寒冷地域暖通設(shè)備凍害事故原因

馬龍 李理權(quán)

摘 要：北方地區(qū)暖通空調(diào)設(shè)備冬季運(yùn)行中常發(fā)生設(shè)備和管路凍裂事故，凍壞的設(shè)備主要是以熱水為熱媒的新風(fēng)加熱器和熱風(fēng)幕； 以蒸汽為熱媒的新風(fēng)加熱器有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)凍裂情況，但比較少見(jiàn)； 有的空調(diào)系統(tǒng)的表冷器由于停止運(yùn)行后盤(pán)管內(nèi)的存水排泄不盡，也常有凍裂事故發(fā)生。本文主要分析了寒冷地區(qū)的暖通設(shè)備凍害的事故原因，希望能對(duì)暖通設(shè)備改良的相關(guān)技術(shù)部門(mén)有一定的幫助作用。

關(guān)鍵詞：寒冷地域；暖通技術(shù)；凍害

我國(guó)北方地區(qū)冬季空調(diào)室外設(shè)計(jì)溫度一般都在-12℃以下，黑龍江、內(nèi)蒙、新疆的許多地區(qū)更低達(dá)-30℃以下，在這樣低溫下運(yùn)行的新風(fēng)加熱器，幾乎整個(gè)盤(pán)管管束均與遠(yuǎn)低于0℃的低溫空氣接觸，當(dāng)管內(nèi)流速偏小時(shí)，溫度不高的熱水與低溫空氣長(zhǎng)時(shí)間充分換熱，靠近管壁的水溫迅速降低到 0℃以下，凍結(jié)就可能從這里開(kāi)始。靠近管內(nèi)壁的水層開(kāi)始形成小冰晶，很快就會(huì)連接成薄冰層，隨著冰層的加厚，流通斷面減少，引起水循環(huán)不暢，進(jìn)一步加速了冰層的擴(kuò)大。事實(shí)上，只要加熱器中的某一根管束局部?jī)鰤模麄€(gè)系統(tǒng)就無(wú)法運(yùn)行。因此，采用熱水型新風(fēng)盤(pán)管時(shí)，應(yīng)盡可能選擇較高的水溫。有條件時(shí)應(yīng)采用110℃或130℃高溫水，至少應(yīng)選擇90℃以上的熱水。一般風(fēng)機(jī)盤(pán)管采用的60/50℃低溫?zé)崴荒苡糜诩訜崾覂?nèi)循環(huán)空氣，如果用于新風(fēng)加熱盤(pán)管，難免出現(xiàn)凍壞設(shè)備事故。

1、熱水型新風(fēng)加熱盤(pán)管凍裂的原因

在冬季的初期，有時(shí)候也因?yàn)闇囟炔](méi)有達(dá)到最低的條件下，同樣也會(huì)出現(xiàn)冰凍的情況。這是由于加熱器的盤(pán)管面積都是事先按照冬季的熱負(fù)荷所設(shè)定的，所以在初冬溫度并不是很低但也足夠低于0℃的情況下，盤(pán)管所受的熱負(fù)荷較小，因?yàn)榱髁渴亲詣?dòng)完成調(diào)節(jié)的，所以造成此時(shí)盤(pán)管內(nèi)的流量不足，水流的速度也低于正常的情況。所以在小流速的情況下，同樣也很容易出現(xiàn)盤(pán)管層凍結(jié)的現(xiàn)象。關(guān)于影響盤(pán)管出現(xiàn)凍壞的另外一個(gè)重要的因素就是加熱盤(pán)管內(nèi)水的流速。當(dāng)流速低于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，就會(huì)容易出現(xiàn)凍結(jié)的情況。具體進(jìn)行原因的分析就是當(dāng)管內(nèi)水流很緩慢時(shí)，致使流動(dòng)雷諾數(shù)Re低于2000 ～ 2300的范圍內(nèi)，這樣的話流體在管內(nèi)處于一個(gè)層流的狀態(tài)，并且它在沿著管斷面還曾現(xiàn)出物理學(xué)中拋物線的形狀，那么通過(guò)一定的物理知識(shí)甚至是常識(shí)我們就知道，在管中心地方的水速相對(duì)來(lái)說(shuō)很高，而在流到管壁附近使的水流速度就降低了很多，有時(shí)甚至是沒(méi)有了流速。這種情況對(duì)于加熱器來(lái)講肯定是有影響的，因?yàn)槿绻魉俣鹊偷揭粋€(gè)臨界值，對(duì)于一臺(tái)各方面指數(shù)都規(guī)定好了的空氣加熱器來(lái)說(shuō)，就會(huì)很容易導(dǎo)致管內(nèi)壁以及附近的積水凍結(jié)成冰。

