（1）新风空调系统工作特点
新风空调系统是处理室外空气的系统，在民用及工业建筑中，直流空气系统多是为满足人员的卫生标准而补送室外空气的装置。特别是在一些密闭性较好，标准又高的建筑中，新风系统的正常运转更为重要。显然，新风系统空气加热器的进风侧是经常处于低温空气中。要满中室内人员对新鲜空气的要求，需要该系统在室外低温时也能正常运行。而停机，泄水，保温等防冻措施在这种系统都不适用。而且不同用途建筑物的新风系统的防冻措施也应有所区别。

（2）新风机组加热器的防冻方法
1）加热器的表面积安全度不能太大，比计算值不应超过10%。
2）盘管中水的流速在任何情况下都不得小于0.15m/s。如采用变水量控制，设计时应对室外为0℃的情况进行复核计算。
3）采用加热器混水泵装置。
4）当加热器的热媒为蒸汽时，疏水器的安装位置应低于加热器300mm或更多。而回水应为自流，由加热器自流至回水箱。
5）采用四管系统时，寒冷和严寒地区千万要注意冷热水盘管的排列。这一点在国内现代化的许多大楼中未给予应有的注意，这主要是设计时未考虑建筑物所在地区的特点，把日本、香港的做法照搬到北方来所致，务必引起重视，否则将造成冻裂，如图2.7.4-1（a）、（b）。

    6）空气预热器的热媒流向应与空气的流向平行，但现在国内空调箱的加热器热媒流向空气的流向多为逆向，这不利于防冻。特别当热媒为水在温度低时，更易发生冻结。如图2.7.4-2，根据实际运行经验及研究分析，预热器的水流方向应与空气流动方向一致。

7）寒冷地区的新风机组不宜冷热合用一组盘管。如果有一定依据合用时，一定要分排控制，如图2.7.4-3。当空气通过加热器的温升需很大时，应采用多组盘管水路并联。一般预热器每组的最大温升为20℃。

该方案的特征是：多组加热盘管分别控制，可减少盘管中水结冻及室内过热的危险；送风温度保持恒定；每组盘管的水阀当进入到冰点时依次开足而防止冻结。当然全开时的计算水流速必须保证。

为了使该方案运行可靠，应将1号与2号盘管取相同的温升，且其传热面积均不得过大。
这一方案的细节如下：
A.1号与2号盘管的控制阀的感温器应设在室外空气中。
B.3号盘管控制顺的感温应装在送风机出口的气流中。
C.操作顺序为：
(a)室外空气温度的在20℃以上时，1号2号盘管的阀全关。
(b)送风比例调节3号管以维持送风温度。
(c)当室外空气降到5℃时，一个室外温度控制器应当开始开启1号盘管的阀门，至室外空气为2℃时，1号盘管的控制阀应开足。
(d)当室外空气温度降至-12℃时，另一个室外空气传感器开始打开2号盘管的控制阀。至外空气降为-15℃时，2号盘管的控制阀开足。
D.如果有低温极限控制器的话，当送风温度低至该控制器的整定值时，低温极限控制即依次投入工作。
根据上述分析建议新风空调机组加热盘管的分组应按室外计算温度分为以下三档：
冬季室外空气调节计算温度
tw≥5℃的地区 可用一组加热盘管
-12℃≤tw<5℃ 可用两组加热盘管
-29℃≤tw<-12℃ 可用三组加热盘管
每档分虽设调节阀门。为此，现在我国生产的新风空调机组应做相应的修改，以满足不同地区的需要。
8）在新风进加热器前先经过热回收交换，提高其湿度。
9）将新风机组的风机与新风阀门连锁。
10）做行之有效的运行过程运期间的防冻保护控制。也可参考以下系统。如图2.7.4-4至图2.7.4-7。

图2.7.7.4-4的防结冻是用一个温度的控制器，设在预热器的进风侧。当室外空气温度降到2℃以下时，即自动打开双位控制阀。因冷凝水易结冻，故疏水器的型号应按3~4位的计算流量选。

