對于很多人來說,膨脹罐、緩沖水箱和蓄能水箱是3個既熟悉又陌生的名詞,熟悉是因為越來越多的空氣能采暖項目或多或少都要裝上這些產品,陌生的是對于他們之間的分歧和選型還是處于一知半解。
膨脹罐
什么是膨脹罐?其實大家在工程中都看到了膨脹罐,就是一個氣囊加一個碳鋼罐體和法蘭組成。當系統水壓力大于膨脹罐碳鋼罐體與氣囊之間的氮氣壓力時,系統水會在系統壓力的作用下擠入膨脹罐氣囊內。一般來講膨脹罐的最大工作壓力是0.08-0.1MPa,容積大小從兩升到幾百升都有。
水是有膨脹的,水在4℃時密度最大,當小于4℃和大于4℃水都會發生膨脹。一噸水從10℃加熱到90℃大概會增加36.5升的體積,如果沒有膨脹罐的存在,水就會轉移壓力到其他的連接件,導致其損壞或漏水,所以膨脹罐的作用是不可忽視的,尤其在小系統中。
膨脹罐參考選型表
制熱量(KW) | 膨脹罐容積(L) | 配套配件 |
<12.5 | 5 | 自動補水閥 泄壓閥 |
12.5~25 | 8 | |
25~45 | 12 | |
45~75 | 19 | |
75~112.5 | 24 | |
112.5~150 | 36 |
注:① 膨脹罐最好選擇304不銹鋼法蘭,碳鋼鍍鋅比較容易生銹。②膨脹罐的預充壓力等于補水閥的設定壓力。③建議膨脹罐每1~2年檢查一下充氣壓力,壓力低時充氣。
緩沖水箱
何為緩沖水箱?緩沖水箱其實就是串聯在中央空調系統中增加小型系統的水容量,存儲冷量或熱量,有效地解決系統過小所帶來的負荷波動和主機頻繁的啟動問題,從而達到延長設備壽命和節能省電的目的。
緩沖水箱參考選型表
制熱量(KW) | 水箱容量(L) | 安裝要求 |
<20 | 60 | 安裝在回水端 高進低出 頂部安裝排氣閥 |
20~45 | 100 | |
45~70 | 200 | |
70~130 | 300 |
注:① 儲能水箱容易受水系統總水容量、末端同時使用臺數及空調主機配置的情況影響,一般系統的總容水量為6~10L/KW制熱量,同時使用臺數低的選大值。②計算總容水量(6~10L/KW ×機組制熱量KW)-當前系統實際水容量=蓄能水箱容量。
已加裝緩沖水箱,還用加膨脹罐嗎?
只要是有水泵的開式或是閉式水循環系統,不管有沒有緩沖水箱,一定要安裝膨脹罐或是高位膨脹罐。膨脹罐不僅是消化水體受熱膨脹的作用,還有個重要的功能是“定壓”,所以膨脹罐又稱定壓罐。
在水循環系統中膨脹罐是必須要的設備,而緩沖水箱不是必須要的設備。比如說做一個一次系統小型戶式熱泵地暖系統,緩沖水箱可以不用。假如是一個二次系統,也就是說有一個二次泵的系統,緩沖水箱作為一次側的熱容池,建議是需要的。
對地暖系統來說,膨脹水箱的容積可以按照整個地暖系統水容積的2.5%或3%來計算,通常還要考慮1.1的系數作為余量。也就是說,按照3%的容積計算,100平方地暖,膨脹水箱大約4L容積。如果你又加了一臺100L的緩沖水箱,那么就需要一臺8L的膨脹水箱了。
當然還需要根據你的水泵選型設定系統靜壓,根據系統靜壓和動壓來選擇膨脹罐的預充壓力。大家選擇膨脹罐,按照地暖水系統的容積乘以3%即可,可以略大,但不要過大。膨脹罐的預充壓力略等于系統的靜壓力(即補水壓力)。膨脹罐的定壓作用是其不可取消的重要原因。
大系統中的蓄能水箱
蓄能水箱,我理解就是為了達到節能的目的,人為加大緩沖水箱的儲水量,也就成為了一個蓄能水箱。總體來說,蓄能水箱、膨脹罐和緩沖水箱這三者是沒有本質的區別,但實際工程應用場所會有所區別。
那么,蓄熱水箱的容積又如何計算呢?可以先計算每1噸水的蓄熱量,然后根據建筑需要的蓄熱量來確認。
假如最后蓄的是95℃的高溫水,在晚間谷電價的時間段中,空氣源熱泵先把蓄熱水箱中的水溫從35℃提升到50℃上,然后再用電鍋爐把水溫提升到95℃,這樣總共提升了60℃的溫差。1kg水加熱1℃是1千卡,提升60℃即60千卡,則1噸水(容積1立方米)的蓄熱量的60*1000=60000千卡。換算一下,則1噸水的蓄熱量=60*1.16=69.6kwh(注:1000千卡≈1.16kWh)。
具體的計算可以以西安1000平非節能建筑為例,按單位面積的熱負荷為60w/㎡計算,則總熱負荷為60kw。如果晚上谷電段有8小時,那么就可以儲存8小時的熱能,則需要的水箱容積為:60kw*8h/69.6kwh=6.9噸,所以水箱的容積約7噸。
可以計算下如果只用空氣源熱泵來蓄熱,需要多大容積的水箱。
空氣源熱泵只能蓄15℃的溫差,1噸水(容積1立方米)的蓄熱量=15*1.16=17.4kwh,則需要的水箱容積為60kw*8h/17.4kwh=27.6噸,也就是說需要一個28噸的蓄熱水箱。
一個容積28噸的水箱,加上保溫和外包裝,重量達到了30噸,放在建筑屋頂承重受不了,一般放在地面或者地下室。
水箱容積確定了,那么蓄好的95℃熱水我們怎么用?不同的末端對水溫是有要求的,特別是地暖,國家要求地暖水溫不能超過60℃。這時候就需要用一個二次循環系統。
小工程用混水器就行了,安裝一個溫度調節閥,類似于熱泵系統里面的熱力膨脹閥,當水溫高的時候減少流量,水溫低時加大流量,讓溫度一致;大工程可以用板式換熱器,使用側裝一個變頻水泵,調節水泵的轉速來控制溫度,也可以實現溫度的均衡輸出。
附1:壓差旁通閥參考選型表
制熱/冷量(KW) | 壓差旁通閥口徑 | 壓差旁通閥選型 | 建議設定值 |
<12.5 | DN20 | ADP系列全通 可視壓差旁通閥 | 空調0.7~1.5bar 地暖設定值0.3~0.7bar 空調和地暖同一泵時0.7~1.5bar |
12.5~25 | DN25 | ||
25~45 | DN32 | ||
45~70 | DN40 | ||
70~100 | DN50 |
注:①采用壓差旁通閥的系統,最遠端1個風盤,用電動三通閥,以增加系統總水循環量。②采用儲能水箱以減少壓縮機頻繁啟停。③調試時,關閉所有末端要保證通過主機的流量,負荷要求。
附2:水管徑選型表
流量(m3/h) | 管徑 | 參考流速(m/s) | 管徑(英寸) | 參考制冷量(KW) | 管內水容量(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等需要熱熔的水管,考慮到熱熔導致的溢料,實際使用管徑放大一號。
常用公式:①流量(m3/h)=0.002826 x 管內直徑平方(m㎡)x 流速(m/s);②水流量(m3/h)=3.6 x 0.23889 x 制冷量(KW)/delta T(進出水差℃);③5℃溫差時,水流量(m3/h)=0.172 x 制冷量(KW)