2、蒸汽加熱器和連接管路出現(xiàn)凍裂的原因

一般對(duì)于冬季一些寒冷的地區(qū)最為理想取暖方式就是蒸汽加熱。因?yàn)橹灰窃谕饨缜闆r都處于正常的運(yùn)作狀態(tài)之下，是不會(huì)很容易出現(xiàn)凍裂的情況。但是也會(huì)出現(xiàn)特殊的情況，比如說(shuō)像疏水管的管理措施沒(méi)有安排合理或者是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不恰當(dāng)?shù)龋紩?huì)造成加熱器和連接的管路出現(xiàn)冰凍的情況。總結(jié)的來(lái)講，蒸氣加熱器發(fā)生凍裂的原因主要有兩個(gè)：一個(gè)是疏水器和過(guò)濾器出現(xiàn)阻塞，導(dǎo)致工作時(shí)有大量的積水殘留，低溫工作時(shí)就很可能出現(xiàn)加熱器和連接管路凍裂的情況。另外一個(gè)是疏水器未能正確安裝。安裝的方式一般存在以下兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是疏水器中的旁通管沒(méi)有在正確的位置安裝，就會(huì)道中疏水器的工作出現(xiàn)異常。正確的安裝方式是保證旁通管在輸水管的上方，或者是疏水器和旁通管在水平的方向上安裝，一定不能讓輸水管在旁通管的上方；二是疏水器到加熱器出口之間的管路過(guò)長(zhǎng)，容易發(fā)生凝結(jié)致使管道向上抬高，致使在管內(nèi)滯留的積水無(wú)法排除，易發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象。當(dāng)表冷器已經(jīng)停止了工作，正處于休息的狀態(tài)時(shí)，照理來(lái)說(shuō)是不會(huì)有凍裂的事故發(fā)生。但是因?yàn)楸砝淦鞯谋P(pán)管結(jié)構(gòu)現(xiàn)在都是采用U 型的設(shè)計(jì)，而且將盤(pán)管的長(zhǎng)度都設(shè)計(jì)得較長(zhǎng)，使得盤(pán)管內(nèi)的積水永遠(yuǎn)無(wú)法真正地排盡。這種現(xiàn)狀在溫暖的春秋季節(jié)當(dāng)然是沒(méi)有什么影響，但是在嚴(yán)寒的冬季，根據(jù)上文中分析的原因，在有積水的情況之下就會(huì)很容易發(fā)生表冷器凍裂。

3、大門(mén)熱風(fēng)幕凍害事故的原因

一般在大型的公共和商業(yè)建筑的出入通道兩層大門(mén)之間的門(mén)斗上方都會(huì)安裝熱風(fēng)幕。在一些寒冷地區(qū)的冬季，溫度相當(dāng)?shù)牡停T(mén)斗內(nèi)的溫度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于0℃，因此，對(duì)于熱風(fēng)幕的防凍必須引起充分的關(guān)注。現(xiàn)在我國(guó)北方地區(qū)由于凍裂事故頻繁發(fā)生，許多的建筑設(shè)施都安裝了電熱風(fēng)幕。但是這種機(jī)器的功率有限，一家大型的商場(chǎng)通常需要十幾臺(tái)才能夠夠用，因此這種防凍措施往往是不建議使用的。因?yàn)闊犸L(fēng)幕安裝的位置經(jīng)常是在大門(mén)門(mén)斗的上方，白天在工作的時(shí)候一般不會(huì)發(fā)生凍壞事故，發(fā)生凍壞事故經(jīng)常是發(fā)生在機(jī)器等都停止運(yùn)行之后的后的冷夜間。在熱壓和風(fēng)壓的作用下，空氣中大量的冷空氣會(huì)從縫隙中滲入，這是門(mén)斗內(nèi)會(huì)急劇地降溫，最低溫度甚至可能達(dá)到 —20℃以下。即使門(mén)斗與熱風(fēng)幕之前會(huì)有隔層將他們隔開(kāi)，但是門(mén)斗的低溫會(huì)通過(guò)吸風(fēng)口傳遞到熱風(fēng)幕上，這樣算來(lái)，其實(shí)在多數(shù)時(shí)間內(nèi)熱風(fēng)幕周?chē)](méi)有得到很好地保暖效果，溫度常常還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于0℃。因此，當(dāng)熱風(fēng)幕處于休息的狀態(tài)下，停止了熱水系統(tǒng)的運(yùn)行，或者是運(yùn)行水溫達(dá)不到一定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)都會(huì)引起熱風(fēng)幕的凍裂事故。

4、結(jié)束語(yǔ)

暖通設(shè)備對(duì)于寒冷區(qū)域有著重要的作用，認(rèn)真分析研究寒冷地域暖通設(shè)備凍害事故原因，并從中找出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施對(duì)于人們的升華和企業(yè)的生產(chǎn)都有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。水溫過(guò)低和水流不暢是熱水型新風(fēng)加熱盤(pán)管大門(mén)熱風(fēng)幕盤(pán)管凍裂凍壞事故的主要原因之一。 水流速太小，使盤(pán)管內(nèi)流動(dòng)處于層流或接近層流狀態(tài)，很容易使新風(fēng)熱水盤(pán)管運(yùn)行時(shí)凍裂。蒸汽加熱器凍結(jié)原因主要是由于疏水管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)或管理措施沒(méi)到位，凝水排除不暢、加熱器和凝水管內(nèi)大量積水，導(dǎo)致在低溫下加熱器和管路凍結(jié)。

參考文獻(xiàn)：

[1]屠大燕.流體力學(xué)與流體機(jī)械[M].北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010

[2]劉茂堂等.嚴(yán)寒地區(qū)的吉林霧凇賓館空調(diào)設(shè)計(jì)[J].暖通空調(diào)，2013