浅谈囊式定压罐在空调冷冻水系统中的应用

摘要：囊式定压罐是常用的闭式空调冷冻水系统定压设备，本文分析了这类空调冷冻水系统的压力特性，并详细介绍了定压罐的选用及应用中的注意事项。

关键词：囊式定压罐、空调冷冻水系统、压力分析、选用及应用、注意事项

中图分类号： TU831.3+5 文献标识码： A 文章编号：

前言

囊式定压罐，也称膨胀罐或波动箱，是最常用的闭式水系统定压设备。冷冻水空调系统，采用囊式定压罐，不仅可以带来封闭式水系统相对于开式系统的优势，还可以有效的防止水锤。本文所指的囊式定压罐，包括囊式或隔膜式，详见图1和图2。它是罐体为碳钢或不锈钢、内囊或隔膜为环保橡胶的压力容器，不附带其它动力装置（如补水系统等）的简单定压设备。

上两图中所示状态为正常工作状态，当氮气压力大于或等于水系统压力及未接水系统的非工作状态时，定压罐内的氮气占满整个定压罐容积，水囊和隔膜紧贴在接水口处。

采用定压罐的冷冻水系统的压力分析

2.1定压点的选择：

定压装置在水系统中起的是定压作用，就有一个定压点的选择。通常冷水机组和冷冻水泵安装在水系统的最低点（以下分析皆以此为基础），定压点应选择在冷冻水泵入口处。安装有定压罐的冷冻水系统简图如图3。

2.2压力分析：

当水泵不运行时，系统压力最高点出现在最低位置点处，即水泵及冷水机组以及与其水平的管路上。当水泵运行时，压力最高点为水泵出口处。在整个水系统使用期内，水温度最低时，水系统内各点和水压力最低；当水温度最高时，水系统内各点压力均最高。以理想的冷冻水系统模型为例，下面图4、图5进行了此类水系统的压力分析：

从上两图可以看出：水系统最高压力点出现在水温最高时的水泵出口点，水系统最低压力点出现在水温最低时的最高位置处。最高压力值Pmax必须不能超过水系统最大承压值Psp，否则系统管路会出现泄漏危险；最低压力值Pmin必须大于或等于大气压，如果低于大气压时，会导致空气进入水系统。

如何正确选用囊式定压罐

缓冲容积的计算：

首先根据系统工作期间温度变化及水系统水容量计算水容积变化Vc。此容积为缓冲罐内允许变化的容积。注意Vc不是定压罐的容积名义值，很多设计者直接把Vc值作为选择定压罐的容积名义值是错误的。Vc值计算按如下公式：

Vc=0.0006*(t2-t1)*V(L)

式中：t2为水系统使用期间最高水温，t1为水系统使用期间最低水温，V为水系统管路总的水容积。

定压罐内工作压力的确定：

最佳的选择是当水系统水温最低时，定压罐内恰好没有一点水进入，但要注意，此时系统水压与定压罐内气压应相等，即为供货状态原始压力Pr。注意系统水压不能比罐内气压小，此时系统水虽也不会进入定压罐，但计算起来没有基准。另一个条件是Pr≥H0（静压），以防止系统最高点在水泵不运行时出现负压。而当水系统水温为最高温度时，罐内气体压缩后压力为Pgmax，以此为定压值，水泵工作后，水泵后为最大压力点（定压罐到水泵入口处会有一段压力降，但很小，如果不能计算出来，建议直接把定压罐压力值当成水泵入口压力进行计算）。此时水泵后的出口压力Pmax则可用下式计算得出：

Pmax=Hb+H0+Pgmax

式中，Hb为水泵扬程，H0为静压。

根据上面2.2章节的要求，Pmax≤Psp，则得出Pgmax≤Psp-Hb-H0，由此确定出Pgmax的最大值。

定压罐容积的确定：

由上面得到了Pgmax和Vc，并且知道定压罐的供货原始压力Pr，因为水系统压力一般都低于10Bar，可以近似采用克拉伯龙方程得出关于定压罐名义容积Vn的公式：

Pr*Vn=Pgmax*(Vn-Vc)

进而导出Vn计算公式：

说明：上式中压力值应采用绝对压力进行计算。

为了安全起见，选取容积时建议取计算值的1.2倍，用户也可自己选择安全系数。然后根据计算结果选出最近规格的定压罐Vnc，选定规格应大于确定的计算值。

3.4 优化：通过调整Pr值，得出最理想的Vnc及系统压力。必要时可不按供货Pr值，自己设定定压罐的原始压力，得到想要的结果，但安装前要把定压罐的原始压力Pr调整好后再安装。

4． 如何正确使用囊式定压罐

4.1 自动放气阀：

对于这类冷冻水系统，必须在水系统中设置自动放气阀，并且所有集气死点都要设置。

4.2 压力过低的安全维护：

如果定压罐充注的氮气泄漏，水系统压力会降低，可能导致空气进入水系统。因此可以采用两种方法进行维护：一是设置自动压力保护报警设备，报警值根据设置位置确定；二是人工方法进行日常维护，把系统施工后定压点的正常压力与水温的对应表列出来，日常巡检时观察水泵入口附近的压力表值，发现压力异常及时处理。

4.3 安全阀的设置：

出现4.2节的意外，如果没有及时发现，且系统有自动补水功能，当水温升高时还可能使水系统承压超标，应在最高压力点附近设置安全阀来泄压。注意安全阀的压力设定值，应保证正常工作时不能超过安全阀动作的设定点。

4.4施工压力Pi的选择：

在选定了定压罐后，往往在施工时水系统不是水温最高或最低状态，此时水温为t，在注水时水系统定压点的压力Pi需要计算一下，以此作为水系统注水停止时的基准。施工压力同样可以用克拉伯龙方程等导出（同样计算时压力值均采用绝压）：

施工压力和水温都可以通过定压点附近的水压表和温度计读出来，注意根据施工压力注水操作时水泵不运行，但在进行此操作前应运行水泵排除水系统内的空气。

结论：囊式定压罐是一种简便而且有效的定压设备，但一定要正确的选择和应用，才能达到理想的应用效果。

参考文献：

1.潘云钢. 高层民用建筑空调设计[M]. 北京:中国建筑工业出版社，1999：196—200.

2.任秀宏，吴凤英. 空调水系统的压力分析及定压点的选择[J]. 低温与超导，38（6），2007：49，50，65.

3.REFLEX（瑞弗莱）. Installation, operating and maintenance instructions.