严寒地区空调系统冬季设计问题探讨

摘 要：本文阐述了严寒地区办公楼的空调设计系统的设计方案，主要针对本项目实际运行中吊装式新风处理机盘管冻裂问题提出了解决方案，对今后的设计有一定的参考作用。

关键词：严寒地区 空调设计 防冻裂

引言：

对于严寒地区的空调设计，设计者往往对气候条件没有直观的认识，所以采用传统的空调设计方案时，尤其对于小型吊装设备，仅仅追求设备出风的参数以及尺寸而忽略了对其十分重要的防冻问题。而规范中也是偏重于设置风机保护的措施，并没有明确的指出此类设计的最优方案。所以需要设计者在实际工程中，结合当地工程的设计经验，对直接接触室外空气的部位特别注意，并在设计之初采取相应的防冻措施。

一、 概况

本工程位于辽宁省铁岭市，由地下一层和地上五层组成。其中地下室为设备用房，1～5层为行政办公。总建筑面积约10515.82m2，建筑高度22.70米。属多层公共建筑、新建工程。

铁岭市的气象条件：夏季空气调节室外计算干球温度为31.4°C，湿球温度为25.4°C；冬季空气调节室外设计温度达到-22°C，相对湿度为64%。

二、 冷热源

本工程冷源为制冷量为879kW（250USRT）的水冷螺杆式冷水机组2台，制冷机组供回水温度为7/12°C。设置于地下室制冷机房内。

热源为110°C的市政热网高温热水，经两台换热机组换热后分别提供80/60°C和60/50°C的热水。其中散热器采暖系统为80/60°C为热水，而为风机盘管及新风系统为60/50°C热水。换热机组设置于地下室制冷机房内。

三、 空调系统

本工程为办公楼建筑，需要实现分室独立控制，根据过往工程经验，采用相对简单灵活的风机盘管加新风的系统，为满足卫生要求，各个房间设置独立的新风口，直接送入室内。设计要点在于控制办公室内噪音值，已经风口均匀布置，经设计计算，本次选用的风机盘管噪音值均符号要求。对于多功能厅等大空间，采用一次回风系统来保证室内温湿度的要求。

但是对于冬季运行，本次设计的难点在于每层办公楼吊装式新风处理机组的防冻问题，由于设计供回水温度为60/50°C的热水，对于大空间采用的组合式空气机组设置新风预热段将新风加热到0°C以上，再与回风混合，送入室内。而每层设置的吊装式新风处理机则直接接触冷空气，且吊装式新风处理机并没有考虑预热段，水温也不够高，则势必存在盘管冻裂的隐患，所以在施工初期，就考虑到了设备防冻的问题。

四 新风处理机的防冻理论分析及解决方案

首先对于盘管冻裂原因分析如下：

a. 吊装式新风处理机冷冻水温差为5°C，热水温差则为20°C，所以冷冻水流量较大，冷冻水与被冷却空气之间平均温差也较小（

b. 在选用吊装式新风处理机电动比例积分调节阀时，由于没有提供阀与环路的压差比，造成阀门阻力过低，压差比小，调节范围过小，造成冬季盘管内水流速过低。

其次提出解决方案：

a. 所以此处总结，在严寒地区，吊装式新风处理机的表冷器和加热器最好分别设置，但是本工程由于采用吊装形式，且受建筑条件限制，只能采取合用的方式。

b.在严寒地区的空调设计中，可以采用预热器的方案来解决，按照预热量合理的选择加热盘管（有资料介绍水流速>1.0m/s可防止结冻） 但是本次设计没有高温热水，而且建筑条件限制，无法再加加热段，电加热器把室外温度直接加热，耗电量太大，并且存在极大的安全隐患，施工难度也有所增加，所以本次设计对于吊装的吊装式新风处理机已经无法采用预热的方式补救。

c.对于严寒地区，可采用多组盘管逐级温升的形式，并对各组盘管分别控制。此种方式为新风系统的最佳防冻方式，在今后设计中经经济技术比较，可以采用此种方式。

d.通过改变热水盘管中的水流速来防止冻裂，过往工程的实际案例是改变盘管接管方向，并且在条件允许的情况下，在供水管上增设一台循环管道泵和一个带逆止阀的旁通管，以确保加热盘管内流速处于紊流区。

五 本次设计防冻措施

本次设计仅在新风入口处加了电动保温风阀，当温度达到设定值，则新风处理机组停止工作，此方法仅能对设备产生保护作用，对盘管冻裂问题并没有得到真正意义的解决。综上所述，结合本次工程的实际情况，解决此次设计防冻问题势必要解决盘管内热水流速的问题。结合以往工程的经验和理论知识，在有限的条件下综合考虑，为了防止吊装式新风处理机内盘管冻裂，需按照以下几个方面进行调整：

1.设备的要求

a.新风处理机组内的盘管采用钢管制作，钢管壁厚≥2mm。

普通新风处理机组的盘管为铜管制作，壁厚

b.订货时，机组内换热器必须设有放气阀和泄水阀，用于排气和放水。

c.订货时，厂家需保证在额定工况下机组换热器盘管内的流速必须≥1m/s。

d.订货时，改变加热盘管的供回水接管方向，使得气流方向与热水流动方向一致。使得容易冻结的前排盘管处在高温水的位置

2、 施工和运行

a.运行前，必须要清理水路中的杂质，避免脏堵盘管，严格要求进行清洗后再投入使用。

b.吊装式新风处理机供水管上需安装Y型过滤器，并且在非运行时间经常清理。

c.吊装式新风处理机安装时，应留有充足的检修空间。在机组内，视线和手应该能轻易够得着加热器和表冷器易冻裂的地方，以便不需要拆卸箱体面板和供回管路，就能进行维修。另外，需要拆卸加热器和表冷器供回管路及周围箱体面板时，能方便拆装，能以最短的时间进行维修，减少停机时间。

d.按以下规格更换吊装式新风处理机水路上的电动比例积分调节阀：

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

f.可以适当提高吊装式新风处理机组的设定送风温度，增加机组热负荷，而达到提高盘管水流量，流速的目的。而新风带给室内的热负荷，需通过调节该房间风机盘管风机转速和水路控制阀来消除。

e.厨房的送风机需待专业的厨房工艺公司确定最终的送风量，一同考虑新风机防冻的问题。（施工图设计时仅为根据厨房面积估算的送风量）

3、 自动控制

a.每次开机前先开启水路阀门，达到一定温度后（当供回水温度接近时），再开启电动保温风阀和启动风机。

b.关风机时，一定要闭合电动保温风阀，把室外低温体挡在机组外。

c.在热水盘管背风面的回水端设置温度传感器，并与新风入口的电动保温风阀、新风机、水管上的电动比例积分阀联锁。日常运行时，当温度等于5°C时，强制关掉风机和电动保温风阀，并将水管上电动比例积分调节阀开至最大。

4、停机时温控装置能够根据机组内温度变化和加热器内介质的温度变化，来调节加热器阀门的开闭，以防停机时，加热器冻坏。

5、以上控制要求通过DDC实现。

六、结语

本次工程按照以上方式并配合厂家解决之后，目前并没有产生热水盘管冻裂的情况。

参考文献：

[1] 李娥飞 暖通空调设计通病分析手册 北京：中国建筑工业出版社

[2] 全国民用建筑工程设计技术措施――暖通空调 动力

中国建筑标准设计研究院