對於很多人來說,膨脹罐、緩衝水箱和蓄能水箱是3個既熟悉又陌生的名詞,熟悉是因為越來越多的空氣能採暖項目或多或少都要裝上這些產品,陌生的是對於他們之間的分歧和選型還是處於一知半解。用還是不用,該怎麼用,很多經銷商尤其是更入行的經銷商更是丈二和尚摸不著頭腦。
膨脹罐
什麼是膨脹罐?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。當系統水壓力大於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八到十公斤,大小從兩升到一兩百升都有。
水是有膨脹的,水在4℃時密度最大,當小於4℃和大於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,水就會把其他的連接件損壞,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
<table><tbody>制熱量(KW)
膨脹罐容積(L)
配套配件
<12.5
5
自動補水閥
洩壓閥
12.5~25
8
25~45
12
45~75
19
75~112.5
24
112.5~150
36
/<tbody>/<table>注:① 膨脹罐最好選擇304不鏽鋼法蘭,碳鋼鍍鋅比較容易生鏽。②膨脹罐的預充壓力等於補水閥的設定壓力。③建議膨脹罐每1~2年檢查一下充氣壓力,壓力低時充氣。
緩衝水箱
何為緩衝水箱?緩衝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。
緩衝水箱參考選型表
<table><tbody>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
/<tbody>/<table>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。
已加裝緩衝水箱,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,不管有沒有緩衝水箱,一定要膨脹罐或是高位膨脹水箱。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。假如不裝膨脹罐或是選型不正確,肯定會出現經常積氣,排不乾淨的情況。水系統的很多故障頻繁出現,很可能就是一個局部安裝不科學造成的。
在水循環系統中膨脹水箱是必須要的設備,而緩衝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,緩衝水箱就是多餘的。一百平方米的地暖水容量大約是120L,無需用緩衝水箱。假如是一個二次系統,也就是說有一個二次泵的系統,緩衝水箱作為一次側的熱容池,或許是需要的。
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的係數作為餘量。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的緩衝水箱,那麼就需要一臺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於系統的靜壓力(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,加大緩衝水箱的儲水量,也就成為了一個蓄能水箱。總體來說,蓄能水箱、膨脹罐和緩衝水箱這三者是沒有本質的區別的。區別僅僅是從字面上的理解,實際用到什麼地方他們三個是有著相同的地方。膨脹罐主要是在小系統裡邊,在我們的大系統中,我認為緩衝水箱和蓄能水箱是完全相同的東西。
如果是節能建築,用建築牆體去蓄熱是很好的方式,但如果不是節能建築,牆體蓄熱就不合適了,這時候可以考慮用水箱來蓄熱,利用峰谷電價,在晚上谷電段的時候來加熱水箱。而晚上給水箱蓄熱時,最好用電鍋爐來制熱,而不是用空氣源熱泵,因為電鍋爐可以制更高水溫的熱水,儲存的熱量更多。如果用空氣源熱泵來蓄熱,在同等的蓄熱量下,水箱的容積要大上好幾倍。
那麼,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,然後根據建築需要的蓄熱量來確認。
假如最後蓄的是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,然後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平非節能建築為例,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,那麼就可以儲存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28噸的水箱,加上保溫和外包裝,體積達到了30噸,放在建築屋頂承重受不了,放在地面佔地面積太大,所以僅僅用熱泵來蓄熱是很難實現的,最好是配合電鍋爐。
水箱容積確定了,那麼蓄好的95℃熱水我們怎麼用?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。
舉個例子,末端要求水溫是55℃,那麼開始是空氣源熱泵來加熱,把35℃的水加熱到50℃,然後電鍋爐開始工作,熱泵停止運行,由電鍋爐把水溫提升至95℃。這時候蓄熱水箱的水溫是95℃,而末端要求的進回水溫度是55℃/35℃,那麼,在水箱和末端之間要有一個混水裝置。
小工程用混水器就行了,安裝一個溫度調節閥,類似於熱泵系統裡面的熱力膨脹閥,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,裝一個變頻水泵,水泵的轉速由溫度來控制,也可以實現溫度的均衡輸出。
這裡可能有人會有疑問:在電鍋爐工作的時候,空氣源熱泵是不工作的,低環境溫度下設備會不會被凍?其實不用擔心,因為空氣源熱泵主機都有防凍功能,而且循環水還在裡面流動,只要不斷電是不會被凍的。
附1:壓差旁通閥參考選型表
<table><tbody>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
/<tbody>/<table>注:①採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採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
<table><tbody>流量(m³/h)
管徑
參考流速(m/s)
管徑(英寸)
參考製冷量(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
/<tbody>/<table>注:採用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 製冷量(KW)/delta T(進出水差℃);③5℃溫差時,水流量(m³/h)=0.172 x 製冷量(KW)
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居然還有經銷商認為:加緩衝水箱只單純增加成本
在小戶型的熱泵採暖系統中,越來越多的經銷商傾向於安裝緩衝水箱,認為緩衝水箱對保障系統的穩定性有重要作用。但同時也有一種聲音,認為緩衝水箱的作用誇大了,還會增加安裝成本,有些浪費。孰對孰錯???
經常會有學員問我們:“什麼情況下要裝緩衝水箱?”“水箱大小如何計算?”“變頻系統中裝緩衝水箱有無必要?”“緩衝水箱安裝在系統的哪個位置更好?”等等。
為了讓大家對緩衝水箱在系統中的作用有更多的認識,還有了解水箱的選型和安裝等內容,我們接下來將邀請行業頂級培訓講師王建南老師坐鎮千聊課堂,全面、系統地講解小戶型熱泵冷暖系統中緩衝水箱的作用、選型、開口、安裝、清洗等相關問題,歡迎關注收聽!