как сократить подпитку градирни?

Подпитку сокращают, поднимая циклы концентрирования до предела, который выдерживает контур. Это делают пять мер.

1. Автоматическая продувка по электропроводности. Уставка равна проводимости подпитки, умноженной на число циклов: при подпитке 450 мкСм/см и 4 циклах клапан открывается на 1800 мкСм/см и закрывается на 1710. Ручной кран «на глаз» и перелив вместо продувки держат циклы ниже нужного и льют воду в канализацию.

2. Расходомеры на подпитке и продувке. Без них циклы не посчитать. Бесплатная проверка: если циклы по хлоридам выходят 6, а по проводимости 4, часть солей уже осела на поверхностях.

3. Дозирование ингибитора и биоцида. Одна продувка без реагентов работает только на заведомо хорошей воде. В наших поставках стандарт — панель с двумя дозирующими насосами: из 63 договоров на системы водоподготовки за 2022–2026 годы таких 55.

4. Боковая фильтрация. Через фильтр постоянно идёт 3–7 % циркуляции, для контура 1000 м³/ч — около 50 м³/ч. Тип фильтра проверяют по воде промывки: многослойный фильтр с промывкой 7,5 % не даст поднять циклы выше 4,4, самопромывной сетчатый с промывкой 2 % — до 13,6.

5. Материал градирни. Гибридное покрытие корпуса изнутри допускает те же циклы концентрирования, что и нержавеющая сталь, и по данным NCT экономит до 33 % воды и химикатов.

Почему экономия на водоподготовке обходится дороже воды?

Плохая вода не ломает оборудование сразу: отложения нарастают по десятой доле миллиметра. Мы посчитали, что это значит для чиллера на 1000 кВт с конденсатором на воде градирни (COP 4,5, тепловой поток 8 кВт/м², 4000 часов в год, 10 ₽/кВт·ч):

Слой 0,3 мм на конденсаторе	Рост температуры конденсации	Перерасход	В год
Плотная накипь	+1,2 °C	3,6 %	около 320 тыс. ₽
Биоплёнка	+4,0 °C	12 %	около 1,06 млн ₽

Три десятых миллиметра слизи, которая стирается пальцем, обходятся втрое дороже такого же слоя камня.

Промывка без водного режима не помогает. На одном из наших объектов теплообменник абсорбционной машины, охлаждаемой водой от градирен, промыли при перепаде давления 1,2 бар. Через неделю перепад снова был 1,2 бар. Заказчик в итоге переделал систему подпитки.

Сколько воды экономят закрытая и гибридная градирня?

Закрытая градирня летом тратит воду так же, как открытая: вода орошения испаряется, её подпитывают и продувают. Её плюс в другом — технологический контур остаётся чистым.

Экономию воды даёт гибридный режим. Закрытая градирня с оребрённым змеевиком (e-серии NCT) по каталогу работает без орошения с 0 °C и в холодный сезон не берёт подпитку. Порог перехода зависит от зимней нагрузки: при половинной нагрузке аппарат может уйти в сухой режим уже при плюсовой температуре. Как это учесть при выборе, я разобрал в статье как выбрать промышленную градирню.

Если воды на площадке нет совсем, остаются сухие аппараты. Адиабатический драйкулер на 1300 кВт в Москве тратит около 1,2 м³/ч только в жаркие часы, а испарительная градирня той же мощности — до 2,0 м³/ч тысячи часов в году. Расплата — более тёплая вода и больше электричества, подробно — в статье градирня или драйкулер.

Мировой тренд уходить от испарения не стоит копировать вслепую. Испаряя воду, вы снимаете тепло почти даром, а отказываясь от неё, платите электричеством. В Москве и Петербурге в дефиците почти всегда киловатты, а не кубометры.

Что в итоге

1. Градирня испаряет около 1 % циркуляции на каждые 7 °C перепада, это неустранимый расход. На контуре 1000 м³/ч — до 12,6 м³/ч в жару.

2. Подпитку сокращают через продувку: переход с 2 на 4 цикла концентрирования снижает подпитку с 25,2 до 16,8 м³/ч, дальше 5–6 циклов выигрыш мал.

3. Годовой расход по профилю нагрузки почти вдвое меньше, чем по летнему максимуму. В проекте нужны оба числа.

4. Водоподготовка окупается не водой, а мощностью: 0,3 мм биоплёнки на конденсаторе чиллера 1000 кВт стоят около 1 млн ₽ в год.

Частые вопросы

Сколько процентов воды теряет градирня?

Около 1 % циркуляции на каждые 7 °C перепада уходит на испарение, в жару до 0,18 % на градус. С продувкой при 4 циклах подпитка на контуре с перепадом 7 °C — около 1,7 % циркуляции. Унос у современных каплеуловителей — тысячные доли процента.

Можно ли подпитывать градирню умягчённой водой?

Полностью умягчённая вода агрессивна к металлу, поэтому жёсткость подпитки держат не ниже 30 мг/л. Если подпитку умягчают, подмешивают сырую воду до остаточной жёсткости 30–70 мг/л.

Есть ли в России норма на качество оборотной воды градирни?

Действующего ГОСТ нет, в СП 31.13330.2021 раздела об оборотных системах охлаждения тоже нет. В проекте опираются на предельные значения производителей градирен и материалов контура и прикладывают их таблицей к договору поставки.

Куда сбрасывать продувку?

В канализацию по техническим условиям владельца сети. Солей в продувке в число циклов больше, чем в подпитке, плюс остатки ингибитора и биоцида, поэтому условия сброса получают до проекта.

Источники

• ASHRAE Handbook — HVAC Systems and Equipment, 2024, глава 40 «Cooling Towers»: испарение, капельный унос.

• ANSI/ASHRAE Standard 188-2021 «Legionellosis: Risk Management for Building Water Systems».

• Cooling Technology Institute: ATC-140 (измерение капельного уноса), WTG-122 (боковая фильтрация).

• СанПиН 3.3686-21, глава XLII «Профилактика легионеллёза».

• СНиП 2.04.02-84, раздел 11; СП 31.13330.2021 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения».

• Опыт и расчёты «Энергии холода», каталоги градирен NCT 2026 года.

Больше материалов о градирнях — в разделе Градирни.

Подобрать градирню и водоподготовку под ваш объект — получить консультацию