暖通空调及冷却塔防冻措施

发布于： 2024-09-20 20:09

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随着冬季的到来，暖通空调和冷却塔的运行变得尤为重要。为保证设备的正常运行和延长使用寿命，本文将介绍暖通空调和冷却塔冬季运行的注意事项及维保方案。

1.空调加热盘管防冻保护措施及要点：

对于正在运行的空调机组或新风机组来说，常用的防冻措施是通过空调机组及新风机组的自控来实现防冻，在出风口处设置温感，当出风温度低于设定温度（10℃或5℃)时，发出信号关闭新风阀，或停止新风阀的运行，低温冷风不再吹向盘管，水系统仍然运行，盘管水温逐渐上升，当水温上升到设计提供回水温度时，水系统温感给信号打开新风阀或启动新风机，低温新风继续吹向盘管，温升后送入室内。新风机等待下一个关闭再启动循环。这种方式会造成送风状态而不是设计要求，可短期内正常运行不经常状态下的空调柜。

防冻对空调系统带来的运行障碍及解决方法：

室外寒冷的北方地区，部分在这种运行方式下工作的空调柜或新风机组，新风阀或新风机组大部分时间都因低温而处于关闭状态，导致送入室内的新风量达不到设计因此，在这种方式下工作的水系统循环应保持通畅，避免电动阀门调节阀后因流量过小造成水温下降过快，或新的风机停止后，水温迟迟不能上升到设计供回水温度，使新风不能进入。要使水系统通畅及保持一定流速，可采取打开空调水系统电动阀门的旁通阀，避免电动阀门限制流量，或者在管道阻力较小的情况下，水泵正常运行同时打开备用水泵，增加流量，达到大流量热水宜间歇循环的效果。避免水系统因流量限制造成的冻结。虽然替代防冻保护的方法在运行中不长期使用，但在低温的地区可以维持空调系统的运行。

分析问题产生的原因及设计上的避免方法：

造成冻结的原因，往往是选择加热盘管时，盘兼管表冷和加热两种功能，冷水温度差一般为5℃，而热水通常为10℃，而冬季消耗通常又比夏季消耗小，冬季水流量就会小，通过电动阀门对流量的控制后，流量进入相同容积的盘管时，冬季热水流速往往比夏季冷水慢一半，因此，热水与冷空气接触的短暂时间，更容易冻结。流水结冰时间受管壁外表面温度影响较大，盘管内流速较大层流可防止冻冰，层流时流速断面分布不均匀，靠近管壁处水流近于静止，根据Re= pvd／η＜2300，当加热盘管管径为d15mm时，流速小于0.15m／s时即为层流，因此，保持流速大于0.15m／s是预防盘管冻结的要点。

因此，表冷、加热盘单独设置对防止此类现象的发生也有重要的作用。在冬季室外温度较低的地区，应格外注意。如鄂尔多斯地区，在冬季时，很多空调运行的现状都是新风。中央空调基本不开，空调中央空调运行时，新风阀几乎完全关闭，只循环室内风，否则盘管就会冻结，这些仓库应在设计时就可避免。

空调防冻与消防共用时的控制要点：

空调系统的防冻保护控制在设计中遇到的常见问题之一是防冻和消防共同控制一个阀门时，阀门如何动作。当空调箱或新风机组兼作消防补风时，当室外新风温度过低时，受自控控制的新风阀关闭后，此时发生火灾，新风必须能自动打开。因此，新风阀的控制比较复杂，在平时无论新风阀开度或开关状态如何，在当时电源切断后，受消防阀消防信号马上全开状态，则需要受到自控及两个信号控制，较难实现，可采用自动复位调节阀门。即为原始状态为全开，在受平时自控信号时，可变为电动风阀，在火灾失电状态时，自动弹开，恢复原始全开状态。可以减少信号对消防阀门的控制，实现起来比较容易。因此开关量的阀门比调节量的阀门更容易实现这种控制，所以，当空调柜兼做消防补风时，应把新风阀的防冻控制和新风比的调节这两种功能分设在两个阀门上，避免控制的复杂程度加大。

在严寒地区，防冻防护措施仅作为一项安全防护措施，无法保障全空调的正常运行，因空调出风口温度未达到设定下限时，盘管最先接触冷风的同样因室外新风温度过因此，采用空调抢先是解决严寒地区空调正常运行的有效方法。

