在中國北方現有的數據中心中，冷卻塔是制冷機組的常用設備。因為在數據中心IT設備全年不間斷運行，負載穩(wěn)定，幾乎沒有周期性變化。因此，數據中心制冷機組需要全年運行IT設備提供冷卻能力。冷卻塔結冰是華北冬季室外溫度低于零度的常見現象。如何有效降低冷卻塔的結冰率，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，當室外濕球溫度達到定制運行條件時，關閉冷卻器，選擇冷卻塔中國北方現有大中型數據中心制冷機組冬季運行的常見工況是板換的運行方式。

二.結冰有什么影響

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

集水盤結冰

運行中的冷卻塔一般容易在集水盤邊緣結冰，結冰后水不再流動。出水量的減少會導致系統(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

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

冷卻塔填料結冰

填料結冰會堵塞進氣口，增加風阻，影響冷卻塔進氣量，降低冷卻塔傳熱能力，提高冷卻水出水溫度，導致風機頻率增加，增加系統(tǒng)運行能耗。當結冰量較大時，會影響系統(tǒng)的正常運行。

填料結冰后，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)運行的風險。

三.冷卻塔結冰原因及結冰條件分析

·冷卻塔的結冰條件與室外濕球溫度成反比，濕球溫度越小，結冰越嚴重;

·根據冷卻塔填料的通風量，冷卻塔的結冰情況與冷卻塔填料的通風量呈正相關，進風量越大，結冰越嚴重;

·冷卻塔結冰條件與流過冷塔填料的水量成反比，水量越低，結冰的概率越大;

·冷卻塔的結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，結冰的概率越大;

冷卻塔集水盤結冰

一種情況是運行中的冷卻塔集水盤結冰。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)境下容易結冰積累。另一種情況是，如果預留的冷卻塔不打開，整個集水盤很容易結冰。

水位控制部件和補水管道

一種情況是，當制冷機組負荷較大時，長時間的補水會產生飛濺，補水閥的浮球支撐桿容易結冰。支撐桿結冰后，補水閥關閉不緊，集水盤水位繼續(xù)上升，最終發(fā)生溢流。另一種情況是，當系統(tǒng)負荷較小時，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冰，導致系統(tǒng)因缺水而中斷運行。

填料結冰

第一種情況是橫流塔填料送風側靠近風機排風側，容易在填料送風側上端產生氣流短路，導致風機排出的冷濕氣流回填料進氣口。當冷濕氣體冷時，很容易在填料進氣口凝固，長時間積累，產生冰掛甚至冰柱。

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，會導致，水滴粘在填料進氣口和塔上產生冰，容易產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布水器布水不均勻，導致冷塔兩側水流量多，水流量少，水流量多的一側容易漂水結冰;由于填料上的流水太小，流過填料的風量太大，填料內部結冰。

四.防止冷卻塔結冰

防止冷卻塔集水盤和水位控制部件結冰

適當降低冷卻塔集水盤的液位，增加冷卻泵數量，加快集水盤內水流速度，可減緩或防止集水盤邊緣結冰;

為了避免水位控制部位的凍結和清潔，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，防止管道閘閥凍結和清潔;

當系統(tǒng)熱消耗超過設計負荷的50%時，預留冷卻塔的熱備運行相當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

防止填料外結冰的方法

控制出水量，避免冷卻塔填料結冰：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，從而降低結冰的可能性。

根據變頻器控制風機轉速，降低空氣流量，減少進氣量，減少冷空氣與冷卻水的接觸。如有必要，可增加擋風玻璃或擋風玻璃，以進一步提高水溫，從而降低結冰的可能性。

大多數填料首先從邊緣結冰，這在塔架和填料之間的間隙中很常見。根據封堵布水器兩側的排水口，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，防止填料附近結冰。

室外溫度低于-10℃，當風機以最小頻率運行時，在保證機房溫度的前提下，可適當降低冷卻水的供回水溫差，從而提高冷卻塔的下塔溫度，防止水溫過低導致快速結冰。

五.結冰后的處理方法

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)。

如果已經形成冰柱，可以通過翻轉冷卻塔風扇來熔化冰。風機翻轉后，循環(huán)水的熱蒸汽從填料側吹出，可以快速熔化冰。以下是應用程序ABB變頻器(型號)ASC510).散流冷卻塔，采用風機翻轉融冰的操作流程：

冷卻塔風機翻轉前，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，無其他異常現象;其次，檢查冷卻塔風機的運行部件是否松動。

在熔冰環(huán)節(jié)，風機的翻轉次數應保持在25Hz~30Hz兩者之間，可以快速融冰，最大限度地控制浮水量。避免大風將填料中流出的水吹出塔體，在冷卻塔周圍的道路上結冰。

風機翻轉融冰后，需要再次檢查風機運行部件是否松動。風機恢復運行后，需要確保系統(tǒng)無其他異常。

如果填料結冰過多，可能需要很長時間才能選擇冷卻塔風機翻轉的形式，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，調整冷卻系統(tǒng)進氣閥的開度，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，嚴格防止冰塊從樓下撞到路人;

2.除冰后，及時清理現場，巡邏過道及周圍梯子，防止人員因結冰而摔倒摔傷。嚴禁直接廢除大冰塊地板，以免損壞屋頂防水層;

3.當風機翻轉融冰時，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，風翻轉會導致風扇皮帶盤螺釘松動(旋轉方向與徑向相反)。每次操作后，應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。

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