于欣 康靜 王丙亮 裴仲勛

【摘要】通過(guò)崇禮太子城冰雪小鎮(zhèn)項(xiàng)目引出冬季空調(diào)系統(tǒng)機(jī)組盤(pán)管受凍的問(wèn)題，分析和討論空調(diào)系統(tǒng)受凍的原因和條件，提出了一些有益的措施，使得在寒冷地區(qū)的實(shí)際工程在設(shè)計(jì)、施工、訂貨和后期使用、維護(hù)全方面對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)的寒冷天氣有充分的認(rèn)識(shí)，清楚考慮所有可能產(chǎn)生凍害的因素，提前制定相應(yīng)應(yīng)對(duì)策略。

【關(guān)鍵詞】崇禮太子城;機(jī)組受凍;設(shè)計(jì)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.28.082

1、工程背景

張家口市崇禮太子城冰雪小鎮(zhèn)位于河北省2022年冬奧會(huì)張家口賽區(qū)核心區(qū)域。是太子城高鐵站前最顯著的建筑群，總占地面積2.89平方公里，涵蓋了冬奧頒獎(jiǎng)廣場(chǎng)、國(guó)際會(huì)議中心、國(guó)際度假酒店群、冰雪特色配套區(qū)等開(kāi)發(fā)建設(shè)內(nèi)容。

2、設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

以下以項(xiàng)目的會(huì)展中心參數(shù)為例進(jìn)行說(shuō)明

2.1室外空氣計(jì)算參數(shù)（崇禮）

2.2室內(nèi)主要房間空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3通風(fēng)系統(tǒng)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

3、系統(tǒng)冷熱源介紹

3.1冷、熱負(fù)荷

3.2熱源系統(tǒng)

本工程熱源為承壓燃?xì)鉄崴仩t+承壓電熱水鍋爐及蓄熱水箱，熱源設(shè)于會(huì)展中心地下一層的鍋爐房及熱水箱間內(nèi)。蓄熱系統(tǒng)通過(guò)三組板式換熱器向二次側(cè)系統(tǒng)供熱，為空調(diào)熱水系統(tǒng)提供：60℃/45℃熱水;為高溫預(yù)熱及散熱器系統(tǒng)提供：70℃/50℃熱水;為低溫?zé)崴孛孑椛涔┡到y(tǒng)提供：55℃/45℃熱水。

3.3冷源系統(tǒng)

本工程冷源為離心式（變頻）冷水機(jī)組+螺桿式（變頻）冷水機(jī)組。冷源設(shè)于會(huì)展中心地下一層的制冷站內(nèi)，冷凍水供、回水溫度為6/12℃，冷卻水供、回水溫度為：28℃/33℃，冷凍水采用一次泵變流量系統(tǒng)、冷卻水定流量系統(tǒng)，冷卻塔設(shè)置于室外地坪綠化帶內(nèi);部分電氣用房，如變電所、消防控制室等采用局部冷源供冷，采用分體（多聯(lián)）式空調(diào)，外機(jī)主要設(shè)置在車(chē)庫(kù)內(nèi)。

4、嚴(yán)寒地區(qū)新風(fēng)機(jī)組盤(pán)管受凍問(wèn)題的分析

由于是寒冷地區(qū)，尤其是冬季時(shí)間長(zhǎng)，室外氣溫也會(huì)降的很低。新風(fēng)機(jī)組盤(pán)管被凍裂的情況發(fā)生的非常普遍。這不僅給用戶(hù)的使用增加了費(fèi)用和不便，同時(shí)也增加了維修的工作量和費(fèi)用，在很大程度上影響著新風(fēng)系統(tǒng)在寒冷地區(qū)的應(yīng)用 [1]。并且每當(dāng)發(fā)生這樣的事故時(shí)，對(duì)于在寒冷冬季的用戶(hù)和物業(yè)都是非常大的挑戰(zhàn)。

