膨胀水箱容积计算方法

1. 0
风机盘管
0. 2
注 :表中室内管道流程取平均值 400 m(温差 25 ℃时为 500 m) , 管内平均流速取 1. 5 m/ s ;室外管道流程取平均值 600 m (温 差 25 ℃时为 700 m) ,管内平均流速取 2. 0 m/ s。
3 结论
采用式 (2) 计算膨胀水箱的容积 ,可靠正确 。配合使用
12. 8
室外管道 ,供冷 (温差 5 ℃) 或冷热两用
14. 4
室内管道 ,供热 (温差 20～25 ℃) 或冷热两用
3. 2
室外管道 ,供热 (温差 20～25 ℃) 或冷热两用
3. 3
制冷机的壳管式蒸发器
0. 5～1. 0
壳管式水 —水或蒸汽 —水换热器
1. 0
热水锅炉
2. 0～5. 0
表冷器或热水加热器
120
-
1. 060 31
-
140
-
1. 079 72
-
通常 ,夏季使用的空调水系统的供回水温度为 7 ℃/ 12 ℃,全年使用的空调水系统的冬季供回水温度为 60 ℃/ 40 ℃,仅冬季使用的供暖 (空调) 水系统的供回水温度为 95 ℃/ 70 ℃。
由式 (2) 可知 ,膨胀水箱的容积 ,对于仅夏季使用的空 调水系统小于系统内水容量的 0. 6 % ,对于全年使用的空 调水系统小于 1. 7 % ,对于仅冬季使用的供暖 (空调) 水系 统小于 3. 8 %。而按文献 [ 2 ] 中方法计算出的值分别为 : 1. 7 % ,3. 2 % ,4. 5 %。
V sρ1 = ( V s + ΔV )ρ2
(1)
式中 V s ———系统内的水容量 ,L ; ρ1 ———水在温度 t1 时的密度 ,kg/ L ,见表 2 ;
ρ2 ———水在温度 t2 时的密度 ,kg/ L ,见表 2 ;
ΔV ———水温由 t1 升高到 t2 时 , 系统中水的膨胀量 ,
L。
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如果考虑系统水温由 t1 升高到 t2 时 ,由于系统中管 道和设备等金属材料的受热膨胀 ,系统的容积还会增大 ,所
需的膨胀水箱容积还可小些 。这时 ,式 (2) 可改写为 :
V min =
ρ1 ρ2
-
1
- 3αs ( t2 -
t1)
Vs
(4)
式中 αs ———水管道或设备材料的线性热膨胀系数 ,1/ K。对
1. 000 00
-
7
0. 999 87
1. 000 14
-
10
0. 999 73
1. 000 34
-
20
0. 998 83
1. 001 85
-
30
0. 995 67
1. 004 42
0. 004
35
0. 993 95
1. 006 09
0. 006
40
0. 992 24
1. 007 89
0. 008
系统的水容量 V s 为 :
∑ V s =
Vi
(7)
制冷机的壳管式蒸发器 、热水锅炉 、表冷器或热水加热
器 、风机盘管等设备的水容量 ,可以按产品样本资料计算 , 也可以从表 3 中查得 。
表 3 1 kW 冷 (热) 量对应的水容量 L/ kW
系统的管路或设备
Vi
Qi
室内管道 ,供冷 (温差 5 ℃) 或冷热两用
笔者基于有关理论 ,推导出了相关计算公式 ,较好地解 决了上述两个问题 。 1 膨胀水箱的容积计算
设空调水系统中 ,管道和设备内的总水量为 V s ,系统 水温由 t1 升高到 t2 时 ,体积由 V s 变为 ( V s +ΔV ) ,水的密 度由 ρ1 变为 ρ2 ,则根据质量守恒原理 ,可以写出下式 :
·74 · 设计参考 暖通空调 HV &AC 2002 年第 32 卷第 4 期
℃升温到 t2 时的膨胀量 (L) ,见表 2 。 表 2 水的密度 ρ[2 ] ,比体积 v[7 ] ,水箱系数 β
水温/ ℃
密度 ρ/ kg 比体积 v/ L/ kg 水箱系数 β
4
1. 000 00
0. 023
75
0. 974 89
1. 025 76
0. 026
80
0. 971 83
1. 029 03
0. 029
85
0. 968 65
1. 032 37
0. 032
90
0. 965 34
1. 035 93
0. 036
95
0. 961 92
1. 039 54
0. 040
100
-
1. 043 44
-
C a l c ul a ti n g m et h o d f or sizi n g e xp a nsi o n t a n ks
By Liu Chuanju ★ and Teng Yingwu
A b s t r a c t An a l ys e s t h e p r o bl e ms e xi s t e d i n c a l c ul a t i n g m e t h o d f o r s i z i n g e xp a ns i o n t a nks , s e t s out t he ne w f o rmul a s a nd t a bl e s f o r c a l c ul a t ing b o t h t he e xp a ns i on t a nk volume a nd l oop w a t e r c ap a ci t y of ai r c ondi t i oning s ys t ems .
