对于很多人来说,膨胀罐、缓冲水箱和蓄能水箱是3个既熟悉又陌生的名词,熟悉是因为越来越多的空气能采暖项目或多或少都要装上这些产品,陌生的是对于他们之间的分歧和选型还是处于一知半解。
膨胀罐
什么是膨胀罐?其实大家在工程中都看到了膨胀罐,就是一个气囊加一个碳钢罐体和法兰组成。当系统水压力大于膨胀罐碳钢罐体与气囊之间的氮气压力时,系统水会在系统压力的作用下挤入膨胀罐气囊内。一般来讲膨胀罐的最大工作压力是0.08-0.1mpa,容积大小从两升到几百升都有。
水是有膨胀的,水在4℃时密度最大,当小于4℃和大于4℃水都会发生膨胀。一吨水从10℃加热到90℃大概会增加36.5升的体积,如果没有膨胀罐的存在,水就会转移压力到其他的连接件,导致其损坏或漏水,所以膨胀罐的作用是不可忽视的,尤其在小系统中。
膨胀罐参考选型表
制热量(kw) | 膨胀罐容积(l) | 配套配件 |
<12.5 | 5 | 自动补水阀 泄压阀 |
12.5~25 | 8 | |
25~45 | 12 | |
45~75 | 19 | |
75~112.5 | 24 | |
112.5~150 | 36 |
注:① 膨胀罐最好选择304不锈钢法兰,碳钢镀锌比较容易生锈。②膨胀罐的预充压力等于补水阀的设定压力。③建议膨胀罐每1~2年检查一下充气压力,压力低时充气。
缓冲水箱
何为缓冲水箱?缓冲水箱其实就是串联在中央空调系统中增加小型系统的水容量,存储冷量或热量,有效地解决系统过小所带来的负荷波动和主机频繁的启动问题,从而达到延长设备寿命和节能省电的目的。
缓冲水箱参考选型表
制热量(kw) | 水箱容量(l) | 安装要求 |
<20 | 60 | 安装在回水端 高进低出 顶部安装排气阀 |
20~45 | 100 | |
45~70 | 200 | |
70~130 | 300 |
注:① 储能水箱容易受水系统总水容量、末端同时使用台数及空调主机配置的情况影响,一般系统的总容水量为6~10l/kw制热量,同时使用台数低的选大值。②计算总容水量(6~10l/kw ×机组制热量kw)-当前系统实际水容量=蓄能水箱容量。
已加装缓冲水箱,还用加膨胀罐吗?
只要是有水泵的开式或是闭式水循环系统,不管有没有缓冲水箱,一定要安装膨胀罐或是高位膨胀罐。膨胀罐不仅是消化水体受热膨胀的作用,还有个重要的功能是“定压”,所以膨胀罐又称定压罐。
在水循环系统中膨胀罐是必须要的设备,而缓冲水箱不是必须要的设备。比如说做一个一次系统小型户式热泵地暖系统,缓冲水箱可以不用。假如是一个二次系统,也就是说有一个二次泵的系统,缓冲水箱作为一次侧的热容池,建议是需要的。
对地暖系统来说,膨胀水箱的容积可以按照整个地暖系统水容积的2.5%或3%来计算,通常还要考虑1.1的系数作为余量。也就是说,按照3%的容积计算,100平方地暖,膨胀水箱大约4l容积。如果你又加了一台100l的缓冲水箱,那么就需要一台8l的膨胀水箱了。
当然还需要根据你的水泵选型设定系统静压,根据系统静压和动压来选择膨胀罐的预充压力。大家选择膨胀罐,按照地暖水系统的容积乘以3%即可,可以略大,但不要过大。膨胀罐的预充压力略等于系统的静压力(即补水压力)。膨胀罐的定压作用是其不可取消的重要原因。
大系统中的蓄能水箱
蓄能水箱,我理解就是为了达到节能的目的,人为加大缓冲水箱的储水量,也就成为了一个蓄能水箱。总体来说,蓄能水箱、膨胀罐和缓冲水箱这三者是没有本质的区别,但实际工程应用场所会有所区别。
那么,蓄热水箱的容积又如何计算呢?可以先计算每1吨水的蓄热量,然后根据建筑需要的蓄热量来确认。
