暖通小识--空调系统囊式定压补水脱气装置

正文

本文主要述说以下内容

1.什么是定压补水脱气装置

2.为什么需要定压补水脱气装置

2.1 定压的必要性

2.2 脱气

2.3定压膨胀水箱

2.4定压脱气囊式罐系统

3.如何计算囊式定压补水装置并选型:

4.分析手册和图集中的不同

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注:本文参考了以下资料，

1.图集(暖通)暖通图集_05K210采暖空调循环水系统定压

2.Reflex厂家的资料

3.供热空调设计手册第二版相关内容

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1.什么是囊式定压补水脱气装置

先看一下下面这张图

这是一个红色的罐子，旁边连接了一套两组的水泵，并带有相关控制附件。

就是这样一个东西

它主要是连接在空调或者采暖的闭式水系统的水泵吸入口上，用来给该水系统定压，排气，并且缓冲系统的水膨胀。

其工作原理是:罐体的内部有一个囊[如下图]，当水系统压力增大时，膨胀罐系统连接在水系统的管路上的压力传感器探测获知，则泄水阀就打开，系统回水到膨胀罐体，如果系统压力继续增加，表现在膨胀罐上为液体重量上升超过限值,则膨胀罐报警且安全泄压阀爆开，系统水排出到大气。

当系统压力降低时，如低于设定压力点P，则水泵就启动开始从罐内补水进入系统。

如果系统压力持续降低，且罐体的液位降低到一个确定液位低位，则外部的补水管路打开补水进入罐体。

有一个联通管，保证罐内压力和大气压力一致为常压。

注：此处需要注意的是，对于这种常压补水，泵组管路上有单向阀，因此泵即使在停止的时候，泵两侧的压力也是不同的，停止时泵的吸入口为常压，输出口为系统定压点压力

同时其顶部有一个排气阀，进入罐体的水压力降低为常压，则可以分离出不凝性气体排出。

下图中顶部即为排气阀，侧顶部为大气联通管

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2.为什么需要定压补水脱气装置

2.1定压：

当一个水系统的水泵停止运行的时候，整个系统里面的水是静止的。这时如果系统里面的最薄弱点，即压力最低点的表压力[即绝对压力-大气压]如果低于外部的大气压，也就意味着系统处于负压，这样外部的空气就会慢慢渗入到水系统中。导致系统进入不凝性气体，进而导致系统的水系统中混入空气，在水泵再次启动的时候，会对整个系统产生如下不利影响

注：系统的最低点一般为高度最高点，如下图中的A点

换热能力下降:带有不凝性气体的水在换热器中的换热能力下降

水泵和锅炉等设备:水系统特别是热水系统会出现低压沸腾现象气蚀现象，导致水泵寿命下降

因此，对于闭式水系统需要保证最不利点的压力高于大气压力

2.2排气:

同样对于一个正常运行的水系统，则需要不停地向外部排气，减少不凝性气体量，常规的排气为顶部排气或者旋流总管排气，如下图

而囊式定压装置的排气则放置在罐体顶部，将减压后的水系统排气

膨胀:附件有一定的容积保证水的热胀冷缩，即需要一个膨胀箱体或者罐体。

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2.3.定压膨胀水箱:

定压膨胀水箱属于简单的定压系统，在较早的系统中常常使用！

一般有两种接入方式来保证最不利点点压力

一种采用A点定压的设置如下图所示

一种是如左图所示，将定压点接入A点，且保证A点的表压高于外部气压至少0.05bar,即需要保证膨胀水箱的液面高度比A点至少高处0.5米。通常为了保险，绝大部分项目会使其高出1-1.5米[下面的讲述按照1米为例]

我们来分析一下，当系统静止的时候,A点的压力[ 按照米计量]为1米，B点的压力为1米+AB点高差；当系统运行的时候，A点的压力仍旧为1米，B点的压力为1米+AB点高差-AB点的阻力损失。

假如有一个高度为30米的建筑[即大约6-7层的大楼]，其AB点高差为30米，而AB点阻力损失约为0.6-0.7米[阻力=30*0.02-0.025=6000-7500pa=0.6-0.75米]，则系统静止时候的B点的静压为31米，运行时的静压为30.3米。

因此无论系统静止还是运行，其最不利点A点的压力可以保证为正压1米

一种采用B点定压设置的方式接入

如右图所示，将定压点接入B点，且同样保证水箱高于A点一米，

则系统停止时，A点压力为1米，B点压力为31米;系统运行的时候，A点压力为1.7米，B点压力为31米。说明: @响马 指正正确，修正了过来

可见，膨胀水箱的使用可以最大程度的保证系统的压力的稳定运行，并且保证系统的压力最低点也比外部大气高出1米左右的数值。当然，该膨胀水箱必须有以下功能

1.具备足够的膨胀空间，满足系统的水温在波动时候的体积变化

这个可以很容易地根据密度和温度的关系得出结论，手册中已经给出了相关查询系数

即根据系统的水管中的保有水量乘以相应系数，即可得出膨胀容积，这就是系统的膨胀水量

2.保证系统的调节水量，这可以理解为缓冲水量，即当市政供水或者软水不能在开始及时补水时，水箱中先存有若干分钟的补水量，其意义是为了满足补水初期的缓冲，一般是满足不少于3mins的补水泵或者上水的补充秒流量。并且为了保证膨胀水箱的缓冲水量不能过低，要满足水平面不低于200mm.

