在中國(guó)北方現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心中，冷卻塔是制冷機(jī)組的常用設(shè)備。因?yàn)樵跀?shù)據(jù)中心IT設(shè)備全年不間斷運(yùn)行，負(fù)載穩(wěn)定，幾乎沒(méi)有周期性變化。因此，數(shù)據(jù)中心制冷機(jī)組需要全年運(yùn)行IT設(shè)備提供冷卻能力。冷卻塔結(jié)冰是華北冬季室外溫度低于零度的常見(jiàn)現(xiàn)象。如何有效降低冷卻塔的結(jié)冰率，提高冷卻塔的運(yùn)行效率，降低制冷系統(tǒng)的運(yùn)行能耗?本文以開(kāi)放式散流冷卻塔為例，分享冷卻塔結(jié)冰的原因、冷卻塔的除冰方法及注意事項(xiàng)。

一.冬季制冷機(jī)組運(yùn)行模式

為了充分利用自然冷源，當(dāng)室外濕球溫度達(dá)到定制運(yùn)行條件時(shí)，關(guān)閉冷卻器，選擇冷卻塔中國(guó)北方現(xiàn)有大中型數(shù)據(jù)中心制冷機(jī)組冬季運(yùn)行的常見(jiàn)工況是板換的運(yùn)行方式。

二.結(jié)冰有什么影響

冷卻塔在冬季等非額定工況下運(yùn)行。如果習(xí)慣性地使用夏季運(yùn)行的相關(guān)性能參數(shù)來(lái)控制和評(píng)估冷卻塔，冷卻塔將無(wú)法達(dá)到預(yù)期的換熱效率，并且由于大量結(jié)冰，制冷機(jī)組的水溫可能會(huì)升高，導(dǎo)致機(jī)房?jī)?nèi)部環(huán)境升溫。

集水盤(pán)結(jié)冰

運(yùn)行中的冷卻塔一般容易在集水盤(pán)邊緣結(jié)冰，結(jié)冰后水不再流動(dòng)。出水量的減少會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)供回水溫差增加，冷卻泵的加頻運(yùn)行會(huì)增加系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。

水位控制部件和補(bǔ)水管道

浮球閥結(jié)冰會(huì)導(dǎo)致集水盤(pán)水位溢流過(guò)高;補(bǔ)水管道結(jié)冰會(huì)導(dǎo)致集水盤(pán)水位過(guò)低，系統(tǒng)因缺水而終止運(yùn)行。

冷卻塔填料結(jié)冰

填料結(jié)冰會(huì)堵塞進(jìn)氣口，增加風(fēng)阻，影響冷卻塔進(jìn)氣量，降低冷卻塔傳熱能力，提高冷卻水出水溫度，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)頻率增加，增加系統(tǒng)運(yùn)行能耗。當(dāng)結(jié)冰量較大時(shí)，會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

填料結(jié)冰后，如果用外力鑿除冰，容易破壞填料的完整性，影響冷卻塔填料的使用壽命。

填料結(jié)冰后，除冰增加了維修人員的日常維修工作量，熔冰過(guò)程中需要人工改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式，增加了系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。

三.冷卻塔結(jié)冰原因及結(jié)冰條件分析

·冷卻塔的結(jié)冰條件與室外濕球溫度成反比，濕球溫度越小，結(jié)冰越嚴(yán)重;

·根據(jù)冷卻塔填料的通風(fēng)量，冷卻塔的結(jié)冰情況與冷卻塔填料的通風(fēng)量呈正相關(guān)，進(jìn)風(fēng)量越大，結(jié)冰越嚴(yán)重;

·冷卻塔結(jié)冰條件與流過(guò)冷塔填料的水量成反比，水量越低，結(jié)冰的概率越大;

·冷卻塔的結(jié)冰情況與流過(guò)冷卻水管道的熱量消耗成反比，熱量消耗越低，結(jié)冰的概率越大;

冷卻塔集水盤(pán)結(jié)冰

一種情況是運(yùn)行中的冷卻塔集水盤(pán)結(jié)冰。雖然集水盤(pán)中的水是循環(huán)流動(dòng)的，但集水盤(pán)邊緣的水流相對(duì)較慢，在低溫環(huán)境下容易結(jié)冰積累。另一種情況是，如果預(yù)留的冷卻塔不打開(kāi)，整個(gè)集水盤(pán)很容易結(jié)冰。

