膨胀罐、缓冲水箱和大型蓄能水箱的选型表及计算,收藏备用!

膨胀罐、缓冲水箱和蓄能水箱,都是为了加大系统的水容量,达到使系统更稳定、更节能的目的。
从使用上来说,膨胀罐是系统的必须件,只要是有水泵的水循环系统,不管有没有缓冲水箱,一定要膨胀罐或是高位膨胀水箱。而缓冲水箱是优化件。系统中安装缓冲水箱对保障系统的稳定性,提高节能效果有重要作用。
而在大系统中,则经常采用大型蓄热水箱。目的是为实现主机在环境温度较高的时间段运行,或在选择在谷电价的时间段运行,用水箱蓄能的方式把热能储存起来,在其它的时间段释放热能,从而到达节能降低运行费用的目的。
对于他们的必要性,我们之前已经讲过无数次了,但很多经销商对于这三者之间的选型还是处于一知半解。今天,我们少谈一些复杂的计算,从实用经验来看一下这三者的选型方法。
一、膨胀罐
水加热之后是有膨胀的,如果没有膨胀罐的存在,水就会把其他的连接件损坏,所以膨胀罐的作用是不可忽视的,尤其在小系统中。现在很多品牌的主机,都已经内置了膨胀罐。比如把5p机里,内置一个至少5L的膨胀罐。
膨胀罐参考选型表

制热量(KW)

膨胀罐容积(L)

<12.5

5

12.5~25

8

25~45

12

45~75

19

75~112.5

24

112.5~150

36

使用上表要注意:① 膨胀罐最好选择304不锈钢法兰,碳钢镀锌比较容易生锈。②膨胀罐的预充压力等于补水阀的设定压力。③建议膨胀罐每1~2年检查一下充气压力,压力低时充气。④配套自动补水阀、泄压阀。

二、缓冲水箱
缓冲水箱是增加小型系统的水容量,存储冷量或热量,有效地解决系统过小所带来的负荷波动和主机频繁的启动问题,从而达到延长设备寿命和节能省电的目的。
在水循环系统中膨胀水箱是必须要的设备,而缓冲水箱不是必须要的设备。比如说做一个一次系统小型户式热泵地暖系统,缓冲水箱就是多余的。一百平方米的地暖水容量大约是120L,无需用缓冲水箱。假如是一个二次系统,也就是说有一个二次泵的系统,缓冲水箱作为一次侧的热容池,或许是需要的。
缓冲水箱参考选型表

制热量(KW)

水箱容量(L)

<20

60

20~45

100

45~70

200

70~130

300

使用上表要注意:① 储能水箱容易受水系统总水容量、末端同时使用台数及空调主机配置的情况影响,一般系统的总容水量为6~10L/KW制热量,同时使用台数低的选大值。②计算总容水量(6~10L/KW ×机组制热量KW)-当前系统实际水容量=蓄能水箱容量。③安装要求:安装在回水端,高进低出,顶部安装排气阀。

三、大型蓄能水箱
由于水的比热容较大4186j/kg(即4186j/升),水是廉价的蓄热介质,所以工程上通常选用水箱蓄热的方式。
方式一:仅用空气源热泵加热
由于空气源热泵机组的产水温度低,水箱蓄能的最大温差是15℃左右(水温从35℃升到50℃),所以1立方米水的最大蓄热量只有15000千卡=17.44kwh(忽略能量转化效率,余同)。
高位水箱的作用:为系统补水、系统水的冷热膨胀预留空间,没有蓄能的作用,不参与末端的水循环;蓄能水箱的作用是为系统储存热量(冷量),参与末端的水循环。
蓄能水箱的容积=水箱需要储存的热能/温差(此公式忽略热损失)
如,热负荷指标是45w/㎡,1000平的建筑储存10个小时的热量,需要的水箱容积是:(450kwh×860千卡/kwh)/15=25.8立方米,考虑到水箱散热的热损失,水箱的容积应再增加15%的余量,水箱的容积应是25.8×1.15=30立方米,即盛水30吨。
由此可见,这种水箱蓄能的缺陷:增加安装成本,占据空间大、承重超出了建筑的设计要求,散热损失大、运行费用高。
方法二:用电锅炉+热泵加热
现在介绍第二种方法,采用采用电锅炉+空气源热泵主机给水箱加热的蓄能方式。
首先把空气源热泵主机把水箱中的水温从35℃提升到50℃,电锅炉再把水温提升到95℃,合计提升温差60℃。所以,1立方米的水蓄热量是60000千卡=69.77kwh。
水箱的容积=水箱需要储存的热能/温差
例如,热负荷指标是45w/㎡,1000㎡的建筑储存10个小时的热量,需要的水箱容积是:(450kwh×860千卡/kwh)/60=6.45m³,考虑到水箱散热的热损失,水箱的容积应再增加15%的余量,水箱的容积应是6.45×1.15=7.4m³,即盛水7.4吨。
电锅炉的制热功率=水箱储存的热能×45/60÷电锅炉的工作时间(忽略电发热转换效率)
例如,热负荷指标是45w/㎡,1000㎡的建筑储存10个小时的热量,需要电锅炉的功率是:450kwh×45/60÷10h=33.75kw。考虑到散热等损失,电锅炉的功率应再增加15%的余量,因此,实际上电锅炉的制热功率应是33.75×1.15=38.8kw。
由此可见,这种蓄能方式水箱的容积是前者的1/4,大幅度地减少了水箱的占地面积及建筑物的承重负担。
方式三:用峰谷电水箱蓄热
在晚间谷电价的时间段中,空气源热泵机组把蓄热水箱的水温从35℃提升到50℃,电锅炉再把水温提升到95℃。
每1kg水温度升高60℃的蓄热量为60千卡=0.06977kwh,即1T水(容积1立方米)的蓄热量为69.77kwh。
如,西安1000㎡非节能建筑,按热负荷指标为60W/㎡计算,储存8个小时温度升高60℃热能需要水箱的容积是:60*8kwh/69.77kwh=6.878m³;所以水箱的容积约为7m³(如空气源热泵机组15度温差容积为28m³)。
这种蓄热方式的优势在于:
a.有效地利用了低谷电,对整个电网来讲,起到了“削峰填谷”的作用,对用户来讲,降低了运行费用;
b.与使用蓄热电锅炉相比,设备的造价低;
c.与使用蓄热电锅炉相比,设备占据空间少,重量轻,减少了建筑的承重负荷。
此外,除了水箱蓄能,实际上更推荐利用建筑本身来蓄能。这是因为:符合国家节能建筑标准的建筑物,维护结构热惰性指标D>6,尤其是地暖项目,建筑物本身就是一个巨大的蓄能体。
建筑物蓄能的特点:不需要再投入其它的蓄能设备,不占建筑物空间,不用考虑建筑物的承重问题,设备的投入少,同时蓄热量大。因此,在节能建筑的前提下,应充分利用建筑蓄能,尽量不使用水箱蓄能的方式。

版权:膨胀罐和缓冲水箱部分整合自本微之前文章,大型蓄热水箱的选型,来自北方供暖大商王言明老师的《空气源热泵大型工程供热制冷》。配图由哈维空气能、中广欧特斯提供,特此致谢。

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