大宅别墅选用壁挂炉供暖系统,若频繁出现超压泄水现象,绝大多数是因为壁挂炉自带的膨胀水箱不能满足系统水体热胀冷缩的要求。在闭式供暖系统中,水因为温度变化而发生“热胀冷缩”会导致系统压力波动,因此系统需要足够容积的膨胀水箱来容纳水的膨胀量,以维持系统水压在安全的工作压力范围内,这就是膨胀水箱的作用。功率在35KW以下的壁挂炉都自带膨胀水箱,当自带的膨胀水箱因为容积过小而不能容纳系统水体的膨胀量时,就会造成系统超压,出现安全阀泄水的现象,当安全阀并发出现问题时,就会导致管道设备破裂损坏。
小设备,大作用,膨胀水箱和安全阀均属于系统的安全组件,只有当膨胀水箱和系统相匹配时,才能确保系统的安全运行。
功率≥40KW或更大的商用锅炉,锅炉本体一般不带膨胀水箱,这就需要另外配置膨胀水箱。对于350~10000平米的壁挂炉并联系统,大都采用二次系统,凡采用隔离换热设备的二次侧系统也需要配置膨胀水箱。
功率在35KW以下的壁挂炉最大工作压力是3Bar,功率在≥40KW的商用锅炉最大工作压力是6Bar,同样的供暖系统,当系统工作压力不同时,配置膨胀水箱是否一样呢?多大容积的膨胀水箱带多大面积供暖才算合适呢?独立供暖系统中的膨胀水箱我们又该如何选型呢?
膨胀水箱的容积和热源供水温度、系统最大工作压力、末端散热形式、楼层高低、系统储水量及膨胀水箱的安装高度等密切相关。
接下来,我们来做具体介绍。
01已知壁挂炉内置膨胀水箱的容积,分析可承担几层楼和多大面积供暖
本文以某单层房屋选用28KW壁挂炉地暖系统为例进行分析,普热惠Venice28kw壁挂炉自带的膨胀水箱容积是10L,膨胀水箱预充压力为1bar,假设壁挂炉自带安全阀的开启压力是2.5bar(取安全保守值,实际是3.3Bar)。
供暖系统的最大工作压力主要由以下4个方面决定:
1、供暖系统的垂直高差引起的水压。
2、供暖系统注满水时的最小定压一般取采暖系统的最高处增加5 mH2O (0.5Bar)。
3、系统中水的热胀冷缩引起的压力变化。
4、水泵的扬程。
壁挂炉膨胀水箱的压力变化来自于上述1+2+3的总压力,因为膨胀水箱等安全组件一般都装在系统的回水管上,这里膨胀水箱处的工作压力就不计水泵扬程,我们假设单层楼房供暖系统最高处和壁挂炉的落差为0,那么来自供暖系统的垂直高度作用在膨胀水箱的水压就为0;采暖系统的最小定压是在初次给采暖系统注满水时的最低压力值,一般取采暖系统的最高处增加5mH2O(0.5Bar)的压力,系统的最小定压也作用在膨胀水箱上;那么,系统水温差引起的膨胀量,使得膨胀水箱的压力变化为2.5-0-0.5=2.0bar。
闭式膨胀水箱在安全工作压力下可承担的膨胀量按下式(1)计算。
计算过程为:
单纯考虑水体因热胀冷缩引起的压力变化,其初始压力为P1=10mH2O,引起膨胀水箱的压力变化为P2=20mH2O,壁挂炉内置膨胀水箱总容积V=10L。
经计算,VP=5L。
这表明:在系统中膨胀水箱允许水体的最大膨胀量为5L。众所周知,水受热胀冷缩影响,在温度变化前后,导致体积和密度不一样,因此,可以用如下公式(2)计算系统承担的水容量。
V0——系统水容量(L);
r1——加热前水的密度(kg/L)(此处按照系统初次注水水温15℃计算,此时温度下水的密度为0.99934kg/L);
r2——加热后水的密度(kg/L)(此处按照地暖供回水平均水温55℃计算,此时温度下水的密度为0.98573kg/L)。
