寒冷地域暖通设备冻害事故原因
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摘 要：北方地区暖通空调设备冬季运行中常发生设备和管路冻裂事故，冻坏的设备主要是以热水为热媒的新风加热器和热风幕； 以蒸汽为热媒的新风加热器有时也会出现冻裂情况，但比较少见； 有的空调系统的表冷器由于停止运行后盘管内的存水排泄不尽，也常有冻裂事故发生。本文主要分析了寒冷地区的暖通设备冻害的事故原因，希望能对暖通设备改良的相关技术部门有一定的帮助作用。
我国北方地区冬季空调室外设计温度一般都在-12℃以下，黑龙江、内蒙、新疆的许多地区更低达-30℃以下，在这样低温下运行的新风加热器，几乎整个盘管管束均与远低于0℃的低温空气接触，当管内流速偏小时，温度不高的热水与低温空气长时间充分换热，靠近管壁的水温迅速降低到 0℃以下，冻结就可能从这里开始。靠近管内壁的水层开始形成小冰晶，很快就会连接成薄冰层，随着冰层的加厚，流通断面减少，引起水循环不畅，进一步加速了冰层的扩大。事实上，只要加热器中的某一根管束局部冻坏，整个系统就无法运行。因此，采用热水型新风盘管时，应尽可能选择较高的水温。有条件时应采用110℃或130℃高温水，至少应选择90℃以上的热水。一般风机盘管采用的60/50℃低温热水只能用于加热室内循环空气，如果用于新风加热盘管，难免出现冻坏设备事故。
1、热水型新风加热盘管冻裂的原因
在冬季的初期，有时候也因为温度并没有达到最低的条件下，同样也会出现冰冻的情况。这是由于加热器的盘管面积都是事先按照冬季的热负荷所设定的，所以在初冬温度并不是很低但也足够低于0℃的情况下，盘管所受的热负荷较小，因为流量是自动完成调节的，所以造成此时盘管内的流量不足，水流的速度也低于正常的情况。所以在小流速的情况下，同样也很容易出现盘管层冻结的现象。关于影响盘管出现冻坏的另外一个重要的因素就是加热盘管内水的流速。当流速低于一个标准值时，就会容易出现冻结的情况。具体进行原因的分析就是当管内水流很缓慢时，致使流动雷诺数Re低于2000 ～ 2300的范围内，这样的话流体在管内处于一个层流的状态，并且它在沿着管断面还曾现出物理学中抛物线的形状，那么通过一定的物理知识甚至是常识我们就知道，在管中心地方的水速相对来说很高，而在流到管壁附近使的水流速度就降低了很多，有时甚至是没有了流速。这种情况对于加热器来讲肯定是有影响的，因为如果水流速度低到一个临界值，对于一台各方面指数都规定好了的空气加热器来说，就会很容易导致管内壁以及附近的积水冻结成冰。
2、蒸汽加热器和连接管路出现冻裂的原因
一般对于冬季一些寒冷的地区最为理想取暖方式就是蒸汽加热。因为只要是在外界情况都处于正常的运作状态之下，是不会很容易出现冻裂的情况。但是也会出现特殊的情况，比如说像疏水管的管理措施没有安排合理或者是系统的设计不恰当等，都会造成加热器和连接的管路出现冰冻的情况。总结的来讲，蒸气加热器发生冻裂的原因主要有两个：一个是疏水器和过滤器出现阻塞，导致工作时有大量的积水残留，低温工作时就很可能出现加热器和连接管路冻裂的情况。另外一个是疏水器未能正确安装。安装的方式一般存在以下两个方面的问题：一是疏水器中的旁通管没有在正确的位置安装，就会道中疏水器的工作出现异常。正确的安装方式是保证旁通管在输水管的上方，或者是疏水器和旁通管在水平的方向上安装，一定不能让输水管在旁通管的上方；二是疏水器到加热器出口之间的管路过长，容易发生凝结致使管道向上抬高，致使在管内滞留的积水无法排除，易发生冻结现象。当表冷器已经停止了工作，正处于休息的状态时，照理来说是不会有冻裂的事故发生。但是因为表冷器的盘管结构现在都是采用U 型的设计，而且将盘管的长度都设计得较长，使得盘管内的积水永远无法真正地排尽。这种现状在温暖的春秋季节当然是没有什么影响，但是在严寒的冬季，根据上文中分析的原因，在有积水的情况之下就会很容易发生表冷器冻裂。
一般在大型的公共和商业建筑的出入通道两层大门之间的门斗上方都会安装热风幕。在一些寒冷地区的冬季，温度相当的低，门斗内的温度都远远低于0℃，因此，对于热风幕的防冻必须引起充分的关注。现在我国北方地区由于冻裂事故频繁发生，许多的建筑设施都安装了电热风幕。但是这种机器的功率有限，一家大型的商场通常需要十几台才能够够用，因此这种防冻措施往往是不建议使用的。因为热风幕安装的位置经常是在大门门斗的上方，白天在工作的时候一般不会发生冻坏事故，发生冻坏事故经常是发生在机器等都停止运行之后的后的冷夜间。在热压和风压的作用下，空气中大量的冷空气会从缝隙中渗入，这是门斗内会急剧地降温，最低温度甚至可能达到 ―20℃以下。即使门斗与热风幕之前会有隔层将他们隔开，但是门斗的低温会通过吸风口传递到热风幕上，这样算来，其实在多数时间内热风幕周围并没有得到很好地保暖效果，温度常常还是远远远低于0℃。因此，当热风幕处于休息的状态下，停止了热水系统的运行，或者是运行水温达不到一定的标准时都会引起热风幕的冻裂事故。
4、结束语
暖通设备对于寒冷区域有着重要的作用，认真分析研究寒冷地域暖通设备冻害事故原因，并从中找出相应的应对措施对于人们的升华和企业的生产都有很重要的现实意义。水温过低和水流不畅是热水型新风加热盘管大门热风幕盘管冻裂冻坏事故的主要原因之一。 水流速太小，使盘管内流动处于层流或接近层流状态，很容易使新风热水盘管运行时冻裂。蒸汽加热器冻结原因主要是由于疏水管路系统设计不当或管理措施没到位，凝水排除不畅、加热器和凝水管内大量积水，导致在低温下加热器和管路冻结。
参考文献：
[1]屠大燕.流体力学与流体机械[M].北京： 中国建筑工业出版社，2010
[2]刘茂堂等.严寒地区的吉林雾凇宾馆空调设计[J].暖通空调，2013