Расширительные баки — Оборудование — HVAC/R & Solar
Когда вода нагревается, она расширяется. Если такое расширение происходит в закрытой системе, может создаваться опасное давление воды. Система горячего водоснабжения может быть закрытой системой, когда арматура для горячей воды закрыта, а трубопровод подачи холодной воды оснащен предохранителями обратного потока или любым другим устройством, которое может изолировать систему горячего водоснабжения от остальной системы водоснабжения для бытовых нужд.
Закрытая система горячего водоснабжения, показывающая влияние воды и повышения давления из (A) P 1 и T 1 до (B) P 2 и T 2Это давление может быстро подняться до точки, при которой предохранительный клапан на водонагревателе срабатывает, тем самым сбрасывая давление, но в то же время время, нарушающее целостность предохранительного клапана.
Предохранительный клапан, установленный на водонагревателе, является не регулирующим, а предохранительным клапаном.Он не предназначен и не предназначен для постоянного использования. Повторяющееся чрезмерное давление может привести к выходу из строя оборудования и трубопровода, а также к травмам.
Он не предназначен и не предназначен для постоянного использования. Повторяющееся чрезмерное давление может привести к выходу из строя оборудования и трубопровода, а также к травмам. При правильном размере расширительный бак, подключенный к закрытой системе, обеспечивает дополнительный объем системы для расширения воды, обеспечивая при этом максимальное желаемое давление в системе горячего водоснабжения. Он делает это, используя сжатую воздушную подушку (рисунок ниже). Следующее обсуждение объясняет, как определить размер расширительного бака для системы горячего водоснабжения, а также теорию, лежащую в основе проектирования и расчетов. Он основан на использовании расширительного бака мембранного или баллонного типа, который чаще всего используется в сантехнической промышленности. Этот тип расширительного бака не позволяет воде и воздуху соприкасаться друг с другом.
Влияние расширительного бака в закрытой системе на увеличение давления и температуры от (A) P 1 и T 1 до (B) P 2 и T 2Расширение воды
Фунт вода при 140°F имеет больший объем, чем тот же фунт воды при 40°F.
Иными словами, удельный объем воды увеличивается с повышением температуры.
Если известен объем воды при определенных температурных условиях, расширение воды можно рассчитать следующим образом:
Где:
- VEW = расширение воды, галлоны
- против 1 = объем системы воды при температуре 1, галлоны
- против 2 = объем системы при температуре 2, галлоны
| Temp., ∘ F | Specific Volume, ft 3 /lb |
| 40 | 0.01602 |
| 50 | 0.01602 |
| 60 | 0.01604 |
| 70 | 0.01605 |
| 80 | 0.01607 |
| 90 | 0.01610 |
| 100 | 0.01613 |
| 110 | 0.01617 |
| 120 | 0.01620 |
| 130 | 0. 01625 |
| 140 | 0.01629 |
| 150 | 0.01634 |
| 160 | 0,01639 |
Vs 1 — начальный объем системы и может быть определен путем расчета объема системы горячего водоснабжения. Это влечет за собой добавление объема водогрейного оборудования к объему трубопровода и любой другой части системы горячего водоснабжения.
Vs 2 – расширенный объем воды в системе при расчетной температуре горячей воды. Vs 2 можно выразить через Vs 1 . Для этого посмотрите на вес воды в обоих состояниях.
Вес ( W ) воды при температуре 1 (T 1 ) равен весу воды при T 2 , или W 1 = W 2 . В T 1 , W 1 = VS 1 /VSP 1 и аналогично T 2 , W 2 = против 2 /VSP 2 , где VSP равен определенному объему.
воды при двух температурных режимах. (См. Таблицу выше для конкретных объемных данных.)
Так как W 1 = W 2 , то:
Решение для Vs 2 :
Насколько расширится 1000 галлонов от температуры 40°F до температуры 140°F?
Из таблицы выше, vsp 1 = 0,01602 (при 40°F) и vsp 2 = 0,01629 (при 140°F). Используя уравнение:
Обратите внимание, что это степень расширения воды, и ее не следует путать с размером необходимого расширительного бака.
Расширение материала
Примет ли расширительный бак всю расширяющуюся воду?
Ответ нет , потому что расширяется не только вода. Трубопроводы и водонагревательное оборудование также расширяются при повышении температуры. Любое расширение этих материалов приводит к меньшему расширению воды, получаемой расширительным баком. Другой способ посмотреть на это так:
Venet = Vew – Vemat
- 9
- Vew = расширение воды, галлоны
- Vemat = расширение материала, галлоны
Для определения степени расширения каждого материала на определенное изменение температуры посмотрите коэффициент линейного расширения для этого материала.
Для меди коэффициент линейного расширения составляет 9,5 × 10 –6 дюйм/дюйм/°F, для стали – 6,5 × 10
По коэффициенту линейного расширения можно определить коэффициент объемного расширения материала. Коэффициент объемного расширения в три раза больше коэффициента линейного расширения :
ß=3α
ß = Коэффициент объемного расширения
α = Коэффициент линейного расширения
Таким образом, объемный коэффициент для меди равен 28,5 × 10 –6 галлон/галлон/°F, а для стали – 190,5 × 10 –6 галлон/галлон/°F. Материал будет расширяться пропорционально увеличению температуры.
