張牛

（鄂爾多斯市體育中心）

1 北方地區(qū)體育場館空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)機(jī)組凍結(jié)現(xiàn)象形成機(jī)理

體育場館空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)防凍機(jī)組盤管凍結(jié)現(xiàn)象，極易導(dǎo)致盤管的凍裂，造成這種情況發(fā)生的根本原因在于管內(nèi)流體的環(huán)境溫度低于零度，導(dǎo)致其發(fā)生結(jié)冰情況。其中又分為流水結(jié)冰和靜水結(jié)冰兩種類型。

1.1 靜水結(jié)冰機(jī)理

靜水結(jié)冰較為常見，通常與外部溫度有關(guān)，若裸管的完全結(jié)冰可以根據(jù)（1）進(jìn)行計(jì)算。

式中：rθ 為代表環(huán)境溫度；L 為代表冰潛熱，取值為335kj/kg；iρ 為代表冰密度，取值為0.9×103kg/m3；R 為代表管道熱阻，通常為銅管，取值為0.002166m· ℃/W；iR 為代表冰的熱阻，取值為0.446m·℃/W；

為驗(yàn)證管道直徑、環(huán)境溫度與體育場館空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)防凍機(jī)組盤管凍結(jié)的關(guān)系，選用直徑0.015m 的盤管模擬不同環(huán)境溫度對盤管靜水結(jié)冰的影響；選用-0.05℃的環(huán)境溫度模擬不同直徑對盤管靜水結(jié)冰的影響。其結(jié)果如圖1 和圖2 所示。

由圖1 可以看出當(dāng)管道直徑固定在0.015m 時，隨著環(huán)境溫度的降低，完全結(jié)冰時間不斷縮短，尤其是處于-0.5℃時，結(jié)冰時間較快，約1h 左右就會圈圈結(jié)冰。另外，從圖2 可以明顯看出，當(dāng)管徑較大時，完全凍結(jié)的時間就越長。

圖1 溫度與結(jié)冰時間關(guān)系圖

圖2 管內(nèi)半徑與結(jié)冰時間關(guān)系圖

1.2 流水結(jié)冰

流水結(jié)冰的原因主要是因管內(nèi)流動造成，例如當(dāng)管內(nèi)處于層流時，管內(nèi)流水的流速就會出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，尤其是靠近管道壁面的位置，如果管外溫度在0℃以下時，管內(nèi)出現(xiàn)結(jié)冰的幾率會增加[1]。因此要控制體育場館空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)防凍機(jī)組盤管流水結(jié)冰的關(guān)鍵在于要控制管道流體的流動狀態(tài)不屬層流狀態(tài)。

體育場館空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)防凍機(jī)組盤管流體的流動狀態(tài)可利用雷諾數(shù)Re進(jìn)行判斷，一旦雷諾數(shù)Re＜2300，管內(nèi)就處于層流狀態(tài)。如果流體為20℃時，不同管道層流狀態(tài)如下表1 所示。但根據(jù)我國體育場館空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)防凍機(jī)組盤管管徑常用規(guī)格為φ15.88，在此之中為了降低層流狀態(tài)的出現(xiàn)率，管內(nèi)流速必須大于0.15m/s。

2 北方地區(qū)體育場館空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)防凍設(shè)計(jì)

2.1 北方地區(qū)體育場館空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)防凍結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)

若想要?dú)鉁剌^低的寒冷地區(qū)中保證空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)不出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象，必須保證以下兩點(diǎn)。

表1 不同管徑層流時流速

1）多維度防凍

通過多維度防凍使得水盤管管內(nèi)水力保持平衡，最大程度的避免凍結(jié)。

2）供熱運(yùn)行

供熱運(yùn)行可以自動控制調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度與供熱量的平衡，從而在寒冷期內(nèi)也可以保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。例如通過TWKFD 系列的熱水供應(yīng)新風(fēng)防凍機(jī)組中可以采用一種溫度等級的熱媒熱水介質(zhì)，使其在及其寒冷的情況下也能實(shí)現(xiàn)連續(xù)供熱。此外，通過TWF-KD 系列的熱水供熱空調(diào)新風(fēng)調(diào)控機(jī)組，可以使得實(shí)現(xiàn)水盤管束的水力達(dá)到防凍供熱運(yùn)行的狀態(tài)，維持一次側(cè)與外網(wǎng)之間的變流量（?）量調(diào)系統(tǒng)，輔助熱水管進(jìn)行熱水熱量調(diào)節(jié)。將TWK-FD 與熱水盤管之間的二次側(cè)變?yōu)楹懔髁浚?）的質(zhì)調(diào)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)熱水盤與熱水管管理的平和，再根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)熱平衡關(guān)系，加熱新風(fēng)的熱量Hf 應(yīng)等于二次側(cè)恒流量系統(tǒng)提供的熱量Hh，并等于一次側(cè)外網(wǎng)提供的熱量Hw。此外，上述環(huán)節(jié)中的調(diào)節(jié)工作只需要通過智能控制柜即可實(shí)現(xiàn)，達(dá)到用熱和供熱。在二次側(cè)恒流量系統(tǒng)中，通過對盤管的防凍運(yùn)行水力工況進(jìn)行調(diào)節(jié)，就可以使得防凍供熱運(yùn)行。因此，筆者認(rèn)為在北方寒冷地區(qū)的大型體育場館中，通過使用TWKM-FD 系列熱水供熱新風(fēng)防凍機(jī)可以改善傳統(tǒng)新風(fēng)中的問題，使得新風(fēng)空調(diào)在正常運(yùn)行的狀態(tài)下熱水盤不會出現(xiàn)凍結(jié)，同時還可以實(shí)現(xiàn)智能化的送風(fēng)溫度、回水溫度等進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。

