闭式膨胀水箱在热水系统中的应用

包 虹
上海建筑设计研究院

　　热水系统按热水循环的方式、加热器布置的形式、热水总干管布设的方式、热水回水管布设的方式可分为各种类型热水系统，归纳为开式热水系统与闭式热水系统两大类。随着我国国民经济发展、供水设备生产技术水平的提高、人们对建筑物外立面美观要求的提高，闭式膨胀水箱在热水系统中的应用逐日广泛。
　　闭式膨胀水箱工作原理：闭式膨胀水箱罐体中(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水箱内，当系统水升温时，产生膨胀；由于系统是闭式的配管，所以膨胀水流至闭式膨胀水箱内。当系统水温恢复到原来状态时，系统水恢复到原来的体积，进入闭式膨胀水箱内的膨胀水在闭式膨胀水箱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。
　　闭式膨胀水箱总容积的计算公式如下：

　　　　P₁V=P₂(V—Vp)
　　　 V=V_p／(1—P₁／P₂) 　　 (1)
　　　 V_P=(1/r₂-1／r₁)V_{c　　　(2)}

　　式中
　　V——闭式膨胀水箱总容积(L)；
　　Vp——热水系统的膨胀水量(L)，按式(2)计算
　　P₁——闭式膨胀水箱所处位置的管内压力(mH20，绝对压力)；
　　P₁＝冷水进水管压力十10(mH₂0)；
　　P₂——闭式膨胀水箱所处位置的管内最大允许压力(mH₂O，绝对压力);P₂＝P₁十P_m
　　Pm——热水系统容许增加的压力(mH₂O)；
　　Pm＝安全阀设定压力—(0.1×安全阀设定压力十冷水进水管压力)；
　　Vc——系统内热水总容量(L)；
　　r₁——加热前水的密度(Kg/L)；
　　r₂——加热后水的密度(Kg/L)。

　　笔者在几项热水系统设计中采用闭式膨胀水箱，有效地解决了闭式热水系统中因水温度变化而引起的水的热胀冷缩，起到对系统定压功能。
　　实例一、上海国际金融大厦的热水系统设计；大厦建有53层，建筑高度210米，大厦设有集中热水系统，其分区与冷水系统一致，共设计五组容积式热交换器设备，分别设置在B3F、17F、32F、PRF设备层内(见附图一)，采用了闭式热水系统，在容积式热交换器热水出水总管上设置了闭式膨胀水箱，避免了开式热水系统膨胀管的设置，减少了管道井及设备层内的管道数量，热水管路简洁。
　　实例二、某一多层高级住宅项目热水系统设计，因项目性质特殊，屋顶电梯机房上不允许设置设备，而甲方又不愿意采用恒压变频供水设备，故采取生活水池一水泵一屋顶水箱给水系统，容积式热交换器冷水补水由屋顶水箱供给。屋顶水箱底距最不利用水点(五层卫生间内淋浴龙头)的静水压为0．0.03MPa，经热水系统管路水力计算：热水管最不利用水点出水压力为负值，表明屋顶水箱设置高度不够克服热水系统管路及其设备的水头损失，冷水供水系统加设增压泵(见附图二)，增压泵扬程8米(依据《建筑给水排水设计规范》GBJl5—88(1997版)“第2．3．4条高层建筑生活给水系统的竖向分区，应根据使用要求、材料设备性能、维修管理、建筑物层数等条件；结合利用室外给水管网的水压合理确定。分区最低卫生器具配水点处的静水压，住宅宜为250---350Kpa。”)，配150升气压罐及压力传感器，增压泵的电源要求两路供电，热水系统采用闭式系统，计算后选用直径1000mm、高度2170mm，OT—1200H型号闭式膨胀水箱。
　　实例三、上海西郊南苑项目，该建筑主要设有出租公寓、客房餐厅、游泳池等功能。基地北临西郊宾馆，需控制基地内建筑物高度，且要求外立面美观大方、供水系统安全卫生，综合上述因素采取恒压变频供水设备，不设屋顶水箱，水泵电源要求两路供电，热水系统采用闭式系统(见附图三)。计算后选用直径750mm、高度200mm，容积0．85m3的OT—800H型号闭式膨胀水箱。
　　上述项目实例表明：采用闭式膨胀水箱使系统具有管路简洁、水质不易受污染、安全卫生、不破坏建筑物的美观、设备相对集中设置于机房内维修保养方便等优点。
　　同时，在热水系统中采用闭式膨胀水箱与开式系统具有较大不同。因此，在闭式热水系统设计中应注意以下几点：1．由于管路系统是密闭的，容积式热交换器上应设置安全阀，安全阀的开启压力大于系统工作压力，但小于容积式热交换器壳体能承受的压力；2．闭式管路最高点处应设自动排气阎，排除系统内空气;3．容积式热交换器上设真空破坏器，以防泄水时容积式热交换器内产生负压而损坏；4．考虑系统各部分设备和配管地耐压力。
　　另外，闭式膨胀水箱也可设置在热水回水总管上(热水循环水泵进口前)，或水加热器冷水进口总管上。