浅谈闭式热水系统中压力式膨胀罐的设置

刘庆

【摘要】 日用热水量大于30m?闭式热水供应系统应设置压力式膨胀罐。但膨胀罐占用面积较大，本文以某大型五星级酒店热水系统设计为实例，探讨了在不同的设计方案下，通过对影响压力膨胀罐总容积因素的分析，给出了减小压力膨胀罐总容积及降低造价的一些措施。

【关键词】闭式热水系统 压力式膨胀罐 膨胀罐最大允许压力 容积

近年来，随着我国国民经济的高速发展， 人民生活水平日益提高，在民用建筑中集中热水供应系统的设计安装也越来越多，系统的安全可靠成了设计工作中很重要的一个内容，同时本着国家节水节能精神，减少系统因膨胀引起的排泄水量也应纳入设计人员考虑的问题之一。

按国家规范《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）（2009年版）中5.4.21条的要求“1.日用热水量小于等于30 m?的热水供应系统可采用安全阀等泄压的措施。2.日用热水量大于30m?的热水供应系统应设置压力式膨胀罐，膨胀罐的总容积5.4.21式计算”。但压力膨胀罐的设置需要占用大量的设备用房面积，当系统用水量较大时，压力膨胀罐的体积甚至于超过换热器的体积，因此如何减小压力膨胀罐的体积，成了闭式热水系统设计中的一个重要环节，下面以某大型五星级酒店热水系统设计为实例，探讨了在不同的设计方案下，通过对影响压力膨胀罐总容积因素的分析，给出了减小压力膨胀罐总容积及降低造价的一些措施。

一.设置安全阀或膨胀罐的必要性

根据物理学知识，随着水温的变化，热水的密度也随之发生变化。水温升高，密度减小，其体积相应增大。由于水是不可压缩的液体， 如不能将膨胀体积相当的水量排出系统，则在分子力的作用下， 系统内将产生很大的压力，使系统超压，会造成对设备或系统配件的损坏，所以无论是闭式、还是开式热水循环系统，都要给水一个热膨胀的空间。如果没有膨胀空间，在闭式系统时，压力会升高的很快，顶开安全阀向系统外泄水，造成水的浪费。在开式系统中，如果没有膨胀空间，水受热后膨胀的部分会从开式水箱上的溢流管流出。在一天中水温不是恒定不变的，这样系统中的水会随受热后温度升高而膨胀溢出，又会因水温降低，水的体积收缩而不能充满整个系统，这样下来，系统会出现不断的补水和泄水现象，对整个系统的运行是不利的。所以，必须采取有效的措施来防止上述现象的发生，在开式系统，可以通过设置膨胀管来解决，而在闭式系统中，解决问题的方法就是设置安全阀或膨胀罐。

二.压力膨胀罐的设置原理

压力膨胀罐的工作原理：压力膨胀罐罐体中（橡胶囊外）充入一定量的空气，空气压与系统压力相等，系统工作前水不会进入到闭式膨胀罐内，当系统水升温时，产生膨胀；由于整个系统是闭式的，所以膨胀水流至闭式膨胀罐内。当系统水温恢复到原来状态时，系统水恢复到原来的体积，进入压力膨胀罐内的膨胀水在压力膨胀罐体内上升的空气压作用下返回到系统内，系统恢复升温前的状态，从而起到吸收膨胀水量的作用。