系统水容量可由此计算得出:经计算,V0=362 L。
这表明:如果按每平米地暖储水量1升计,当壁挂炉用于单层住宅地暖系统时,10升膨胀水箱可以负担约360㎡的地暖水的膨胀量。
接下来我们分析10升膨胀水箱的壁挂炉能带几层楼多大面积供暖。
在文章前段已经分析了单层房屋、即供暖系统没有垂直高差的情况下10升膨胀水箱所承担的地暖面积。当壁挂炉承担多层楼供暖时,膨胀水箱的承压还来自于供暖系统垂直高差带来的水压,已知壁挂炉的安全工作压力为25 mH2O(2.5Bar),去掉系统充满水后的最小定压5 mH2O(0.5Bar)和系统垂直高差给膨胀水箱带来的水压,剩下的就是膨胀水箱可承担系统水热胀冷缩引起的压力变化了。
经计算,系统最高点与膨胀水箱安装位置的高差,与膨胀水箱极限工作压力的对应关系见下表。
膨胀水箱可容纳的膨胀量与供暖面积、楼高的关系表 表1
1、上表极限工作压力25mH2O(2.5bar)计算数据适应于功率≤35KW的壁挂炉的一次系统和选用耦合罐的二次系统。
2、极限工作压力55mH2O(5.5bar)计算数据适应于功率≤35KW的壁挂炉选用板换的二次侧系统,也适用于功率≥40KW的商用锅炉的一次系统和选用耦合罐的二次系统。关于二次系统的概念和应用方案详见《供暖系统一次到二次系统,选择板换和耦合罐哪个好?》
3、本表楼层层高取3米。
4、地暖系统的水容量按选用1620管200mm管间距取1L/㎡估算,若选用其他地暖管径可折算单位面积的水容量。
5、散热器系统的水容量按钢管散热器,每柱60cm高的散热器容水量约为1.72L,按100W/取热负荷,折合到每平米的水容量的估算值取1L/㎡。不同型号和材质的散热器水容量不尽相同,钢板散热器的水容量按取1L/㎡估算,铜铝或铸铝散热器的水容量按取0.15-0.5L/㎡估算。
其他地暖规格需要折算到系统水容量,再计算具体铺设面积。
6、表内的地暖和暖气片水温均取供回水平均水温,地暖平均水温为55℃,散热器系统供回水平均水温为70℃;系统最低温度取初次注水时水温约15℃。
7、从上表我们可以看出,当壁挂炉带三层地暖时,一定要加配适应的膨胀水箱,或者在壁挂炉与末端系统之间安装隔离换热设备,进行一次侧和二次侧的隔离,在二次侧加装增压、膨胀水箱等装置。
02采暖面积和楼房总高度确定情况下,应该配置多大容量的膨胀水箱?
如果不超过四层楼高,可以直接参看上述表1查询,譬如某三层楼的地暖系统总计300平米,一次到二次系统选用去耦罐,应该配多大的膨胀水箱?在表一中查到三层高10升膨胀水箱可承担的总地暖面积为144㎡,现地暖面积为300㎡,机房内需要再加配一个10升的膨胀水箱。
如果上表没有参考数值,请按下面过程计算。第一步:我们先了解该采暖形式下相应采暖面积对应的系统膨胀量,查上述表一或用下示公式计算。
第二步:通过了解采暖系统最高的工作压力,楼层高度,确定膨胀水箱的最大工作压力,商用锅炉取5.5Bar,壁挂炉取2.5Bar,这个取值相对安全。
第三步:计算膨胀水箱在相应工作压力下可承担的系统水体膨胀的容积。
第四步:根据水体膨胀量,按式(5)计算所需膨胀水箱容积。
以上关于膨胀水箱的选型是在不考虑系统高度压差的情况下进行的,如果系统存在高度差,需要将高度引起的压差考虑在内。
膨胀水箱是缓冲和平衡系统压力的安全组件,有不可忽视的重要作用,其容量大小一定要谨慎选择。