空调水系统定压补水方式与工作压力计算

【问题】

一个以 5 0m作为竖向分区的散热器热水集 中供暖系统（低区），没有条件设置膨胀水箱，采用气压罐补水定压时（不容纳膨胀水量），按计算的数据，选用承压 1 .0MPa的散热器会不会出问题？ 工作压力如何计算合适？

 

【 解析 】

这个问题包涵了系统定压补水方式、设置气压罐定压但不容纳膨胀水量的补水系统、设置隔膜式气压罐定压且容纳膨胀水量的补水系统、系统的静压和工作压力等多个层次。

 

1 . 应尽量采用膨胀水箱定压补水。

GB5 0019- 2 003《采暖通风与空气调节设计规范》第 6 .4.13条和 GB5 0736-2012《民用建筑供暖通 风与空气调节设计规范》第 8 .5.18-2条都明确规 定：宜采用高位水箱定压。

其条文说明解释道：高位膨胀水箱具有定压简单、可靠、稳定、省电等优点，是目前最常用的定压方式，因此推荐优先采用。

特别是当系统静水压力接近系统设备、构件和管道所能承受的工作压力时，更应采用高位膨胀水箱定压。

一般建筑内，与必须设置高位消防水箱一样，都具备设置高位膨胀水箱的条件。如果建筑的中间层缺乏设置高位膨胀水箱的条件，也可以仅在顶层设置，利用高区的膨胀水箱通过可调式减压阀为低区定压补水。

 

2 . 设置气压罐定压补水

有气压罐的调节容积 不容纳膨胀水量和容纳膨胀水量两种方式。

可参照《全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调 ·动 力》第 6 .9.4条和第6.9.8条的方法计算。

 

3.  简单阐述

如果觉得上述计算方法所表达的理念比较 烦琐，也可作以下简单阐述：

不管是否容纳膨胀水量，各种形式气压罐的有效调节容积是其中的气体容积变化量，遵循在相同温度条件下，压力与体积的乘积为常数的理想气体方程，即：

ｐＶ＝ＲＴ。如果近似认为温度不变，则 p 1Ｖ１ ＝ p 2Ｖ２。

可进一步推导出   Δ Ｖ =V 1 （ 1-p 1/ p 2 ）

式中

ΔＶ为气压罐的有效调节容积；

Ｖ１为气压 罐的总容积；

ｐ 1 为气压罐的下限绝对压力，取决于 系统定压点的静压下限，是保证系统能充满水和正常排除系统中空气的最低允许压力；

P2为气压罐 的上限绝对压力，是为达到有效调节容积，补水泵的必要扩展运行区间；

p 1/ p 2为上限和下限绝对压 力比，一般宜取 0 .65~0.85；

（１ － p 1/ p 2）为气压 罐的有效调节容积系数。

很明显，要得到较大的有效调节容积，需要设置较高的绝对压力上限值，这就会使系统压力升高。

例如，按照许多技术资料的说法，上限和下限绝对压力比 p 1/ p 2一般宜取 0 .65~0.85，如取中 间值 0 .75，则当下限绝对压力为 0 .6ＭＰａ时，上 限绝对压力就需达到 0 .798ＭＰａ，系统压力升高 了 0 .198ＭＰａ；即使绝对压力比取 0 .85，系统压 力也将升高 0 .1ＭＰａ。

【问题】

一个以 5 0m作为竖向分区的散热器热水集 中供暖系统（低区），没有条件设置膨胀水箱，采用气压罐补水定压时（不容纳膨胀水量），按计算的数据，选用承压 1 .0MPa的散热器会不会出问题？ 工作压力如何计算合适？

 

【 解析 】

这个问题包涵了系统定压补水方式、设置气压罐定压但不容纳膨胀水量的补水系统、设置隔膜式气压罐定压且容纳膨胀水量的补水系统、系统的静压和工作压力等多个层次。

 

~续前文~

4 .  膨胀水量的考虑

按照容纳膨胀水量的方式设置时，气压罐 的有效调节容积 ΔＶ应能容纳系统运行时最高水 温对应的水容量变化，即系统的膨胀水量。

而在系统停止运行后水冷却体积收缩，该水量又在气压罐的压力作用下补回系统。只有当出现跑、冒、滴、漏现象使系统压力低于下限绝对压力时，补水泵才开始运行，直至达到上限绝对压力。

按照不容纳膨胀水量的方式设置时，系统加热过程的膨胀水量则通过压力传感器控制的泄水电磁阀流回开式补水箱，在系统停止运行、水冷却体积收缩后，系统压力低于下限绝对压力，压力传感器控制补水泵运行，将补水箱的水补入系统，直至达到上限绝对压力。

