冬季冷却塔结冰原因分析(冷却塔结冰处理方法)

在中国北方现有的数据中心中，冷却塔是制冷机组的常用设备。因为在数据中心IT设备全年不间断运行，负载稳定，几乎没有周期性变化。因此，数据中心制冷机组需要全年运行IT设备提供冷却能力。冷却塔结冰是华北冬季室外温度低于零度的常见现象。如何有效降低冷却塔的结冰率，提高冷却塔的运行效率，降低制冷系统的运行能耗?本文以开放式散流冷却塔为例，分享冷却塔结冰的原因、冷却塔的除冰方法及注意事项。

一.冬季制冷机组运行模式

为了充分利用自然冷源，当室外湿球温度达到定制运行条件时，关闭冷却器，选择冷却塔中国北方现有大中型数据中心制冷机组冬季运行的常见工况是板换的运行方式。

二.结冰有什么影响

冷却塔在冬季等非额定工况下运行。如果习惯性地使用夏季运行的相关性能参数来控制和评估冷却塔，冷却塔将无法达到预期的换热效率，并且由于大量结冰，制冷机组的水温可能会升高，导致机房内部环境升温。

集水盘结冰

运行中的冷却塔一般容易在集水盘边缘结冰，结冰后水不再流动。出水量的减少会导致系统供回水温差增加，冷却泵的加频运行会增加系统的运行能耗。

水位控制部件和补水管道

浮球阀结冰会导致集水盘水位溢流过高;补水管道结冰会导致集水盘水位过低，系统因缺水而终止运行。

冷却塔填料结冰

填料结冰会堵塞进气口，增加风阻，影响冷却塔进气量，降低冷却塔传热能力，提高冷却水出水温度，导致风机频率增加，增加系统运行能耗。当结冰量较大时，会影响系统的正常运行。

填料结冰后，如果用外力凿除冰，容易破坏填料的完整性，影响冷却塔填料的使用寿命。

填料结冰后，除冰增加了维修人员的日常维修工作量，熔冰过程中需要人工改变系统的运行方式，增加了系统运行的风险。

三.冷却塔结冰原因及结冰条件分析

·冷却塔的结冰条件与室外湿球温度成反比，湿球温度越小，结冰越严重;

·根据冷却塔填料的通风量，冷却塔的结冰情况与冷却塔填料的通风量呈正相关，进风量越大，结冰越严重;

·冷却塔结冰条件与流过冷塔填料的水量成反比，水量越低，结冰的概率越大;

·冷却塔的结冰情况与流过冷却水管道的热量消耗成反比，热量消耗越低，结冰的概率越大;

冷却塔集水盘结冰

一种情况是运行中的冷却塔集水盘结冰。虽然集水盘中的水是循环流动的，但集水盘边缘的水流相对较慢，在低温环境下容易结冰积累。另一种情况是，如果预留的冷却塔不打开，整个集水盘很容易结冰。

水位控制部件和补水管道

一种情况是，当制冷机组负荷较大时，长时间的补水会产生飞溅，补水阀的浮球支撑杆容易结冰。支撑杆结冰后，补水阀关闭不紧，集水盘水位继续上升，最终发生溢流。另一种情况是，当系统负荷较小时，补水量较小。如果长时间不补水，管道中的水不会流动，管道中的水可能会结冰，导致系统因缺水而中断运行。

填料结冰

第一种情况是横流塔填料送风侧靠近风机排风侧，容易在填料送风侧上端产生气流短路，导致风机排出的冷湿气流回填料进气口。当冷湿气体冷时，很容易在填料进气口凝固，长时间积累，产生冰挂甚至冰柱。

第二种情况是填料片之间的位移.脏堵塞或填料填料片损坏，会导致，水滴粘在填料进气口和塔上产生冰，容易产生冰挂甚至冰柱在填料损坏的位置或塔与填料的边界。

第三种情况是冷却塔两侧布水器布水不均匀，导致冷塔两侧水流量多，水流量少，水流量多的一侧容易漂水结冰;由于填料上的流水太小，流过填料的风量太大，填料内部结冰。

四.防止冷却塔结冰

防止冷却塔集水盘和水位控制部件结冰

适当降低冷却塔集水盘的液位，增加冷却泵数量，加快集水盘内水流速度，可减缓或防止集水盘边缘结冰;