水位控制部件和補(bǔ)水管道

一種情況是，當(dāng)制冷機(jī)組負(fù)荷較大時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間的補(bǔ)水會(huì)產(chǎn)生飛濺，補(bǔ)水閥的浮球支撐桿容易結(jié)冰。支撐桿結(jié)冰后，補(bǔ)水閥關(guān)閉不緊，集水盤(pán)水位繼續(xù)上升，最終發(fā)生溢流。另一種情況是，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷較小時(shí)，補(bǔ)水量較小。如果長(zhǎng)時(shí)間不補(bǔ)水，管道中的水不會(huì)流動(dòng)，管道中的水可能會(huì)結(jié)冰，導(dǎo)致系統(tǒng)因缺水而中斷運(yùn)行。

填料結(jié)冰

第一種情況是橫流塔填料送風(fēng)側(cè)靠近風(fēng)機(jī)排風(fēng)側(cè)，容易在填料送風(fēng)側(cè)上端產(chǎn)生氣流短路，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)排出的冷濕氣流回填料進(jìn)氣口。當(dāng)冷濕氣體冷時(shí)，很容易在填料進(jìn)氣口凝固，長(zhǎng)時(shí)間積累，產(chǎn)生冰掛甚至冰柱。

第二種情況是填料片之間的位移.臟堵塞或填料填料片損壞，會(huì)導(dǎo)致，水滴粘在填料進(jìn)氣口和塔上產(chǎn)生冰，容易產(chǎn)生冰掛甚至冰柱在填料損壞的位置或塔與填料的邊界。

第三種情況是冷卻塔兩側(cè)布水器布水不均勻，導(dǎo)致冷塔兩側(cè)水流量多，水流量少，水流量多的一側(cè)容易漂水結(jié)冰;由于填料上的流水太小，流過(guò)填料的風(fēng)量太大，填料內(nèi)部結(jié)冰。

四.防止冷卻塔結(jié)冰

防止冷卻塔集水盤(pán)和水位控制部件結(jié)冰

適當(dāng)降低冷卻塔集水盤(pán)的液位，增加冷卻泵數(shù)量，加快集水盤(pán)內(nèi)水流速度，可減緩或防止集水盤(pán)邊緣結(jié)冰;

為了避免水位控制部位的凍結(jié)和清潔，可以采取人為增加浮球重量的方法，使浮球閥能夠長(zhǎng)期補(bǔ)充小流量水，防止管道閘閥凍結(jié)和清潔;

當(dāng)系統(tǒng)熱消耗超過(guò)設(shè)計(jì)負(fù)荷的50%時(shí)，預(yù)留冷卻塔的熱備運(yùn)行相當(dāng)于增加填料的整體換熱面積，提高冷卻水的傳熱能力，有效降低冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率和冷卻泵的運(yùn)行頻率，同時(shí)降低集水盤(pán)電加熱器的能耗

防止填料外結(jié)冰的方法

控制出水量，避免冷卻塔填料結(jié)冰：在熱量消耗不變的情況下，增加出水量(增加冷卻水泵的頻率)會(huì)降低冷卻水供回水溫差，提高通過(guò)填料的水溫，從而降低結(jié)冰的可能性。

根據(jù)變頻器控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，降低空氣流量，減少進(jìn)氣量，減少冷空氣與冷卻水的接觸。如有必要，可增加擋風(fēng)玻璃或擋風(fēng)玻璃，以進(jìn)一步提高水溫，從而降低結(jié)冰的可能性。

大多數(shù)填料首先從邊緣結(jié)冰，這在塔架和填料之間的間隙中很常見(jiàn)。根據(jù)封堵布水器兩側(cè)的排水口，可以減少填料與塔架之間的間隙處的出水量，從而減少塔架邊緣的水濺出量，防止填料附近結(jié)冰。

室外溫度低于-10℃，當(dāng)風(fēng)機(jī)以最小頻率運(yùn)行時(shí)，在保證機(jī)房溫度的前提下，可適當(dāng)降低冷卻水的供回水溫差，從而提高冷卻塔的下塔溫度，防止水溫過(guò)低導(dǎo)致快速結(jié)冰。

