Постоянный рост стоимости водопроводной воды заставляет нас искать экономически более выгодные решения ее рационального использования в конденсаторах водяного охлаждения.
Грунтовые воды, речная или морская вода конечно могут быть бесплатными (во Франции, во всяком случае, все равно придется платить налог на промышленные стоки), однако не всегда они могут находиться вблизи от холодильных установок. Кроме того, нужно чтобы такие воды обеспечивали бы стабильную подачу требуемого расхода в течение всего года. Очень часто эти воды содержат нежелательные примеси, повышающие их коррозионную активность (например, растворенные газы, такие, как кислород или углекислый газ). Они могут иметь высокую жесткость, если они прошли через известковые слои, или содержать различные соли (в частности, морская вода). Это требует применения в конструкции теплообменников нержавеющих (следовательно, дорогих) материалов, тщательного и непрерывного технического обслуживания. Следовательно, необходимо использовать такие системы, в которых вода могла бы охлаждать конденсатор, циркулируя по замкнутому контуру. Если бы для охлаждения конденсатора можно было бы использовать одну и ту же воду стоимость ее была бы ничтожной, а затраты на техническое обслуживание стали бы очень незначительными.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ В СИСТЕМАХ ОХЛАЖДЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Рассмотрим в качестве примера автомобильный двигатель, имеющий закрытый контур охлаждения, заполненный водой. При запуске двигателя вода проходит через рубашку, отбирая от цилиндров выделяемое тепло, и поступает в радиатор, который обдувается потоком наружного воздуха.
Когда автомобиль движется, радиатор охлаждается этим воздухом.
Однако, если автомобиль стоит, то обдув радиатора отсутствует и вода на выходе из радиатора будет иметь ту же температуру, что и на входе, при этом, если двигатель работает, то и тепло продолжает выделяться!

Следовательно, чтобы предотвратить опасный рост температуры, нужно обязательно установить вентилятор, управляемый с помощью термостата. Когда температура воды становится недопустимо высокой, запускается вентилятор  и поток воздуха обдувает радиатор с такой же скоростью, как если бы автомобиль двигался.
Однако вода при этом должна циркулировать по системе охлаждения. Без циркуляции не будет охлаждения рубашки цилиндров и головки бло-
ка! Следовательно, в системе охлаждения должен быть установлен насос, обеспечивающий циркуляцию воды с необходимым расходом.

* Термин "Сухая градирня" применен в соответствии с рекомендациями Нового международного словаря по холодильной науке и технике (изд-во Международного института холода, Париж, 1995 г.) вместо т. н. "кальки" с английского "Драйкулер" (прим. ред.).


С насосом и вентилятором наш двигатель заработает нормально, однако спустя несколько минут после начала работы вы услышите свист и струя горячей воды через разорвавшийся шланг вырвется наружу (см. рис. 70.3)\
Часть воды вытекает, ее расход прекращается и двигатель "отдает богу душу"! Что же случилось?
Чтобы разорвать шланг, нужно заметно повысить давление в нем. Однако трубопроводы легко выдерживают давление больше 5 бар! Насос не может создать такое давление, чтобы шланг порвался: это повышение давления вызвано явлением теплового расширения воды. Тепловое расши-
рение воды может привести к огромному давлению свыше 1000 бар!
В диапазоне от 10°С до 90°С расширение воды составляет около 4% по объему (см. рис. 70.4). Понятно, что если в системе охлаждения неработающего двигателя находится, например, 10 л воды при температуре 10°С, то при температуре 90°С, объем воды составит уже 10,4 л (происходит увеличение объема воды почти на 0,5 л). Такое расширение уже нельзя считать пренебрежимо малым!

Поэтому в системе охлаждения двигателя обязательно предусматривается дополнительная емкость, способная компенсировать изменения объема системы при изменении температуры: такую емкость называют расширительным бачком.
В автомобильных системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания расширительный бачок представляет собой небольшую емкость (см. рис. 70.4), соединенную с атмосферой маленьким отверстием. Чтобы вода не вытекала из этого отверстия, бачок располагают в самой верхней точке системы охлаждения (см. рис. 70.5).
Тепло, которое двигатель выделяет во время работы, поглощается водой. Ее температура может доходить до 90°С. При этой температуре вода подается в радиатор системы охлаждения, который при помощи вентилятора обдувается потоком наружного воздуха с температурой, например, 30°С. Проходя через радиатор, вода охлаждается до температуры около 80°С. Затем вода с помощью насоса вновь подается в рубашку охлаждения цилиндров, снова нагревается, поступает в радиатор... и так далее.

Расширительный бачок позволяет компенсировать изменения объема воды в системе охлаждения, обусловленные изменением ее температуры. Теперь наш двигатель может работать почти без проблем...
Тем не менее остается одна очень серьезная проблема. Вы уже догадались, какая?