首先，進(jìn)行事故的原因分析，受凍事故多發(fā)生于新風(fēng)機(jī)組的盤(pán)管上，主要是由于新風(fēng)機(jī)組從室外引入的新風(fēng)溫度較低，使得盤(pán)管中的水急速失溫，達(dá)到水的冰點(diǎn)溫度，水結(jié)冰后體積膨脹，導(dǎo)致盤(pán)管中的銅管被脹大直到被脹裂。

由于空調(diào)風(fēng)在設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證設(shè)備新風(fēng)口處有足夠量的負(fù)壓，所以機(jī)組接新風(fēng)端口的風(fēng)管長(zhǎng)度都盡量的短。這種措施在夏季時(shí)不會(huì)產(chǎn)生任何的問(wèn)題，但是在寒冷地區(qū)，尤其是冬季室外溫度較低的地區(qū)，甚至非寒冷地區(qū)在發(fā)生寒流的情況下，這種設(shè)計(jì)做法極易造成新風(fēng)機(jī)組的盤(pán)管受凍問(wèn)題。

最終，新風(fēng)機(jī)組盤(pán)管被凍裂需要達(dá)到這兩個(gè)必要條件：①機(jī)組盤(pán)管內(nèi)的流體介質(zhì)在系統(tǒng)的工作壓力下達(dá)到或低于了凝固的溫度，并產(chǎn)生凝固現(xiàn)象;②機(jī)組盤(pán)管內(nèi)的流體介質(zhì)凝固時(shí)體積變大。所以要解決新風(fēng)機(jī)組盤(pán)管被凍裂的情況就必須使這兩個(gè)條件無(wú)法達(dá)成。

機(jī)組盤(pán)管中的介質(zhì)絕大多數(shù)都是以水作為工作介質(zhì)的，水的物理性能就決定了第二條條件幾乎可以廢棄，因?yàn)樗谀虝r(shí)體積是變大的。那么更換工作介質(zhì)理論上可以達(dá)到要求，選擇其它流體作為工作介質(zhì)，使流體在系統(tǒng)的工作壓力下凝固溫度低于寒冷地區(qū)的最低溫度，這樣就避免的一切的問(wèn)題。這個(gè)方法可行，但是出于投資和運(yùn)行以及相應(yīng)的費(fèi)效比來(lái)說(shuō)，對(duì)于一般的生活舒適性空調(diào)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)會(huì)受到非常多的限制，在實(shí)際應(yīng)用中是做不到的。為此，只有第一個(gè)條件可以幫助我們防止發(fā)生凍壞情況的產(chǎn)生。我們將重點(diǎn)研究如何防止機(jī)組盤(pán)管內(nèi)的流體介質(zhì)在系統(tǒng)的工作壓力下達(dá)到或低于了凝固的溫度，并產(chǎn)生凝固現(xiàn)象。

在設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)所有吸入室外新風(fēng)的部分增加設(shè)置預(yù)熱盤(pán)管，在電動(dòng)保溫閥與多葉調(diào)節(jié)閥之間的風(fēng)管道上一次風(fēng)的預(yù)熱盤(pán)管，同時(shí)為避免由于空調(diào)熱水系統(tǒng)電動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)小造成盤(pán)管內(nèi)的水流速降低，為此在該預(yù)熱系統(tǒng)上不設(shè)電動(dòng)閥門(mén)只設(shè)手動(dòng)閥門(mén)，確保預(yù)熱盤(pán)管內(nèi)水流速恒定不變，同時(shí)需保證預(yù)熱盤(pán)管流動(dòng)情況在供暖期里一直保持不間斷?；蚴羌釉O(shè)電加熱器，電加熱器的開(kāi)閉由電動(dòng)保溫閥后面的感溫元件控制，電動(dòng)保溫閥關(guān)閉后，電加熱器就開(kāi)始工作，溫度低于設(shè)定值下限溫度時(shí)自動(dòng)接通電加熱器，溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)電加熱器斷電。只要電加熱器的功率選擇適當(dāng)。經(jīng)過(guò)預(yù)熱盤(pán)管加熱后的新風(fēng)再進(jìn)入加熱盤(pán)管加熱，此時(shí)，加熱盤(pán)管熱水系統(tǒng)的電動(dòng)閥門(mén)根據(jù)進(jìn)風(fēng)溫度通過(guò)水量調(diào)節(jié)，使加熱盤(pán)管加熱量與需求量相適應(yīng)。這種解決方式必須經(jīng)設(shè)計(jì)仔細(xì)計(jì)算確定參數(shù)，并會(huì)造成設(shè)備及初投資增長(zhǎng)，并使系統(tǒng)復(fù)雜化。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中當(dāng)預(yù)熱器出問(wèn)題時(shí)，仍會(huì)發(fā)生新風(fēng)機(jī)組加熱器管道被凍裂的事故。