2. 墙面冻裂原因及防冻措施

空调沙发冻裂的原因：

结构设计上题：

1）一般情况下空调器的加热工况和制冷工况速度共用一个冰箱，由于冷冻水进出水的温度差为5℃，而热源的温差为10~20℃，所以空调冰箱在冬季水流太低，如采用变流量系统，水流速更小，基本成为层流流态，结冰冻裂的危险性增加了。

2）选择地下室时安全余量过大，冬季热源温降大，回水温度低，在边角处非常容易冻裂。

3）并联露天阳台时，由于水系统结构不平衡，卧室进水较少，进水较少的露天阳台冻裂的机会增大。

4）新风进入方向与水流方向在国内大多形成逆流，这对防冻不利。特别是当热源温度较低时，容易出水温度和出风温度较低且不均匀，容易结冰冻坏外壳，见图1。

管路设计上问题：

1）设计者没有考虑严寒地区的冬季防冻措施，没有在水系统最低点设计排水阀、排污阀，以至发生积水冻裂。

2）管道布置不牢固，图2a）如图所示连接管接口有一个最低存水管，在工厂用水试压后已有存水，系统运行后也排不干净，冻裂就不足为怪了。

3）新风空调入口处没有设计保温新风阀，有的根本上就没有新风阀，也谈不上新风阀与新风空调箱结构的联锁，以至严寒季节不仅冻坏新风空调箱，同时也冻坏了相邻的回风工况空调箱及分裂盘管。

运行维护管理上的问题：

1）空调运行维护管理人员对北方地区严寒地区的空调运行状况维护不熟悉，全部套用南方地区的管理制度。而且操作人员没有经过严格的专业培训，缺乏必要的暖通空调专业知识。暖通南社

2）操作人员工作责任心不强，操作使用不当。

空调散热器的防冻措施：

结构设计上的要点：

1）严寒地区大场的空调衣柜不宜冷热合用一个，否则容易引起换热面积卖过大，水流量过小，容易结冰冻裂。如一定要合用，当需要温升很大时，应采用多组楼层并联结构，一般每组楼层最大温度升为20℃。根据经验，室外温度大于5℃，一组楼层即可；室外温度5～12℃之间，需要一个平台。

2）在严寒地区新风进入方向与水流方向，最好为顺平行流，见图1b）。

3）严寒地区大卖场的衣柜内部水流速不宜过小，根据美国资料，水流速应大于0.25m/s，否则易形成层流流动，使地下室结冰冻裂的危险增大。

4）严寒地区大卖场的衣柜换应设置2℃低温结冰冻裂报警装置，万一。

5）设置全扶手，利用热排风来预热新风，减少冻裂的危险。

6）如空调散热器中水排不干净时，必须在此之前加一个能排干净的冬季防冻前置器或电加热前置器，见图3b）。

7）有条件的地方可设计控制进风温度的新风回风混合系统，使进风温度不会太低导致冻坏仓库。

8）当空调加热器的热源采用蒸汽时，悬挂器的安装位置应比空调加热器低300mm以上。

管道设计上的防冻措施：

1）客厅连接管接口要低于客厅最低水管，见图2b。

2）在合理位置设置排水阀、排污阀或丝堵，以使厕所及系统中的积水能排干净。

3）在新风空调箱系统入口处设计电动保温新风阀，该风阀与新风空调箱依次联锁。

4）对条件较差的严寒地区，可在新风空调箱系统入口处加PTC陶瓷电加热部分，用温度控制开启电加热级数，这种方法安全、简便易行，能弥补可靠运行维护管理方面的问题不足。当正常运行时，PTC电加热不工作。

图4 PTC电加热器

运行维护管理上的措施：

1）北方严寒地区大场当新风空调箱停止运行时，保温新风阀必须与新风空调箱联锁关闭严密。当新风空调箱不运行时，电动保温新风阀应关闭严密，同时新风空调箱系统入口处的风管也应保温，杜绝冷桥。如果没有联锁，一定要手动关闭严密新风阀，当新风空调箱开启时，再手动开启新风阀。

2）运行维护管理人员应经常记录热源的供应情况，如热源供应不太正常，应及时采取防护措施，防止衣柜衣柜冻裂损坏。

3）空调厂家在空调箱出厂时应用压缩空气吹净空调箱内的积水，在空调箱上贴上明显事项注意事项，告知安装人员及运行维护管理人员，同时在相关安装使用说明书中必要时空调厂家应组织有关运行维护管理人员集中参加培训。

