技术探讨

燃气采暖热水炉 用膨胀水箱预充压力及选型分析

摘要:
    膨胀水箱预充压力的大小对膨胀水箱选型及采暖系统稳定性至关重要。而市场上部分燃气采暖热水炉使用的膨胀水箱选型及预充压力不尽相同。本文旨在通过对膨胀水箱的理论及实例分析来说明膨胀水箱预充压力不当所导致的问题,以及如何正确选择膨胀水箱型号,以免膨胀水箱型号选择过大造成资源浪费或膨胀水箱选型过小,造成安全阀泄水。

关键词:
    燃气采暖热水炉  膨胀水箱  预充压力  膨胀水箱型号

1.绪论
    目前,市场上的部分燃气采暖热水炉配置的膨胀水箱无论机器本身功率大小,均采用同型号的膨胀水箱,并且预充压力一致,如此会对采暖系统和采暖炉本身带来诸多问题。若预充压力偏大会导致选择的膨胀水箱偏大,造成不必要的浪费;若预充压力偏小,则在系统未加热之前就有一部分采暖水进入膨胀水箱,占用了膨胀水箱本身的容积,在系统加热到最高温度时就会导致安全阀泄压。基于此笔者对其进行理论及实例分析,说明如何正确选择膨胀水箱及预充压力。

2.隔膜式膨胀水箱选型的理论分析
    正确选择的隔膜式膨胀水箱应该在系统水加热到最高温度时,其压力低于安全阀设定压力0.3bar左右。低于设定压力0.3bar的富余量能防止安全阀泄水。
    隔膜式膨胀水箱选型的第一步是计算氮气预充压力,通过公式1计算。正确的空气预充压力保证膨胀水箱隔膜在系统注水后未加热时完全膨胀到壳体。
    Pa=Ps+0.3(公式1)
    Pa=空气预充压力(bar)
    Ps=系统静压(bar),指膨胀水箱的接口到系统最高点的这段距离的水柱压力,比如此距离为10.2米,系统静压为1bar
    计算了空气预充压力值后,可以通过公式2计算膨胀水箱最低容积:



    V=膨胀水箱最低容积(L)
    △e=水加热膨胀系数差,即水加热到最高温度的系数减去水冷却时的温度系数
    C=系统总水量;
    Pi=起始压力,为Pa+1bar的大气压
    Pf=最终压力,安全阀设定的最大压力+1bar的大气压

3.隔膜式膨胀水箱选型的实例分析
3.1膨胀水箱实例分析

    燃气采暖热水炉配地板采暖和暖气片采暖是当前分户采暖最长见的两种方式。在相同的采暖条件下,地板采暖以其低水温、低温差和高流量的特点,与暖气片采暖相比,会给用户带来更舒适的采暖体验。因此,笔者以地板采暖为例分析膨胀水箱的选型及预充压力的大小对系统乃至膨胀水箱选型的影响。
    3.1.1采暖面积120m2的平层房屋
    设定条件
    地暖管铺设面积M=120m2
    地暖管采用PE-X,DN20×2.0
    房屋温度设定18℃,热负荷指标q=100Kcal/m2·h,热媒水出回水温差为△T=20℃,供水温度60℃,回水温度40℃;
    地暖管平均分成n=5回路,每回路地暖管L=120m
    计算过程
    查PE-X管特征表1得PE-X,DN20×2.0管容水量为0.2L/m,则
    系统总水量  C=n×L×0.2=120L

    热媒水供回水平均温差T=50℃
    水加热膨胀系数e相对于水温4℃时体积的膨胀系数,得出△e=0.01207

    计算空气预充压力
    Ps取0.2bar,则Pa=Ps+0.3=0.5bar;
    安全阀设定的最高压力为3bar,则:

    膨胀水箱最小容积 

    = 0.01207×120/(1-1.5/4)=2.32L  
    若膨胀水箱的预充压力大于计算值,如Pa=1bar,则:

    膨胀水箱最小容积

    =0.01207×120/(1-2/4)=2.9L    
    由①②比较可知,相同的采暖系统条件,膨胀水箱预充压力增加无疑增大了膨胀水箱的容量,在倡导节能的今天,这无疑是一种浪费;
    若膨胀水箱的预充压力小于计算值,如Pa=0.4bar,系统充水压力0.5bar,由于系统充水压力大于膨胀水箱预充压力Pa,则有在系统充满水未加热时就有一部分水进入膨胀水箱,待系统水加热到最高温度时,系统水的压力已经超过了安全阀的泄压值,导致安全阀泄压。
3.2膨胀水箱的选型
    由于市场上的膨胀水箱容积规格较固定,因此计算出来的膨胀水箱容积不一定有相应的准确的规格,选型时计算值在商用规格的10%的范围内即可。

4.总结
    膨胀水箱的预充压力是决定膨胀水箱容积和整个采暖系统稳定性的重要因素,预充压力大于计算值会导致膨胀水箱选型过大,在倡导节能的今天这无疑是一种浪费;预充压力小于计算值,会导致系统安全阀泄压,给用户带来不必要的麻烦。故在燃气采暖热水炉膨胀水箱选型时应正确计算膨胀水箱预充压力后,依据膨胀水箱容积规格正确选型。
参考文献:

郭全.燃气壁挂锅炉及其应用技术。
北京:中国建筑工业出版社,2008

刘蓉,刘文斌.燃气燃烧与燃烧装置。北京:机械工业出版社,2009.8

陆亚俊,马最良,邹平华.暖通空调。北京:中国建筑工业出版社,2007

第一作者简介:孟令建,男,1986年2月生,毕业于中原工学院机械设计制造及其自动化专业,现任青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司的采暖炉项目经理,主要从事采暖炉的研发工作。

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