只要是盤(pán)管處理不好都會(huì)受到凍害，如遇寒流加熱盤(pán)管也可能受凍，為此通過(guò)相應(yīng)措施，簡(jiǎn)單保證盤(pán)管中的熱水流速也是從一定程度預(yù)防此類(lèi)問(wèn)題。在寒冷的冬季，在北方地區(qū)室外空氣溫度常出現(xiàn)低于零下10℃的情況，在嚴(yán)寒地區(qū)甚至。在新風(fēng)系統(tǒng)工作時(shí)會(huì)抽入室外新風(fēng)，室外進(jìn)來(lái)的新風(fēng)與加熱盤(pán)管進(jìn)行熱交換。為了將室外進(jìn)來(lái)的新空氣加熱到空調(diào)設(shè)計(jì)要求的溫度，加熱盤(pán)管的必須達(dá)到一定的熱功率。而加熱盤(pán)管一旦確定，它的管徑、排數(shù)、結(jié)構(gòu)、供水溫度就是死數(shù)了，如果想要改變其熱功率只有靠盤(pán)管內(nèi)的水流流速，為此水流速非常重要。當(dāng)新風(fēng)機(jī)組的風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，而新風(fēng)機(jī)組盤(pán)管中的水流速很低或接近靜止時(shí)，盤(pán)管就會(huì)急速降溫，從而導(dǎo)致結(jié)冰管道凍裂。[2]除了前面所說(shuō)的電動(dòng)控制閥造成流速低外，另一些可能造成流速過(guò)低的原因有：①由于系統(tǒng)排氣不暢，管道中介質(zhì)混入大量氣體，從而導(dǎo)致循環(huán)管路流動(dòng)阻力加大流速降低;②管道系統(tǒng)中存在有大量雜質(zhì)物，主要是施工中遺留的一些焊渣、油麻及其他雜物，在系統(tǒng)沖洗時(shí)沒(méi)有清除干凈或運(yùn)行后才脫落產(chǎn)生的。由此沉淀到較低層和過(guò)濾器過(guò)濾網(wǎng)前，造成管路阻塞，影響了管道流動(dòng)，使流速降低。這兩種情況多發(fā)生于系統(tǒng)第一次投入運(yùn)行或者是系統(tǒng)的較低位置。

解決措施：①在管路系統(tǒng)上合理的上返位置或者管路的最高位置設(shè)置自動(dòng)排氣裝置，可以及時(shí)排除系統(tǒng)內(nèi)的氣體。②在設(shè)備熱水入口處加設(shè)一個(gè)過(guò)濾器，初次運(yùn)行時(shí)經(jīng)常清洗過(guò)濾器。建議選擇SG型過(guò)濾器，其優(yōu)點(diǎn)是體積小，阻力小，清污方便（清污時(shí)只要先關(guān)閉前后閥門(mén)，擰開(kāi)銅排污蓋，然后抽出濾芯，去掉雜物后在裝回）。[3]

