膨胀水箱容积计算与安装接管问题

以上[ 9 ] ;
c) 一般将膨胀水箱接到回水干管上 , 保证系统不汽
化[9 ] 。
其实 ,水箱的连接位置和高度与系统形式密切相关 ,不
1 锅炉或换热器 2 循环水泵 3 膨胀水箱 4 用热设备 5 集气罐 图 1 与上部供水干管相连时的水箱安装高度
水箱连接点 (恒压点) ,用 O 表示 。不论循环水泵是否 运转 , O 点压力对应的水柱高度都等于水箱内最低水面到 该点的水柱高度 h 。图 1a , c 与图 1b 的区别之一是 :图 1 a , c 中 h 较小 ,图 1b 中 h 较大 。对低温水系统 , 为了保证系 统中任何一点不汽化以及保证排气装置能正常工作 , 只需 检验运行时压力最小 、水温最高处 ,也就是供水干管末端 A 点 (对图 1c , O 点就是 A 点 ,水箱起集气罐作用) 、集气罐放 气管高点 E 的压力是否为正压 。
空 、汽化和超压诸现象以及保证排气装置正常工作 ,对水箱
安装高度应有一定要求 。显然在实现定压的前提下降低水
箱的安装标高是合理和经济的 。在相关参考文献中 , 对水
箱的安装位置和高度要求如下 : a) 膨胀水箱支座高度应大于 300 mm[ 7～8 ] ;
b) 膨胀水箱最低水位应高于热水系统最高点 1～2 m
★ Harbin Institute of Technology , Harbin , China
0 引言
膨胀水箱 (以下简称水箱) 是热水供暖系统和空调水系
统 (以下简称系统) 的重要组成部件 , 在中小型系统中应用
比较普遍 。水箱具有以下功能 :
a) 充当系统的水容量调节器 。系统升温时 ,水箱从系
ρ0 V 0 = ρ—V
(2)
式中 ρ0 ,ρ————分别为充水水温 t0 对应的水的密度和系
统运行时水的平均密度 , kg/ m3 ;ρ— = (ρg +
ρh) / 2 ,其中ρg ,ρh 分别为供 、回水温度 tg ,
th 对应的水的密度 , kg/ m3 ;
同场合对水箱有不同的技术要求 , 硬性地执行上述规定并 不合理 。 2 . 1 连接位置对水箱安装高度的影响 2 . 1 . 1 水箱与上部供水干管相连时的安装高度
☆ 邹平华 ,女 ,1944 年 4 月生 ,大学 ,教授 150090 哈尔滨市南岗区海河路 202 号哈尔滨工业大学二校 区 2612 信箱 (0451) 86282272 E2mail :zph @hit . edu. cn
收稿日期 :2001 09 19 一次修回 :2002 02 27 二次修回 :2002 07 25
m3 。 该式存在以下问题 : a) 所采用的 α是一个确定的数值 。而事实上 α与水 温有关 ,不是一个定数 ,水温不同时 ,α的数值是不同的[3 ] 。 b) Δt 的取值不合理 。一种观点是 : 对于 95 ℃/ 70 ℃ 的低温水供暖系统 , 设计供回水温差为 25 ℃, 取储备系数 为 3[4 ] ,则Δt = 3 ×25 ℃= 75 ℃; 另一种观点是 :供暖系统 不运行时系统内的水温为 20 ℃,设计供水温度为 95 ℃,所 以取Δt = 95 ℃- 20 ℃= 75 ℃[ 1～2 ] 。其实这两种观点都存 在问题 ,第一种观点未考虑系统充水时的状态 ,取储备系数 为 3 没有根据 ; 第二种观点认为整个系统的水在运行时均 为供水温度 ,以此来计算水箱的容积是不合理的 ,因为无论 是室外还是室内系统 ,在循环过程中 ,通过散热设备会产生 温降 ,系统内约有一半水的温度接近供水温度 ,一半水的温 度接近回水温度[3 ,5 ] ,按供水温度计算 ,水箱容积偏大 。
h′———集 气 罐 放 气 管 高 点 到 通 过 O 点水平面的高差 , m ;
Δ HOA ———水流经 OA 管段的阻力
损失对应的水柱高度 , m。 图 1a ,b 中用线段 O′A′表示供水干管 OA 段的测压管 水头 (压力水头与位置水头之和) 线 。图 1a 中 , 如果Δ HOA > Δh ,则 A′点在 E 点之下 , pE 为负值 ,供水干管 DA 段出 现负压 ,当温度接近 100 ℃的供水流过时就会汽化 。图 1b 中Δh >Δ HOA , A′点在 E 点之上 , E 点压力为正值 ,因此不 会汽化 ,也不会因为局部负压从管道连接不严密处吸入空
