制冷劑和水在換熱器內(nèi)進(jìn)行熱量交換，他們之間存在換熱平衡關(guān)系。若不考慮到蒸發(fā)器和外界環(huán)境熱量損失，換熱平衡方程式為[122 ] :mw Cp ( tin - tout) = mr ( hin - hout )(1)式中: mw 為循環(huán)水流量( kg/ s) ; Cp 為水定壓比熱容(kJ /(kg·K) ; tin和tout分別為單元段的循環(huán)水進(jìn)口和出口溫度( ℃) ; mr 為制冷劑流量( kg/ s) ; hin和hou分別為制冷劑進(jìn)、出換熱器的焓值。板式換熱器或套管換熱器內(nèi)的流體流動(dòng)和換熱機(jī)制都比較復(fù)雜，其凍壞或凍裂的機(jī)制也相當(dāng)復(fù)雜。不管是板式換熱器還是套管換熱器，盡管其本身的防凍能力有一定的差別，但影響其凍結(jié)的因素卻大致相同，由熱平衡公式(1) 、前期的板式換熱器防凍研究以及后來采用套管換熱器實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致?lián)Q熱器凍壞的主要原因有以下幾點(diǎn)[3—4 ] :

1) 由于制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)本身的原因?qū)е碌闹评涔r時(shí)制冷劑蒸發(fā)溫度過低。在套管換熱器內(nèi)與使用側(cè)循環(huán)水進(jìn)行熱交換時(shí)，由于制冷劑的蒸發(fā)溫度較低，因而可能導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)水側(cè)局部水溫降至凝固點(diǎn)以下而迅速凍結(jié);

2) 使用側(cè)回水溫度較低。機(jī)組在低負(fù)荷或部分負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，回水溫度較低，這樣換熱器中循環(huán)水的溫度因熱交換將進(jìn)一步降低，這時(shí)換熱器出口溫度小于該狀態(tài)下水的凝固點(diǎn)的可能性就大大增加，換熱器凍結(jié)的可能性也就大大增加;同時(shí)由于熱交換的結(jié)果，過低的回水溫度也將造成制冷劑蒸發(fā)溫度的降低。

3) 在換熱器進(jìn)水側(cè)沒有正確安裝水過濾器等水處理設(shè)備，或者循環(huán)水的水質(zhì)較差，導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)局部堵塞，使用側(cè)水流量過小;流經(jīng)換熱器水流量的減小致使制冷劑側(cè)的蒸發(fā)不完全，蒸發(fā)溫度降低，造成換熱器凍結(jié)或凍裂。

造成上述問題的原因有系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程安裝以及日常使用維護(hù)等方面的因素，其中工程安裝和日常維護(hù)過程中應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)[5 ] :

① 錯(cuò)誤采用變水量系統(tǒng)；

②換熱器水側(cè)或制冷劑側(cè)局部堵塞；

③未安裝流量開關(guān)或安裝了流量開關(guān)，但安裝或設(shè)置不準(zhǔn)確；

④補(bǔ)水閥無法正常補(bǔ)水或水系統(tǒng)內(nèi)有大量空氣，造成系統(tǒng)水量不足；

⑤系統(tǒng)制冷劑泄漏的檢查；

⑥對機(jī)組運(yùn)行地區(qū)的地質(zhì)條件以及水質(zhì)進(jìn)行調(diào)查分析，以便正確地選用水過濾器或其他水處理設(shè)備，對循環(huán)水的水質(zhì)進(jìn)行必要的控制。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，以上諸多原因，終歸于機(jī)組的蒸發(fā)壓力較低，導(dǎo)致?lián)Q熱器局部結(jié)冰堵塞，進(jìn)而凍裂，而且造成機(jī)組凍裂很多情況下并不是單個(gè)因素造成的，而是多個(gè)因素結(jié)合在一起共同作用的結(jié)果。

前期采用或研究的防凍方法有以下幾種：

1) 熱氣旁通法。熱氣旁通防凍是指利用壓縮機(jī)排氣管和蒸發(fā)器與毛細(xì)管之間的旁通回路，將壓縮機(jī)的高溫排氣（部分）直接引入蒸發(fā)器中，通過蒸汽液化放出的大量熱來提高蒸發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)壓力。這種方法在空氣源熱泵冷熱水機(jī)組的除霜技術(shù)中較為多見[6]，效果也比較理想，但試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，將此種方法用于提高防凍能力效果卻不甚理想，采用熱氣旁通方法只能將蒸發(fā)壓力提高0. 01～0. 02 MPa。

2) 水系統(tǒng)中添加防凍液。單純從水系統(tǒng)方面來講，如果能設(shè)法降低水的凝固點(diǎn)也是提高防凍的有效途徑。在循環(huán)水中加入一定量的防凍液（如乙二醇等）就是其中一種。這種方法雖然也能有效提高機(jī)組的防凍能力，但具體實(shí)施中又存在一定困難。首先加入防凍液后對其在蒸發(fā)器內(nèi)的換熱有一定影響。再者，增加了工程安裝的難度，而且在機(jī)組的運(yùn)行過程中，當(dāng)機(jī)組換水或是補(bǔ)水閥自動(dòng)補(bǔ)水時(shí)都會造成循環(huán)水中防凍液濃度的變化，而循環(huán)水中防凍液濃度的變化對防凍性能的影響是至關(guān)重要的，這給機(jī)組的維護(hù)帶來很大的困難。

3) 水流開關(guān)的設(shè)置。在水系統(tǒng)中設(shè)置水流開關(guān)，當(dāng)循環(huán)水量小于某一設(shè)定值時(shí)（通常為額定流量的70 %），水流開關(guān)則動(dòng)作并報(bào)警。這種方法的最大缺點(diǎn)就是只能保證系統(tǒng)循環(huán)水量，對制冷劑側(cè)蒸發(fā)壓力的變化卻無能為力，而且實(shí)際工程中很多時(shí)候又將水流開關(guān)短接。

4) 防凍溫度點(diǎn)的設(shè)置。在機(jī)組蒸發(fā)器入口側(cè)制冷劑管上設(shè)置一防凍溫度點(diǎn)，當(dāng)防凍溫度點(diǎn)的檢測溫度低于設(shè)定值時(shí)，則停止一臺風(fēng)機(jī)，即進(jìn)入單風(fēng)機(jī)運(yùn)行模式。隨后當(dāng)防凍溫度點(diǎn)檢測溫度達(dá)到另一設(shè)定點(diǎn)時(shí)，停止風(fēng)機(jī)重新啟動(dòng)。這種方法通過輔助防凍控制板來實(shí)現(xiàn)。上述4 種方法中，第4 種方法可同時(shí)檢測到水側(cè)和制冷劑側(cè)的變化，并且具有容易控制、效果明顯，而且不會增加工程安裝及維護(hù)的難度等優(yōu)點(diǎn)，因而是目前比較理想的一種方法。