在中國北方現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心中，冷卻塔是制冷機組的常用設(shè)備。因為在數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備全年不間斷運行，負(fù)載穩(wěn)定，幾乎沒有周期性變化。因此，數(shù)據(jù)中心制冷機組需要全年運行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現(xiàn)象。如何有效降低冷卻塔的結(jié)冰率，提高冷卻塔的運行效率，降低制冷系統(tǒng)的運行能耗?本文以開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。

一.冬季制冷機組運行模式

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

二.結(jié)冰有什么影響

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

集水盤結(jié)冰

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

水位控制部件和補水管道

浮球閥結(jié)冰會導(dǎo)致集水盤水位溢流過高;補水管道結(jié)冰會導(dǎo)致集水盤水位過低，系統(tǒng)因缺水而終止運行。

冷卻塔填料結(jié)冰

填料結(jié)冰會堵塞進(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)機頻率增加，增加系統(tǒng)運行能耗。當(dāng)結(jié)冰量較大時，會影響系統(tǒng)的正常運行。

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，熔冰過程中需要人工改變系統(tǒng)的運行方式，增加了系統(tǒng)運行的風(fēng)險。

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;

冷卻塔集水盤結(jié)冰

一種情況是運行中的冷卻塔集水盤結(jié)冰。雖然集水盤中的水是循環(huán)流動的，但集水盤邊緣的水流相對較慢，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，整個集水盤很容易結(jié)冰。

水位控制部件和補水管道

一種情況是，當(dāng)制冷機組負(fù)荷較大時，長時間的補水會產(chǎn)生飛濺，補水閥的浮球支撐桿容易結(jié)冰。支撐桿結(jié)冰后，補水閥關(guān)閉不緊，集水盤水位繼續(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，補水量較小。如果長時間不補水，管道中的水不會流動，管道中的水可能會結(jié)冰，導(dǎo)致系統(tǒng)因缺水而中斷運行。

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)機排出的冷濕氣流回填料進(jìn)氣口。當(dāng)冷濕氣體冷時，很容易在填料進(jìn)氣口凝固，長時間積累，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

防止冷卻塔集水盤和水位控制部件結(jié)冰

適當(dāng)降低冷卻塔集水盤的液位，增加冷卻泵數(shù)量，加快集水盤內(nèi)水流速度，可減緩或防止集水盤邊緣結(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，使浮球閥能夠長期補充小流量水，防止管道閘閥凍結(jié)和清潔;

當(dāng)系統(tǒng)熱消耗超過設(shè)計負(fù)荷的50%時，預(yù)留冷卻塔的熱備運行相當(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)機的運行頻率和冷卻泵的運行頻率，同時降低集水盤電加熱器的能耗

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)會降低冷卻水供回水溫差，提高通過填料的水溫，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。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)機以最小頻率運行時，在保證機房溫度的前提下，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，無塊冰柱，可及時發(fā)現(xiàn)和清除。一旦填充物上有一個塊狀的冰柱，就不建議使用人力。一方面，粉碎會破壞填料，另一方面，大冰可能會擊中操作人員(如冷卻塔安裝在屋頂上，大冰會破壞地板的防水層)。

如果已經(jīng)形成冰柱，可以通過翻轉(zhuǎn)冷卻塔風(fēng)扇來熔化冰。風(fēng)機翻轉(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)ASC510).散流冷卻塔，采用風(fēng)機翻轉(zhuǎn)融冰的操作流程：

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

在熔冰環(huán)節(jié)，風(fēng)機的翻轉(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)機翻轉(zhuǎn)融冰后，需要再次檢查風(fēng)機運行部件是否松動。風(fēng)機恢復(fù)運行后，需要確保系統(tǒng)無其他異常。

如果填料結(jié)冰過多，可能需要很長時間才能選擇冷卻塔風(fēng)機翻轉(zhuǎn)的形式，容易造成冷凍水溫度波動，影響機房工作溫度。在這種情況下，可以通過打開制冷機組來快速熔化冰。單個制冷裝置BA控制邏輯擺脫群體控制，冷卻模式選擇冷卻模式，打開冷卻器運行，調(diào)整冷卻系統(tǒng)進(jìn)氣閥的開度，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

1.做好除冰過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，及時清理現(xiàn)場，巡邏過道及周圍梯子，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)機翻轉(zhuǎn)融冰時，氣旋逆流會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)的運行量。此外，風(fēng)翻轉(zhuǎn)會導(dǎo)致風(fēng)扇皮帶盤螺釘松動(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)運行能耗高。

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