Эта проблема заключается в следующем: если температура наружного воздуха упадет ниже 0°С, вода в системе охлаждения может замерзнуть и тогда почти наверняка произойдет разрушение какого-либо из элементов системы!
Замерзая, вода может разрушить радиатор, насос и, что особенно опасно, блок цилиндров (см. рис. 70.6). Что же можно сделать, чтобы не допустить этого?
Самое простое: зимой, при каждой остановке двигателя сливать воду из системы охлаждения, если последующий запуск планируется не раньше, чем на следующий день (раньше так и делали до тех пор, пока не появились незамерзающие жидкости-антифризы). Конечно, это не очень удобно: каждый день сливать, а затем вновь заливать воду в систему охлаждения. Помимо того, что это лишняя головная боль, многократный слив и замена воды в системе охлаждения приводят к накоплению в ней минеральных солей. Кроме того, каждый раз при смене воды в новой ее порции присутствуют коррозионно активные примеси (растворенные газы, щелочные или кислотные соединения). Все это может очень быстро вывести из строя и радиатор, и особенно блок цилиндров в результате коррозии и отложения накипи: запомните. что по возможности следует избегать частой смены воды, например, в отопительной системе.
Второе решение: использовать незамерзающие жидкости — так называемые антифризы. Так, водные растворы гликолей, которые позволяют обеспечивать работу двигателя круглосуточно, например, при наружной температуре до -20°С, не требуют их периодического слива, поскольку не замерзают. Имея в виду, что среди огромного количества автомобилей во всем мире неисправности системы охлаждения двигателей встречаются крайне редко, можно сделать вывод о том, что использование оборотной воды в любых системах охлаждения вполне оправдано.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ
ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ КОНДЕНСАТОРОВ
В некоторых системах кондиционирования воздуха конденсаторы холодильных установок охлаждаются по такому же принципу. В этих системах хладагент не находится в конденсаторе воздушного охлаждения, а проходит через конденсатор водяного охлаждения, где охлаждается и конденсируется за счет передачи тепла воде, которая с помощью насоса подается в воздушный охладитель, называемый сухой градирней*.
Нагретая в конденсаторе вода охлаждается в сухой градирне потоком наружного воздуха и вновь подается в конденсатор при помощи насоса.
В контуре "сухая градирня—конденсатор" используется, как правило, водный раствор гликоля, чтобы предотвратить размораживание системы при низких наружных температурах (о проблемах гликолевых растворов см. раздел 99).
Такая система, на первый взгляд, представляется идеальной: вам больше не нужен холодильщик для того, чтобы смонтировать и обслуживать конденсаторную часть контура! Не нужны маслоподъемные петли и обратные сифоны, которые создают нежелательные потери давления, но без которых не обойтись, если вы хотите обеспечить возврат масла в компрессор. Конец вашим мучениям с перетеканием хладагента и утечками... Однако все не так просто!
* См. примечание к заголовку раздела 70 (прим. ред.).

ПОЧЕМУ ЖЕ СУХИЕ ГРАДИРНИ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ НЕ ТАК ЧАСТО?
Во-первых, цена оборудования (конденсатор водяного охлаждения + сухая градирня) очевидно более высокая, чем просто конденсатор воздушного охлаждения. Далее, посмотрим рабочие температуры установки с сухой градирней, представленной на рис. 70.8. Прежде всего обратите внимание на обязательное наличие в схеме расширительного бака (поз.1), работа которого будет подробно описана нами в разделе 80.


Представим себе эту установку, работающую летом при температуре наружного воздуха 35°С. Очевидно, что получить температуру водного раствора гликоля на выходе из градирни ниже 35°С будет невозможно: самое большее, что мы сможем сделать - это получить температуру раствора на выходе из градирни примерно на 10 К выше температуры наружного воздуха, то есть 45°С.
Этот раствор с температурой 45°С после градирни попадает в конденсатор для поглощения тепла, выделяющегося при конденсации хладагента. Расход раствора в общем случае рассчитывается таким образом, чтобы его подогрев в конденсаторе составлял бы от 5 до 7 К. Тогда на выходе из конденсатора мы будем иметь раствор с температурой 52°С. Считая полный температурный напор на входе в конденсатор (разность между температурой конденсации и температурой раствора на входе в конденсатор) равным 15 К, получим температуру конденсации близкой к 45°С + 15 К = 60°С.
Итак, при температуре наружного воздуха около 35°С мы получим температуру конденсации примерно 60°С, то есть превышение температуры конденсации по отношению к наружной температуре составит порядка 25 К.

Если вместо сухой градирни использовать обычный конденсатор воздушного охлаждения, то при температуре воздуха на входе в конденсатор 35°С (см. рис. 70.9):
► Какую температуру (приблизительно) будет иметь воздух на выходе из конденсатора?
► Какую температуру конденсации покажет манометр ВД?
Ответ на следующей странице...

Ответ (см. рис. 70.10)
В отличие от сухой градирни в конденсаторе воздушного охлаждения хладагент отдает тепло сразу наружному воздуху: промежуточный теплообменник отсутствует. Поэтому превышение температуры конденсации над температурой окружающей среды, то есть температурный напор, составит 15 К. Соответственно, температура конденсации будет равна 35°С + 15 К = 50°С (вместо 60°С в установке с сухой градирней).
Температура воздуха на выходе из конденсатора будет почти такой же, как и на выходе из сухой градирни, то есть около 42°С
Таким образом, установка с сухой градирней использует промежуточное рабочее тело (водный раствор гликоля), что требует применения дополнительного теплообменника. Это приводит к увеличению температуры конденсации по сравнению с классической схемой непосредственного сброса тепла в воздух.

Напоминаем: повышение температуры конденсации на 1К-это падение холодопроизводительности примерно на 1% и рост потребления электроэнергии примерно наЗ% при прочих равных условиях.
Следовательно, система конденсации с использованием сухой градирни, на первый взгляд очень привлекательная, имеет существенный недостаток: ее энергетическая эффективность заметно ниже классической системы.
Кроме того, если температура окружающего воздуха вырастет до 45°С, что не исключено для некоторых тропических регионов, температура конденсации может превысить 70°С, а это совершенно неприемлемо.
В заключение сравните рабочие параметры двух систем.


Анализируя значения температур для двух теплообменников (слева — сухая градирня, справа — конденсатор воздушного охлаждения), вы сможете понять, почему при равной производительности сухая градирня всегда будет иметь большие размеры, чем конденсатор воздушного охлаждения.