= Δh - Δ HO A
(10)
式 (7) ～ (10) 中 pO , pA , pE ———分别为 O 点 , A 点和 E 点水的压力 , Pa ;
vO , vA ———分别为 O 点和 A 点水
的流速 , m/ s;
ZO , ZA ———分别为 O 点和 A 点的
位置高度 , m ;
ρ———水的密度 , kg/ m3 ;
Ke yw or ds exp a nsion t a nk , cubage calculation , set ti ng height , connection p osition , const a nt p ressure , exp a nsion pip e , circulati ng pip e
+Δ HO A
(8)
对集气罐放气管高点 E 和集气罐与系统连接中心点 A
列伯努利方程 :
pA ρg
+
ZA
=
pE ρg
+
ZE
因为 ZA = 0 , ZE = h′
pA ρg
=
pE ρg
+
h′
(9)
将式 (9) 代入式 (8) 可得 :
h
=
pE ρg
+
h′+Δ HO A
pE ρg
=
(h -
h′) - Δ HO A
设图中通过 O 点的水平面为计量高程的基准面 , 对图 1a 和图 1b 中的 O 点和 A 点列出伯努利方程 :
pO ρg
+
ZO
+

2 O
2g
=
pA ρg
+
ZA
+
v
2 A
2g
+Δ HOA
(7)
将ρpgO
=
h
,
v
2 O
2g
≈
v
2 A
2g
,
ZO
= 0 , ZA
= 0 代入式 (7) ,可得
h
=
pA ρg
关键词 膨胀水箱 容积计算 安装高度 连接位置 定压 膨胀管 循环管
Cu b a g e c a l c ul a ti o n a n d i nst a ll a ti o n p ip i n g of e xp a nsi o n t a n ks
By Zou Pinghua ★, Sun Zongyu and Li Xiangli
1
-
ρ0 ρ—
(6)
式中 ΔV 为 V 与 V 0 之差 ;β为膨胀水箱容积计算系数 。
从式 (5) , (6) 可知 ,β与充水温度 (密度) 、运行时的供
回水温差及供回水温度 (密度) 有关 。常用系统的β值见表
1。 表 1 常用系统膨胀水箱容积计算系数β值
供暖系统
t0/ ℃ 5
t g/ ℃ 95
暖通空调 HV &A C 2004 年第 34 卷第 2 期 专题研讨 ·13 ·
膨胀水箱容积计算与安装接管问题
哈尔滨工业大学 邹平华 ☆ 孙宗宇 李祥立
摘要 分析了常用计算公式存在的问题 ,给出了膨胀水箱容积计算公式 。分析了水箱最低 安装高度与系统形式和连接位置的关系 、膨胀管和循环管与水箱及系统的连接位置对水循环的 影响 ,指出对于高层建筑这两根管的连接间距和管径都可减小 。指出了同时具备膨胀管和循环 管的系统中定压点的位置 。
水箱可与上部水平供水干管连接 。一种方案是连接在 供水干管始端 ,如图 1 a , b 所示 ; 另一种方案是连接在供水 干管末端 ,如图 1c 所示 。
对于供暖 、空调系统 ,系统水容积可按下式计算
n
∑ 1
V 0 = 1 000
Vi Q0
i =1
(3)
式中 V i ———每 kW 热 (冷) 负荷所对应的设备 (散热器 、
表冷器 、换热器 、锅炉 、冷水机组) 和管道中
水的体积 ,L/ kW , 其值可从设计手册[2 ] 中
查得 ;
根据式 (2) ,并考虑 20 % 的储备系数 ,得到膨胀水箱的
容积计算式 :
V p = 1. 2ΔV = βV 0
(4)
供热时
β = 1. 2
ρ0 ρ—
-
1
(5)
供冷时 β = 1. 2
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
