暖通小識--空調系統囊式定壓補水脫氣裝置

本文主要述說以下內容

1.什麼是定壓補水脫氣裝置

2.為什麼需要定壓補水脫氣裝置

2.1 定壓的必要性

2.2 脫氣

2.3定壓膨脹水箱

2.4定壓脫氣囊式罐系統

3.如何計算囊式定壓補水裝置並選型:

4.分析手冊和圖集中的不同

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注:本文參考了以下資料，

1.圖集(暖通)暖通圖集_05K210採暖空調循環水系統定壓

2.Reflex廠家的資料

3.供熱空調設計手冊第二版相關內容

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1.什麼是囊式定壓補水脫氣裝置

先看一下下面這張圖

這是一個紅色的罐子，旁邊連接了一套兩組的水泵，並帶有相關控制附件。

就是這樣一個東西

它主要是連接在空調或者採暖的閉式水系統的水泵吸入口上，用來給該水系統定壓，排氣，並且緩衝系統的水膨脹。

其工作原理是:罐體的內部有一個囊[如下圖]，當水系統壓力增大時，膨脹罐系統連接在水系統的管路上的壓力感測器探測獲知，則泄水閥就打開，系統回水到膨脹罐體，如果系統壓力繼續增加，表現在膨脹罐上為液體重量上升超過限值,則膨脹罐報警且安全泄壓閥爆開，系統水排出到大氣。

當系統壓力降低時，如低於設定壓力點P，則水泵就啟動開始從罐內補水進入系統。

如果系統壓力持續降低，且罐體的液位降低到一個確定液位低位，則外部的補水管路打開補水進入罐體。

有一個聯通管，保證罐內壓力和大氣壓力一致為常壓。

註：此處需要注意的是，對於這種常壓補水，泵組管路上有單向閥，因此泵即使在停止的時候，泵兩側的壓力也是不同的，停止時泵的吸入口為常壓，輸出口為系統定壓點壓力

同時其頂部有一個排氣閥，進入罐體的水壓力降低為常壓，則可以分離出不凝性氣體排出。

下圖中頂部即為排氣閥，側頂部為大氣聯通管

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2.為什麼需要定壓補水脫氣裝置

2.1定壓：

當一個水系統的水泵停止運行的時候，整個系統裡面的水是靜止的。這時如果系統裡面的最薄弱點，即壓力最低點的表壓力[即絕對壓力-大氣壓]如果低於外部的大氣壓，也就意味著系統處於負壓，這樣外部的空氣就會慢慢滲入到水系統中。導致系統進入不凝性氣體，進而導致系統的水系統中混入空氣，在水泵再次啟動的時候，會對整個系統產生如下不利影響

註：系統的最低點一般為高度最高點，如下圖中的A點

換熱能力下降:帶有不凝性氣體的水在換熱器中的換熱能力下降

水泵和鍋爐等設備:水系統特別是熱水系統會出現低壓沸騰現象氣蝕現象，導致水泵壽命下降

因此，對於閉式水系統需要保證最不利點的壓力高於大氣壓力

2.2排氣:

同樣對於一個正常運行的水系統，則需要不停地向外部排氣，減少不凝性氣體量，常規的排氣為頂部排氣或者旋流總管排氣，如下圖

而囊式定壓裝置的排氣則放置在罐體頂部，將減壓後的水系統排氣

膨脹:附件有一定的容積保證水的熱脹冷縮，即需要一個膨脹箱體或者罐體。

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2.3.定壓膨脹水箱:

定壓膨脹水箱屬於簡單的定壓系統，在較早的系統中常常使用！

一般有兩種接入方式來保證最不利點點壓力

一種採用A點定壓的設置如下圖所示

一種是如左圖所示，將定壓點接入A點，且保證A點的表壓高於外部氣壓至少0.05bar,即需要保證膨脹水箱的液面高度比A點至少高處0.5米。通常為了保險，絕大部分項目會使其高出1-1.5米[下面的講述按照1米為例]

我們來分析一下，當系統靜止的時候,A點的壓力[ 按照米計量]為1米，B點的壓力為1米+AB點高差；當系統運行的時候，A點的壓力仍舊為1米，B點的壓力為1米+AB點高差-AB點的阻力損失。

假如有一個高度為30米的建築[即大約6-7層的大樓]，其AB點高差為30米，而AB點阻力損失約為0.6-0.7米[阻力=30*0.02-0.025=6000-7500pa=0.6-0.75米]，則系統靜止時候的B點的靜壓為31米，運行時的靜壓為30.3米。

因此無論系統靜止還是運行，其最不利點A點的壓力可以保證為正壓1米

一種採用B點定壓設置的方式接入

如右圖所示，將定壓點接入B點，且同樣保證水箱高於A點一米，

則系統停止時，A點壓力為1米，B點壓力為31米;系統運行的時候，A點壓力為1米，B點壓力為30.3米。

可見，膨脹水箱的使用可以最大程度的保證系統的壓力的穩定運行，並且保證系統的壓力最低點也比外部大氣高出1米左右的數值。當然，該膨脹水箱必須有以下功能

1.具備足夠的膨脹空間，滿足系統的水溫在波動時候的體積變化

這個可以很容易地根據密度和溫度的關係得出結論，手冊中已經給出了相關查詢係數

即根據系統的水管中的保有水量乘以相應係數，即可得出膨脹容積，這就是系統的膨脹水量

2.保證系統的調節水量，這可以理解為緩衝水量，即當市政供水或者軟水不能在開始及時補水時，水箱中先存有若干分鐘的補水量，其意義是為了滿足補水初期的緩衝，一般是滿足不少於3mins的補水泵或者上水的補充秒流量。並且為了保證膨脹水箱的緩衝水量不能過低，要滿足水平面不低於200mm.