见下图

上图来自供热空调设计手册第二版下册P2035,,我们可以清楚的看到，

1.高位膨胀水箱的最低液面比系统的最高点高出1米，且定压点接入水泵的吸入点B。

2.hl即为初期缓冲水量，满足不低于200mm，并且不小于系统补水泵3mins的供应量

3.hp即为膨胀水量

所以最后我们得出结论: 顶部膨胀水箱的容积是hb+hp两部分的量，并且补水的管路设计秒流量应该满足不小于系统保有水量的5%小时流量进行设计。即如果一个系统的保有水量是50m3，则该补水管路设计的补水流量应该满足补水量在2.5m3/h,即补水管径在DN32-DN40左右

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2.4囊式定压脱气装置

代替顶部膨胀水箱，06年以后的很多项目开始使用该装置，其好处是不用限于环境和地点，可以放在动力中心或者机房内，且控制方便，巡检容易。更加重要的是:该系统集中膨胀，定压，排气于一体，方便了设计和使用。

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3.囊式系统的计算

该计算主要涉及到以下的装置

补水泵的流量和扬程，

罐体的容积和体积，

可能存在的补水回水箱,

各个压力设定点

可能有人会选择图集05K210中的方法进行选择和计算

上面是图集中的一个算例

但是，部分厂家如Reflex的手册则给出了不同的罐体选择方法

下面我说一下不同，并给出我自己的意见

1.水泵选型:

这一点，没有不同，两台水泵，一用一备，两台泵的总流量是保有水量50m3的5%.这前文已经说过。扬程是满足定压点的压力+5m.还是以30米大楼为例，定压点的要求为系统最高点的表压不低于1.5m，则意味着水泵吸入口的定压点B=30+1.5=31.5m.则水泵的压力为31.5+5=36.5m.

需要注意的是，该流量的计算是两台水泵的流量和。因此选型为单台水泵1.25m3/h,扬程为36.5m

2.水箱的选型:

此处是最大的不同。图集上采用了罐体的容积仅仅需要满足调节缓冲水量容积即可

其中Vf为不少于3mins的单台水泵水量，系数为b=1.05,1-a=.35-0.4左右，总体而言，安全系数为3左右，以上例为例，单台水泵数量为1.25m3/h,则3mins的流量为60l,乘以3倍的系数以后为约200l.即该囊式定压罐仅仅只需要一个200l的罐体即可。

那么疑问来了？这里仅仅计算了调节水量，热胀冷缩的膨胀水量谁来负担呢？原来图集中还专门设置了一个闭式膨胀水箱，见下图

1是囊式定压罐负责调节缓冲水量200l,

6是闭式水箱，同样hb hp满足调节缓冲水量和热胀冷缩膨胀水量。

如该系统是60-50度热水系统，保有水量是60m3,则膨胀量在900l,即需要再设立一个闭式水箱，hb和hp的量分别是200l和900l

而reflex等厂家则是取消了闭式膨胀水箱，将该膨胀量直接纳入到红罐罐体容积中，即罐体的容积=缓冲调节水量+膨胀量。这样就取消了图集上的闭式水箱。

而将红罐罐体放大，则罐体的有效容积为200l+900l=1.1m3

并且需要注意注意的是，Reflex等厂家采用的是常压囊式定压系统，则意味着取消了上图中的1而将其合并到6中，且系统摆放位置也放在了6这个位置

我本人建议采用reflex这种方法，因为已经采用了囊式定压罐，就应该只用一个系统，不应该再增加罐体，否则系统将会太过复杂。

3.闭式水箱

图集中采用，部分厂家则取消。2中已经描述，不再赘述

4.定压点的设定

鉴于图集和reflex的控制逻辑不同，我分别描述

图集

一共有四个压力点

P1:系统压力低点，低于该点，补水泵启动，本例中为31.5m

P2:停泵压力点=0.9*0.9*P4=80m

P3:系统超回流点=0.9P4=90m

P4x系统最高工作压力，安全阀爆开=10bar=100m

我们可以看到,P1和P2的压力设定点差距较大，这是为了保证补水泵不需要频繁启动

Reflex

逻辑不同

由于该系统为常压系统，因此

P1:系统压力低点，低于该点，补水泵启动，本例中为31.5m

P2:停泵压力点,=P1+2=33.5m

P3:系统超压回流点=0.8*P4=80m

P4:系统最高工作压力=100m

可以看到，不同之处在于P1和P2的设定压力差距较小，结果是水泵启动较频繁

当然，四个压力点均可以合理设定，以上选择并不是唯一选择。

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