五.結(jié)冰后的處理方法

使用工具外力除冰：此方法適用于冰量小，無(wú)塊冰柱，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)和清除。一旦填充物上有一個(gè)塊狀的冰柱，就不建議使用人力。一方面，粉碎會(huì)破壞填料，另一方面，大冰可能會(huì)擊中操作人員(如冷卻塔安裝在屋頂上，大冰會(huì)破壞地板的防水層)。

如果已經(jīng)形成冰柱，可以通過(guò)翻轉(zhuǎn)冷卻塔風(fēng)扇來(lái)熔化冰。風(fēng)機(jī)翻轉(zhuǎn)后，循環(huán)水的熱蒸汽從填料側(cè)吹出，可以快速熔化冰。以下是應(yīng)用程序ABB變頻器(型號(hào))ASC510).散流冷卻塔，采用風(fēng)機(jī)翻轉(zhuǎn)融冰的操作流程：

冷卻塔風(fēng)機(jī)翻轉(zhuǎn)前，首先檢查系統(tǒng)運(yùn)行情況，確保系統(tǒng)水溫.機(jī)房工作溫度在合理范圍內(nèi)，無(wú)其他異常現(xiàn)象;其次，檢查冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行部件是否松動(dòng)。

在熔冰環(huán)節(jié)，風(fēng)機(jī)的翻轉(zhuǎn)次數(shù)應(yīng)保持在25Hz~30Hz兩者之間，可以快速融冰，最大限度地控制浮水量。避免大風(fēng)將填料中流出的水吹出塔體，在冷卻塔周圍的道路上結(jié)冰。

風(fēng)機(jī)翻轉(zhuǎn)融冰后，需要再次檢查風(fēng)機(jī)運(yùn)行部件是否松動(dòng)。風(fēng)機(jī)恢復(fù)運(yùn)行后，需要確保系統(tǒng)無(wú)其他異常。

如果填料結(jié)冰過(guò)多，可能需要很長(zhǎng)時(shí)間才能選擇冷卻塔風(fēng)機(jī)翻轉(zhuǎn)的形式，容易造成冷凍水溫度波動(dòng)，影響機(jī)房工作溫度。在這種情況下，可以通過(guò)打開(kāi)制冷機(jī)組來(lái)快速熔化冰。單個(gè)制冷裝置BA控制邏輯擺脫群體控制，冷卻模式選擇冷卻模式，打開(kāi)冷卻器運(yùn)行，調(diào)整冷卻系統(tǒng)進(jìn)氣閥的開(kāi)度，減少冷卻塔的出水量，快速提高系統(tǒng)冷卻水溫度，確保冷卻器正常運(yùn)行，將冷卻水溫度提高到25℃以上，可以快速熔冰。

六.冷卻塔除冰注意事項(xiàng)

1.做好除冰過(guò)程中的人員安全防范工作，戴上頭盔和眼鏡，避免落冰，注意周圍環(huán)境和樓下行人，嚴(yán)格防止冰塊從樓下撞到路人;

2.除冰后，及時(shí)清理現(xiàn)場(chǎng)，巡邏過(guò)道及周圍梯子，防止人員因結(jié)冰而摔倒摔傷。嚴(yán)禁直接廢除大冰塊地板，以免損壞屋頂防水層;

3.當(dāng)風(fēng)機(jī)翻轉(zhuǎn)融冰時(shí)，氣旋逆流會(huì)降低冷塔的排熱效果。為了滿足系統(tǒng)的需要，有必要增加系統(tǒng)的運(yùn)行量。此外，風(fēng)翻轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致風(fēng)扇皮帶盤(pán)螺釘松動(dòng)(旋轉(zhuǎn)方向與徑向相反)。每次操作后，應(yīng)擰緊螺釘以避免皮帶倫脫落。

4.在冬季室外自然冷源不能完全使用，系統(tǒng)運(yùn)行能耗高。

當(dāng)冷卻塔在冬季運(yùn)行時(shí)，合理的運(yùn)行方案和科學(xué)的融冰方法不僅可以避免或降低冷卻塔結(jié)冰造成的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，還可以提高系統(tǒng)運(yùn)行的能效，增加冷卻塔的壽命。