在設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定了嚴(yán)寒地區(qū)新風(fēng)進(jìn)風(fēng)口處應(yīng)裝設(shè)能?chē)?yán)密關(guān)閉且保溫的閥，也就是常說(shuō)的防凍閥。通過(guò)切斷新風(fēng)端與外界的聯(lián)通來(lái)改善該問(wèn)題的產(chǎn)生。但有很多工程實(shí)際并沒(méi)有設(shè)制相關(guān)的閥門(mén)，另一些情況是運(yùn)營(yíng)管理人員沒(méi)有及時(shí)關(guān)閉或沒(méi)有關(guān)閉嚴(yán)密該閥門(mén)，還有由于電動(dòng)保溫閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械零件磨損和設(shè)計(jì)缺欠使電動(dòng)保溫閥關(guān)閉不嚴(yán)，這時(shí)可以考慮前文中增設(shè)電加熱器的方式，防止停機(jī)后漏風(fēng)造成受凍。還有就是辦公型建筑在早晨剛啟機(jī)時(shí)，由于盤(pán)管內(nèi)熱水還未循環(huán)起來(lái)，盤(pán)管內(nèi)水溫度較低，加上新風(fēng)口處的負(fù)壓較大造成機(jī)組新風(fēng)端漏風(fēng)嚴(yán)重，使得室外低溫度新風(fēng)進(jìn)入設(shè)備，設(shè)備新風(fēng)端的盤(pán)管溫度低，造成了機(jī)組盤(pán)管內(nèi)的水達(dá)到或低于凝固溫度，結(jié)冰脹壞盤(pán)管。針對(duì)這種情況，可采取相應(yīng)的一些措施來(lái)解決：

（1）在新風(fēng)口處裝設(shè)質(zhì)量好、能關(guān)閉嚴(yán)密的保溫閥，適當(dāng)?shù)慕档托嘛L(fēng)的流速;

（2）如果是高層建筑，可集中設(shè)置新風(fēng)豎井，新風(fēng)處理機(jī)制分設(shè)于各層，或直接加大盤(pán)管與新風(fēng)口的距離;[4]

（4）為新風(fēng)機(jī)組設(shè)置防凍自控系統(tǒng)，合理的調(diào)節(jié)閥門(mén)和水流。

（5）裝設(shè)新風(fēng)排風(fēng)全熱交換器，為新風(fēng)預(yù)熱，提高新風(fēng)溫度。

（6）在運(yùn)行時(shí)，注意工作人員的操作順序，先不開(kāi)風(fēng)機(jī)，只開(kāi)啟熱水循環(huán)泵，使盤(pán)管溫度升高后，再開(kāi)啟風(fēng)機(jī)。[5]這種方法對(duì)于熱水供水溫度較低，新風(fēng)量較大的系統(tǒng)，需謹(jǐn)慎嘗試。

為此集中空調(diào)新風(fēng)機(jī)組防凍工作人員的操作順序，首先開(kāi)啟新風(fēng)機(jī)組順序：開(kāi)啟空調(diào)熱水循環(huán)泵預(yù)熱后;通過(guò)電動(dòng)保溫閥根據(jù)情況合理打開(kāi)新風(fēng)吸入口;再開(kāi)啟機(jī)組風(fēng)機(jī)。關(guān)閉新風(fēng)機(jī)組順序：關(guān)閉機(jī)組風(fēng)機(jī);關(guān)閉電動(dòng)保溫閥封閉新風(fēng)吸入口;最后關(guān)閉循環(huán)水泵。也可以采用自控連鎖的方式，制定相應(yīng)控制策略控制風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵、電動(dòng)保溫閥開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)防凍操作。

