各种系统的膨胀罐选型及注意事项

膨胀罐

   

 

膨胀罐，也称定压罐、气压罐，广泛应用于空调、太阳能、锅炉等暖通系统以及供水和消防设备，缓冲系统压力波动，消除水锤，起到稳压卸荷的作用。在空调、太阳能、锅炉、地暖等闭式循环系统中，膨胀罐的作用是在工作介质温度升高体积膨胀时吸收膨胀罐量，防止系统压力升高过快，在工作介质温度降低体积收缩时释放气囊内的液体，补充到系统，不让系统压力下降过猛，减少安全阀的泄压次数和自动补水阀的补水次数；在变频供水，气压给水和消防等供水系统上，膨胀罐的主要作用是缓冲水泵启动和停止以及系统阀门开启和关闭时产生的水锤冲击，防止水锤损坏管道以及系统上的元器件，以及在用水低峰期保证水泵足够的休眠时间，不光节能还能延长水泵的使用寿命。  

     

01

原理

 

当外界有压力的水进入膨胀罐气囊内时，密封在罐内的氮气被压缩，根据波义耳气体定律，气体受到压缩后体积变小压力升高，直到膨胀罐内气体压力与水的压力达到一致时停止进水。当水流失压力减低时膨胀罐内气体压力大于水的压力，此时气体膨胀将气囊内的水挤出补到系统。直到气体压力与水的压力再次达到一致时停止排水。  

   

02

结构

 

膨胀罐一般由 罐体、气囊、接水 口及 排气口 四部分组成。  

 

膨胀罐结构

 

   

03

配件

 

闭式膨胀罐一般配备：泄水阀、泄气阀、压力表和安全阀等。  

   

04

作用

 

膨胀罐在系统中的作用可以归纳为两点：  

容水作用：   系统升温时，膨胀罐从系统吸纳因热膨胀而多余的水，系统降温和渗漏时，向系统补水；  

定压作用：   膨胀罐与系统相连的点，常作为系统的定压点或恒压点，进而可保证系统不倒空、不溢水、不超压，保护系统正常运行。  

系统压力与水量变化的原因有：  

• 在制冷与制热都用同一系统时，水由于制冷或者制热会引起的体积变化；    
• 泵启停时，管路都会有巨大的压力变化；    
• 系统补水漏水，也会使系统产生水量和压力的变化。    
  
     

05

功能系统选型

   

其中：
   

v=膨胀罐选型容积（L）    

e=水加热膨胀系数，根据系统最高水温和冷系统水温的差值计算。在供暖系统中根据惯例选择0.035这一系数。    

C=系统总水量（L）    

Pi=绝对起始压力（bar）:由膨胀罐安装位置的系统静压+0.3 bar+大气压力（1bar）组成。实际上是膨胀罐预充压力+1 bar.    

Pf=绝对最终压力（bar）:由系统动行时最大压力（即安全阀设定压力） +大气压力（1 bar）组成。实际上是安全阀设定压力+1 bar。    

   

   

相对水温4℃的水加热膨胀系数（ρ=10000 kg/m3）  

 

示例：  

计算一个供暖系统所需膨胀罐容积：  

с=系统容水量=3000L  

Pid =安装点的静压=2 bar  

Psic =安全阀设定压力=3.5 bar  

计算演示  

使用上面的公式：  

e =0.035（按供暖惯用系数）  

Pi =Pid+0.3+Patm=2+0.3+1=3.3 bar  

Pf =Psic+Patm=3.5+1=4.5 bar  

因此：V=（0.035×3000）/[1-（3.3/4.5）]=393L  

所以选择容积为400L的膨胀罐。  

速算公式：  

将系统总水量乘以以下表格中的系数即能迅速得出膨胀罐容积系统每升水的所需膨胀罐容积量（以系数e=0.035计算）  

 

 

储水式热水系统选型  

   

其中：
   

V =膨胀罐选型容积（L）    

e =水加热的膨胀系数。根据储水箱热水温度与注水时冷水温度的差值计算。    

Ca=加热的水量（L）    

Pin=绝对起始压力（bar） ：由注水时冷水最大压力+大气压力（1bar）组成。实际上是冷水压力+1 bar。    

Pfin=绝对最终压力（bar） ：由系统运行时最大压力（即安全阀设定压力） +大气压力（1bar）组成。实际上是安全阀设定压力+1 bar。    

   

   

 

