风冷热泵机组冬季防冻措施

（一）换热器冻结的几种情况

由于空调设计时对寒冷地方的气候特点考虑不足，加之使用管理上的薄弱，这几年来 在空调建筑物中，常出现空气加热器冻裂现象。其冻裂的情况不外下列几种：

1、加热与降温共用一个表冷式热交换器，但冷冻水的温差小(一般 5℃)，而热水的温 差大(15~30℃)，又因采用变流量调节，温差大的情况下，所需水量小，所以加热管中的 水流速度小，成为层流状态，从而使与室外低温空气接触侧的盘管结冻。

2、加热器选择时设计余量太大，结果使热媒造成过大的温降，回水温度低，在边角 处易冻。

3、两组或多组换热器并联连接，水路系统不平衡，一组换热器的流量大，一组换热 器的流量小，小的就可能结冻。

（二）换热器冻结的原因分析

1，换热器换热面积的余量过大，热水的流量及流速降低。 换热器管路按水路并联，采用变水流量控制加热过程，而换热面积大有富余。主要表 现在错误地假定了换热器的出水温度，而不是算出来的出水温度。则换热面积余量的多少 反映了实际的出水温度与假定的出水温度的差值大小。换热器表面积愈富余，其出水温度 比假定值低得愈多，热媒实际流量也就越小。所以，加大换热器表面积的余量，等于降低 了出水温度、水流量和管中的流速，这些因素都有导致结冰的危险。

2、在采用自动保护的供热系统中，由于供热的水温高于供热曲线应供的值，而常常 成为冻结的主要原因之一。这是由于室外气温接近 0℃时，水温容易偏高。有变流量自动 控制，供水温度一高，即要减少流量，流速当然也降低，因而造成结冰。

3、换热盘管的制造问题，造成盘管内部集存空气，形成气塞，妨碍了水的正常循环， 以及在系统停止运行期间冷风由风阀的不严密处渗入，而水阀又全关，这样也会结冰。 总之，换热器结冻的主要原因是盘管中水的流速过小。

（三）新风、空调机组的防冻措施

防冻方法 1，电加热 2，冷冻水系统并联一台小容量循环泵 原理 见注释1 见注释2 见注释3 见注释4 能耗 多 可靠性 较好 初投资 较大 经济性 较好 3，值班风机法 4，旁通导流法 5，电加热、导流符合法 少 极少 较好 好 较大 小 好 最好 见注释5 多 最好 较大 较好

1、采用风机6、循环热水泵和电动保温阀1进行连锁的方法来实现。在电动保温阀1与多叶调节阀3之间的风管管道上加设电加热器2，电动保温阀1关闭后，电加热器2开始工作，

电加热器2的开与关由电动保温阀1后面的感温元件控制，实现当电动保温阀1后部温度低于设定值下限温度时接通电加热器，温度高于设定温度上限时电加热器断电。只要电加热器的功率选择适当，就可以有效地加热渗透的冷风。

在室外采用采暖计算温度很低的寒冷地区，空气热源热泵和蒸发温度必然很低，压缩机在高压缩比下工作，必然导线压缩机的容积效率、指示效率下降。这样，热泵的制热能力及制热性能系数都将下降。比较好的方法是增加辅助热源设备，辅助电加热器则是较理想的辅助热源设备。

2、此方法针对风机盘管防冻

A若系统冬季停用，但有热源，可将热源切换至风机盘管水系统，使小循环泵运行。 B无热源，可设一台电加热器（壳管式的与水系统并联）与小循环泵组合运行，使风机盘管水系统管内水温度不低于５℃，保证不冻。

3、值班风机法。如图2所示，其工作原理是通过加设值班风机6把走廊的空气送入电动保

温阀1和多叶调节阀2之间的管道内，与渗透的冷风一起进入新风机组，只要风机6的选

择适当完全可以避免冻裂事故的发生。

但笔者认为此方法只适合室内温度较高的场所，若风机6长期运行会对空调使用场所造成负压，最后导致冷风进入冻坏加热器，而且必须连锁控制。

4、旁通导流法。如图3所示，其工作原理是在电动保温阀1和新风机组之间的风管道底部设置旁通管和电动阀门5，同时将电动保温阀1和电动阀门5连锁。当新风机组停止运行时，电动保温阀1关闭，同时打开电动阀门5，渗透的冷风90%会在室内外热压和风压共同的作用下，通过阀5流至走廊内，避免了冷空气进入新风机组。此方法的优点是可靠性强，不足之处是在过渡季节以及水温较低时难以实现所需的空调温度。

5、电加热、导流符合法。如图6所示，在旁通导流法的基础上，在电动保温阀1和多叶调节阀2之间加辅助电加热。采取这种防冻措施的好处是：（1）在过渡季节，由于电加热的辅助加热作用，可提供舒适的新风。（2）对于室内外温度极低且室内外温差相当较小时，通过电动保温阀1后面的感温元件控制，实现当电动保温阀1后部温度低于设定值下限温度时接通电加热器，温度高于设定温度上限时电加热器断电。（3）在空调热水断水以及电动保温阀失效时起双保险作用。此方法已使用在很多北方寒冷尤其是对温湿度较严格的场合。

（四）其它资料

空调蒸发器低压侧压力过低导致温度比较低，蒸发器上很容易结霜或者结冰，会严重影响蒸发器的换热性能，同时时间过长对回油也会造成影响。

解决方法：膨胀阀适当开一些，节流减少；或者压缩机频率降低；或者压缩机排气侧增加一条支路通往蒸发器，并且于此时该管路电磁阀打开，使低压升高，蒸发器温度也会随之而上升。

