空调系统及冷却塔防冻措施汇总

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，或停止新风机的运行，低温冷风不再吹向盘管，水系统依然运行，盘管水温逐渐上升，当水温上升到设计供回水温度时，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。这种办法会造成送风状态偏离设计要求，可短期内用于正常运行不停机状态下的空调机组。

防冻多空调系统带来的运行障碍及解决方法：

室外气温较低的北方地区，一些在这种运行方式下工作的空调机组或新风机组，新风阀或新风机大部分时间都因低温而处于关闭状态，造成送入室内的新风量达不到设计需要。因此，在这种方式下工作的水系统循环应保持通畅，避免电动阀调节阀后由于流量过小造成水温下降过快，或新风机停止后，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，可采取打开空调机组水系统电动阀的旁通阀，避免电动阀限制流量，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，达到大流量热水不间断循环的效果。避免水系统因流量限制造成的冻结。虽然此种防冻保护的方法在运行中不宜长期使用，但是在低温较短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：

造成此种冻结的原因，往往是选择加热盘管时，盘管兼顾表冷和加热两种功能，冷水温差一般为5℃，而热水通常为10℃，而冬季负荷通常又比夏季负荷小，冬季水流量就会小，通过电动阀对流量的控制后，流进相同容积的盘管时，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时间较长，更容易冻结。流水结冰时间受管壁外表面温度影响更大，盘管内流速大于层流可防止冻冰，层流时流速断面分布不均，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。

所以，表冷，加热盘管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，应尤为注意。例如鄂尔多斯地区，在冬季时，很多空调运行现状都是新风机组基本不开，空调机组运行时，新风阀几乎完全关闭，只循环室内风，否则盘管就会冻结，这些现状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。当空调机组或新风机组兼用于消防补风时，当室外新风温度过低，受自控控制的新风阀关闭后，此时发生火灾，新风阀必须能自动打开。因此，新风阀的控制较为复杂，在平时无论新风阀开度或开关状态如何，在平时电源切断后，受消防信号马上变为全开状态，则需要要受到自控及消防两个信号控制，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。可减少消防信号对阀门的控制，实现起来较为容易。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，当空调机组兼做消防补风时，应该把新风阀的防冻控制，和新风比的调节这两种功能分设于两个阀门上，避免控制的复杂程度加大。

在严寒地区，防冻保护措施只能作为一个安全保护措施，无法保全空调的正常运行，因空调出风口温度不到设定低限时，盘管最先接触冷风的一侧也会由于室外新风温度过低而冻裂。因此，采用空调预热手段才是解决严寒地区空调正常运行的有效方法。

2.空调热交换器冻裂原因及防冻措施

空调热交换器冻裂的原因：

结构设计上的问题：

1）一般情况下空调器的加热工况和制冷工况共用一个热交换器，由于冷冻水进出水温差为5℃，而热源的温差为10~20℃，所以空调热交换器在冬季水流速度太低，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大了。

2）选择热交换器时安全余量过大，冬季热源温降大，回水温度低，在边角处非常容易冻裂。

3）并联两组以上热交换器时，由于水系统管路不平衡，空调热交换器进水有多有少，进水少的热交换器冻裂的机会较大。

4）新风进入方向与水流动方向在国内大多为逆流，这对防冻不利。特别当热源温度较低时，容易形成出水温度和出风温度较低并且不均匀，容易结冰冻坏热交换器，见图1。

管路设计上的问题：

1）设计师没有考虑严寒地区冬季防冻措施，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）管路布置不合理，图2a）所示热交换器连接管接口高于热交换器最低存水管，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）新风空调箱入口处没有设计保温新风阀，有的根本就没有新风阀，也谈不上新风阀与新风空调箱风机的联锁，以至严寒季节不但冻坏新风空调箱，同时也冻坏了相邻的回风工况空调箱及风机盘管。

运行维护管理上的问题：

1）空调运行维护管理人员对北方严寒地区恶劣的气温条件不熟悉，全部套用南方地区的维护管理制度。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。祥庆塑料制品

2）操作人员工作责任心不强，操作使用不当。

空调加热器的防冻措施：

结构设计上的措施：

1）严寒地区大卖场的空调箱热交换器不该冷热合用一个，否则容易引起换热面积过大，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，应采用多组热交换器并联结构，一般每组热交换器最大温升为20℃。根据经验，室外温度大于5℃，一组热交换器即可；室外温度5～12℃之间，需要两组热交换器。

