北方地区新风空调机组的防冻问题与解决措施

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摘要：简单介绍了北方寒冷地区的新风空调机组的防冻保护问题。结合空调机组的生产厂家和空调现场运行数据及经验，针对新风空调机组中的转轮、盘管冻结的原因和特点进行分析，并提出解决措施。

关键词：新风机组 盘管 转轮 防冻措施

中图分类号： TB657 文献标识码： A

在我国的北方地区，分布着众多的工业厂房，而新风空调机组是这些工业厂房保证生产区洁净度和温湿度条件的重要设备。绝大多数的新风空调机组采用蒸汽或高温热水作为热源来加热空气，在空调机组运行或停机状态下经常会有盘管冻裂现象发生。另外为防止厂房排风系统的能量浪费，在空调机组内设置转轮热回收装置，用于回收排风能量，当室外温度比较低时，转轮表面会结冰冻结，发生机组损坏事故。下面根据新风机组盘管及转轮发生冻裂时的运行状态，具体分析原因，提出解决措施。

一、盘管冻结情况：

1.1）运行过程

1.1.1）空调机组设计时，经常为夏季制冷和冬季加热共用一个盘管，因此空调机组生产厂商保证盘管性能，均以制冷时参数作为盘管选型依据，而在冬季运行时，热水温差大，需要面积小，如此在运行中盘管内水流速降低。

同时空调自控系统的关系是：当低于厂房内设定温度时，安装在回水管路上的水阀逐渐打开；当高于设定温度时，水阀逐渐关闭。

水阀的开关比例大小直接影响了盘管的内部水流速，当风机正常运行时，盘管中的水流速过低或静止时，盘管就会被迅速降温，最终导致内部水结冰从而冻裂盘管。

1.1.2）系统排气不畅，盘管管道中混有大量气体，使循环管路流动阻力加大、流速降低；

1.1.3）系统中存在杂质阻塞盘管的管道使流体速度降低或静止；

1.1.4）冷热盘管独立设计时，冬季冷盘管内水未排或未排净，冷空气流经盘管后，冻裂冷水盘管。

1.2）停机过程

1.2.1）正常停机，蒸汽系统或热水循环系统停止工作，冷凝水或热水在盘管内积存。由于新风口处设置的风阀热传导和室外冷空气的渗入，使盘管内的水因局部温度逐渐降低而冻结，导致盘管冻裂；

1.2.2）非正常停机，热水或蒸汽系统因故障原因停机，而新风空调机组的风机仍然工作，大量低温新风经过盘管，盘管的内存水结冰并使其冻裂。

二、盘管冻结的理论依据

以上对盘管的冻结现象进行了原因分析。我们可以清楚了解，盘管冻结根本为“水结冰”，而水结冰又分为流动和静止状态的结冰。

2.1）静水结冰：

静水结冰与室外气温有关，国外有人做过实验，对于未做保温处理的圆形裸管，完全结冰时间，可按下式计算：

t=0.28（h）

式中 t ――全部结冰时间(h)

Ri冰的传热阻(m・℃/W)；

ρi－―冰的密度(kg/m3)；

L 冰的潜热(kJ/kg)；

γ1管子内半径(m)；

θγ管周围温度(℃)；

R 管道与盘管的热阻(m・℃/W)

可见，管径越大，完全结冰的时间越长；管周围的温度越低，完全结冰的时间越短。总之，管中静止的水在周围温度为0℃以下时是要结冰的。

2.2）流水结冰：

流水结冰的现象，问题尚待研究，特别是紊流状态。现将日本的试验结果介绍如下。

流水的完全结冰时间与层流流速的关系，如图2.1；

流水的完全结冰时间与管外侧表面温度的关系，如图2.2。

可见完全结冰时间与流量的大小关系不太大，而受管壁外侧表面温度的影响大，根据这一情况，要注意盘管内的流速千万不要在层流范围。

所以水在管道中的冻结物理性方面原因为：当室外空气温度为负值时，水在管中流动呈层流状态，即可出现结冰。

三、转轮结冰原因：

3.1）运行过程

3.1.1）在冬季运行中，转轮具有60-70%的热回收效率，当新风温度较低时，在排风侧会出现的大量冷凝水，而转轮是不断旋转着工作，新风会使冷凝水不断结冰并冰堵转轮。当冰堵现象出现时，机组内部阻力突然增加，而风机继续运行，从而使机组结构受压并发生变形损坏。

