膨胀罐选型计算和其他事项
膨胀罐选型计算和其他事项
膨胀罐（也称定压罐、气压罐）在空调、太阳能、锅炉等暖通系统以及供水和消防设备中发挥着重要作用。本文将详细介绍膨胀罐的工作原理、选型计算方法及其在不同系统中的应用，帮助工程师们更好地理解和使用这一关键设备。
膨胀罐的工作原理
膨胀罐广泛应用于空调、太阳能、锅炉等暖通系统以及供水和消防设备，主要功能是缓冲系统压力波动，消除水锤，起到稳压卸荷的作用。其工作原理基于波义耳气体定律：当外界有压力的水进入膨胀罐气囊内时，密封在罐内的氮气被压缩，气体受到压缩后体积变小压力升高，直到膨胀罐内气体压力与水的压力达到一致时停止进水。当水流失压力减低时膨胀罐内气体压力大于水的压力，此时气体膨胀将气囊内的水挤出补到系统。直到气体压力与水的压力再次达到一致时停止排水。
膨胀罐一般由罐体、气囊、接水口及排气口四部分组成。闭式膨胀罐一般配备泄水阀、泄气阀、压力表和安全阀等。
膨胀罐在系统中的作用
膨胀罐在系统中的作用可以归纳为两点：
- 容水作用：系统升温时，膨胀罐从系统吸纳因热膨胀而多余的水，系统降温和渗漏时，向系统补水；
- 定压作用：膨胀罐与系统相连的点，常作为系统的定压点或恒压点，进而可保证系统不倒空、不溢水、不超压，保护系统正常运行。
系统压力与水量变化的原因包括：
- 在制冷与制热都用同一系统时，水由于制冷或者制热会引起的体积变化；
- 泵启停时，管路都会有巨大的压力变化；
- 系统补水漏水，也会使系统产生水量和压力的变化。
功能系统选型计算
膨胀罐选型计算公式如下：
v=膨胀罐选型容积（L）
e=水加热膨胀系数，根据系统最高水温和冷系统水温的差值计算。在供暖系统中根据惯例选择0.035这一系数。
C=系统总水量（L）
Pi=绝对起始压力（bar）:由膨胀罐安装位置的系统静压+0.3 bar+大气压力（1bar）组成。实际上是膨胀罐预充压力+1 bar.
Pf=绝对最终压力（bar）:由系统动行时最大压力（即安全阀设定压力） +大气压力（1 bar）组成。实际上是安全阀设定压力+1 bar。
相对水温4℃的水加热膨胀系数（ρ=10000 kg/m³）
示例：计算一个供暖系统所需膨胀罐容积：
с=系统容水量=3000L
Pid =安装点的静压=2 bar
Psic =安全阀设定压力=3.5 bar
计算演示使用上面的公式：
e =0.035（按供暖惯用系数）
Pi =Pid+0.3+Patm=2+0.3+1=3.3 bar
Pf =Psic+Patm=3.5+1=4.5 bar
因此：V=（0.035×3000）/[1-（3.3/4.5）]=393L
所以选择容积为400L的膨胀罐。
速算公式：将系统总水量乘以以下表格中的系数即能迅速得出膨胀罐容积
系统每升水的所需膨胀罐容积量（以系数e=0.035计算）
储水式热水系统选型计算
储水式热水系统选型计算公式如下：
V =膨胀罐选型容积（L）
e =水加热的膨胀系数。根据储水箱热水温度与注水时冷水温度的差值计算。
Ca=加热的水量（L）
Pin=绝对起始压力（bar） ：由注水时冷水最大压力+大气压力（1bar）组成。实际上是冷水压力+1 bar。
Pfin=绝对最终压力（bar） ：由系统运行时最大压力（即安全阀设定压力） +大气压力（1bar）组成。实际上是安全阀设定压力+1 bar。
示例：计算一个卫生热水系统中所需膨胀罐容积：
Ca =被加热水的容积=500L
T1 =冷水温度=10℃
T2 =储热水箱热水温度=55℃
Pes =冷水进水最大压力=3.5 bar