4）业主针对运行维护管理人员进行技术性、责任心教育，提高员工技术素质，增强责任意识，不断提高空调运行维护管理水平。

5）建立可靠可靠的空调运行维护管理制度，强化运行管理记录及责任制，加强管理监督。

3.寒冷地区热水供热空调系统中新风防冻控制方式

在寒冷时，过低的室外气温经常冻裂加热盘，导致新的建筑组或空调小屋按程序联锁停运，导致建筑物失去了进新风的功能。新风只能靠门窗少量渗透进入，室内产生由于排风系统的工作可以不受室外短暂的降低而停止运行，在寒冷的新风进不来而继续排除大量室内浑浊气体时，增强了室内负压情况，降低了舒适度度感觉。

1）热水预热防冻控制方式

寒冷地区今年秋季高峰交替出现，根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）第8.5.3条规定，当建筑所有区域只要求按季节同时进行供冷供热转换此时，应采用两个控制的空调水系统。

温度传感器或防冻开关前置监测段盘管后的风温T1低于5℃时，控制器将联锁停止新风机组运行，并关闭新风阀。为防止冷风渗透冻结盘管，可采取打开空调水系统中电调节阀门末端的旁通阀门，保持盘管内循环水量有一定的流速。这种防冻方式在实际使用时，可靠性差，且无法使新风或空调机组正常运行，只能起到安全保护作用。

对于水路系统连接多台新结构组和空调机组的变流量系统，即使将电动调节阀改为手动调节，并设定最大开度，同时发生突发的变化和外网波动变化，引起盘管束水力工况失衡，出现的可能性依然存在。

2）电加热预热防冻控制方式

采用电预热方式时，冬季当室外温度0℃以下时，通过可控硅调节电加热器开始工作。预热新风到5℃时，新风再进入热水盘管加热，达到送风温度要求，新风机组正常运行。当出现断电故障时，预先监测新风温度达不到要求时，先关闭电预热，延迟一段时间后，风机进入关闭程序。

当严寒地区的室外间歇变化在3～-49.6℃范围内时，以电前置新风温度达到5℃为符合要求，那么前置新风的温差变化将在2～54.6℃之间。风量不变，前置新风温度保持在5℃，则电前置功率调节的变化范围增大，最小与最大之间的偏差进20倍。

这不仅调节控制复杂度，还将大幅增加高质低用的电能运行费用。如果对新风量为10000m 3 /h，加热量为174kW，前置功率取指令52.2kW，每年采暖期取170天，每天电前置取8小时，每度电费取1.0元/度，则一个采暖期电前置的运行费用约为7-8万元人民币。

长时间使用电前置盘管，仍存在异味、安全隐患、换热效率降低等问题。电气控制元件的触点动作，宜摩擦氧化，结果情况时有发生，控制作用失效，仍会发生新风主机或空调主机热水加热部分盘管出现停止现象。

如果电预热段的预热量不足，预热后的新风温度达不到5℃及以上，热水加热调温段加热盘暂时冻结问题存在，同时控制系统将联锁停止运行新主组。

3）改造防冻热媒前期防冻控制方式

如图5所示，采用防冻热媒二次循环进行防冻，需要配置水-防冻液板式换热器、循环泵、阀门、膨胀罐等定压装置。前置段中的防冻热媒常采用乙氢氧化钠水溶液作为循环工质，一般能够在-20℃左右不冻结。

在严寒地区，随着气温的下降，甚至是前置段水槽的循环工质不冻结，但前置后的新风温度有可能低于0℃，热水加热段盘管故障冻结问题存在。

当循环二次防冻热介质水溶液循环工质的温度由50℃降至-35℃时，同样结构的恒温加热盘管参数，其换热能力将受温度、比热容等参数的影响变化大幅降低，保证前期新风5℃的同时受到很大影响。大温差变化的搅拌罐水溶液循环工质，膨胀罐能够及时热胀冷缩提供空间，但水-填料更换加热器、阀门、循环泵等设备系统的密封元件，会因温度和压力的急剧变化，影响垫片的弹性，容易老化，首先引起滴漏现象。由于水槽水溶液属于低毒类液体，渗透性强，一旦泄漏，长时间波动，不仅对人身体有毒害，还会污染室内空气环境。