假如最后蓄的是95℃的高温水,在晚间谷电价的时间段中,空气源热泵先把蓄热水箱中的水温从35℃提升到50℃上,然后再用电锅炉把水温提升到95℃,这样总共提升了60℃的温差。1kg水加热1℃是1千卡,提升60℃即60千卡,则1吨水(容积1立方米)的蓄热量的60*1000=60000千卡。换算一下,则1吨水的蓄热量=60*1.16=69.6kwh(注:1000千卡≈1.16kwh)。
具体的计算可以以西安1000平非节能建筑为例,按单位面积的热负荷为60w/㎡计算,则总热负荷为60kw。如果晚上谷电段有8小时,那么就可以储存8小时的热能,则需要的水箱容积为:60kw*8h/69.6kwh=6.9吨,所以水箱的容积约7吨。
可以计算下如果只用空气源热泵来蓄热,需要多大容积的水箱。
空气源热泵只能蓄15℃的温差,1吨水(容积1立方米)的蓄热量=15*1.16=17.4kwh,则需要的水箱容积为60kw*8h/17.4kwh=27.6吨,也就是说需要一个28吨的蓄热水箱。
一个容积28吨的水箱,加上保温和外包装,重量达到了30吨,放在建筑屋顶承重受不了,一般放在地面或者地下室。
水箱容积确定了,那么蓄好的95℃热水我们怎么用?不同的末端对水温是有要求的,特别是地暖,国家要求地暖水温不能超过60℃。这时候就需要用一个二次循环系统。
小工程用混水器就行了,安装一个温度调节阀,类似于热泵系统里面的热力膨胀阀,当水温高的时候减少流量,水温低时加大流量,让温度一致;大工程可以用板式换热器,使用侧装一个变频水泵,调节水泵的转速来控制温度,也可以实现温度的均衡输出。
附1:压差旁通阀参考选型表
制热/冷量(kw) | 压差旁通阀口径 | 压差旁通阀选型 | 建议设定值 |
<12.5 | dn20 | adp系列全通 可视压差旁通阀 | 空调0.7~1.5bar 地暖设定值0.3~0.7bar 空调和地暖同一泵时0.7~1.5bar |
12.5~25 | dn25 | ||
25~45 | dn32 | ||
45~70 | dn40 | ||
70~100 | dn50 |
注:①采用压差旁通阀的系统,最远端1个风盘,用电动三通阀,以增加系统总水循环量。②采用储能水箱以减少压缩机频繁启停。③调试时,关闭所有末端要保证通过主机的流量,负荷要求。
附2:水管径选型表
流量(m³/h) | 管径 | 参考流速(m/s) | 管径(英寸) | 参考制冷量(kw) | 管内水容量(kg/m) |
1 | dn25 | 0.566 | 1 | 6 | 0.491 |
1-2 | dn32 | 0.346-0.691 | 1-1/4 | 6-12 | 0.804 |
2-4 | dn40 | 0.442-0.884 | 1-1/2 | 12-24 | 1.256 |
5-7 | dn50 | 0.707-0.99 | 2 | 25-40 | 1.963 |
8-17 | dn65 | 0.577-1.227 | 2-1/2 | 46-100 | 3.317 |
18-26 | dn80 | 0.995-1.437 | 3 | 105-150 | 5.024 |
27-44 | dn100 | 0.955-1.556 | 4 | 155-255 | 7.85 |
注:采用ppr等需要热熔的水管,考虑到热熔导致的溢料,实际使用管径放大一号。
常用公式:①流量(m³/h)=0.002826 x 管内直径平方(m㎡)x 流速(m/s);②水流量(m³/h)=3.6 x 0.23889 x 制冷量(kw)/delta t(进出水差℃);③5℃温差时,水流量(m³/h)=0.172 x 制冷量(kw)