钟化（苏州）缓冲材料有限公司
前言
新风系统应用过程中，温度通常不超过4℃，并且影响水密度。处于结冰状态下的水，体积膨胀率达11%，导致铜管冻裂。一旦盘管出现冻裂情况，会对新风机组运行产生影响，增加成本投入。依据寒冷地区实际情况，探讨新风系统盘管冻裂原因，采取有效的措施加以控制，以免因新风机组盘管冻裂，出现停产停工情况。
1.工程案例
某新风空调系统厂以生产销售移动显示系统用平板显示产品为主，厂房面积共计25000m2左右，为满足工艺所需，车间一直保持恒温恒湿，温湿度分别为22℃±3℃和55%±10%，二者互不干扰。各车间均设置新风机组、风机过滤单元、干式冷盘管。该背景下，车间相对温湿度分别由干式冷盘管和新风机组控制。
这一系统自投运之后，保持全天无间断运行，期间更是390天零故障，且温湿度适宜。但去年冬天出现新风机组预冷段盘管冻裂故障，故障期间，室外温度和预热段盘管后送风温度分别为-4℃和7℃。深入研究故障原因，提出可行性操作方法。
2.新风系统盘管冻裂机理
由水的膨胀特性可知，当外部温度为4℃时，水会因温度变化呈对流状微运动。一旦水温比凝固点温度低，会削弱其分子动能，粘滞度和阻力增强。内管壁处水分子受外部低温气流传热作用，吸附在管壁上，缓慢结冰，影响管道流通。当水的阻力与极限阻力趋近，管中的热媒终止流动[1]。基管中的水可能全部处于结冰状态，体积随之变大，导致新风机组盘管薄弱位置发生破裂、冻裂等。
3.新风系统盘管冻裂原因
依托红外热线仪，能够对新风机组盘管冻裂原因进行准确判断。一级预热（冷）盘管段、二级预冷盘管段、水洗喷淋加湿段都会发生冻裂问题。如图1所示，典型新风机组组段情况。
（1）盘管结构因素。盘管加工工艺有既定的工艺，诸如断料、弯管、排片、涨管、封焊等。该过程中，一些钢管壁会因各类工艺的应用而变保其中，尤以弯头、碗口、集管连接等部位更甚。其耐压性相对比较弱，一旦钢管内部结冰，便会发生冻裂情况。（2）管道流量不均匀。由于没有按照正确的标准设计和调试系统供、回水管道，以至于机组在并联运行过程中，供水缺乏均匀性。倘若单台机组供水量不足，管道内部流量小，与室外新风热交换时，温度不足0℃，出现机组冻裂情况。处于运行状态下的机组，管道、盘管中均有未排出的空气，在铜管内部出现窝气情况，对水流产生阻碍，发生盘管冻裂情况。（3）系统残渣堵塞。开展机电施工工作时，不注重对新风机组冲洗顶膜，管道内残存物多。一旦机组投入运行，很容易因盘管内杂质堵塞，影响水体流动，吹入新风后，出现盘管冻裂情况。（4）自控程序问题。如果新风机组运行不当或者逻辑混乱，每一段盘管开关调节控制逻辑与该地区气候情况不符，对冬季冷、热盘管调节产生影响，发生冻裂问题。机组处于运行状态，但没有开启，使运维人员不能够在第一时间发现低温预警[2]。（5）机组开关机顺序不当。新风机组没有按照正确的顺序开关机，当风机处于运行状态时，热盘管尚未开启，盘管内部水流受冷空气影响温度降低，且在0℃以下，发生冻裂情况。反之，关机状态下的机组，热盘管已经关闭，而风机尚在运行，仍然会出现此类问题。（6）冷盘管水残留。冬季到来之前，仍没有落实新风机组冷盘管段排水工作，或者盘管内部尚有余水残留，处于底部位置，会受冷风影响，冻裂铜管。
4.新风机组盘管防冻措施
一公司发生多次新风系统盘管冻裂情况之后，每隔一段时间就要检查新风机组运行情况，并建立了完善的制度保障措施。通过优化新风机组自控系统，改造小室，采取液体防冻措施等，达到了良好的新风机组盘管防冻效果，再也没有发生过管道冻裂问题。
4.1定期开展机组防冻检查工作
冬季天气寒冷，外部气温低，需要对新风系统机组进行定期检查，把各段盘管弯头位置结构作为重点排查对象，根据排查结果，判断其是否发生膨胀情况，并在第一时间解决和处理。当机组长期未启动时，需要先对机组各段盘管进行排气处理，使排气阀处于正常工作状态，然后按照正确的方式启动机组。同时，每隔一段时间都要对管道进行反冲洗处理，以免因管道内部残渣淤积对盘管产生堵塞，使铜管始终保持畅通，并且水流不受影响。
4.2科学设置完善自控系统
