空调系统中的各种水箱
本微粉丝群公开课实录 专家_王树国
对于很多人来说，膨胀罐、缓冲水箱和蓄能水箱是3个既熟悉又陌生的名词，熟悉是因为越来越多的空气能采暖项目或多或少都要装上这些产品，陌生的是对于他们之间的分歧和选型还是处于一知半解。用还是不用，该怎么用，很多经销商尤其是更入行的经销商更是丈二和尚摸不着头脑。
一样的功能，不一样的称谓
我们先了解膨胀罐、缓冲水箱、蓄能水箱定义及其性能。
地暖空调系统中的缓冲水箱。康居舒适家何宏展供图。
何为缓冲水箱?缓冲水箱其实就是串联在中央空调系统中增加小型系统的水容量，存储冷量或热量，有效地解决系统过小所带来的负荷波动和主机频繁的启动问题，从而达到延长设备寿命和节能省电的目的。
北京“煤改电”中分体机的内机+膨胀罐的安装。伊蕾科斯供图。
什么是膨胀罐?其实大家在工程中都看到了膨胀罐，就是一个气囊加一个碳钢罐体和法兰组成。当系统水压力大于膨胀罐碳钢罐体与气囊之间的氮气压力时，系统水会在系统压力的作用下挤入膨胀罐气囊内。
这样一是会压缩罐体与气囊之间的氮气，使其体积减小，压力增大。二是会增加系统整个水的容纳空间，使系统压力减小，直到系统水的压力和罐体与气囊之间的氮气压力达到新的平衡才停止进水。当系统水压力小于膨胀罐内气体压力时，气囊内的水会在罐体于气囊之间的氮气的压力作用下挤出，补回到系统，系统水容积减小压力上升，罐体与气囊之间的氮气体积增大压力下降，直到两者达到新的平衡，水停止从气囊挤压回系统，压力罐起到调节系统压力波动的作用。
压力罐由于气囊的调节作用，广泛应用在水系统的小范围压力波动控制上。压力罐应用在热水和供暖系统上，主要用来消除由于水温变化导致的压力波动，避免损害其他的系统控制元件。我们知道，膨胀罐在供水系统中也有应用，可以消除因水阀打开引起的水锤效应，免遭水锤的冲击，从而达到系统的动态平衡。这个在供水系统中很常见，一般来讲膨胀罐的最大工作压力是八到十公斤，大小从两升到一两百升都有。
水是有膨胀的，水在4℃时密度最大，当小于4℃和大于4℃水都会发生膨胀。一吨水从10℃加热到90℃大概会增加36.5升的体积，如果没有膨胀罐的存在，水就会把其他的连接件损坏，所以膨胀罐的作用是不可忽视的，尤其在小系统中。
北京基金小镇空气能热泵采暖项目，供暖面积32000㎡，系统采用20台40匹机，配110吨蓄能水箱。目前该工程已稳定运行3个月。图由北京“煤改电”专业工程商蓝瑜提供。
蓄能水箱，我理解就是为了达到节能的目的，在小型的中央空调中，加大缓冲水箱的储水量，也就成为了一个蓄能水箱。总体来说，蓄能水箱、膨胀罐和缓冲水箱这三者是没有本质的区别的。区别仅仅是从字面上的理解，实际用到什么地方他们三个是有着相同的地方。膨胀罐主要是在小系统里边，在我们的大系统中，我认为缓冲水箱和蓄能水箱是完全相同的东西。
缓冲水箱别再纠结
有许多人给我打电话问过，说到底系统用不用装缓冲水箱?我自己认为缓冲水箱是系统的必需品，不能缺少，因为它对整个系统的作用是至关重要的，下面重点说一下。
第一个，如果不使用缓冲水箱，将导致主机频繁启停。由于环路中的循环水量有限，那么就会引起主机在很短的时间内达到设计温度，主机就会停止工作，然后又会在很短暂的时间内，水温达到主机的启动条件，主机又开始启动，这样频繁的启动就会大大减少主机的使用寿命和浪费电能。因为主机在启动时最费电，加上缓冲水箱就相当于系统能量增加了，系统的温度变化平稳了，主机的启动次数也自然减少，使用寿命也就大大延长。
尤其在农村的煤改电工程中，我还是建议能适当的加大缓冲水箱，作用相当明显。原来我在农村装了一台机子，装了一个很小的缓冲水箱，大概五十升，结果耗电惊人，每天耗电达五十度。
我去看现场发现，因为墙体不保温，末端用的是风盘。风盘一开，系统降温，主机启动。因为配的是5p机，一启动，主机马上达到设计温度，马上停机，这样频繁的启动造成严重的浪费电能。后来增加了一个二百升的水箱，平均达到一个多小时启动一次，极大地降低了费用。我们自己装的一台设备也是这样，一百三十七平方米住宅楼房，装了一台5p机，加了缓冲水箱以后基本上一个半小时启动一次，去年极寒天气大概每平方米耗电二十五度。