·14 · 专题研讨 暖通空调 HV &A C 2004 年第 34 卷第 2 期
1 . 2 本文推荐的计算公式
系统中水的质量在运行过程中不变[6 ] ,
t h/ ℃
β
70 0. 037
5
85
60 0. 029
供热空调系统
5
60
50 0. 017
供冷空调系统
35
7
12 0. 006 3
对于供暖系统和供热时的空调水系统 , t0 取冬季自来水 温度 ;对于供冷时的空调水系统 , t0 取夏季系统停运时的环 境温度 ;空调系统既供热又供冷时 ,其容积应按冬季供热工
A bs t r a c t A nalyses t he p r oble ms of a n existe d f or mula a nd p r ovides a not he r f or mula . Discusses t he relations betwee n mi ni mum set ti ng height a nd t he syste m st yle , t he connection p osition , a nd t he i nf lue nce of t he connection p osition of exp a nsion pip e a nd circulati ng pip e on t he wate r circulation. Poi nts out t hat t he dist a nce betwee n t hese pip es a nd t heir dia mete r ca n be decrease d i n t he case of high rise buildi ngs . Prese nts t he p osition of t he const a nt p ressure p oi nt f or t he syste m wit h bot h exp a nsion pip e a nd circulati ng pip e .
气而影响正常循环 。如ρpgE ≥0 ,则 h ≥h′+Δ HOA ,但是将水 箱抬高要受到建筑结构的限制 ,因此 ,这种方式只能用于供 水干管比较短 (即Δ HOA 不大) , ( h′+Δ HOA ) 较小的场所 。 例如水平环路较短的点式建筑 ,系统的作用半径小于 20 ～ 30 m ,如经验算 ,能使 h ≥Δ HOA + h′时 ,才能采用此种方 式定压 。
行。
1 水箱容积的计算
1 . 1 常用计算公式存在的问题
工程设计中一般用下式计算水箱容积[1～2 ] :
V p = αΔtV 0
(1)
式中 V p ———水箱的有效容积 ,L 或 m3 ; α———水的平均体积膨胀系数 ,1/ ℃
Δt ———系统内水温最大变化值 , ℃;
V 0 ———系统内的水容量 (系统充水时的容积) ,L 或
统吸纳因热膨胀而多余的水 ; 系统降温和渗漏时 ,向系统补
充水 。
b) 在系统中起定压作用 ,水箱与系统的连接点称为定
压点或恒压点 。
c) 在某些系统中兼起排气作用 (见 2. 1. 1 节图 1 c) ,
充当空气分离器和排气器 。
深入研究水箱容积计算方法 、安装高度以及接管位置
等问题 ,将有利于更好地发挥其功能 、保证系统经济可靠运
况来确定 。若充水温度 t0 、系统的设计供回水温度与表 1 中 数值不同时 ,β值根据式 (5) , (6) 另行计算 。比较式 (1) 与式
(4) 可知 ,设计时如用式 (1) 计算 ,得到的水箱容积偏大 。
2 不同连接位置和系统形式水箱的安装高度
为了实现定压功能 , 使系统静止和运行时不会发生倒
g ———重力加速度 , m/ s2 ;
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
暖通空调 HV &A C 2004 年第 34 卷第 2 期 专题研讨 ·15 ·
h ———水箱最低水面至通过 O 点 水平面的高差 , m ;