嚴寒地區空調系統冬季設計問題探討

摘 要：本文闡述了嚴寒地區辦公樓的空調設計系統的設計方案，主要針對本項目實際運行中吊裝式新風處理機盤管凍裂問題提出了解決方案，對今后的設計有一定的參考作用。

關鍵詞：嚴寒地區 空調設計 防凍裂

引言：

對于嚴寒地區的空調設計，設計者往往對氣候條件沒有直觀的認識，所以采用傳統的空調設計方案時，尤其對于小型吊裝設備，僅僅追求設備出風的參數以及尺寸而忽略了對其十分重要的防凍問題。而規范中也是偏重于設置風機保護的措施，并沒有明確的指出此類設計的最優方案。所以需要設計者在實際工程中，結合當地工程的設計經驗，對直接接觸室外空氣的部位特別注意，并在設計之初采取相應的防凍措施。

一、 概況

本工程位于遼寧省鐵嶺市，由地下一層和地上五層組成。其中地下室為設備用房，1～5層為行政辦公。總建筑面積約10515.82m2，建筑高度22.70米。屬多層公共建筑、新建工程。

鐵嶺市的氣象條件：夏季空氣調節室外計算干球溫度為31.4°C，濕球溫度為25.4°C；冬季空氣調節室外設計溫度達到-22°C，相對濕度為64%。

二、 冷熱源

本工程冷源為制冷量為879kW（250USRT）的水冷螺桿式冷水機組2臺，制冷機組供回水溫度為7/12°C。設置于地下室制冷機房內。

熱源為110°C的市政熱網高溫熱水，經兩臺換熱機組換熱后分別提供80/60°C和60/50°C的熱水。其中散熱器采暖系統為80/60°C為熱水，而為風機盤管及新風系統為60/50°C熱水。換熱機組設置于地下室制冷機房內。

三、 空調系統

本工程為辦公樓建筑，需要實現分室獨立控制，根據過往工程經驗，采用相對簡單靈活的風機盤管加新風的系統，為滿足衛生要求，各個房間設置獨立的新風口，直接送入室內。設計要點在于控制辦公室內噪音值，已經風口均勻布置，經設計計算，本次選用的風機盤管噪音值均符號要求。對于多功能廳等大空間，采用一次回風系統來保證室內溫濕度的要求。

但是對于冬季運行，本次設計的難點在于每層辦公樓吊裝式新風處理機組的防凍問題，由于設計供回水溫度為60/50°C的熱水，對于大空間采用的組合式空氣機組設置新風預熱段將新風加熱到0°C以上，再與回風混合，送入室內。而每層設置的吊裝式新風處理機則直接接觸冷空氣，且吊裝式新風處理機并沒有考慮預熱段，水溫也不夠高，則勢必存在盤管凍裂的隱患，所以在施工初期，就考慮到了設備防凍的問題。

四 新風處理機的防凍理論分析及解決方案

首先對于盤管凍裂原因分析如下：

a.吊裝式新風處理機冷凍水溫差為5°C，熱水溫差則為20°C，所以冷凍水流量較大，冷凍水與被冷卻空氣之間平均溫差也較小（<20°C），一般按照夏季選擇表冷器，則相對冬季系統，勢必面積大，排數多，造成冬季盤管內水流速過緩甚至形成層流，所以在合用的情況下，加熱面積，進出口管徑，控制閥口均過大，在室外溫度足夠低的情況下，很容易發生前排盤管凍裂的情況。

b.在選用吊裝式新風處理機電動比例積分調節閥時，由于沒有提供閥與環路的壓差比，造成閥門阻力過低，壓差比小，調節范圍過小，造成冬季盤管內水流速過低。

其次提出解決方案：

a. 所以此處總結，在嚴寒地區，吊裝式新風處理機的表冷器和加熱器最好分別設置，但是本工程由于采用吊裝形式，且受建筑條件限制，只能采取合用的方式。

b.在嚴寒地區的空調設計中，可以采用預熱器的方案來解決，按照預熱量合理的選擇加熱盤管（有資料介紹水流速>1.0m/s可防止結凍） 但是本次設計沒有高溫熱水，而且建筑條件限制，無法再加加熱段，電加熱器把室外溫度直接加熱，耗電量太大，并且存在極大的安全隱患，施工難度也有所增加，所以本次設計對于吊裝的吊裝式新風處理機已經無法采用預熱的方式補救。

c.對于嚴寒地區，可采用多組盤管逐級溫升的形式，并對各組盤管分別控制。此種方式為新風系統的最佳防凍方式，在今后設計中經經濟技術比較，可以采用此種方式。

d.通過改變熱水盤管中的水流速來防止凍裂，過往工程的實際案例是改變盤管接管方向，并且在條件允許的情況下，在供水管上增設一臺循環管道泵和一個帶逆止閥的旁通管，以確保加熱盤管內流速處于紊流區。