缓冲水箱第二个好处就是高效除霜，除霜时间短。在严冬使用的时候，尤其在-3℃～5℃之间，这时主机结霜很明显，除霜对室内温度的影响是个很头痛的问题。因为机组在反向制冷时需要消耗管道内的热量，如果水系统的水量少，那么除霜时间就增大，而且会造成管道内水温较低，除霜效果不好。如果加装了缓冲水箱，那么在除霜的过程中，因为水箱内有一定的温度，这样可以在短时间内完成化霜，并且消耗热量也小，避免了因为主机除霜而造成室内温度的波动变化，对于稳定系统的终端效果作用是很大的。
缓冲水箱的第三个好处就是能够保证系统的水流畅通，能完整地完成自动排气，避免机组报故障。我们知道当水箱放在回水系统时，循环水从水箱上部进入，下部排出，这样水中的气体会积存在水箱上部空间，闭式系统内的压力会自动强制将气体从上部的排气阀排出，这样的话缓冲水箱底部出水口接入水箱的吸水口因为没有气体，所以不但能够保护水泵的叶轮，而且能够让系统没有气体，保证主机正常工作。如果没有缓冲水箱，那么因为气体的存在会造成主机有时流量开关出现故障和高压报警等。
缓冲水箱的第四个好处是可以让系统的排污更彻底，防止系统阻塞。在我们的系统中有大量的杂质，这些杂质会通过循环慢慢积存到缓冲水箱的底部，经过Y型过滤器的时候，水泵的水质会变好，从而减少Y型过滤器的清洗。
因此说缓冲水箱是一个必需品，如果根据实际情况把缓冲水箱适当地做大，那么缓冲水箱又起到了蓄能的作用，也就变成了一个蓄能水箱。
蓄能水箱的巧妙利用
在北方，蓄能水箱的作用相当明显，我现在主要研究的课题就是蓄能水箱的巧妙利用，这里可以给大家一起分享。
我在许多工程也用到了蓄能水箱，主要用在了几个方面，一是用于写字楼和办公室，因为写字楼和办公室有一个最大的特点就是主机晚上停止工作的，白天正常工作。
现在北方大部分的用电地区，国家都开始实施峰谷用电，晚上用电大概在0.27元/度～0.33元/度，最多也超不过0.4元/度，在夏季制冷时就做一个大的蓄能水箱，晚上把水箱蓄冷。因为晚上气温低，电费低，蓄能性相当明显。
我算过一笔账，应该能比普通的空调节能70%。当冬季取暖时，因为白天的温度高，在天气好的时候我们可以把大量的热量蓄能到缓冲水箱中，也就是我们说的蓄能水箱。等到晚上用时，可以再释放出来。
当然这里有一个特别值得说明的是，我们一定要算性价比，比如说北方晚上有时会很冷，虽然电价便宜，但是设备效率低，也未必划算，这个时候还不如用电直接加热更省钱。
水箱选型设计和安装
有人要问那么缓冲水箱到底如何设计?缓冲水箱的大小设计确实很重要，如果选的容积小，起不到蓄能的作用。如果选择大了，有可能不但不节能，还会增加运营成本。比如刚才提到的办公楼，如果你选的缓冲水箱太大，主机太小，那么白天终端工作时，温度达不到，整体热量达不到，不但达不到设计的要求，反而主机永远处于工作状态，浪费能源。
那么怎么计算呢?我觉得有几个公式，在网上也可以查到，但是最好的方法就是记住一个标准的公式，一吨水提高1℃需要1.12度电，也就是说一吨水降低1℃可以放出1.12千瓦时的热量，那么就可以根据需要能理进行计算了。
农村煤改电将是中国未来近十年的一个重要市场，我现在在搞蓄能的实验，就是在农村做一个大的蓄能池，夏天在制冷时将热量蓄到蓄能池里面，到冬季再把热量取出来，在循环几年以后，效率会相当的高，大概每平方米采暖季不超过十度电。我认为这个课题很有前途，也很有必要，因为不但可以降低运营成本，并且会带来巨大的社会效益。我们是做节能的，我一直的理念就是要把节能做到极限，所以蓄能水箱功不可没。
水箱如何选择?其实我们的缓冲水箱，根据材质有不锈钢水箱、搪瓷钢板水箱、玻璃钢水箱和PE水箱，根据我们的工程要求选择合适的。如果说简单的算水箱的大小，一平方米取一升就可以。我建议使用304不锈钢水箱内胆，不但具有耐腐蚀性，并且保温效果好。
