w一汽大眾ZK60空調(diào)機(jī)組

防凍問題及解決辦法作者：劉明山北京環(huán)都人工環(huán)境科技有限公司

2008年7月一汽大眾ZK60空調(diào)機(jī)組防凍問題及解決辦法摘要：暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中，有一個常被忽略的問題，就是室外新風(fēng)零下溫度空氣的處理問題。結(jié)合近幾年技術(shù)支持和項目協(xié)調(diào)的經(jīng)驗，筆者針對一汽大眾總裝車間ZK60空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)中換熱器結(jié)凍的原因、特點進(jìn)行分析，并提出解決辦法。關(guān)鍵詞：空調(diào)機(jī)組換熱器防凍措施一.運(yùn)行中出現(xiàn)的凍傷問題。1992年一汽大眾總裝車間18臺ZK60空調(diào)機(jī)組安裝并投入使用，其外形和功能段見附圖1-1。國產(chǎn)的組合式空調(diào)機(jī)組運(yùn)行效果良好，但空調(diào)機(jī)凍傷問題一直困擾著冬季運(yùn)行?？照{(diào)機(jī)組凍傷出現(xiàn)在以下幾個部位：1：在供暖開始階段，銅管套片式熱水加熱器因管內(nèi)水結(jié)冰漲裂銅管出現(xiàn)跑水問題；2：新風(fēng)氣溫較低時，轉(zhuǎn)輪熱回收裝置出現(xiàn)結(jié)霜冰堵，轉(zhuǎn)輪結(jié)冰導(dǎo)致卡滯不能轉(zhuǎn)動。3：開啟新風(fēng)閥時，在新回風(fēng)混合段內(nèi)，出現(xiàn)霧汽，內(nèi)壁局部有結(jié)霜結(jié)冰問題圖1-1ZK60空調(diào)機(jī)組二、換熱器凍結(jié)的原因分析ZK60組合式空調(diào)機(jī)配套的STTL型銅管套片加熱器，結(jié)合緊密，傳熱效率高；翅片沖孔為雙翻邊，其片型采用先進(jìn)的直波紋片，片間距均勻，考慮風(fēng)阻、水阻、風(fēng)機(jī)電機(jī)功率、換熱面積等因素，通過計算機(jī)輔助優(yōu)化設(shè)計，使片間距達(dá)到最優(yōu)值，同時在保證換熱量指標(biāo)的前提下，水阻最小。（一）換熱器凍結(jié)的幾種情況由于空調(diào)設(shè)計時對寒冷地方的氣候特點考慮不足，加之使用管理上的薄弱，這幾年來在空調(diào)建筑物中，常出現(xiàn)空氣加熱器凍裂現(xiàn)象。其凍裂的情況不外下列幾種：1、加熱與降溫共用一個表冷式熱交換器，但冷凍水的溫差?。ㄒ话?°C），而熱水的溫差大（15~30C），又因采用變流量調(diào)節(jié)，溫差大的情況下，所需水量小，所以加熱管中的水流速度小，成為層流狀態(tài)，從而使與室外低溫空氣接觸側(cè)的盤管結(jié)凍。2、加熱器選擇時設(shè)計余量太大，結(jié)果使熱媒造成過大的溫降，回水溫度低，在邊角處易凍。3、兩組或多組換熱器并聯(lián)連接，水路系統(tǒng)不平衡，一組換熱器的流量大，一組換熱器的流量小，小的就可能結(jié)凍。（二）換熱器凍結(jié)的原因分析1，換熱器換熱面積的余量過大，熱水的流量及流速降低。換熱器管路按水路并聯(lián)，采用變水流量控制加熱過程，而換熱面積大有富余。主要表現(xiàn)在錯誤地假定了換熱器的出水溫度，而不是算出來的出水溫度。則換熱面積余量的多少反映了實際的出水溫度與假定的出水溫度的差值大小。換熱器表面積愈富余，其出水溫度比假定值低得愈多，熱媒實際流量也就越小。