VEMAT = VMAT × β (T2 — T1)
Venet = VEW — [VMAT 1 × β 1 (T 2 — T 1 )+VMAT 2 44444 40004 10005)+VMAT 2 444444444 10005)+VMAT 2 40005 2 (T 2 – T 1 )]
Номинальный объем трубопровода
| Объем трубы, галлон/погонный фут трубы | |
| Размер трубы, дюйм | 0,02 0,02 0,02 |
| 1 / 2 1 / 2 1//2 | 0,03 0,03 0,03 |
| 3 / 4 3 / 4 3//4 | 0,04 0,04 0,04 |
| 1 | 0,07 0,07 0,07 |
| 11 / 4 11 / 4 11//4 | 0,10 0,10 0,10 |
| 11 / 2 11 / 2 11//2 | 0,17 0,17 0,17 |
| 2 | 0,25 0,25 0,25 |
| 21 / 2 21 / 2 21//2 | 0,38 0,38 0,38 |
| 3 | 0,67 0,67 0,67 |
| 4 | 1,50 1,50 1,50 |
| 6 | 2,70 2,70 2,70 |
| 8 |
Пример 2:
Система горячего водоснабжения имеет стальной водонагреватель объемом 900 галлонов.
Используя уравнение Vemat для стали (материал № 1), Vmat 1 = 900 галлонов и Vemat 1 = 900 (19,5 × 10 –6 )(140 – 40) = 1,8 галлона. Для меди (материал № 2) сначала посмотрите на таблицу выше, чтобы определить объем каждого размера трубы:
- 4 дюйма = 100 x 0,67 = 67 галлонов
- 2 дюйма = 100 x 0,17 = 17 галлонов
- 1½ дюйма = 100 x 0,10 = 10 галлонов
- ½ дюйма = 300 x 0,02 = 6 галлонов
Общий объем медных труб = 100 галлонов. Используя уравнение Vemat для меди, Vmat 2 = 100 галлонов и Vemat 2 = 100 (28,5 × 10–6)(140–40 галлонов) = 0,3 галлона
Начальный объем воды в системе (Vs 1 ) равен Vmat 1 + Vmat 2 или 900 галлонов + 100 галлонов.
Из последнего примера, 1000 галлонов воды при изменении температуры от 40°F до 140°F расширяются на 16,9 галлона. Таким образом, используя уравнение Venet, Venet = 16,9 – (1,8 + 0,03) = 15 галлонов. Это чистое количество расширения воды, которое увидит расширительный бак. Еще раз обратите внимание, что это не тот размер расширительного бачка, который необходим
Закон Бойля
После определения степени расширения воды в расширительном баке пришло время посмотреть, как воздушная подушка в расширительном баке позволяет проектировщику ограничить давление в системе.
Размер расширительного бака (давление воды = давлению воздуха)Закон Бойля гласит, что при постоянной температуре объем, занимаемый заданным весом идеального газа (включая для практических целей атмосферный воздух), изменяется обратно пропорционально абсолютному давлению (манометрическое давление). давление + атмосферное давление). Это выражается в следующем:
P 1 V 1 = P 2 V 2
, где
- P 1 = давление воздуха, фунты на квадратный дюйм (PSIA)
- V 1000555555555555555 гг. =Начальный объем воздуха, галлоны
- P 2 =Конечное давление воздуха, фунт/кв. дюйм абс. ?
Воздушная подушка в расширительном баке обеспечивает пространство, в которое может уйти расширенная вода. Объем воздуха в баке уменьшается по мере того, как вода расширяется и попадает в бак. По мере уменьшения объема воздуха давление воздуха увеличивается.
Используя закон Бойля, начальный объем воздуха (т. е. размер расширительного бака) должен основываться на:
- Начальном давлении воды,
- Желаемом максимальном давлении воды и
- Изменение начального объема воздуха.
Чтобы использовать приведенное выше уравнение, поймите, что давление воздуха равно давлению воды в каждом состоянии, и сделайте предположение, что температура воздуха остается постоянной в условиях 1 и 2 на рисунке выше.
Это предположение достаточно точно, если расширительный бак установлен на стороне холодной воды водонагревателя. Помните, что при определении размера расширительного бака проектировщик определяет размер резервуара с воздухом, а не резервуара с водой.
Как показано на рисунке выше, при условии 1 начальное давление воздуха в баке, P 1 , равно давлению поступающей воды с другой стороны диафрагмы. Начальный объем воздуха в баке, V 1 , также является размером расширительного бака. Конечный объем воздуха в резервуаре V 2 также может быть выражен как V 1 за вычетом чистого расширения воды (Venet).
Давление воздуха при условии 2, P 2 , равно максимальному требуемому давлению системы горячего водоснабжения при конечной температуре, T 2 . P 2 всегда должен быть меньше настройки предохранительного клапана водонагревателя .
Используя закон Бойля:
- V 1 = Размер расширительного бака, необходимый для поддержания желаемого давления в системе, P2, галлоны давление равно манометрическому давлению плюс атмосферное давление, или 50 фунтов на кв. дюйм = 64,7 фунтов на кв. дюйм (абс.))
- P2 = максимальное требуемое давление воды, фунты на кв.
=Начальный объем воздуха, галлоны