示例：  

计算一个卫生热水系统中所需膨胀罐容积：  

Ca =被加热水的容积=500L  

T1 =冷水温度=10℃  

T2 =储热水箱热水温度=55℃  

Pes =冷水进水最大压力=3.5 bar  

Psic =安全阀设定压力=6 bar  

计算演示：  

根据水加热膨胀特系数"e"表查出  

TI =10℃el= 0.00025  

T2 = 55℃ e2 = 0.01447  

因此：e（△T=45℃）=（e2-el）=（0.0144-0.00025）=0.014  

Pin =Pes+Patm-3.5+1=4.5 bar  

Pfin =Psic+Patm=6+1=7 bar  

运用公式：  

V =（0.014x500）/[1-（4.5/7]=19.6L  

所以选择容积为24L的膨胀罐。  

速算公式  

可使 用以下速算 公式 ：  

V=f×Ca  

"f"是温差40℃到50℃，在相应的进水压力和安全阀设定压力下的速算系数，图表如下 ：

 

 

隔膜式定压罐选型公式  

   

其中：    

v =定压罐容积（L）    

Gpr =设计流量（L/s）    

Pmin -最低增压压力（bar） ，即压力开关最低    

压力开启值。    

Pmax-最高增压压力（bar） ，即压力开关最高    

压力关闭值。    

a =每小时水泵最多开启次数。    

a=30 ：<3kw功率的水泵    

a=25 ：3-5kw功率的水泵    

a=20 ：5-7 kw功率的水泵    

a=15 ：7-10 kw功率的水泵    

a=10 ：>10 kw功率的水泵    

   

   

示例：  

计算一个供水系统定压罐容积：  

Gpr=3.4L/s  

Pmin=5bar  

Pmax =6bar  

水泵功率=1.5kW  

 

计算演示：  

V=[6×（3.4×60]/ 30×[ （6+1）/（6-5）]=285.6L  

因此选择容积为300L的定压罐。  

06

安装

 

• 膨胀罐应安装在系统水温较低的地方，避免高温水加速气囊的老化，在热力系统中如空调、锅炉、热泵等一般安装在系统的回水端，储热水箱的冷水入水端；
• 供水系统中膨胀罐安装在泵的出水口，缓冲泵在起、停时候的水锤；
• 闭式循环系统严禁将膨胀罐安装在循环泵的出口，以免造成水泵的气蚀，降低水泵的使用寿命；
• 35L及以下的膨胀罐一般可直接连到系统管道上，35L以上的膨胀罐自带三脚支架，避免膨胀罐在工作时进水和自重对系统管道产生较大的载荷，使用金属软管把膨胀罐连接到系统，埋地螺钉固定膨胀罐支脚，保证使用过程中的平稳；
• 膨胀罐附近要安装安全阀，避免在系统压力异常的时候损坏膨胀罐和系统其他部件；
• 膨胀罐要安装在便于检修的位置，100L及以上的膨胀罐顶部要安装自动排气阀，以便及时排出气囊内工作介质溢出的气体，提高膨胀罐的使用效率；
• 在太阳能承压循环系统中膨胀罐一般安装在水泵的进口附近。

  
  

  
  

07

注意事项

• 若是膨胀罐是放在特殊场合，应告知供应商，以便有相关的膜体对应使用；
• 膨胀罐的工质介质一般为水或者水和防冻液的混合物（水的比例不得小于50%），其他介质需要打电话咨询；
• 应严格按公式来计算所需膨胀罐的大小，膨胀罐过小会引起安全阀的频繁起跳和自动补水阀的频繁补水；
• 膨胀罐的最大工作压力跟其罐体上标注的预充压力一一对应，如果因使用需要改变了其预充压力，最大工作压力随之改变，基本遵循以下规律，预充压力减小，其最大工作压力随之减小，具体减小到多少要计算，预充压力增大其最大工作压力不变；
• 测试膨胀罐气囊时建议直接用水压测试，严禁使用锋利的器件碰触气囊；
• 膨胀罐应一年检查一次其预充压力，如果发现压力下降应及时补气，以免影响其正常使用；
• 罐体标签上有注明工作温度和最大工作压力，严禁超出此范围使用，如果需要，请联系厂家；
• 更换膨胀罐前应先把系统关停，或者把膨胀罐和系统隔开，防止系统介质通过膨胀罐接口处泄露，更换的膨胀罐最好跟原膨胀罐体积、耐温和耐压一致。

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