素材 |來源德國麥歇爾

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眾所周知，供暖系統(tǒng)和生活熱水系統(tǒng)中的水在加熱時都會膨脹，這種熱膨脹是不可避免且相當強烈的自然現(xiàn)象。加熱時，系統(tǒng)中上萬億的水分子每一個都會輕微變大。從宏觀的角度來看，大家會覺得是系統(tǒng)的水量增加了，但事實并非如此，同樣的水分子只是在溫度升高時占據(jù)更多空間，水的體積上升了，但是系統(tǒng)總的水量并沒有改變。1000 升水從 10℃加熱到 90℃體積增加了 35.6升。

在實際的用途中，水是不能被壓縮的，一定量的水分子除非是在巨大的壓力作用下才能被壓縮為更小的體積。任何容器在完全盛滿水并且與大氣隔離的情況下在加熱時壓力會迅速地升高，如果此壓力繼續(xù)升高，容器則會爆炸，有時后果非常嚴重。水在密閉式的換熱罐里水溫從 14℃加熱到 33℃時，壓力從 4 公斤急劇上升到了 12 公斤，由此可見封閉式容器里水溫上升后帶來的壓力增大多么劇烈。

為了避免上述情況發(fā)生，所有的供暖系統(tǒng)和生活熱水系統(tǒng)中都需要安裝相應(yīng)的設(shè)備容納水在加熱時增大的體積。在與大氣相通的系統(tǒng)里，比如無壓儲水罐，其上部多余的空間能容納增大的體積。在更典型的封閉式供暖系統(tǒng)中，由一個單獨的稱為膨脹罐的設(shè)備提供水加熱膨脹需要的空間，現(xiàn)在通常使用的是隔膜式的膨脹罐，下文中我們就把隔膜式膨脹罐稱為膨脹罐。膨脹罐隔膜的一側(cè)充滿加壓的空氣，另一側(cè)容納膨脹的系統(tǒng)水體積。當系統(tǒng)水進入膨脹罐里面時，隔膜受力彎曲，預(yù)充空氣被壓縮。

供暖系統(tǒng)和生活熱水系統(tǒng)中膨脹罐的工作原理如下圖：

一般壁掛爐產(chǎn)品在出廠前都已配置了膨脹罐，威能的常規(guī)壁掛爐 turbo 和 turboTEC 系統(tǒng)配置的均是10L的膨脹罐，是業(yè)內(nèi)配置最大的，這樣可以供更大的采暖面積。威能的冷凝爐產(chǎn)品出廠前沒有配置膨脹罐，安裝時就需要配置膨脹罐，生活熱水系統(tǒng)中也需要配置膨脹罐，但如何選型呢？麥歇爾和您作如下探討。

供暖系統(tǒng)和生活熱水系統(tǒng)中膨脹罐選型：

第一步：計算系統(tǒng)總水量

膨脹罐的選擇計算公式里首先需要知道的就是供暖系統(tǒng)或生活熱水系統(tǒng)的總水量。供暖系統(tǒng)總水量通常由三部分構(gòu)成：鍋爐水量（鍋爐制造廠家已標明）；散熱設(shè)備如散熱器、風(fēng)機盤管容水量（由廠家提供）；管道容水量；生活熱水系統(tǒng)總水量通常由二部分構(gòu)成：生活熱水儲水罐（由廠家提供）、管道容水量。見以下幾種常用管材的容水量表格：

地暖系統(tǒng)的容水量由使用的管材與每平米管道疏密決定的，地暖系統(tǒng)通常使用的是DN20的管材，每平米通常使用3米的管材，那每平米的水量大約是0.2*3=0.6升水。
 

第二步：計算空氣預(yù)壓值

在系統(tǒng)注水前，需要將膨脹罐的空氣預(yù)充壓力調(diào)節(jié)到計算出來的空氣預(yù)壓值。膨脹罐殼體上的充氣閥可以實現(xiàn)加氣或放氣：加氣可以通過一個小的空氣壓縮機或自行車氣筒實現(xiàn)，在加氣時需要使用一個精度為 0.1巴的氣壓表檢測。