四、盘管防冻措施：

4.1）运行过程中

4.1.1）盘管采用顺流设计结构，即使低温空气直接与盘管的高温进水进行换热，延迟水温

降低时间，防止盘管冻裂；

4.1.2）在满足加热量同时，选择流速快的循环流程，有效减少热水在盘管内流通时间，流

速设计在1m/s以上，既使自控的热水阀开度变小，也可使盘管内流速达到防冻要求的最小0.15m/s以上；

4.1.3）每组盘管的最高点设置手动放气阀，最低点设置泄水口，在系统调试时，可完全排

空盘管内部空气和杂质；

4.1.4）进入盘管的系统管路上设置Y型过滤器，并在安装调试后，清洗Y型过滤器，避免

杂质进入盘管内，增加阻力降低流速；

4.1.5）盘管仅做加热使用时，盘管的换热面积减少设计余量，应不大于计算值的5%。同时可将结构设计为立式，下进上出，即可排气又可排水。

4.2）停机期间

4.2.1）新风口设计密闭保温风阀，盘管后设计防冻开关，新风段设计停机防冻电加热。新风阀与风机联锁，当风机停止，则新风密闭保温风阀关闭，当盘管后温度低于5℃时，防冻开关给出信号，电加热器工作，当加热到10-15℃时，关闭电加热。通常为防止盘管后温度的不均匀性，对新风空调大风量机组的盘管后设置上下两个防冻开关；同时防冻开关在机组运行中也可给出信号，控制热水阀开度或机组停止运行，防止盘管冻裂；

4.2.2）系统管路设计热水循环泵，当停机时，热水循环泵工作，保证盘管内部最小流速，防止盘管冻裂；

4.2.3）当机组长时间不工作时，可将盘管内部水排干，可由设备管理人员在盘管的排气阀位置设置一个三通，之后接入压力为0.16MPa的压缩空气，吹扫30min，打开盘管最低点的排水口即可将水完全排净，防止盘管冻裂。

五、转轮防冻措施：

5.1）新风机组排风段内设置温度传感器，转轮电机采用变频控制，当排风温度低于设定时，通过变频器降低转轮转速，即使转轮效率降低，排风温度升高，防止冰堵发生；

5.2）转轮上下设置旁通风阀，且新风侧为电动型，新风经过此风阀分流部分到混合段，使排风温度保持在冰点以上，防止冰堵发生；

5.3）转轮前新风侧设置预热装置，在新风经过转轮前先将温度升高，在经过转轮与排风交换，排风温度不会降低到冰点以下，防止结冰，（因为此方案新风预热要消耗大量能源，与转轮的能量回收原理相反，通常不建议采用）；

5.4）在回风进入转轮前设计预热装置，即提升回风温度，在经过转轮回收能量后，排风不会产生冷凝水，防止冰堵发生，（此预热装置建议采用与热水盘管相同的热源，避免能源浪费）。

五、结束语

新风空调机组解决防冻有这些措施，但都有一定的局限性，新风机组的防冻应与空调系统的运行管理相结合。设计、质量、管理三个环节都是重要的。设计应按照不同风量、不同环境、不同场合等分别设计盘管，对于自动控制及相关保护措施需要的部件应严格控制质量，日常加强维护管理，发现问题并及时解决。

参考文献

【1】郭海丰.寒冷地区集中空调系统新风机组防冻措施[J].沈阳建筑工程学院学报.2003.3（218-220）

【2】徐学丽.北方地区中央空调设备的防冻保护[J].安装.2001.8（4）：29-30

【3】卢松涛.HZK空调机组冬季运行防冻措施研究.齐齐哈尔大学学报.2004.20（3）