Испарительный змеевик: применение и тренды? 

Вот о чём часто спрашивают, и часто же путают с обычным теплообменником. Разница есть, и принципиальная. Если коротко — это про эффективное охлаждение за счёт испарения воды, а не просто про передачу тепла между контурами. Многие думают, что поставил змеевик в градирню — и всё, технология исчерпана. На деле же, от выбора материала труб, до организации водораспределения и борьбы с накипью — там целый мир нюансов, где можно как выиграть в энергоэффективности, так и прогореть на ремонтах.

Где это работает на самом деле? Не только ЦОДы

Конечно, первое, что приходит в голову — центры обработки данных. Там требования к температурной стабильности жёсткие, а тепловыделение огромное. Испарительный змеевик, особенно в гибридных схемах, позволяет серьёзно снизить нагрузку на чиллеры. Но я бы не сводил всё только к IT-инфраструктуре.

У нас был проект для одного пищевого комбината — охлаждение компрессорных станций. Помещение большое, тепло от агрегатов сильное, а классические сплит-системы просто не справлялись по стоимости эксплуатации. Сделали приточно-вытяжную вентиляцию с камерой орошения и испарительным змеевиком в качестве доводчика. Ключевым было не переувлажнить воздух в самом цеху — пришлось тщательно считать энтальпию и точку росы. В итоге, система работает уже пятый год, заказчик доволен экономией на электроэнергии.

Ещё одно нетривиальное применение — предварительное охлаждение приточного воздуха в регионах с сухим и жарким климатом. Скажем, в некоторых областях Казахстана. Там ?сухое? охлаждение малоэффективно, а использовать только адиабатическое увлажнение нельзя из-за качества воды. Комбинированная система с змеевиком и многоступенчатой фильтрацией воды даёт отличный результат. Но, повторюсь, вода — это всегда головная боль.

Материалы: медь, алюмий, нержавейка? Выбор с оглядкой на воду

Тут много догм. Классика — медные трубки с алюминиевым оребрением. Хорошая теплопередача, отработанная технология пайки. Но в условиях испарительного охлаждения, где вода постоянно испаряется, а её соли остаются, медь может стать жертвой коррозии, особенно при определённом pH или наличии аммиака в воздухе (актуально для сельхозпредприятий).

Поэтому всё чаще смотрим в сторону алюминиевых цельногнутых змеевиков. У них меньше риск гальванической коррозии, они легче. Но есть нюанс с пайкой/сваркой — требуется высокая культура производства. Видел удачные образцы от китайских производителей, которые специализируются именно на этом сегменте. Например, на ООО Цзянсу Боминг Оборудование для Кондиционирования (сайт их jsboming.ru) в своё время обращал внимание — у них в описании производственной базы в Цзинцзяне как раз упор на освоение передовых технологий. Для массового, но качественного продукта — это важный аргумент. Их змеевики, кстати, часто идут как компонент для индустриальных кондиционеров и прецизионных систем.

Нержавейка — вариант для агрессивных сред или когда требования к чистоте воды запредельные (фармацевтика). Но цена и сложность изготовления (гибка, развальцовка) делают её штучным товаром. В 90% случаев, на мой взгляд, оптимален всё же алюминий с защитным покрытием.

Тренды: интеллектуальное управление и гибридизация

Сам по себе испарительный змеевик — устройство древнее. Прорывы сейчас происходят в области управления им. Раньше часто работали по простейшему алгоритму: есть температура на выходе — включаем орошение. Это вело к перерасходу воды и неоптимальному энергопотреблению.

Сейчас внедряются системы, которые в реальном времени учитывают влажность воздуха, температуру мокрого термометра, качество воды (по косвенным параметрам, вроде электропроводности). Это позволяет минимизировать и водопотребление, и энергозатраты на насосы. Более того, современные контроллеры умеют интегрироваться в общую систему BMS здания, прогнозируя нагрузку.

Главный тренд — это даже не standalone системы, а гибридные. Тот же змеевик работает в паре с фрикулингом (свободным охлаждением) и компрессорным чиллером. Летом, в пик жары, работает испарительное охлаждение, когда наружная температура падает — переходим на фрикулинг через тот же теплообменник, но уже без орошения. Это даёт максимальный COP (коэффициент эффективности) в течение всего года. Мы такие схемы собирали для объектов в Сочи, где климат переменчивый.

Подводные камни: о чём не пишут в каталогах

Первый и главный камень — вода. Не её наличие, а качество. Жёсткая вода = быстрая кальциевая накипь на трубках. Она не только ухудшает теплообмен, но и может полностью перекрыть каналы между рёбрами. Системы водоподготовки (умягчители, ингибиторы коррозии) — это must have, а не опция. И их стоимость надо закладывать в проект сразу.

Второе — биологическое обрастание. Тёплая влажная среда — рай для бактерий, водорослей, легионеллы. Требуется регулярная химическая промывка и биоцидная обработка. Автоматические системы дозирования реагентов — дорогое, но необходимое удовольствие. Однажды видел, как на небольшом производстве сэкономили на этом… Пришлось потом менять весь блок орошения.

И третье — зимняя эксплуатация. Если система не слита и не законсервирована, замерзание воды в трубках и разбрызгивателях гарантированно выведет её из строя. Нужны или системы подогрева трасс, или (что чаще) корректный дренаж с продувкой сжатым воздухом. Это кажется очевидным, но на этапе монтажа об этом частенько ?забывают?.

Будущее: экология и новые хладагенты

Всё упирается в экологию и энергоэффективность. Косвенно-испарительные системы с испарительным змеевиком позволяют радикально сократить использование традиционных хладагентов с высоким ПГП (потенциалом глобального потепления). Это большой плюс в свете ужесточающихся норм F-газов.

Идёт поиск материалов с ещё большей теплопроводностью и коррозионной стойкостью. Слышал про эксперименты с нанопокрытиями на алюминии, которые отталкивают воду и соли. Пока это лабораторные образцы, но направление перспективное.

И, конечно, интеграция с ВИЭ. Солнечные панели могут питать насосы и контроллеры таких систем, делая их практически автономными в солнечных регионах. Пока это нишевые решения, но тренд на декарбонизацию будет его подстёгивать. В целом, технология далека от потолка. Это не ?дедовский? метод, а вполне современный инструмент, который, при грамотном применении, даёт фору в экономике многим ?продвинутым? системам. Главное — считать не только капитальные затраты, но и совокупную стоимость владения, где вода и её подготовка — ключевая статья.