将自控防冻设计融入新风机组，生成自动监控系统。该背景下，需要同步使用风阀、风机、防冻报警、盘管电动阀等实施连锁控制。按照正确的顺序开关机，开机时，需要依次将预热盘管电动阀、风阀阀门、风机开启，使防冻报警处于运行状态。关机时，先关闭风机和风阀阀门，再把预热盘管电动阀关小，防冻报警运行。无论防冻报警温度，还是监测装置都要合理，结合外部环境，对机组预热后温度低限报警停机功能进行设置[3]。以某地区为例，通常把低温防冻报警设置为10℃-15℃，预热后温度低限报警停机温度以7℃-9℃为宜。处于关机状态的机组，如果新风阀关闭不够严密，会使室外冷空气进入。因而，机组停机状态下的预热盘管阀门设置时有开度要求，从而使热盘管内热媒处于正常循环状态，规避冻伤情况。
4.3提高运维能力
运维人员要具备较强的工作能力和风险意识，使设备始终处于正常运行状态。运维技术员既要了解新风机组冬季运行防冻原理，还要预判冻裂风险，提出具体的防冻运行措施和方法。开展运维巡检工作时，将设备运行数据作为重点关注对象和指标，预先判定风险，给出具体的防冻意见。自控值班室运维员也要及时发现运维风险，通过自控数据判断，分析运行趋势，并对冻裂隐患进行预判。
4.4完善制度文件保障防冻工作
运维工作中常因相互推诿，影响设备运行，或者使运维保养工作不到位。针对此类情况，给出具体的设备管理责任制度，将每台设备管理工作落实到个人，明确设备管理人员职责，使设备管理工作更加规范，为设备稳定运行提供依据，对因管理不到位导致的系统冻伤问题进行有效规避。与此同时，还要在文件内编制防冻操作和冻伤之后的应急预案，分别将防冻操作考核和应急预案演练工作落实到位。
4.5液体防冻方法
管道内部介质通常为一级RO水，可通过降低过冷度，对盘管内结冰状况进行有效缓解，使其内部介质凝固温度降低。该过程中，优选防冻液，严格控制比例，在新风机组各段盘管所在水系统中添加25%乙二醇水溶液，降低水凝固温度至-5℃-7℃。通过该种方式，对系统内部介质凝固温度进行有效控制。把防冻液添加到空调水系统中时，还要对防冻液的腐蚀性、黏度等进行考量，将空调水系统管路防腐工作落实到位，并进行泵增压操作[4]。
4.6改善系统及冬季排水防冻
寒冷天气到来之前，预先进行预冷盘管，对二次表冷盘管进行排水。该过程中，使用压缩空气作空吹处理，把盘管内部的水排空，直至无残留。完成排水工作之后，管道内仍有残留或者水汽情况，需对该过程进行排查，确定盘管上部放气阀处于打开状态，且管道内部阀门完全关紧或打开。如果阀门不能够关严，可更换，以免因阀门不严，使水渗透到盘管中，发生冻裂。
4.7预热回收新风
当新风尚未进入新风机组时，选用热回收机组对余热进行回收，在新风小室中混合热空气和低温冷空气，温度升高之后，进入新风机组，解决冻伤事故。例如，在医药类、电子类工厂中，可采用新风预热回收方式，对车间热量进行回收，继而和新风混合在一起，减少不必要的能耗，极具推广应用价值。
5.结语
在寒冷地区，新风系统盘管冻裂情况比较常见，严重影响了工厂、企业的生产和生活，使其难以保持恒温恒湿。相关从业人员要明确新风系统盘管冻裂机理，总结新风系统盘管冻裂原因，结合该过程中存在的问题，定期开展机组防冻检查工作，优化自控系统，完善制度文件，保障防冻工作，采用液体防冻法，预热回收新风，实现系统优化。
参考文献：
[1]李春阳，朱明，等.新风盘管防冻措施研究[J].节能，2015（4）:70-72.
[2]江萍.寒冷地区热水供热空调新风系统防冻治理改造研究与设计应用[J].工程建设与设计，2015（9）:65-67.
[3]朱培根，何轶敏，等.风机盘管加新风系统运行节能分析[J].流体机械，2017， 45（5）:67-71.
[4]李明.商业内区冬季利用新风制冷可行性分析[J].中国住宅设施，2015（1）:108-110.
论文作者:潘沛杰
论文发表刊物:《科技尚品》2018年第10期
论文发表时间:2019/7/18
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