三.压力膨胀罐的总容积及设置位置

1. 压力膨胀罐的容积：

式中

Ve——闭式膨胀罐的总容积（m3）；

P1——闭式膨胀罐所处位置的管内压力（MPa，绝对压力）；为管内工作压力加0.1（MPa）；

P2——闭式膨胀罐所处位置的管内最大允许压力（MPa，绝对压力）；其数值可取1.10 P1 （应校核P2值，并不应大于水加热器的额定工作压力）；

Pm——闭式膨胀罐允许增加的压力，MPa，Pm=P2-P1；

Vs——系统内热水总容积 （m3）；

f——加热前、贮热设备内水的密度（Kg/L）；定时供应热水的系统宜按冷水温度确定，全日集中热水供应系统宜按热水回水温度确定；

r——热水的密度（Kg/L）。

从公式来看，对于全日集中热水供应系统，在供回水温度不变的情况下（即公式中的 f与 r不变），闭式膨胀罐容积的大小与管内压力P1成正比，与系统内最大允许增加的Pm成反比，因此减小P1，增大Pm就可起到减小压力膨胀罐容积的作用。

2. 压力膨胀罐的位置：压力膨胀罐宜设置在加热设备的热水循环回水管上，主要目的是保护罐内的橡胶隔膜，使其不位于热水供水的高温端，延长其使用寿命。

3. 另外，选用压力膨胀罐时，注意要选耐热型的膨胀罐，平时变频给水系统所用的隔膜式气压罐原理和热水压力膨胀罐是相同的，只是所用的橡胶材料有所不同，热水膨胀罐橡胶需耐热橡胶，以延长使用寿命，而恒压供水的气压罐采用一般橡胶。

四.工程实例分析

深圳某国际大酒店总建筑面积约115000 m2 ，地下一层为车库及设备用房，地上部分裙房4层，客房部分由二栋塔楼组成，每栋24层，客房总间数（套）528间（套），为较高档次的大型五星级酒店项目。

该工程客房生活热水系统采用闭式系统，在地下室设热交换间，热源为锅炉房的95℃高温水，客房部分热水系统分成高中低三个供水分区，低区为5～11层，中區为12～17层，高区为18～24层，每个分区设二个6m3的容积式热交换器，各分区的热水水源直接取自应生活给水分区的变频供水系统，由于每个分区的计算方法相同，本文仅以客房高区部分热水系统为例进行对比计算，来分析膨胀罐设置位置的不同以及安全阀设定压力的不同对其总容积大小的影响。通过计算，高区日用热水量为46 m3，大于30 m3，应设置压力式膨胀罐。

该闭式热水系统中，系统热水供水温度均为60℃，假设回水温度均为45℃，则 f =0.99kg/L， r =0.983kg/L。系统内热水总容积均为15000L。

系统一，压力膨胀罐设于地下室的热水泵房内，进水管压力P1=1.3Mpa，膨胀罐管内最大允许压力P2取1.10P1，为1.43MPa，则Pm=0.13Mpa，这时：

L

系统二，压力膨胀罐设于屋顶水箱间，屋顶水箱间与地下室热水泵房高差约105米，进水管压力P1=0.25Mpa，膨胀罐管内最大允许压力P2取1.10P1，为0.275MPa，则Pm=0.025Mpa，这时：

L

若在系统二中，其他不变，而膨胀罐管内最大允许压力P2取0.38Mpa，Pm=0.13Mpa时：

L

五.总结及分析

通过以上计算结果，可以看出，若膨胀罐管内最大允许压力P2都取1.10倍P1时，膨胀罐低置于地下室与高置于屋面的容积Ve是一样的，但是高置时的最大允许压力P2数值却小很多，只要将高置时允许增加的压力值Pm提高到低置时相同的0.13Mpa，即可大大减小膨胀罐的总容积，且罐体的耐压等级相比低置时也大幅度降低，罐体的原材料消耗也低，设备的造价自然降低，还能节省设备的占地面积。所以，当设备用房面积有限时，可把压力膨胀罐设于屋顶或其它较高的地方，从而达到减少其占地面积以及降低设备造价的目的，但这会增加了一根从热水循环回水管上引至膨胀罐的专用立管，同时设备的布置分散，给物业管理带来了一定的麻烦。对于以上几种不同情况下的压力膨胀罐的设置，孰优孰劣，设计时应做出技术经济分析，综合利弊，才能正确地决定采用何种方案。