Psic =安全阀设定压力=6 bar
计算演示：
根据水加热膨胀特系数"e"表查出
TI =10℃ el= 0.00025
T2 = 55℃ e2 = 0.01447
因此：e（△T=45℃）=（e2-el）=（0.0144-0.00025）=0.014
Pin =Pes+Patm-3.5+1=4.5 bar
Pfin =Psic+Patm=6+1=7 bar
运用公式：
V =（0.014x500）/[1-（4.5/7]=19.6L
所以选择容积为24L的膨胀罐。
速算公式可使用以下速算公式：
V=f×Ca
"f"是温差40℃到50℃，在相应的进水压力和安全阀设定压力下的速算系数，图表如下：
隔膜式定压罐选型公式
隔膜式定压罐选型计算公式如下：
v =定压罐容积（L）
Gpr =设计流量（L/s）
Pmin -最低增压压力（bar） ，即压力开关最低压力开启值。
Pmax-最高增压压力（bar） ，即压力开关最高压力关闭值。
a =每小时水泵最多开启次数。
a=30 ：<3kw功率的水泵
a=25 ：3-5kw功率的水泵
a=20 ：5-7 kw功率的水泵
a=15 ：7-10 kw功率的水泵
a=10 ：>10 kw功率的水泵
示例：计算一个供水系统定压罐容积：
Gpr=3.4L/s
Pmin=5bar
Pmax =6bar
水泵功率=1.5kW
计算演示：
V=[6×（3.4×60]/ 30×[ （6+1）/（6-5）]=285.6L
因此选择容积为300L的定压罐。
安装注意事项
- 膨胀罐应安装在系统水温较低的地方，避免高温水加速气囊的老化。在热力系统中如空调、锅炉、热泵等一般安装在系统的回水端，储热水箱的冷水入水端；供水系统中膨胀罐安装在泵的出水口，缓冲泵在起、停时候的水锤；闭式循环系统严禁将膨胀罐安装在循环泵的出口，以免造成水泵的气蚀，降低水泵的使用寿命；
- 35L及以下的膨胀罐一般可直接连到系统管道上，35L以上的膨胀罐自带三脚支架，避免膨胀罐在工作时进水和自重对系统管道产生较大的载荷，使用金属软管把膨胀罐连接到系统，埋地螺钉固定膨胀罐支脚，保证使用过程中的平稳；
- 膨胀罐附近要安装安全阀，避免在系统压力异常的时候损坏膨胀罐和系统其他部件；
- 膨胀罐要安装在便于检修的位置，100L及以上的膨胀罐顶部要安装自动排气阀，以便及时排出气囊内工作介质溢出的气体，提高膨胀罐的使用效率；
- 在太阳能承压循环系统中膨胀罐一般安装在水泵的进口附近。
使用维护要点
- 若是膨胀罐是放在特殊场合，应告知供应商，以便有相关的膜体对应使用；
- 膨胀罐的工质介质一般为水或者水和防冻液的混合物（水的比例不得小于50%），其他介质需要打电话咨询；
- 应严格按公式来计算所需膨胀罐的大小，膨胀罐过小会引起安全阀的频繁起跳和自动补水阀的频繁补水；
- 膨胀罐的最大工作压力跟其罐体上标注的预充压力一一对应，如果因使用需要改变了其预充压力，最大工作压力随之改变，基本遵循以下规律，预充压力减小，其最大工作压力随之减小，具体减小到多少要计算，预充压力增大其最大工作压力不变；
- 测试膨胀罐气囊时建议直接用水压测试，严禁使用锋利的器件碰触气囊；
- 膨胀罐应一年检查一次其预充压力，如果发现压力下降应及时补气，以免影响其正常使用；
- 罐体标签上有注明工作温度和最大工作压力，严禁超出此范围使用，如果需要，请联系厂家；
- 更换膨胀罐前应先把系统关停，或者把膨胀罐和系统隔开，防止系统介质通过膨胀罐接口处泄露，更换的膨胀罐最好跟原膨胀罐体积、耐温和耐压一致。