2）在严寒地区热交换器新风进入方向与水流动方向，最好为顺平行流，见图1b）。

3）严寒地区大卖场的空调箱热交换器内水流速不宜过小，根据美国参考资料，水流速应大于0.25m/s，否则易形成层流流动，使热交换器结冰冻裂的危险增大。

4）严寒地区大卖场的空调箱热交换器换应设置2℃低温结冰冻裂报警装置，以防万一。

5）设置全热交换器，利用热排风来预热新风，减小冻裂的危险。

6）如空调加热器中水排不干净时，必须在此之前加一个水能排干净的冬季防冻预热器或电加热预热器，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热交换器。

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

管路设计上的防冻措施：

1）热交换器连接管接口要低于热交换器最低水管，见图2b。

2）在合理位置设置排水阀、排污阀或丝堵，以使热交换器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风机联锁。

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陶瓷电加热段，用温度控制开启电加热级数，这种方法安全可靠、简易可行，能弥补运行维护管理方面的不足。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）北方严寒地区大卖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风机联锁关闭严密。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空调箱空调热交换器冻裂损坏。

3）空调厂家在空调箱出厂时应用压缩空气吹净空调箱热交换器内的积水，在空调箱上贴上明显注意事项，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予以明确说明。必要时空调厂家应组织有关行维护管理人员集中参加培训。

4）业主应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，加强责任感，不断提高空调运行维护管理水平。

5）健全切实可行的空调运行维护管理规章制度，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管，导致新风机组或空调机组按程序联锁停运，造成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，室内产生令人头疼的缺氧现象。由于排风系统的工作可以不受室外气温的降低而停止运行，在寒冷新风进不来而继续排除大量室内浑浊气体时，加剧了室内负压情况，降低了舒适度感觉。

1）热水预热防冻控制方式

寒冷地区一年四季气温变换鲜明，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，当建筑物所有区域只要求按季节同时进行供冷和供热转换时，应采用两管制的空调水系统。

温度传感器或防冻开关监测预热段盘管后的风温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阀两端的旁通阀，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，而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。祥庆塑料制品

对于水路系统连接多台新风机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，并设为最大开度，也会因气温的变化和外网波动变化，引起盘管管束水力工况失衡，发生冻结的可能性依然存在。

2）电加热预热防冻控制方式

采用电预热方式时，冬季当室外温度低于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。当出现加热故障，监测预热新风温度达不到要求时，先关闭电预热，延迟一小段时间后，风机进入关闭程序。

当严寒地区的室外气温变化在3～-49.6℃范围内时，以电预热新风温度达到5℃为符合要求，那么预热新风的温差变化将在2～54.6℃之间。如果预热新风量不变，预热新风温度保持在5℃，则电预热功率调节的变化范围较大，最小与最大之间相差进20倍。

这不仅调节控制复杂，还会大幅增加高质低用的电能运行费用。如果对新风量为10000m3/h，加热量为174kW，预热功率取平均值52.2kW，每年采暖期取170天，每天电预热取8小时，每度电费取1.0元/度，则一个采暖期电预热的运行费用约为7-8万元人民币。

长时间使用电预热盘管，还存有异味、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，破损情况时有发生，控制作用失效，仍会发生新风机组或空调机组热水加热段盘管发生冻结现象。

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管仍有冻结问题存在，同时控制系统将联锁停止运行新风机组。

3）乙二醇防冻热媒预热防冻控制方式

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。预热段中的防冻热媒常采用乙二醇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，即便是预热段乙二醇水溶液的循环工质不冻结，但是预热后的新风温度有可能远远低于0℃，热水加热段盘管仍有冻结问题存在。

当二次循环防冻热媒乙二醇水溶液循环工质的温度由50℃下降到-35℃时，同样结构参数的乙二醇加热盘管，其换热能力将会因温度、比热容等参数的变化大幅降低，保证预热新风5℃的能力也会受到很大影响。大温差变化的乙二醇水溶液循环工质，膨胀罐能够为其热胀冷缩提供空间，但水-乙二醇换热器、阀门、循环泵等设备系统的密封元件，会因温度和压力的大幅变化，影响垫片的弹性，容易老化，进而引起滴漏现象。由于乙二醇水溶液属于低毒类液体，渗透性强，一旦泄露，长时间挥发，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。将冷水、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，打开冷却塔集水盘排污阀，使雨水及时从排污阀排掉。