五 本次設計防凍措施

本次設計僅在新風入口處加了電動保溫風閥，當溫度達到設定值，則新風處理機組停止工作，此方法僅能對設備產生保護作用，對盤管凍裂問題并沒有得到真正意義的解決。綜上所述，結合本次工程的實際情況，解決此次設計防凍問題勢必要解決盤管內熱水流速的問題。結合以往工程的經驗和理論知識，在有限的條件下綜合考慮，為了防止吊裝式新風處理機內盤管凍裂，需按照以下幾個方面進行調整：

1.設備的要求

a.新風處理機組內的盤管采用鋼管制作，鋼管壁厚≥2mm。

普通新風處理機組的盤管為銅管制作，壁厚<0.5mm。在耐凍方面，鋼管換熱器的機械性能遠遠高于銅管。并且能承受高溫熱水。另外銅管換熱器的基管與基管連接處的焊接，更是薄弱環節，很容易在此凍裂，而鋼管換熱器卻無此弊端。

b.訂貨時，機組內換熱器必須設有放氣閥和泄水閥，用于排氣和放水。

c.訂貨時，廠家需保證在額定工況下機組換熱器盤管內的流速必須≥1m/s。

d.訂貨時，改變加熱盤管的供回水接管方向，使得氣流方向與熱水流動方向一致。使得容易凍結的前排盤管處在高溫水的位置

2、施工和運行

a.運行前，必須要清理水路中的雜質，避免臟堵盤管，嚴格要求進行清洗后再投入使用。

b.吊裝式新風處理機供水管上需安裝Y型過濾器，并且在非運行時間經常清理。

c.吊裝式新風處理機安裝時，應留有充足的檢修空間。在機組內，視線和手應該能輕易夠得著加熱器和表冷器易凍裂的地方，以便不需要拆卸箱體面板和供回管路，就能進行維修。另外，需要拆卸加熱器和表冷器供回管路及周圍箱體面板時，能方便拆裝，能以最短的時間進行維修，減少停機時間。

d.按以下規格更換吊裝式新風處理機水路上的電動比例積分調節閥：

2000m3/h：DN25 3000m3/h：DN32 4000m3/h：DN32

f.可以適當提高吊裝式新風處理機組的設定送風溫度，增加機組熱負荷，而達到提高盤管水流量，流速的目的。而新風帶給室內的熱負荷，需通過調節該房間風機盤管風機轉速和水路控制閥來消除。

e.廚房的送風機需待專業的廚房工藝公司確定最終的送風量，一同考慮新風機防凍的問題。（施工圖設計時僅為根據廚房面積估算的送風量）

3、自動控制

a.每次開機前先開啟水路閥門，達到一定溫度后（當供回水溫度接近時），再開啟電動保溫風閥和啟動風機。

b.關風機時，一定要閉合電動保溫風閥，把室外低溫體擋在機組外。

c.在熱水盤管背風面的回水端設置溫度傳感器，并與新風入口的電動保溫風閥、新風機、水管上的電動比例積分閥聯鎖。日常運行時，當溫度等于5°C時，強制關掉風機和電動保溫風閥，并將水管上電動比例積分調節閥開至最大。

4、停機時溫控裝置能夠根據機組內溫度變化和加熱器內介質的溫度變化，來調節加熱器閥門的開閉，以防停機時，加熱器凍壞。

5、以上控制要求通過DDC實現。

六、結語

本次工程按照以上方式并配合廠家解決之后，目前并沒有產生熱水盤管凍裂的情況。

參考文獻：

[1] 李娥飛 暖通空調設計通病分析手冊 北京：中國建筑工業出版社

[2] 全國民用建筑工程設計技術措施——暖通空調 動力

中國建筑標準設計研究院