所以，加大換熱器表面積的余量，等于降低了出水溫度、水流量和管中的流速，這些因素都有導(dǎo)致結(jié)冰的危險。2、在采用自動保護(hù)的供熱系統(tǒng)中，由于供熱的水溫高于供熱曲線應(yīng)供的值，而常常成為凍結(jié)的主要原因之一。這是由于室外氣溫接近0C時，水溫容易偏高。有變流量自動控制，供水溫度一高，即要減少流量，流速當(dāng)然也降低，因而造成結(jié)冰。3、換熱盤管的制造問題，造成盤管內(nèi)部集存空氣，形成氣塞，妨礙了水的正常循環(huán)，以及在系統(tǒng)停止運(yùn)行期間冷風(fēng)由風(fēng)閥的不嚴(yán)密處滲入，而水閥又全關(guān)，這樣也會結(jié)冰?？傊?，換熱器結(jié)凍的主要原因是盤管中水的流速過小。（三）換熱器凍結(jié)的理論基礎(chǔ)以上對空氣換熱器的凍結(jié)的現(xiàn)象進(jìn)行了說明，并分析了凍結(jié)原因。下面將從理論上進(jìn)行分析。首先，需要明確的是，加熱器的凍結(jié)其根本為“水結(jié)冰”，而水結(jié)冰的問題又可分水靜止時的結(jié)冰與水流動時的結(jié)冰，也就是說加熱器在非運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)與運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

1、靜水結(jié)冰：靜水結(jié)冰與室外氣溫有關(guān)，就未保溫的圓管而論，國外有人做過試驗，裸管的完全結(jié)冰時間，可按下式計算：t=0.28f^LJ（R，2+2兀R）（h）y式中t——全部結(jié)冰時間（h）%冰的傳熱阻（m?°C/W）；p.冰的密度（kg/m3bL冰的潛熱（kJ/kg）；Y1――管子內(nèi)半徑（m）；0Y――管周圍溫度（C）；R――管道與盤管的熱阻（m?C/W）可見，管子越大，完全結(jié)冰的時間越長；管周圍的溫度越低，完全結(jié)冰的時間越短。總之，管中靜止的水在周圍溫度為0C以下時是要結(jié)冰的。2、流水結(jié)冰：流水結(jié)冰的現(xiàn)象，問題尚待研究，特別是紊流狀態(tài)。現(xiàn)將日本的試驗結(jié)果介紹如下。流水的完全結(jié)冰時間與層流流速的關(guān)系，如圖2.1；流水的完全結(jié)冰時間與管外側(cè)表面溫度的關(guān)系，如圖2.2。人［】蜉1.1~1.花D殘-缺入口水福1.W破喉-5.網(wǎng)人［】蜉1.1~1.花可見完全結(jié)冰時間與流量的大小關(guān)系不太大，而受管壁外側(cè)表面溫度的影響大，根據(jù)這一情況，要注意盤管內(nèi)的流速千萬不要在層流范圍。所以水在管道中的凍結(jié)原因為：物理性方面是因為當(dāng)室外空氣溫度為負(fù)值時，水在管中流動呈層流狀態(tài)，即可出現(xiàn)結(jié)冰；三、空調(diào)系統(tǒng)換熱器的防凍1，熱器的表面積不能富余太多，比計算值不應(yīng)超過10%。管中水的流速在任何情況下都不得小于0.15m/s。如采用變水量控制，設(shè)計時應(yīng)對室外為0°C的情況進(jìn)行復(fù)核計算。用換熱器混水泵裝置。四、ZK60加熱器凍傷分析。1，加熱器配置原因。ZK60空調(diào)機(jī)配置的加熱器型號為：STTL-6-25*7.62H3，其銅管徑15.88mm,片距3.2mm,迎風(fēng)面積5.715m2,換熱面積702.6m2,當(dāng)風(fēng)量為60000m3/h,迎面風(fēng)速為2.9m/s,進(jìn)口水溫90C，空汽入口溫度負(fù)15C時，加熱器加熱能力為1895KW，設(shè)計加熱量為750KW，顯然該加熱器余度過大。