2.2 北方地區(qū)體育場館空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)系統(tǒng)防凍改造方案

北方地區(qū)氣候嚴(yán)寒，新風(fēng)系統(tǒng)很容易出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象，對體育場館室內(nèi)帶來很大不便，對此可通過將風(fēng)機(jī)盤管和新風(fēng)系統(tǒng)結(jié)合使用，由初效、中效、表冷器（冷熱）、加濕、送風(fēng)等組成，通過這種方式使得室內(nèi)供熱供冷隨意切換，同時還可以將溫度保持在66℃/45℃，冷凍水供水溫度為7℃/12℃[3]。如果該地區(qū)較為寒冷，溫度達(dá)到-20.7℃，或是-37.1℃，那么只需要通過使用防凍開關(guān)即可進(jìn)行防凍處理，通過在回水管路上設(shè)置兩通電調(diào)閥，根據(jù)送風(fēng)溫度，使用PLC 控制器調(diào)節(jié)熱水流量，可采取風(fēng)量在5000m3/h ～10000m3/h 的新風(fēng)機(jī)組進(jìn)防風(fēng)凍治理。同時對每臺新風(fēng)機(jī)中配置一套TWKM-FD 系列的新風(fēng)防凍機(jī)組，實(shí)現(xiàn)防凍。

2.3 空調(diào)水系統(tǒng)防凍改造設(shè)計(jì)方案

空調(diào)水系統(tǒng)中，TWKM-FD 系列熱水供熱新風(fēng)防凍機(jī)組的一側(cè)是一個變流量系統(tǒng)，具有多種優(yōu)勢，例如在水路電動兩通閥的變流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)所起到的作用相同，再通過系統(tǒng)中的控制平臺，在調(diào)節(jié)水力工況平衡的基礎(chǔ)上，既能滿足供熱需求，又能減少外網(wǎng)資源，縮小配管管徑。除此之外，在設(shè)計(jì)中還可以在每臺新風(fēng)機(jī)組與熱水網(wǎng)之間配置一套TWKM-FD 熱水供熱新風(fēng)防凍機(jī)組，從而適應(yīng)每個防火區(qū)新風(fēng)機(jī)組的調(diào)節(jié)運(yùn)行。

3 應(yīng)用效果

北方地區(qū)體育場館中通過TWKMFD 系列熱水供熱新風(fēng)防凍機(jī)組時，運(yùn)行起來也與傳統(tǒng)的新風(fēng)空調(diào)機(jī)組運(yùn)行條件無太大差異，基本相同，但不同的是，改造后的新風(fēng)機(jī)組可以較差的環(huán)境下也可以使用，防止加熱管凍結(jié)出現(xiàn)損壞，影響體育場館的正常使用需求，具體來說，通過這種方式可以實(shí)現(xiàn)五個效果：

①隨意控制溫度，通過這種方式可以任意將送風(fēng)溫度保持在16℃～28℃之間，并保證新風(fēng)防凍可以連續(xù)進(jìn)行；

②節(jié)約資源，通過使用該方式可以縮小外網(wǎng)的管徑面積，從而有效的節(jié)約供熱資源；

③取代防凍開關(guān)、電預(yù)熱、乙二醇防凍二次循環(huán)、天然氣預(yù)熱等傳統(tǒng)防凍方式；

④與采用電加熱預(yù)熱防凍比較，電加熱的年防凍運(yùn)行費(fèi)用將比利用熱水供熱空調(diào)新風(fēng)防凍機(jī)組防凍費(fèi)用增加5 倍以上；

⑤實(shí)現(xiàn)多維度控制，通過該方式可以解決春、夏、冬進(jìn)風(fēng)問題，同時還可以取代空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)及溫度調(diào)控控制柜，增加新風(fēng)防凍機(jī)組的同時也大幅簡化了空調(diào)送新風(fēng)、供冷風(fēng)、供熱風(fēng)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。此外，該技術(shù)也得到了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和國家技術(shù)的認(rèn)證，運(yùn)行起來也較為安全，從而有效的防止熱水盤管凍結(jié)問題。但在設(shè)計(jì)時還需要與熱水外網(wǎng)、新風(fēng)空調(diào)節(jié)組、熱水盤管等多種參數(shù)進(jìn)行匹配[4]。

4 結(jié)語

上述對北方地區(qū)體育場館空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)防凍設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析討論，北方地區(qū)冬季氣溫多變，最低溫度可達(dá)-37℃左右，很容易會使得熱水盤管出現(xiàn)凍裂，影響室內(nèi)送風(fēng)。但傳統(tǒng)的防凍設(shè)計(jì)方式中效果較為低下，或者是費(fèi)用較高，但通過上述筆者講述的TEKM-FD 系列的熱水供熱新風(fēng)防凍機(jī)組，可以有效的解決這一問題，同時還能節(jié)約資源。筆者希望通過此次分析可以起到實(shí)際的幫助作用。