見下圖

上圖來自供熱空調設計手冊第二版下冊P2035,,我們可以清楚的看到，

1.高位膨脹水箱的最低液面比系統的最高點高出1米，且定壓點接入水泵的吸入點B。

2.hl即為初期緩衝水量，滿足不低於200mm，並且不小於系統補水泵3mins的供應量

3.hp即為膨脹水量

所以最後我們得出結論: 頂部膨脹水箱的容積是hb+hp兩部分的量，並且補水的管路設計秒流量應該滿足不小於系統保有水量的5%小時流量進行設計。即如果一個系統的保有水量是50m3，則該補水管路設計的補水流量應該滿足補水量在2.5m3/h,即補水管徑在DN32-DN40左右

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2.4囊式定壓脫氣裝置

代替頂部膨脹水箱，06年以後的很多項目開始使用該裝置，其好處是不用限於環境和地點，可以放在動力中心或者機房內，且控制方便，巡檢容易。更加重要的是:該系統集中膨脹，定壓，排氣於一體，方便了設計和使用。

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3.囊式系統的計算

該計算主要涉及到以下的裝置

補水泵的流量和揚程，

罐體的容積和體積，

可能存在的補水回水箱,

各個壓力設定點

可能有人會選擇圖集05K210中的方法進行選擇和計算

上面是圖集中的一個算例

但是，部分廠家如Reflex的手冊則給出了不同的罐體選擇方法

下面我說一下不同，並給出我自己的意見

1.水泵選型:

這一點，沒有不同，兩台水泵，一用一備，兩台泵的總流量是保有水量50m3的5%.這前文已經說過。揚程是滿足定壓點的壓力+5m.還是以30米大樓為例，定壓點的要求為系統最高點的表壓不低於1.5m，則意味著水泵吸入口的定壓點B=30+1.5=31.5m.則水泵的壓力為31.5+5=36.5m.

需要注意的是，該流量的計算是兩台水泵的流量和。因此選型為單台水泵1.25m3/h,揚程為36.5m

2.水箱的選型:

此處是最大的不同。圖集上採用了罐體的容積僅僅需要滿足調節緩衝水量容積即可

其中Vf為不少於3mins的單台水泵水量，係數為b=1.05,1-a=.35-0.4左右，總體而言，安全係數為3左右，以上例為例，單台水泵數量為1.25m3/h,則3mins的流量為60l,乘以3倍的係數以後為約200l.即該囊式定壓罐僅僅只需要一個200l的罐體即可。

那麼疑問來了？這裡僅僅計算了調節水量，熱脹冷縮的膨脹水量誰來負擔呢？原來圖集中還專門設置了一個閉式膨脹水箱，見下圖

1是囊式定壓罐負責調節緩衝水量200l,

6是閉式水箱，同樣hb hp滿足調節緩衝水量和熱脹冷縮膨脹水量。

如該系統是60-50度熱水系統，保有水量是60m3,則膨脹量在900l,即需要再設立一個閉式水箱，hb和hp的量分別是200l和900l

而reflex等廠家則是取消了閉式膨脹水箱，將該膨脹量直接納入到紅罐罐體容積中，即罐體的容積=緩衝調節水量+膨脹量。這樣就取消了圖集上的閉式水箱。

而將紅罐罐體放大，則罐體的有效容積為200l+900l=1.1m3

並且需要注意注意的是，Reflex等廠家採用的是常壓囊式定壓系統，則意味著取消了上圖中的1而將其合併到6中，且系統擺放位置也放在了6這個位置

我本人建議採用reflex這種方法，因為已經採用了囊式定壓罐，就應該只用一個系統，不應該再增加罐體，否則系統將會太過複雜。

3.閉式水箱

圖集中採用，部分廠家則取消。2中已經描述，不再贅述

4.定壓點的設定

鑒於圖集和reflex的控制邏輯不同，我分別描述

圖集

一共有四個壓力點

P1:系統壓力低點，低於該點，補水泵啟動，本例中為31.5m

P2:停泵壓力點=0.9*0.9*P4=80m

P3:系統超迴流點=0.9P4=90m

P4x系統最高工作壓力，安全閥爆開=10bar=100m

我們可以看到,P1和P2的壓力設定點差距較大，這是為了保證補水泵不需要頻繁啟動

Reflex

邏輯不同

由於該系統為常壓系統，因此

P1:系統壓力低點，低於該點，補水泵啟動，本例中為31.5m

P2:停泵壓力點,=P1+2=33.5m

P3:系統超壓迴流點=0.8*P4=80m

P4:系統最高工作壓力=100m

可以看到，不同之處在於P1和P2的設定壓力差距較小，結果是水泵啟動較頻繁

當然，四個壓力點均可以合理設定，以上選擇並不是唯一選擇。

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