詳見附表1（熱回投資回報分析）因為配備了余度過大的加熱器，在供暖初期階段空調(diào)加熱量需求不高時，為防止送風(fēng)過熱，水流量被截流閥控制較小流量內(nèi)。當(dāng)水流速恰好低于表冷器銅管層流界線時，處理的空氣溫度恰好在冰點以下，加熱器凍傷就出現(xiàn)了。這就是加熱器在供暖初期多凍結(jié)傷的原因。解決加熱器凍傷的有效方案是提高銅管水流速，設(shè)置一臺熱水管道泵在水系統(tǒng)中，詳見圖4-1。水泵基本參數(shù)為：口徑DN80，揚(yáng)程10米，流量50噸/小時，電機(jī)功率2.2KW。電動兩通閥，回水溫度傳感器，PIC控制器構(gòu)成的電控系統(tǒng)，可使冬季供暖無凍害運(yùn)行。這一加熱器水路系統(tǒng)在哈工大空調(diào)系統(tǒng)中使用，證明效果良好。2,轉(zhuǎn)輪熱回收裝置的投入使用。ZK60組合式空調(diào)機(jī)功能段布置設(shè)有轉(zhuǎn)輪熱回收系統(tǒng)，設(shè)計新風(fēng)量為30000立方米/小時。在冬季運(yùn)行中，因轉(zhuǎn)輪熱回收效率較熱管式熱回收高，效率在60-68%，當(dāng)新風(fēng)溫度較低，會出現(xiàn)排風(fēng)側(cè)的冷凝水結(jié)冰，堵塞蓄熱體氣流通道，卡滯蓄熱體旋轉(zhuǎn)，即所謂冰堵現(xiàn)象?，F(xiàn)有的空調(diào)控制系統(tǒng)在消除冰堵問題上沒有必要的措施，使得轉(zhuǎn)輪熱回收裝置不能正常發(fā)揮預(yù)熱新風(fēng)的作用。一汽大眾總裝車間ZK60空調(diào)機(jī)組在排風(fēng)段設(shè)置溫度傳感器，轉(zhuǎn)輪熱回收裝置驅(qū)動電機(jī)由一變頻器控制，當(dāng)排風(fēng)溫度低于排風(fēng)溫度設(shè)定值時，變頻器可降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)輪熱回收裝置蓄熱輪的轉(zhuǎn)速下降。熱回收效率隨之降底，導(dǎo)致排風(fēng)溫度上升。防止了冰堵現(xiàn)象發(fā)生。另一方案：新風(fēng)旁通閥電動執(zhí)行器換為連續(xù)調(diào)節(jié)型，經(jīng)過旁通閥分流部分新風(fēng)到混合段，使得排風(fēng)段溫度保持在冰點以上，既達(dá)到預(yù)熱新風(fēng)的目的，又使得轉(zhuǎn)輪熱回收裝置不出現(xiàn)冰堵問題。因轉(zhuǎn)輪的投入，進(jìn)入混合段的新風(fēng)溫度升高，混合段內(nèi)結(jié)霜結(jié)冰現(xiàn)象消除。五、ZK60防凍解決方案綜合以上敘述，解決ZK60凍傷具體方案有以下內(nèi)容：1加熱器水路系統(tǒng)中增加DN80管道泵，提高銅管內(nèi)水流速，加熱器接管改為同程形式。2轉(zhuǎn)輪增設(shè)變頻調(diào)速器，新風(fēng)旁通閥電動執(zhí)行器換為連續(xù)調(diào)節(jié)型；在排風(fēng)段設(shè)置溫度傳感器。3相應(yīng)調(diào)整電控系統(tǒng)程序。參考文獻(xiàn)：[1]《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14296-93空氣冷卻器與空氣加熱器》。中國標(biāo)準(zhǔn)出