显然，与容纳膨胀水量的方式相比，补水泵需要较长时间运行，但气压罐可以采用较小的有效调节容积，例如按照不小于 3min的补水泵流量设置，其作用仅为减少补水泵的频繁启停，如同采用气压罐的加压给水系统。

由于有效调节容积小，即使采用精度较高的压力传感器控制，仍不能确保系统连续不间断补水，在补水短暂间断时，由于不可避免的跑、冒、滴、漏现象，会有空气进入。

而且，膨胀水量通过开式补水箱循环，会增加系统循环水的含氧量，加速系统的腐蚀。

因此，有条件设置较大容量气压罐时，宜尽量不采用不容纳膨胀水量的方式。

 

5 .  气压罐设置高度

气压罐设置的位置（高度）也会对有效调节 容积产生很大影响。例如，某 8 0ｍ高的建筑，当 上下限压差取 2 00kPa（２０ｍ）时，如果气压罐设 置在建筑的最高处，工程压力可为 ０，即绝对压力ｐ １为 1 00kPa（１０ｍ）， ｐ ２为 2 00kPa＋ 1 00kPa＝３００ kPa （１０ｍ＋２０ｍ＝３０ｍ），有效调节容积系数为１－ ｐ １／ｐ２＝ 0 .67；

如果气压罐设置在建筑的最低处，ｐ１ 应为 8 00kPa＋ 1 00kPa＝ 9 00kPa（８０ｍ＋１０ｍ＝９０ ｍ ），ｐ２为 9 00kPa＋ 2 00kPa＝ 1 100kPa（９０ｍ＋２０ ｍ ＝１１０ｍ），有效调节容积系数仅为１ －ｐ１ ／ｐ２＝ 0 .18。

因此，气压罐宜高位布置 。

【问题】

一个以 5 0m作为竖向分区的散热器热水集 中供暖系统（低区），没有条件设置膨胀水箱，采用气压罐补水定压时（不容纳膨胀水量），按计算的数据，选用承压 1 .0MPa的散热器会不会出问题？ 工作压力如何计算合适？

【 解析 】

这个问题包涵了系统定压补水方式、设置气压罐定压但不容纳膨胀水量的补水系统、设置隔膜式气压罐定压且容纳膨胀水量的补水系统、系统的静压和工作压力等多个层次。

~续前文~

7.   定压点设置位置

如果定压补水系统的定压点设置于循环水 泵的吸入口，定压点的最低静压就是以工程压力标记的气压罐下限压力，定压点的最高静压应为以工程压力标记的安全阀开启压力。

系统不同部位的静压和工作压力是不相同的。

系统的最高静压在管系的最低处，系统的最高工作压力在距离循环水泵出口最近的管系最低处。

但是，系统的各个环节并不都需要按照这个压力考虑。

计算点的静压为定压点的静压减去与定压点的几何高差。

计算点的工作压力为静压与水泵形成的动力水头之和，即定压点的工作压力加上循环水泵工作点的扬程，再减去从水泵出口至计算点的阻力损失。

根据计算点的工作压力，可以判断在该点包括散热器在内的系统设备、构件和管道是否超过其额定工作压力。

8. 工作压力计算示例

问题中提到的 “以 5 0ｍ作为竖向分区的 散热器热水集中供暖系统 ”，如设定压补水装置的气压罐设置于标高- ６ｍ的热源机房内，系统最高 点标 高为 5 0ｍ，最高点压力比大气压力高 1 0 kPa ，可作如下计算：

气压罐的下限绝对压力 p 1＝ 6 0 kPa ＋ 5 00 kPa＋1 0 kPa ＋ 1 00 kPa ＝ 6 70 kPa ，上下限绝对压力 比如取 0 .75，则气压罐的上限绝对压力＝ 6 70 kPa ÷ 0 .75＝ 8 93 kPa ，气压罐的有效调节容积系 数 １ -p 1／ p 2＝ 0 .25。

如取安全阀的开启压力为 8 00 kPa （大于气压 罐的 上限绝对压力 8 93 kPa -100 kPa ＝ 7 93 kPa ），循环水泵工作点的扬程为 2 5ｍ，则循环水 泵出口的最大工作压力为 8 00 kPa ＋ k 250 Pa ＝ 1 050 kPa ＝ 1 .05 MPa 。

据此，减去从水泵出口至计算点的阻力损失和与定压点的几何高差，可以得到计算点的工作压力，从而可以判断包括散热器在内的系统设备、构件和管道是否超过其额定工作压力。

如果觉得工作压力仍过大，则可以采取减小上下限绝对压力比和相应降低安全阀开启压力（使之略大于设定的上限压力）等办法，直到满足要求为止。

但减小上下限绝对压力比会降低气压罐的有效调节容积系数。

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