【問題】

一個以50m作為豎向分區(qū)的散熱器熱水集中供暖系統(tǒng)（低區(qū)），沒有條件設(shè)置膨脹水箱，采用氣壓罐補(bǔ)水定壓時（不容納膨脹水量），按計(jì)算的數(shù)據(jù)，選用承壓1.0MPa的散熱器會不會出問題？工作壓力如何計(jì)算合適？

【解析】

這個問題包涵了系統(tǒng)定壓補(bǔ)水方式、設(shè)置氣壓罐定壓但不容納膨脹水量的補(bǔ)水系統(tǒng)、設(shè)置隔膜式氣壓罐定壓且容納膨脹水量的補(bǔ)水系統(tǒng)、系統(tǒng)的靜壓和工作壓力等多個層次。

1. 應(yīng)盡量采用膨脹水箱定壓補(bǔ)水。

GB50019-2003《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.4.13條和GB50736-2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》第8.5.18-2條都明確規(guī)定：宜采用高位水箱定壓。

其條文說明解釋道：高位膨脹水箱具有定壓簡單、可靠、穩(wěn)定、省電等優(yōu)點(diǎn)，是目前最常用的定壓方式，因此推薦優(yōu)先采用。

特別是當(dāng)系統(tǒng)靜水壓力接近系統(tǒng)設(shè)備、構(gòu)件和管道所能承受的工作壓力時，更應(yīng)采用高位膨脹水箱定壓。

一般建筑內(nèi)，與必須設(shè)置高位消防水箱一樣，都具備設(shè)置高位膨脹水箱的條件。如果建筑的中間層缺乏設(shè)置高位膨脹水箱的條件，也可以僅在頂層設(shè)置，利用高區(qū)的膨脹水箱通過可調(diào)式減壓閥為低區(qū)定壓補(bǔ)水。

2. 設(shè)置氣壓罐定壓補(bǔ)水

有氣壓罐的調(diào)節(jié)容積不容納膨脹水量和容納膨脹水量兩種方式。

可參照《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施　暖通空調(diào)·動力》第6.9.4條和第6.9.8條的方法計(jì)算。

3. 簡單闡述

如果覺得上述計(jì)算方法所表達(dá)的理念比較煩瑣，也可作以下簡單闡述：

不管是否容納膨脹水量，各種形式氣壓罐的有效調(diào)節(jié)容積是其中的氣體容積變化量，遵循在相同溫度條件下，壓力與體積的乘積為常數(shù)的理想氣體方程，即：

ｐＶ＝ＲＴ。如果近似認(rèn)為溫度不變，則p1Ｖ１＝p2Ｖ２。

可進(jìn)一步推導(dǎo)出 ΔＶ=V1（1-p1/p2）

式中

ΔＶ為氣壓罐的有效調(diào)節(jié)容積；

Ｖ１為氣壓罐的總?cè)莘e；

ｐ1為氣壓罐的下限絕對壓力，取決于系統(tǒng)定壓點(diǎn)的靜壓下限，是保證系統(tǒng)能充滿水和正常排除系統(tǒng)中空氣的最低允許壓力；

P2為氣壓罐的上限絕對壓力，是為達(dá)到有效調(diào)節(jié)容積，補(bǔ)水泵的必要擴(kuò)展運(yùn)行區(qū)間；

p1/p2為上限和下限絕對壓力比，一般宜取0.65~0.85；

（１－p1/p2）為氣壓罐的有效調(diào)節(jié)容積系數(shù)。

很明顯，要得到較大的有效調(diào)節(jié)容積，需要設(shè)置較高的絕對壓力上限值，這就會使系統(tǒng)壓力升高。

例如，按照許多技術(shù)資料的說法，上限和下限絕對壓力比p1/p2一般宜取0.65~0.85，如取中間值0.75，則當(dāng)下限絕對壓力為0.6ＭＰａ時，上限絕對壓力就需達(dá)到0.798ＭＰａ，系統(tǒng)壓力升高了0.198ＭＰａ；即使絕對壓力比取0.85，系統(tǒng)壓力也將升高0.1ＭＰａ。