4.水泵防冻

a.水系统管路，打开泵组、附属设备及机房管道的放水阀、排气阀。将冷却、冷却水管路排放干净，并保持排水阀常开，水排净后将水泵前后的闸阀关闭。

b.为防止雨水通过冷却塔进入，关闭冷却塔出水总阀，打开塔集水盘排污阀，使雨水及时从排污阀排掉。

5.机组添加防冻液

冬季中央不方便放水排空枢纽有可能断水断电的情况，设备采暖必须添加补防冻液，并且必须根据当地最低温度作为选择防冻液的重要参数。

防冻液的主要成分是灌装，防冻液从补水箱灌入口，把水系统的冷冻水排放以后，先注入防冻液原液，不够的再注入冷冻水，然后开启水泵使防冻液和水充分的融合，顺便把水系统的空气全部排出，水系统不能有空气，空气的存在使空调设备报水流开关受到保护，还容易形成汽蚀。

6.冷冻管道全部保温

冷冻水管保温的主要目的是防止管道内产生凝露，还有一个作用就是防止管道内的水结冰，保温层厚度一般都在20mm以上。

另外，还要在水管上伴热带，只需给伴热带供电，它可以持续给管道加热，是管道内的水温在10℃以上，加上上伴热带救援的保温，因为就不会出现结冰导致热水器选择缺水保护。伴热带要带限温器的，保持一定的温度就可以了。

图6 水管预期上电伴热带

7.膨胀水箱防冻

膨胀水箱一般设置在屋顶或其他设备间内，膨胀水箱外表虽有保温，并设有循环管，但实际使用中，循环管真正能起循环作用的很少，即在冬季存在着膨胀水箱内水长期在低温环境下，虽然保温但仍会被冻结，膨胀水箱被冻结则起不到膨胀作用，系统内部温度升高，则压力增加。

针对这个问题，在施工时可在空调供水总管设置一个DN20的接口，安装一个阀门适当开启，保证水箱内的水得到循环。若夜间不使用空调，供水停止前解决，可将阀门全部打开，使膨胀水箱内的水温升高，可保证停泵后很长时间内膨胀水箱不结冰。

8.灾难塔防冻

塔本身作为一个循环冷却冷却设备，必然会使得工艺热水不同程度的程度，尤其是在寒冷季节，室外干湿球温度极低，而冷却塔又通常安装在室外，在冷空气的作用下，热交换速度很快，热水极容易冷却。而水要结成冰并积聚成一个更大的体积，还必须以固体物作为载体，所以我们通常会在冷却塔中找到防护板、百叶窗、寄存器、收水器、集水盘等位置均存在严重的冻结现象。

造成破坏：

1）湿式冷却塔：

a.横流式冷却塔结冰位置、原因及解决方案：

①集水盘，虽然但是积水盘中的水是循环流动的，在集水盘边缘位置水流相对缓慢许多，在低温条件下，此处基因很容易结冰积聚。而且，如果集水盘密封不好，有渗水或滴水现象，这么长时间下水盘外部也会结冰积聚。

解决方案：

在集水盘上加装电加热装置，并安装温度传感器，通过实时监测集水盘中的水温并自动控制电加热装置的启停，使得集水盘中的水长期保持在一定的温度不致结冰。

在寒季来临前，将集水盘漏水、渗水、滴水位置全部翻新，杜绝漏水、渗水、滴水现象发生，从而导致杜绝此处结冰现象产生。

② 复位，横流式冷却塔优先分布于塔体几十处，进风大为整个塔身高度，水流通过复位时水膜较薄，水流缓慢，在局部局部水与冷空气充分接触，接下来快速明显，极易结冰并逐渐积聚。

解决方案：

在塔进风口处悬挂冷却安装保温篷布，减少水与幼儿冷空气的接触强度，减少结冰现象产生的想法。

适当加大流量，通过适当加大流量或者多台冷却塔使用时关闭若干台来加大流量，这样可以保证循环水有一定的热负荷，增加了水流量速度，有效的改善了结冰现象。

③百叶窗，百叶窗本身作为风装置，可以有效的减小涡导流区域，使均匀分布，保证空气区静压均匀分配，降低冷却塔总阻力，同时也可以有效收集由于触发器收水效果或者布设不好造成的水不均匀而从初始化涌出的水滴使流入塔内，由于流量小热量低吸引时间长，与冷空气接触充分而极易结冰并逐渐到来积聚。暖通南社

