膨脹水箱容積計算方法

膨脹水箱容積的確定還與空調系統水容量的計算密切相關。在現有的設計資料中,有的給出每m2建築面積對應的系統水容量經驗值,有的給出每kW 冷(熱) 量對應的系統水容量經驗值。前者給出的是國外15個辦公樓的統計值,用於國內非辦公樓時可能造成差錯。後者沒有明確適應範圍,如對於室內機械循環管路系統,文獻給出6.9 L/ kW ,而文獻給出7.8 L/ kW ,設計人員也會感到無所適從。

筆者基於有關理論,推導出了相關計算公式,較好地解決了上述兩個問題。

1 膨脹水箱的容積計算

設空調水系統中,管道和設備內的總水量為Vs ,系統水溫由t1升高到t2 時,體積由Vs變為( Vs +ΔV )，水的密度由ρ1 變為ρ2 ,則根據質量守恆原理,可以寫出下式：

V sρ1 = ( Vs +ΔV )ρ2 (1)

式中　Vs ——系統內的水容量,L ;

ρ1 ——水在溫度t1 時的密度,kg/ L ,見表2 ;

ρ2 ——水在溫度t2 時的密度,kg/ L ,見表2 ;

ΔV ——水溫由t1 升高到t2 時,系統中水的膨脹量,L 。

用膨脹水箱的容積V 代替式(1) 中的膨脹量ΔV ,可以得到：

式中v2 為水在溫度t2 時的比體積,L/ kg ,見表2 。對於t1 ,僅冬季供暖的系統,可取20℃;夏季供冷的系統,為系統供水溫度,可取7℃。對於t2 ,冬季供暖的系統,為熱水的供水溫度;僅夏季供冷的系統,為系統運行前的最高水溫,可取35℃。由於水在4 ℃時的密度最大,ρ= 1.000 kg/ L 。可知,當t1 = 4 ℃時,由上式得出的系統的水體積膨脹量最大。此時,上式簡化為：

式中β為水箱係數,無量綱。系統內單位體積(L)水從4℃升溫到t2時的膨脹量(L) ,見表2 。

表2 水的密度ρ,比體積v ,水箱係數β

通常,夏季使用的空調水系統的供回水溫度為7 ℃/ 12℃,全年使用的空調水系統的冬季供回水溫度為60 ℃/ 40℃,僅冬季使用的供暖(空調) 水系統的供回水溫度為95℃/ 70 ℃。

由式(2) 可知,膨脹水箱的容積,對於僅夏季使用的空調水系統小於系統內水容量的0.6 % ,對於全年使用的空調水系統小於1.7 %，對於僅冬季使用的供暖(空調)水系統小於3.8 %。而按文獻中方法計算出的值分別為:1.7 % ,3. 2 % ,4. 5 %。

如果考慮系統水溫由t1 升高到t2 時,由於系統中管道和設備等金屬材料的受熱膨脹,系統的容積還會增大,所需的膨脹水箱容積還可小些。這時,式(2) 可改寫為：

式中　αs ——水管道或設備材料的線性熱膨脹係數,1/ K。對

於鋼材,αs = 1.18 ×10-5 1/ K;對於銅材,αs = 1.65 ×10-51/ K。

2 系統水容量的計算

系統內的水容量即系統中管道和設備內存水量的總和。下面推導計算系統中管道和設備水容量的公式。空調系統中設備及供回水管道的水容積Vi ,通過的水流量G,輸送的冷(熱) 量Qi 分別為：

Vi = LF×1000

G = ωF×1000

Qi= GρcwΔTw

式中　L——水流程或平均水流程,m;

ω——管內或設備內平均水流速,m/ s ;

cw—水的比熱容, cw = 4.18 kJ / (kg·K) ;

G ——通過管內或設備的水流量,L/ s ;

F ——管路或設備的水流通面積,m2 ;

Qi ——管路或設備輸送的冷(熱) 量,kW;

Vi ——管路或設備的水容量,L ;

ρ——水的密度,此時,可近似取ρ= 1. 0 kg/ L ;

Δ Tw ——進出設備的水溫差或管道系統供回水溫差,K。

由此可得計算管路或設備水容量V i 的公式:

可見,每供1 kW 冷(熱) 量的水容量V i/ Qi 與平均水流程L 成正比,與管內或設備內平均水流速ω 、進出設備的水溫差或管路系統供回水溫差Δ Tw 成反比。

系統的水容量Vs 為：

表3 1kW冷(熱) 量對應的水容量L/ kW

注:表中室內管道流程取平均值400 m(溫差25 ℃時為500 m) ,管內平均流速取1.5m/s ;室外管道流程取平均值600 m(溫差25℃時為700 m) ,管內平均流速取2.0 m/ s。

結論：

採用式(2) 計算膨脹水箱的容積,可靠正確。配合使用表2 ,可使計算工作簡便、迅速,並克服了已有方法存在的不確定性。

暖通南社整理編輯。

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