【問題】

一個以50m作為豎向分區(qū)的散熱器熱水集中供暖系統(tǒng)（低區(qū)），沒有條件設(shè)置膨脹水箱，采用氣壓罐補(bǔ)水定壓時（不容納膨脹水量），按計(jì)算的數(shù)據(jù)，選用承壓1.0MPa的散熱器會不會出問題？工作壓力如何計(jì)算合適？

【解析】

這個問題包涵了系統(tǒng)定壓補(bǔ)水方式、設(shè)置氣壓罐定壓但不容納膨脹水量的補(bǔ)水系統(tǒng)、設(shè)置隔膜式氣壓罐定壓且容納膨脹水量的補(bǔ)水系統(tǒng)、系統(tǒng)的靜壓和工作壓力等多個層次。

~續(xù)前文~

4. 膨脹水量的考慮

按照容納膨脹水量的方式設(shè)置時，氣壓罐的有效調(diào)節(jié)容積ΔＶ應(yīng)能容納系統(tǒng)運(yùn)行時最高水溫對應(yīng)的水容量變化，即系統(tǒng)的膨脹水量。

而在系統(tǒng)停止運(yùn)行后水冷卻體積收縮，該水量又在氣壓罐的壓力作用下補(bǔ)回系統(tǒng)。只有當(dāng)出現(xiàn)跑、冒、滴、漏現(xiàn)象使系統(tǒng)壓力低于下限絕對壓力時，補(bǔ)水泵才開始運(yùn)行，直至達(dá)到上限絕對壓力。

按照不容納膨脹水量的方式設(shè)置時，系統(tǒng)加熱過程的膨脹水量則通過壓力傳感器控制的泄水電磁閥流回開式補(bǔ)水箱，在系統(tǒng)停止運(yùn)行、水冷卻體積收縮后，系統(tǒng)壓力低于下限絕對壓力，壓力傳感器控制補(bǔ)水泵運(yùn)行，將補(bǔ)水箱的水補(bǔ)入系統(tǒng)，直至達(dá)到上限絕對壓力。

顯然，與容納膨脹水量的方式相比，補(bǔ)水泵需要較長時間運(yùn)行，但氣壓罐可以采用較小的有效調(diào)節(jié)容積，例如按照不小于3min的補(bǔ)水泵流量設(shè)置，其作用僅為減少補(bǔ)水泵的頻繁啟停，如同采用氣壓罐的加壓給水系統(tǒng)。

由于有效調(diào)節(jié)容積小，即使采用精度較高的壓力傳感器控制，仍不能確保系統(tǒng)連續(xù)不間斷補(bǔ)水，在補(bǔ)水短暫間斷時，由于不可避免的跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，會有空氣進(jìn)入。

而且，膨脹水量通過開式補(bǔ)水箱循環(huán)，會增加系統(tǒng)循環(huán)水的含氧量，加速系統(tǒng)的腐蝕。

因此，有條件設(shè)置較大容量氣壓罐時，宜盡量不采用不容納膨脹水量的方式。

5. 氣壓罐設(shè)置高度

氣壓罐設(shè)置的位置（高度）也會對有效調(diào)節(jié)容積產(chǎn)生很大影響。例如，某80ｍ高的建筑，當(dāng)上下限壓差取200kPa（２０ｍ）時，如果氣壓罐設(shè)置在建筑的最高處，工程壓力可為０，即絕對壓力ｐ１為100kPa（１０ｍ），ｐ２為200kPa＋100kPa＝３００kPa（１０ｍ＋２０ｍ＝３０ｍ），有效調(diào)節(jié)容積系數(shù)為１－ｐ１／ｐ２＝0.67；

如果氣壓罐設(shè)置在建筑的最低處，ｐ１應(yīng)為800kPa＋100kPa＝900kPa（８０ｍ＋１０ｍ＝９０ｍ），ｐ２為900kPa＋200kPa＝1100kPa（９０ｍ＋２０ｍ＝１１０ｍ），有效調(diào)節(jié)容積系數(shù)僅為１－ｐ１／ｐ２＝0.18。