为了避免水位控制部位的冻结和清洁，可以采取人为增加浮球重量的方法，使浮球阀能够长期补充小流量水，防止管道闸阀冻结和清洁;

当系统热消耗超过设计负荷的50%时，预留冷却塔的热备运行相当于增加填料的整体换热面积，提高冷却水的传热能力，有效降低冷却塔风机的运行频率和冷却泵的运行频率，同时降低集水盘电加热器的能耗

防止填料外结冰的方法

控制出水量，避免冷却塔填料结冰：在热量消耗不变的情况下，增加出水量(增加冷却水泵的频率)会降低冷却水供回水温差，提高通过填料的水温，从而降低结冰的可能性。

根据变频器控制风机转速，降低空气流量，减少进气量，减少冷空气与冷却水的接触。如有必要，可增加挡风玻璃或挡风玻璃，以进一步提高水温，从而降低结冰的可能性。

大多数填料首先从边缘结冰，这在塔架和填料之间的间隙中很常见。根据封堵布水器两侧的排水口，可以减少填料与塔架之间的间隙处的出水量，从而减少塔架边缘的水溅出量，防止填料附近结冰。

室外温度低于-10℃，当风机以最小频率运行时，在保证机房温度的前提下，可适当降低冷却水的供回水温差，从而提高冷却塔的下塔温度，防止水温过低导致快速结冰。

五.结冰后的处理方法

使用工具外力除冰：此方法适用于冰量小，无块冰柱，可及时发现和清除。一旦填充物上有一个块状的冰柱，就不建议使用人力。一方面，粉碎会破坏填料，另一方面，大冰可能会击中操作人员(如冷却塔安装在屋顶上，大冰会破坏地板的防水层)。

如果已经形成冰柱，可以通过翻转冷却塔风扇来熔化冰。风机翻转后，循环水的热蒸汽从填料侧吹出，可以快速熔化冰。以下是应用程序ABB变频器(型号)ASC510).散流冷却塔，采用风机翻转融冰的操作流程：

冷却塔风机翻转前，首先检查系统运行情况，确保系统水温.机房工作温度在合理范围内，无其他异常现象;其次，检查冷却塔风机的运行部件是否松动。

在熔冰环节，风机的翻转次数应保持在25Hz~30Hz两者之间，可以快速融冰，最大限度地控制浮水量。避免大风将填料中流出的水吹出塔体，在冷却塔周围的道路上结冰。

风机翻转融冰后，需要再次检查风机运行部件是否松动。风机恢复运行后，需要确保系统无其他异常。

如果填料结冰过多，可能需要很长时间才能选择冷却塔风机翻转的形式，容易造成冷冻水温度波动，影响机房工作温度。在这种情况下，可以通过打开制冷机组来快速熔化冰。单个制冷装置BA控制逻辑摆脱群体控制，冷却模式选择冷却模式，打开冷却器运行，调整冷却系统进气阀的开度，减少冷却塔的出水量，快速提高系统冷却水温度，确保冷却器正常运行，将冷却水温度提高到25℃以上，可以快速熔冰。

六.冷却塔除冰注意事项

1.做好除冰过程中的人员安全防范工作，戴上头盔和眼镜，避免落冰，注意周围环境和楼下行人，严格防止冰块从楼下撞到路人;

2.除冰后，及时清理现场，巡逻过道及周围梯子，防止人员因结冰而摔倒摔伤。严禁直接废除大冰块地板，以免损坏屋顶防水层;

3.当风机翻转融冰时，气旋逆流会降低冷塔的排热效果。为了满足系统的需要，有必要增加系统的运行量。此外，风翻转会导致风扇皮带盘螺钉松动(旋转方向与径向相反)。每次操作后，应拧紧螺钉以避免皮带伦脱落。

4.在冬季室外自然冷源不能完全使用，系统运行能耗高。

当冷却塔在冬季运行时，合理的运行方案和科学的融冰方法不仅可以避免或降低冷却塔结冰造成的运行风险，还可以提高系统运行的能效，增加冷却塔的寿命。