5.机组添加防冻液

冬季机组不方便放水排空而又有可能断水断电的情况，设备采暖必须添加补防冻液，而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乙二醇， 防冻液从补水箱灌进去，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，空气存在会使空调设备报水流开关保护，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外侧产生凝露，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，还要在水管外侧绕上电伴热带，只要给伴热带供电，它可以持续给管道加热，是管道内的水温在10℃以上，再加上伴热带外侧的保温，就不会出现因为结冰导致热水机缺水保护。伴热带要选择带限温器的，保持一定的温度就可以了。

图6 水管外侧绕上电伴热带

7.膨胀水箱防冻

膨胀水箱一般设在屋顶或顶层的设备间内，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处于低温环境下，虽保温但仍会被冻，膨胀水箱被冻则起不到膨胀作用，系统内温度升高，则压力增加。

为了解决这个问题，在施工时可在空调供水总管设一个DN20的接口，装一只阀门适当开启，保证水箱内的水得到循环。若夜间不使用空调，水泵停止前，可将此阀全部打开，使膨胀水箱内的水温升高，可保停泵后很长时间内膨胀水箱不结冰。

8.冷却塔防冻

冷却塔本身作为一个循环冷却设备，必然会使得工艺热水不同程度的降温，尤其在低温季节，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，热交换迅速，热水极容易冷却。而水要结成冰并且积聚成一个较大的体积，还得必须要有固体物作为载体，所以我们通常会发现在冷却塔的外侧护板、百叶窗、填料、收水器、集水盘等位置有较为严重的冻结现象。

造成的危害：

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，虽然积水盘中的水是循环流动的，但是在集水盘边缘位置水流相对缓慢许多，在低温条件下，此处也会容易结冰积聚。而且，如果集水盘密封不好，有渗水或滴水现象，那么长时间下水盘外部也会随之结冰积聚。

解决方案：

在集水盘加装电加热装置，并安装温度传感器，通过实时监控集水盘中的水温而自动控制电加热装置的启停，使得积水盘中的水长期保持在一定温度不致结冰。

在低温季节来临之前，将集水盘漏水、渗水、滴水位置全部修补完好，杜绝漏水、渗水、滴水现象发生，从而杜绝此处结冰现象产生。

②填料，横流式冷却塔填料分布于塔体两侧，进风面积大为整个塔身高度，水流通过填料时由于水膜较薄，水流缓慢，在靠近填料外侧水与冷空气接触充分，降温快速明显，极易结冰并逐渐积聚。

解决方案：

在冷却塔进风口处悬挂附着安装保温篷布，减小水与外界冷空气的接触强度，减小结冰现象产生的几率。

适当加大临水密度，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临水密度，这样可以保证循环水有一定的热负荷，增大了水流速度，有效的改善了结冰现象。

③百叶窗，百叶窗本身作为导风装置，可以有效减小涡流区域，使气流分布均匀，保证空气分配区静压均匀，降低冷却塔总阻力，同时也可有效收集由于填料收水效果不好或者布水不均而从填料溅出的水滴使之流入塔内，但是显而易见，随之而来的则是水滴或水流由于流量小热量低停滞时间长，与冷空气接触充分而极易结冰并逐渐积聚。祥庆塑料制品

解决方案：

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

在流量满足使用要求的条件下，人工堵塞靠近外侧的散水孔或散水喷头，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槽（池）式配水，即热水通过冷却塔顶部的散水槽（池）由自身重力通过填料均匀布水。但是由于散水槽裸露在外面，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，较小水与冷空气的接触强度，起到一定的保温作用，进而避免结冰现象产生；

停机检视，确保散水孔或散水喷头畅通，确保散水槽（池）内整洁，避免堵塞。

⑤传动设备，如果风机长时间停转，那么由于冷却塔运行时排出的水汽、水滴落到风机叶片上，长时间积聚容易结冰，如果冰层不能及时清理，那么再次开机运行时会由于叶片动静平衡失调而造成风机振动，严重时会造成风机和塔体结构的损坏。