因此，氣壓罐宜高位布置。

【問題】

一個以50m作為豎向分區(qū)的散熱器熱水集中供暖系統(tǒng)（低區(qū)），沒有條件設(shè)置膨脹水箱，采用氣壓罐補(bǔ)水定壓時（不容納膨脹水量），按計(jì)算的數(shù)據(jù)，選用承壓1.0MPa的散熱器會不會出問題？工作壓力如何計(jì)算合適？

【解析】

這個問題包涵了系統(tǒng)定壓補(bǔ)水方式、設(shè)置氣壓罐定壓但不容納膨脹水量的補(bǔ)水系統(tǒng)、設(shè)置隔膜式氣壓罐定壓且容納膨脹水量的補(bǔ)水系統(tǒng)、系統(tǒng)的靜壓和工作壓力等多個層次。

~續(xù)前文~

7. 定壓點(diǎn)設(shè)置位置

如果定壓補(bǔ)水系統(tǒng)的定壓點(diǎn)設(shè)置于循環(huán)水泵的吸入口，定壓點(diǎn)的最低靜壓就是以工程壓力標(biāo)記的氣壓罐下限壓力，定壓點(diǎn)的最高靜壓應(yīng)為以工程壓力標(biāo)記的安全閥開啟壓力。

系統(tǒng)不同部位的靜壓和工作壓力是不相同的。

系統(tǒng)的最高靜壓在管系的最低處，系統(tǒng)的最高工作壓力在距離循環(huán)水泵出口最近的管系最低處。

但是，系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)并不都需要按照這個壓力考慮。

計(jì)算點(diǎn)的靜壓為定壓點(diǎn)的靜壓減去與定壓點(diǎn)的幾何高差。

計(jì)算點(diǎn)的工作壓力為靜壓與水泵形成的動力水頭之和，即定壓點(diǎn)的工作壓力加上循環(huán)水泵工作點(diǎn)的揚(yáng)程，再減去從水泵出口至計(jì)算點(diǎn)的阻力損失。

根據(jù)計(jì)算點(diǎn)的工作壓力，可以判斷在該點(diǎn)包括散熱器在內(nèi)的系統(tǒng)設(shè)備、構(gòu)件和管道是否超過其額定工作壓力。

8. 工作壓力計(jì)算示例

問題中提到的“以50ｍ作為豎向分區(qū)的散熱器熱水集中供暖系統(tǒng)”，如設(shè)定壓補(bǔ)水裝置的氣壓罐設(shè)置于標(biāo)高-６ｍ的熱源機(jī)房內(nèi)，系統(tǒng)最高點(diǎn)標(biāo)高為50ｍ，最高點(diǎn)壓力比大氣壓力高10kPa，可作如下計(jì)算：

氣壓罐的下限絕對壓力p1＝60kPa＋500kPa＋10kPa＋100kPa＝670kPa，上下限絕對壓力比如取0.75，則氣壓罐的上限絕對壓力＝670kPa÷0.75＝893kPa，氣壓罐的有效調(diào)節(jié)容積系數(shù)１-p1／p2＝0.25。

如取安全閥的開啟壓力為800kPa（大于氣壓罐的上限絕對壓力893kPa-100kPa＝793kPa），循環(huán)水泵工作點(diǎn)的揚(yáng)程為25ｍ，則循環(huán)水泵出口的最大工作壓力為800kPa＋k250Pa＝1050kPa＝1.05MPa。

據(jù)此，減去從水泵出口至計(jì)算點(diǎn)的阻力損失和與定壓點(diǎn)的幾何高差，可以得到計(jì)算點(diǎn)的工作壓力，從而可以判斷包括散熱器在內(nèi)的系統(tǒng)設(shè)備、構(gòu)件和管道是否超過其額定工作壓力。

如果覺得工作壓力仍過大，則可以采取減小上下限絕對壓力比和相應(yīng)降低安全閥開啟壓力（使之略大于設(shè)定的上限壓力）等辦法，直到滿足要求為止。

但減小上下限絕對壓力比會降低氣壓罐的有效調(diào)節(jié)容積系數(shù)。