水箱的保温层厚度也特别重要，这点也是我们容易忽略的地方，尤其在北方。实事求是地讲，在北方很多厂家或工程商外保温都是40～50毫米，我觉得南方保温层40～50毫米比较好，一定要360°全方位保温。在北方，我做的水箱都是80～100毫米，这样的话，保温效果好，整体运行成本就会低，要不然我们的运营成本下不来，也没有达到节能的效果。
还有一个就是水箱的开孔位置要注意，许多人的开孔位置是有问题的。正确的开孔位置是回水孔距上水箱顶要有200毫米的距离，防止回水向上溅出。下面的出水孔距箱底要有200毫米的距离，这样的话可以降低水泵抽水时的阻力和防止沉淀物吸入水泵，温度探头从水箱底部开始记，在水箱的三分之二处。
还有一点需要特别注意的是水箱底部的刚度一定要好，不要变形。我在青岛看见一个保温水箱，也做保温了，但是箱底之间没有做钢衬，结果一上水以后，在水箱底部的工字钢温度很高，证明水箱的热量大量传了出来，如果这样，在冬季会大大地把热量散发出去，不但谈不上节能，而且会很浪费。所以水箱底部的保温层上下之间一定要有钢构支撑，防止水箱载水时，保温层因水的重力变形，影响保温效果。
水箱清洗或成利润增加点之一
水箱如何维护?这些虽然不是太难，但是还是需要注意一些细节，因为缓冲水箱是系统的重要组成部分，所以它的运行状态也关系到系统的运行状态。简单注意几点，第一保持箱体表面整洁，整体完整，因为脏了容易腐蚀;第二膨胀水箱接口处是否有漏水现象，接口处是否有松动，连接法兰的螺栓是否松动。这个问题我遇见了好几次，因为水泵在长期的运行中肯定不可避免的有震动，软连接和水箱、法兰这些地方的许多螺栓确实发生了松动，一松动就会漏水。
另外还要检查水箱的水位是否准确，水箱内的补水浮球开关是否灵敏可靠，水箱内是否有杂物。补水开关很重要，我建议大家一定要做双控，因为在我做的系统中也的确发生过几次这样的故障，水箱往外溢水。所以我认为把这个东西做好还是相当重要的，要不然往外漏水，又没有人经常去看，会造成很大的浪费。
最后一点就是水箱的清洗，清洗非常简单，就是选择合适的时间，关停所有的主机和水泵，关闭进水阀。打开水箱底部的排污口阀门，将水箱内的水排干尽，然后进入水箱内，用铲子、刷子或者喷枪等工具将水箱冲洗干净，如果有水垢，可以用除垢剂浸泡五六个小时进行清除。
一些对水质要求严格的项目，我们还要对水箱内部进行杀菌灭藻，打开进水阀，放入适量的清水，冲洗箱体内部，把污垢从排污口排净，必要时可以多冲洗几次，直到洗干净为止。然后关闭排污阀门，打开进水阀，让水箱重新装满水。
缓冲水箱的清洗其实也相当的重要，在我的系统中已发现了很多的问题，因为北方水质很差，尤其我们的系统有时还带铸铁暖气片。我在张家口做过两例，当水循环半年以后，里边的水锈很明显，因为系统中还增装了很多的风机盘管，最后水垢把风机盘管的过滤阀全部堵了，造成室内温度上不去，清洗完以后温度会迅速上升。
水箱，包括系统水路清洗，应该是我们工程的另一个利润增加点。根据相关的技术参数，如果我们能把水箱清洗干净，把系统内的水保持清洁，那么我们的设备效率会提高百分之十以上，这是有数据可查的。所以定期地对系统和水箱进行清洗，很有必要给我们的客户说清楚，这样的话不但会降低系统的运行成本，让系统更节能，也可以增加我们的收入，因为水箱清洗以及系统的整体管路清洗收费还是不低的，而且很多客户很认可，因此我建议大家也可以尝试一下。
最后总结一下，缓冲水箱、膨胀罐、蓄能水箱其实是一种东西，在大小系统中不同的称谓，作用都是一样的，但是我更倾向于把蓄能水箱和缓冲水箱结合在一起，从而达到系统的真正的节能。
我们是做系统节能的，不要指望生产厂家给我们一个很好的优秀方案，在我看来热泵厂家就是一个造汽车发动机的，不要希望给我们一套完整的汽车系统，这个系统是我们来设计的。而我们工程商存在的价值就是根据客户的不同需求，不同的环境，包括电价、气温、保温、使用时间等等，设计出各具特色的方案。我认为巧妙利用缓冲水箱，会起到关键的作用，如果设计好，可以达到事半功倍的效果。
水箱相关问题答疑
问题1：三个风盘，主机和风盘距离在30内，房间是80平方，门店用。加缓冲水箱后做不做循环泵?