處于當(dāng)前環(huán)保的考慮，根據(jù)相關(guān)研究“嚴(yán)寒地區(qū)宜選用顯熱回收裝置”，同時(shí)考慮實(shí)際回收能量的排風(fēng)多來(lái)自衛(wèi)生間，為避免發(fā)生熱回收裝置排風(fēng)與新風(fēng)發(fā)生滲漏影響新風(fēng)品質(zhì)問(wèn)題，最終采用了板式熱回收機(jī)組。但是由于嚴(yán)寒地區(qū)室外溫度過(guò)低，即出現(xiàn)板式熱回收機(jī)組排風(fēng)側(cè)出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象。嚴(yán)寒地區(qū)使用包括板式熱回收機(jī)組在內(nèi)存在冬季排風(fēng)側(cè)結(jié)霜問(wèn)題的熱回收機(jī)組時(shí)，不能按平常的處理流程進(jìn)行機(jī)組內(nèi)的流程設(shè)計(jì)。

在機(jī)組新風(fēng)側(cè)入口處設(shè)置預(yù)熱盤(pán)管，冬季將室外新風(fēng)先等濕加熱至0℃以上點(diǎn)后，才能進(jìn)入熱回收段等濕加熱段，所以在訂購(gòu)可能有冬季排風(fēng)側(cè)結(jié)霜問(wèn)題的熱回收機(jī)組時(shí)，必須要求設(shè)置預(yù)熱盤(pán)管，使冬季室外新風(fēng)先預(yù)熱后再進(jìn)入熱交換段，以此保證回收機(jī)組的正常工作。

結(jié)語(yǔ)：

雖然寒冷地區(qū)的天氣給我們帶來(lái)很多麻煩，但是為了滿(mǎn)足廣大人民對(duì)于物質(zhì)和生活水平提高的需要，也為了在寒冷地區(qū)安裝空調(diào)系統(tǒng)的需求。通過(guò)上述問(wèn)題分析和討論，對(duì)于寒冷地區(qū)的天氣特點(diǎn)所帶來(lái)的系統(tǒng)危害有了較為清楚的認(rèn)識(shí)，同時(shí)由于自然條件帶給系統(tǒng)的損害在實(shí)際工程設(shè)計(jì)、施工、訂貨和后期使用、維護(hù)等各個(gè)方面都需要嚴(yán)肅認(rèn)真的對(duì)待。全方面對(duì)寒冷天氣的溫度有充分的認(rèn)識(shí)，清楚識(shí)別所有可能產(chǎn)生凍害的因素，提前制定相應(yīng)應(yīng)對(duì)策略，認(rèn)真對(duì)待和科學(xué)施策。希望通過(guò)此文的分析和討論對(duì)今后的嚴(yán)寒地區(qū)的空調(diào)受凍問(wèn)題起到一定的幫助、借鑒和參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫玉軍.淺談空調(diào)新風(fēng)機(jī)組冬季防凍措施.[J].才智.2011，（14）：73.

[2]董淳.醫(yī)院新風(fēng)機(jī)組防凍淺析及經(jīng)驗(yàn)總結(jié).[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì).2013，（5）：113-114.

[3]賀曉;胡桂秋;逯國(guó)強(qiáng).寒冷地區(qū)空調(diào)設(shè)計(jì)若干問(wèn)題[J]. 承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào).2017， （5）：49-50，55

作者簡(jiǎn)介：

于欣（1974-），男，山東文登人，高級(jí)工程師，1997年畢業(yè)于北京建筑大學(xué)，工程碩士，現(xiàn)在主要從事機(jī)電安裝和暖通空調(diào)方面的研究。

康靜（1983-），男，漢族，河北省保定市，工程師，2007年畢業(yè)于淮海工學(xué)院，土木工程專(zhuān)業(yè)，畢業(yè)后一直在施工單位從事施工和項(xiàng)目相關(guān)的技術(shù)、管理工作。

王丙亮（1986-），男，江蘇徐州人，工程師，2011年3月畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)，管理學(xué)碩士，現(xiàn)在主要從事建筑工程施工管理工作。

裴仲勛（1990-），男，河北承德人，工程師，2012年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)，工學(xué)學(xué)士，現(xiàn)在主要從事建筑工程施工管理工作。