该系统的缺点是当室外温度很低时，加热器后温度经常过热，控制不了。
图2.7.3-5的防控制与图2.7.4-4相同，但是在加热器的出风侧加了一组风阀，该风阀由旁通风阀与加热后的空气温度。旁通阀的尺寸以其全开时全部风量通过它的阻力等于全部风量通过加热器及其风阀的阻力来选定。

图2.7.4-6的控制系统是用一个三通阀加一个小循环泵。三通阀受加热器后（出风侧）平均温度的控制，当有结冻危险时（即室外温度为负值时），水泵即投入运行。水泵的循环水量应使管中的流速为1m/s，因为这一流速可有效防冻。
图2.7.4-7的系统与图2.7.4-6基本相同，区别仅在于水泵是设在旁通管上，在水泵的循环路线中少了一个三通阀的阻力，故水泵的电力消耗可以少些。
空调系统中加热器冻结的原因分析
随着国内民用空调的发展，当然首先是旅游饭店的大批兴建，空调系统建了很多，投入使用已有近十年的历史。但由于空调设备及控制系统有一大部分为港商提供，对寒冷地方的气候特点考虑欠妥，加之我们使用管理上的薄弱，这几年来在空调建筑物中，往往出现空气加热器冻裂现象。以北京地区为例，已有向个饭店及其他共建筑的空调系统中发生过空气加热器冻裂事故。其冻裂的情况和原因不外下列几种：
(1)空调箱中加热器冻裂。加热与降温共用一个表冷式热交换器，但冷水的温差小(一般5℃)，而热水的温差大(10~15℃)，又因采用变流量调节，所以使加热管中的水流速度太小，成为层流状态，从而使与室外低温空气接触侧的盘管结冻。
(2)加热器选择时安全系数太大，结果使热媒造成过大的温降，回水温度低，在边角处易冻。
(3)系统停止运行时，未装严密的保温风阀，冷风大量漏入，致使加热器冻裂。
(4)两组或多组加热器并联连接，水路系统不平衡，一组中热器的流量大，一组加热器的流量小，小的就结冻。
(5)夜间水温降低为50~60℃甚至30~40℃，或突然停泵，以有冷水系统生产关系了未排空，且布置在进风加热器之后者也冻。如果冷水系统未排空，又布置在进风加热器之前者，更要冻结，尽量不要如此布置。
分析其结冻的原因有以下三个：
（1）设计的错误 表现为加热器的加热面积选择不当；热媒的接管方式不好；控制方法不妥。结果造成加热器冻结或使系统中断工作(处于防冻保护状态)。这在系统运行上是不允许的，轻则影响送风，重则造成空调房间停用，造成经济效益下降。
1）加热器加热面积的余量过大，可使热水流量及盘管内流速降低。
加热器管路按水路并联，采用变水流量控制加热过程，而加热面积大有富裕。主要出现在错误地假定了加热器的出水温度，而不是算出来的出水温度。则加热面积余量的多少反映在实际的出水温度与假定的出水温度的差值大小。加热器表面积愈富裕其出水温度比假定值低得愈多，热媒 实际流量也就越小。所以，加大加热器表面积的余量，等于降低了出水温度、水流量和管中的流速，这些因素都有导致结冰的危险。
2）加热器接管的连接方式会影响许多因素，诸如，空气流动方向与加热器内水流动方向，加热器内形成的对数温差，这又影响到计算流量和流速，水阻力及出水温度和出口的空气温度的不均匀性。
3）控制方法，现在从节能观点流行变流量控制，但在变流量控制中虽然是先控顺气流方向最后的一组。当它全关时，再控制前边一组。但这也避免不了由于空气温度的分层而造成盘管下产直接吹到室外负值的空气，当水流量太小时即结冰。要想确保不冻除非不用变水量控制。
(2) 在采用自动保护的供热系统中，由于供热的水温高于供热曲线应供的值，而常常成为冻结的主要原因之一。这是由于室外气温接近0。C时，水温容易偏高。有变流量自动控制，供水温度一高，即要减少流量，流速当然也降低，因而造成结冰。
(3) 加热盘管的制造问题，造成盘管内部集存空气，形成气塞，妨碍了水的正常循环，以及在系统停止运行期间冷风由风阀的不严密处渗入，而水阀又全关，这样也会结冰，这与运行管理水平有关。
总之，加热器结冻的主要原因是盘管中水的流速过小。目前采用的防冻保护装置均为事故时或非工作时的防冻控制，属安全保护类型。而在运转期间决不希望这一防冻系统投入。因为这要么导致送风参数偏离，要么彻底停止工作。所以，寒冷及严寒地区对处理系统及新风箱的设计应当仔细考虑，而不能领先这样的“防冻保护”。应采用定流量控制的室外空气预热系统，既简单又可靠，从投资和能耗来看比变流量再加小循环泵及控制经济合理。