解决方案：

若风机长时间停转，则最好将其拆卸保养，避免积结冰层；安装变空控制系统，降低风机转速。

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填料，逆流式冷却塔填料填充于冷却塔内部，如果由于配水不均，那么也会容易造成部分区域结冰悬挂，特别在靠近进风口四周处，水与冷空气接触充分，降温快速明显，极易结冰并逐渐积聚。

解决方案：

在冷却塔进风口处悬挂附着安装保温篷布，减小水与外界冷空气的接触强度，减小结冰现象产生的几率。

检视配水装置是否堵塞或损坏，保证配水均匀。适当增加临水密度。

③百叶窗，百叶窗本身作为导风装置，可以有效减小涡流区域，使气流分布均匀，保证空气分配区静压均匀，降低冷却塔总阻力，同时也可有效收集由于填料收水效果不好或者布水不均而从填料溅出的水滴流入塔内，但是显而易见，随之而来的则是水滴或水流由于流量小热量低，由于停滞时间长，与冷空气接触充分极易结冰并逐渐积聚。

解决方案：

在进风口上边缘内侧（填料底部外边缘）设置弧形或折型挡水板，杜绝水滴溅出，将水滴直接导流至集水盘内部，从而避免百叶窗上溅水，进而避免结冰现象产生。

④收水器，由于逆流式冷却塔收水器位于风机下方，靠近出风口，水汽持续穿透或停滞时间长，容易形成冻结。

解决方案：

低温季节来临之前需彻底清理收水器，保证收水器清洁畅通；冬季定期停机清理收水器；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附着，减轻了结冰的程度。

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：

干式冷却塔虽然没有外部淋水，但在低温季节，如果临时、长时停机或者管内水温过低流速慢，也极容易造成管内流体冻结。而这种冻结破坏性非常大，由于盘管换热器有较多的回路循环，管线密集穿插，冻结位置较多往往较难处理，严重的将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是非常高的，所以这不仅给用户的正常使用造成了影响，也同时损害了用户的经济利益。祥庆塑料制品

解决方案：

冷却盘管循环水温必须保持或高于7℃。密闭系统的循环水在没有热负荷的情况下，即便循环水保持流动也会发生结冰现象，必须有妥善的防冻措施，一般需考虑采取以下三种方式最合适：

a.让循环水保持一定的热负荷，一般可在配管系统内设置浸没式电加热器或者在管路上加装电伴热；同时密闭系统内的循环水保持适当流量（建议用户保持在10~15m3/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，乙二醇或丙二醇即可，加注比例可参考下表。

防冻液适配比例表（此数据仅供参考用）

c.若停机时间短或稍长，则可通过设置自动旁路加热系统，来切换管路流体循环，是管路内流体保持一定的热负荷，加热系统可参考a所描述，见下工艺流程图：

d.若极长时间或季节性停机，则建议用户使用压缩空气（通常0.4Mpa以下）辅助排空盘管换热器内的水，防止盘管被冻结。

②干湿式冷却塔结冰位置、原因及解决方案：

干湿式冷却塔是干式冷却塔和湿式冷却塔的结合，简单来讲大部分结构及运行机理也是两者的叠加，所以上述干式、湿式冷却塔结冰及改善措施分析也同样适用于干湿式冷却塔，要根据现场实际情况判断处理，此处不再做赘述。

除上述方法外，应优化冷却塔冬季运行方式。

对于冷却塔不同类型的结冰情况，虽然运行工况和系统配置有所差异，但它们的结冰特性都遵循以下几点：

（1）冷却塔的结冰量与室外气温变化成反比，当室外温度越低于冰点（0℃），结冰情况会越严重；

（2）冷却塔的结冰量与流过冷塔填料的水量成反比，水量越小，结冰的可能性越大；

（3）冷却塔的结冰量和通过冷塔填料的风量成正比，减少冷塔的冷空气进风量会降低结冰的可能；

（4）在不调节风量时，冷却塔的结冰量和流经冷却水管路的热负荷成反比，减小热负荷会增大结冰的可能。

对于室外温度的变化无法人为对其进行控制，但可以采用优化冷却塔运行的方式控制水量、进风量以及增大热负荷等手段达到避免结冰的效果。

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