加热器被冻裂的两个必要条件：（1）空调机组加热盘管内的流体凝固时体积膨胀；（2）空调机组的加热盘管中流体的温度等于或低于该流体工作压力下所对应的凝固点，只有当两个条件同时具备时，才会发生加热器被冻裂的事故，也就是说避免两个条件之一就能防止空调机组加热器被冻坏。

空调系统中的加热盘管绝大多数都以水为工作介质，水的物理性质决定了当其凝固时体积膨胀。所以，在以水为介质的空调系统中，第二个条件就成了加热器被冻坏的唯一因素。 6. 新风、空调机组的防冻措施

6.1设计合理的表冷、加热器的水路流程形式。目前，我国大多数空调生产厂家所生产的表冷器设计都不尽合理，表冷器迎风面长宽比变化有6倍之多（一些超薄吊顶新风机组），其水路流程形式只有一种，新、回风工况水路也无区别。出现气堵、脏堵、进出水温差很小或很大，实际换热量达不到公称值，排水不畅导致冬季冻坏等各种问题。

6.1.1水路的设计原则。笔者认为寒冷、严寒地区表冷器的水路设计应遵循以下原则： （1） 合理的水速（1.0~1.6m/s），以保证较高的换热系数； （2） 较低的水阻力，保证水泵的选择和较低的能量消耗： （3） 按国家标准温差进行设计；

（4） 保证水和空气的逆叉流交换，以保证最大的换热温差：

（5） 保证表冷器内的水能自然排出，以防冬季冻坏，这对于防冻来说是最关键的； （6） 工艺简单，装配焊接易实现。

6.1.2表冷器水路流程设计。文献［1］中以应用较多的6排管为例进行分析研究，提出了12行程、6行程、4行程三种水路流程设计方法，水路设计能保证常压下放净积水，有利于防冻。12行程管路流程太长，导致系统水阻力过大，在大风量空调机组中表现更加突出；4行程虽然流程较小，但焊接工艺复杂，因此笔者比较同意采用6行程水路流程设计方法，如图1。

为了满足建筑安装高度，吊顶空调机组制作高度降低到500mm，若表冷器采用16的紫铜管，孔距38mm，单排可作成10孔，采用图2所示水路流程形式：

则表冷器最大制热量为：

Ql=N×V×R2×π×1.163×ΔT×3600 V为水速，紫铜管的内壁粗糙度为0.0032mm，集水管多为镀锌管，内壁粗糙度约为0.1mm.，因此集水管的表面粗糙度和管径对表冷器的水阻力起主要作用，若集水管水速为1.0~1.5m/s，紫铜管内的水速可取为1.5 ~2.0m/s ，N为排数， R=0.008m，ΔT=8℃ 表冷器为4排时最大制冷量为：

Ql=4×1.8×0.0082×3.14×1.163×8×3600=48.8KW 表冷器为6排时最大制冷量为：

Ql=6×1.8×0.0082×3.14×1.163×8×3600=72.7KW

也就是说，吊顶机组若为新风工况时，最大风量为5000m3/h，若为回风工况时最大风量为10000m3/h。 图2所示形式与风机盘管空调机组的流程形式完全相同，在相同传热面积的情况下，制冷量基本是一样的，但这种流程形式能完全把水排净，且无气堵，因此在建筑物楼层较低，且吊顶高度较高的情况下，比较适用。

6.2采用特殊载冷剂，降低表冷、加热器内流体的凝固温度。水结冰时有5~6℃的过冷度，即结冰初始时刻蓄冰水必须降至-5~-6℃才能开始凝固，若在蓄冰时采用添加成核剂的办法，使水的过冷度减少至2℃（即水在-2℃左右开始结冰），文献［2］中提出添加成核剂的25%乙二醇水溶液可使凝固温度降低到-5~ -7℃。由于乙二醇水溶液对钢管、铜管有腐蚀性且黏度较大，因此在施工安装时应考虑到管路的防腐问题、提高系统水泵的压头，同时需要增加系统的初投资和运行费用，其实际应用受到限制。

6.3保证新风、空调机组加热器的水流速。在北方严寒、寒冷地区，冬季室外空气温度大多在零下10℃以下，为了达到空调设计要求温度，加热器必须提供足够大的热量，当加热器的结构和供水温度确定之后，其热量的大小主要取决于加热器内水流速的大小。如果机组的风机正常运行，而新风机组盘管中的水流速过低或接近静止，加器会被迅速降温，最终加热器中的介质水会结冰导致换热器冻裂。

导致加热器中的流体流速过低的原因主要有：（1）系统排气不畅，换热器管道中流体混有大量气体，致使循环管路流动阻力加大、流速降低；（2）系统中存在杂质阻塞加热器的管道使流体速度降低或静止。这种情况经常发生在新风系统的最低层和系统运行初期。在这种情况下，即使循环水泵不停地工作，通过该管道流体的流速也会很低甚至为零，解决方法如下：

（1）系统应设置排气装置，及时排除系统内的气体，以保证管道内水的流速在设计范围内，这样，即使系统内积存了少量的气体，也不会对管道内工质的流速有较大的影响。

（2）在施工过程中，一定把好系统管道清洗关。将系统中的一些焊渣、麻及其他杂质清洗干净。

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