答：可以加也可以不加，主要看用于制冷还是制热，关键是用法。如果门店用来制冷，建议独立用最好，晚上蓄好能，白天用就;如果用于制热，加不加都可以。加不加循环泵目的只有一个，就是更节能。
问题2：承压水箱和非承压水箱究竟有何区别?分别使用什么情况?
答：承压水箱是封闭式的，箱体可以承载压力。非承压水箱箱体是开放的，和大气想通，没有压力。承压水箱在系统运用中，因为用于回水回路中，压力损失少，泵的损耗少，主要用于小系统。
非承压水箱主要是做蓄能用，蓄能效果很明显。相当于两个系统，水泵和水箱之间的循环，还有水箱和末端的循环。
问题3：两联供系统需要加水箱么?5P机多大水箱够?
答：肯定要加，关键是加多大的水箱。这个与两联供制冷和取暖所达到的效果有关系。5P一般会带100平方左右，如果单从降低费用的角度来说，我觉得水箱配到300L～500L最好。
问题4：河南一个2400平米的办公楼冷暖系统，设计思路就是想利用夜间的谷时电价做一个大的能量储存，6台20P主机，要多大的缓冲水箱?如何设计最节能?
答：关键看你主要是用来采暖还是制冷。6台20P带2400平米，大概算出来是100瓦/平米，真要做节能的话，100吨的水箱最佳。
如果在系统制冷时，用谷电制冷效果明显，因为晚上谷电便宜，要比系统白天制冷时要降低70%的费用，很容易算出来。
当缓冲水箱作为蓄能的功能出现时，选型时完全可以按主机运行6～8小时来算，可以确保节能达到最好的效果。
问题5：河北有一3650平米的办公楼，高3.8米，室内的风机盘管系统，冬季采暖保持10℃左右，热泵系统需要配置多大主机和水箱?
答：3650平米的楼，大概需要提供220KW的热量，20P主机6台最好。缓冲水箱建议20吨以上。这个项目根据我的经验，我认为直接给热风效果会更好，而不是经过风盘的转换，这样一转换效率就降低了。
说实话，我认为每个工程不同的环境、不同的要求、不同的使用的方法，所涉及的系统是截然不同的，就给出几个参数，这样设计其实是有点不负责任的，具体设计还是要看项目具体情况。
因为节能建筑的不同，主机每天工作时间长短不同，也就觉得晚上蓄能大小不同，所以单纯给建筑面积和室内温度，而没有建筑的围护结构情况，在设计是有缺陷的，也是值商榷的。任何一个工程，我认为真的要根据具体项目的具体参数来真正设计一个特定的方案，才真正具有典型性，不能照搬，否则效果往往不好。
问题6：我现在用的是两台5p超低温冷暖机供地暖，水箱和主机之间用了一个循环泵，想请教一下该如何接线?
答：就把水箱放到回水处就可以，主机直接供水，没什么问题。缓冲水箱的作用是降低主机的启动频率，延长使用寿命，增加小系统中的水量。如果是地暖，无非是水箱稍微做小点，其他末端要做大些而已。