缓冲水箱的容积计算方法

缓冲水箱在系统中起着减压和保护主机的作用，避免机组频繁启停。因此在空气源热泵采暖系统中，缓冲水箱的选型匹配就显得十分重要。本文就缓冲水箱的选型给出一套计算依据。

一、缓冲水箱的功能

缓冲水箱具有缓冲、储存、高效除霜、自动排气、清洁、多能源互补等功能。在安装缓冲水箱的系统中，热泵加热的水储存在水箱内，通过感温探头控制系统启停，减少机组的工作负荷及开启频率，以延长机组寿命并满足不同时段的供热需求；而在冬季除霜时，因水箱内已有一定温度，可短时间内完成化霜工作，同时避免了因为主机除霜造成的室内温度波动，对于稳定系统终端，效果明显；缓冲水箱同时可以释放冷冻水的运行压力，可避免系统启动压力保护，使机组频繁启停导致末端忽冷忽热。

二、系统水容量计算

系统水容量的计算，国内设计手册尚无明确的计算方法及参考数据，笔者归纳了以下两种水容量计算方法。

2.1

方法一

2.1.1 管道内水容量计算

专家刘传聚和滕英武给出了系统内管道和设备存水量的计算方法，定义式如下：

空调系统中供回水管道水容积Vi，管段内水流量Gi，对应输送的制冷量Qi分别为：

式中：Vi为管段内水容量，L；Li为管段水流程，m；αi为管内水流速，m/s；Gi为通过管内水流量，L/s；∆T为供回水温差，K；Qi为管段输送的制冷量，kW；ρ为水的密度，kg/L；Fi为管段面积，㎡ ；C为水的比热容，kJ/（kg·K）。由此可得：

由上式可看出每千瓦制冷量对应的水容量与水流程Li成正比，与水流速αi、供回水温差∆T成反比。系统管内水容量为：

2.1.2 系统设备水容量计算

系统设备的储水量可按产品样本资料查询计算得出Vequ系统总水量即为：

2.2

方法二

采用方法一可较为精确地计算出系统水容量但计算量大，过程过于繁琐。

现笔者提出方法二，以更方便设计师计算出系统水容量。

根据表中数据，系统水容量为：

式中：qh为供暖/空调热指标，W/㎡。

三、缓冲水箱容积计算

3.1

工程经验

在实际工程中，设计师常以经验来选择配置缓冲水箱的大小。由机组制冷量可以计算出冷冻水量，减去系统中储水部件的容积即为缓冲水箱容积。

3.2

计算条件分析

目前较多的压缩机控制方法为，通过实际出水温度与设定出水温度或是环境温度与目标温度之差来控制压缩机的启停。以通过出水温度控制压缩机启停为例，当水温达到Tc时压缩机启动，如图所示：

——Ts；——Tc

图1 压缩机启停控制示意图

第二，需要考虑机组的应用条件。

在生活舒适应用条件下，缓冲水箱主要是保证压缩机最小运行时间T1以内压缩机制冷系统的油循环。在最佳回油量时，压缩机制冷量最大，压缩机性能系数最高。

此外，工业工艺应用条件下，还要保证压缩机停机时间T2时的温度精度。

3.3

系统冷冻水量计算

专家冯小明根据热平衡原理计算系统冷冻水量，定义式如下：

由此可得：

式中：Q为机组额定工况最大制冷量，kW；T为压缩机时间，s；C为水的比热容，kJ/kg·K；m为水的质量，kg；V为水的体积，L；Ts为压缩机停机温度，K；Tc为压缩机启动温度，K；G为温度死区范围，K；ρ为水的密度，kg/m³。

因此，生活舒适应用条件下的所需最小系统水回路体积：

工业工艺应用条件下的最小系统水回路体积：

若温度精度为±t，则需要比较2t与G的大小，同时需要考虑压缩机达到的出水温差ΔT。

当2t＞G时：

当2t＜G时：

3.4

缓冲水箱容积计算

缓冲水箱用来补充实际水量与设计水量的容积差，所以：

3.5

校核及修正

缓冲水箱的容积易受末端同时使用率影响，考虑到末端同时使用率及其他影响因素造成的误差，结果可乘以1.2的修正系数。