用膨胀水箱的容积 V 代替式 (1) 中的膨胀量ΔV ,可以
得到 :
V=
ρ1 ρ2
-
1
V s = (ρ1 ×v2 - 1) V s
(2)
式中 v2 为水在温度 t2 时的比体积 ,L/ kg ,见表 2 。
对于 t1 ,仅冬季供暖的系统 ,可取 20 ℃;夏季供冷的系
统 ,为系统供水温度 ,可取 7 ℃。对于 t2 ,冬季供暖的系统 ,
Ke yw o r d s a i r c o n di t i o ni n g s ys t e m , e xp a ns i o n t a nk , c a l c ul a t i n g m e t h o d , e xp a ns i o n f a c t o r
★ Tongji University , China
V i = L F ×1 000 G = ωF ×1 000 Qi = GρcwΔ Tw 式中 L ———水流程或平均水流程 ,m ; ω———管内或设备内平均水流速 ,m/ s ;
cw ———水的比热容 , cw = 4. 18 kJ / (kg·K) ;
G ———通过管内或设备的水流量 ,L/ s ; F ———管路或设备的水流通面积 ,m2 ; Qi ———管路或设备输送的冷 (热) 量 ,kW ; V i ———管路或设备的水容量 ,L ; ρ———水的密度 ,此时 ,可近似取 ρ= 1. 0 kg/ L ; Δ Tw ———进出设备的水温差或管道系统供回水温差 ,
表 1 不同温度时水的膨胀系数 α
水温/ ℃
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
α×104/ 1/ K 0. 87 2. 1 3. 1 3. 9 4. 6 5. 2 5. 8 6. 4 7. 0 7. 5 8. 0
膨胀水箱容积的确定还与空调系统水容量的计算密切 相关 。在现有的设计资料中 ,有的给出每 m2 建筑面积对 应的系统水容量经验值[3 ,5 ] ,有的给出每 kW 冷 (热) 量对 应的系统水容量经验值[2 ,6 ] 。前者给出的是国外 15 个办 公楼的统计值 ,用于国内非办公楼时可能造成差错 。后者 没有明确适应范围 ,如对于室内机械循环管路系统 ,文献 [ 2 ]给出 6. 9 L/ kW ,而文献[ 6 ]给出 7. 8 L/ kW ,设计人员也 会感到无所适从 。
表 2 ,可使计算工作简便 、迅速 ,并克服了已有方法存在的
不确定性 。
参考文献
1 哈尔滨建筑工程学院 ,等 ,编. 供热工程 (第 2 版) . 北京 :中国建 筑工业出版社 ,1991
2 陆耀庆 ,主编. 供暖通风设计手册. 北京 :中国建筑工业出版社 ,
1987 3 陈沛霖 ,岳孝方 ,主编. 空调与制冷技术手册 (第 2 版) . 上海 :同
暖通空调 HV &AC 2002 年第 32 卷第 4 期 设计参考 ·73 ·
膨胀水箱容积计算方法
同济大学 刘传聚 ☆ 滕英武
摘要 针对膨胀水箱容积计算方法中存在的问题 ,通过理论分析 ,给出了计算膨胀水箱容 积和系统水容量的修正公式 ,并给出了相应的计算表格 。
关键词 空调系统 膨胀水箱 计算方法 膨胀系数
K。 由此可得计算管路或设备水容量 V i 的公式 :
Vi
= L F ×1 000
=
L
G ω
=
L Qi cwρΔ Twω
(5)
Vi Qi
=
百度文库
L cwρΔ
Twω
(6)
可见 ,每供 1 kW 冷 (热) 量的水容量 V i/ Qi 与平均水
流程 L 成正比 ,与管内或设备内平均水流速ω 、进出设备的
水温差或管路系统供回水温差Δ Tw 成反比 。
济大学出版社 ,1999 4 姚仲鹏 ,主编. 传热学. 北京 :北京理工大学出版社 ,1995 5 钱以明 ,编著. 高层建筑空调与节能. 上海 : 同济大学出版社 ,
1990 6 陆耀庆 ,主编. 实用供热空调设计手册. 北京 :中国建筑工业出
版社 ,1993 7 陈贵堂 ,编著. 工程热力学. 北京 :北京理工大学出版社 ,1998
为热水的供水温度 ;仅夏季供冷的系统 ,为系统运行前的最
高水温 ,可取 35 ℃。
由于水在 4 ℃时的密度最大 ,ρ= 1. 000 kg/ L 。可知 ,
当 t1 = 4 ℃时 ,由上式得出的系统的水体积膨胀量最大 。
此时 ,上式简化为 :
V max =
1 ρ2
-
1
V s = βV s
(3)
式中 β为水箱系数 ,无量纲 。系统内单位体积 (L ) 水从 4
于钢材 ,αs = 1. 18 ×10 - 5 1/ K;对于铜材 ,αs = 1. 65 ×10 - 5 1/ K。
2 系统水容量的计算
系统内的水容量即系统中管道和设备内存水量的总
和 。下面推导计算系统中管道和设备水容量的公式 。
空调系统中设备及供回水管道的水容积 V i ,通过的水 流量 G ,输送的冷 (热) 量 Qi 分别为 :
① ☆ 刘传聚 ,男 ,1942 年 9 月生 ,大学 ,教授 200092 上海市四平路 1239 号同济大学热能工程系 (021) 65982382 E2mail :cliu @sina. com
收稿日期 :1999 - 11 - 19
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
0① 引言 空调水系统的膨胀水箱 ,不但可以对系统水体积随温
度变化产生的膨胀或收缩起到调节作用 ,以减少因系统水 的溢出或补充而造成的浪费 ,而且它兼起系统定压作用 ,保 证系统不倒空 、不溢水 、不超压 。
长期以来 ,在计算系统的膨胀水量时 ,一直把水的膨胀 系数 α当作常数[1～3 ] ,即 0. 000 6 1/ K(1/ ℃) 。实际上 ,水 的膨胀系数随温度变化而变化 ,而且变化幅度不可忽视 。 水的膨胀系数与水温的关系[4 ]见表 1 。
45
0. 990 16
1. 009 94
0. 010
50
0. 988 07
1. 012 16
0. 012
55
0. 985 73
1. 014 48
0. 014
60
0. 983 24
1. 017 13
0. 017
65
0. 980 59
1. 019 79
0. 020
70
0. 977 81
1. 022 76