正確的空氣預(yù)充壓力保證膨脹罐隔膜在系統(tǒng)注水后未加熱時完全膨脹到殼體。如果空氣預(yù)充壓力低于計算值，系統(tǒng)在未加熱時就有一部分系統(tǒng)水進入到膨脹罐里面，因此當系統(tǒng)加熱時膨脹罐的容積不夠，會造成每次系統(tǒng)加熱時安全閥泄水，這種情況應(yīng)予以避免。

常規(guī)壁掛爐對供暖系統(tǒng)中壓力要求如下圖：

常規(guī)壁掛爐產(chǎn)品要求的正常工作壓力為 1.0 - 2.0 bar 之間，所以供暖系統(tǒng)中的膨脹罐的空氣預(yù)壓值推薦為 1.0bar 即膨脹罐的空氣預(yù)充壓力為 1.0bar。

生活熱水系統(tǒng)中膨脹罐的正確空氣預(yù)充壓力是膨脹罐入口處的靜壓，即自來水的壓力與膨脹罐的接口到系統(tǒng)最高點的這段距離的水柱壓力的和。自來水的壓力可以直接測出來，水柱壓力可以通過 P=Hpg 來計算（H為高度，單位為m；p為水的比重，為1000kg/m3；g為重力加速度，為9.8N/kg；P為壓強，單位為Pa，0.1MPa=1bar）。 

第三步：計算膨脹罐最低容積 

可以通過公式來計算：V=C△e/（1-Pi/Pf）

V = 膨脹罐最低容積（升）

△e= 水加熱膨脹系數(shù)差，即水加熱到最高溫度的系數(shù) -水冷卻時的溫度系數(shù)

C = 系統(tǒng)總水量（升）

Pi =起始壓力，即計算的膨脹罐空氣預(yù)壓值 + 1bar 的大氣壓（bar）

Pf =最終壓力，安全閥設(shè)定的最大壓力+1bar 的大氣壓  

水在溫度變化時體積相應(yīng)變化。實驗證明，水在 4℃ (準確說是 3.98℃)時體積最小，因此水不僅是在 4-100℃加熱時體積會增大，同樣從 4-0℃冷卻時體積也會膨脹。以下圖表說明了水在不同溫度下相對于 4℃時其體積的膨脹系數(shù)。

水加熱膨脹系數(shù)‘e’即相對于水溫在 4℃時體積的膨脹系數(shù)

膨脹罐商用規(guī)格與理論計算容積的對應(yīng)表

膨脹罐的參數(shù)

上面的選型公式里有一個假設(shè)：即系統(tǒng)所有水溫均同時達到最高溫度，但這種情況幾乎不可能發(fā)生，因為水在經(jīng)過管道和散熱裝置時溫度降低，水溫越低，其膨脹量也越低。

對于高溫供水、溫差在 10℃左右的小型水暖系統(tǒng)以上假設(shè)意義不大，因為沒有更小的膨脹罐可以使用了。但是對于低溫輻射供暖系統(tǒng)則不同，因為大量的系統(tǒng)水存在于輻射環(huán)路里，而輻射環(huán)路的工作水溫往往在 40-50℃左右，這會明顯地減低系統(tǒng)水膨脹量。

如果按系統(tǒng)水都達到鍋爐出水溫度計算膨脹罐，對于低溫輻射系統(tǒng)其容積必然過大。雖然膨脹罐容積過大對系統(tǒng)運行沒有危害，但卻造成不必要的浪費。因此，在為低溫輻射系統(tǒng)選型時，應(yīng)該把系統(tǒng)分成兩部分計算：一是鍋爐高溫水部分：即鍋爐容水量+鍋爐至溫控中心的水量；二是溫控中心后面輻射系統(tǒng)的管道水容量。同樣用公式分別予以計算，然后將兩部分的膨脹水容積相加。

還有需要注意的是隔膜式膨脹罐有最大壓力和最高溫度值，在罐體上都有標注。耐壓因型號不一，通常為5-10 bar，耐溫通常在 110℃。在選用膨脹罐時一定要注意此技術(shù)特征。比如將耐壓 5bar的膨脹罐用在安全閥設(shè)定壓力 6 bar的系統(tǒng)時，安全閥還未開啟，有可能膨脹罐就已經(jīng)破損了。

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