解决方案：

在散水槽（池）底部设置弧形或折型挡水板，杜绝绝水滴溅出，将水滴直接导流至复位内部，从而避免百叶窗上溅水，从而避免结冰现象产生；

在流量满足使用要求的条件下，人工组态弥补了散水孔或散水喷头，避免溅水产生。

④散水槽（池），由于目前大部分横流式冷却塔均采用（池）式配水，即热水通过冷却塔顶部的散水槽（池）由自身重力通过均匀布水。裸露在室外，与冷空气直接接触，在散水槽边缘和流速较慢的散水孔或散水喷头部位容易结冰并逐渐积聚。

解决方案：

在散水槽顶部加装散水槽盖板，水与冷空气的接触强度减弱，相当于一定的保温作用，进而避免结冰现象的产生；

我检视，确保散水孔或散水喷头畅通，确保散水池（池）内整洁，避免堵塞。

⑤再次传动设备，如果叶片长时间停转，那么由于冷却塔运行时排出的水汽、水滴落到叶片上，长时间积聚容易结冰，如果冰层不能及时清理，那么启动运行时会由于叶片动静平衡平衡而造成压缩机振动，严重时会造成压缩机和塔体结构的损坏。

解决方案：

若风机长时间停转，则最好将其传感器维持，避免积结冰层；安装变空控制系统，降低风机。

b.逆流式冷却塔结冰位置、原因及解决方案：

①集水盘（参考横流塔描述）。

② 突发，逆流式冷却塔填料填充于冷却塔内部，如果由于配水不均，也很容易造成部分区域结冰暂停，特别是在接近进风口最终处，水与冷空气接触充分，想那么快明显，极易结冰并逐渐积聚。

解决方案：

在塔进风口处悬挂冷却安装保温篷布，减少水与幼儿冷空气的接触强度，减少结冰现象产生的想法。

及时检视配水装置是否有堵塞或损坏，保证配水。适当增加配水浓度。

③百叶窗，百叶窗本身作为风装置，可以有效的减小涡导流区域，使均匀分布，保证空气区静压均匀分配，降低冷却塔总阻力，同时也可以有效收集由于触发器收水效果或者布设不好造成的水不均匀而从初始化涌出的水滴流入塔内，但由于流量小热量低，由于消耗时间长，与冷空气接触充分易结冰并逐渐积聚。。

解决方案：

在进风口上边缘（触发底部外边缘）设置弧形或折弯挡水板，杜绝水滴型溅出，将水滴直接导流至集水盘内部，从而避免百叶窗上溅水，再次结冰现象产生。

④收水器，由于逆流冷却式塔式收水器形成位于主下部，靠近出风口，水汽占用或占用时间长，易于冻结。

解决方案：

寒季来临前需彻底清理收水器，保证收水器清洁畅通；冬季定期定期清理收水器；选择亮光面PVC平片制作的收水器，替换哑光面（磨砂面）PVC收水器，可以有效降低水汽水滴沉积，减弱结冰的程度。

2）干式、干湿式冷却塔

①干式冷却塔结冰位置、原因及解决方案：

干式冷却塔表面没有外部淋水，但在低温季节，如果临时、长时间或管内水温过低流速慢，也极易造成管内流体冻结。而这种冻结破坏性非常大，由于盘管换流热器有拓扑的回路循环，塔密集插接，冻结位置热点往往较难处理，严重的会造成整组盘管换热器的报废，而盘管换热器的造价往往又非常高的，所以这不仅给用户的正常使用造成了影响，同时也损害了用户的经济利益。

解决方案：

密闭系统的循环水在没有热负担的情况下，加强循环水保持流动会发生结冰现象，必须有透明的防冻措施，一般需考虑采取以下清楚方式最合适：

a.让循环水保持一定的热负荷用户，一般可在配管系统内部设置浸没式电加热器或者在导管上加装电伴热；同时密闭系统内部的循环水适当保持流量（建议保持在10~ 15m 3 /h），并通过温度传感器和控制系统来实现温度的实时监控。

b.在冷却盘管内加注防冻液，加入或丙二醇即可，加注比例可参考下文。

防冻液传动比例表（此数据供参考用）