空气加热器冻裂问题

暖通空调系统设计中，有一个常被忽略的问题，而且也是最困难的问题之一，就是零下温度空气的处理问题，特别是采用100%室外空气的新风系统。当室外气温降到0℃以下时，如进风或新风系统中未采取有效的防冻措施，则空气加热器中的水或凝结水将会结冻。结冻的结果，轻则影响正常动行，重则使加热器的盘管破裂，必须更新或修理。这将导致空调系统停止运行，影响建筑物的使用。为了今后工程设计中正确解决这一问题，笔者认为对暖通空调系统中空气加热器结冻的原因，特点及防止办法值得探讨，给予重视。

表冷器、加热器冻裂

现象：表冷器被冻裂。温和地区某医院，动物饲养室的空调系统为直流式(全新风系统)，昼夜运转，发图2.7.1-1(a)。有表冷器、蒸汽加热器及蒸汽加湿器。某个冬天表冷器被冻裂。

原因：冬季未设预热盘管，表冷器内有水，直接吸入室外空气而冻结。
对策：冬季如不用时应将表冷器中的水泄掉，或是设计时应将加热器设于进风处，加热器后再设表冷器。如图2.7.1-1(b)。
现象：表冷器被冻裂。南方某空调机，冬季某日，表冷器被冻裂、漏水。原因：某日气温很低，新风与回风混合不好，室外低温空气直接吹到冷盘管上所致。
对策：加设回风混合段和新回风混合阀，使新、回风充分混合后再至表冷器。
现象：蒸汽加热器冻裂。某工程，春节休假，室外-14~-15℃，空调机停 止运行。节日过后，开机时发现蒸汽从盘管中吹出(加热器漏汽)。
对策：在空调机中加了一组电加热器，用一个空调器内的温度控制器控制。停机时，当机内温度达到到下限温度时，即开启电加热器。
一般情况在设计时应设防冻保护装置。
现象：热水加热器被冻裂。某研究所的试验室，室内温度为20℃，相对湿度为50%，空调机为整体式(30RT)，在其中加了一台热水加热器与蒸发器紧贴，室外空气入口处设有电加热预热器。某年11月中旬，热水加热被冻裂，水浸泡了整个试验室。
原因：事故发生时，空调机的压缩机正在运转，蒸发器与加热盘管之间仅有10mm的间隙。由于蒸发器的大量冷辐射，使加热器冻裂。
对策：将热水加热器的两通阀和空调机的压缩机联锁。只要压缩机一起动，两通阀就打开10%，使其中的水能流动，不致冻结。这一办法虽然不是节能的措施，但能在不大改动的情况下解决问题。
现象：冬季冷却塔运行时补给水管被冻裂。某工程地处温暖地区，用30RT整体空调机，经常运行，冬季也不例外。春节休息时补给水管路冻裂。
原因：冷却塔内补水管的立管部分存水被冻裂。
对策：冬季经常使用的冷却塔，在塔中加加热管。当塔停止工作时，开启加热管，可不至结冻。冬季不用的塔，可以泄去存水，特别在水管的关断阀后也应设泄水阀，使塔中的水全部泄空。