闭式管网定压方式与气体析出膨胀量核算要点

一、定压方式与气体析出的关联问题

闭式管网的两个高发故障是频繁补水与局部不热，前者指向定压装置失效，后者常指向气体在管路高点聚集。两者在机理上是同一件事：定压点压力设定不当，系统在低温或高温端出现负压，溶解在水中的空气析出并聚集；气体积聚又使水容量变化、压力波动加大，反过来诱发更频繁的补水。因此定压方式的选型不能只看罐体大小，必须与运行温度区间、系统静压和补水方式一起核算。flamco 在该品类的技术资料中把定压点、预充压力与膨胀量作为一组联立参数给出，正是基于这一关联。本文给出膨胀量的计算口径、气体溶解度的温度效应、四类定压方式的适用边界，以及现场调试与判断方法。

二、水的膨胀与气体溶解机理

水的密度在 4 ℃ 时最大，此后随温度升高单调下降。从 10 ℃ 加热到 90 ℃，水的体积膨胀约 3.5%；从 10 ℃ 到 60 ℃ 约 1.7%；从 60 ℃ 到 90 ℃ 约 1.8%。这意味着高温段贡献了过半的膨胀量，定压装置的调节容积必须按最高工作温度核算，按平均温度取值会严重低估。

气体在水中的溶解度服从亨利定律，与气相分压成正比，并随温度升高显著下降。常压下空气在水中的饱和溶解度在 0 ℃ 时约 29 mg/L，20 ℃ 时约 18 mg/L，60 ℃ 时约 9 mg/L，80 ℃ 时约 6 mg/L。系统首次充水时水处于空气饱和状态，升温后溶解度下降，多余空气必然析出。析出形式有两种：大气泡随水流迁移到高点或流速低的区域聚集，形成气堵；微气泡悬浮在水中，随水流进入泵入口造成气蚀，附着在换热面形成气膜使传热系数下降 20%～40%。因此除定压之外，脱气措施是闭式管网的必要组成。

三、定压装置的结构与关键参数

隔膜式膨胀罐由罐体、隔膜与预充气室构成，隔膜把水与气体隔开，预充压力在空罐状态下测得。关键参数包括总容积、预充压力、最大工作压力与隔膜材质。变频补水定压装置由压力传感器、补水泵与控制器构成，适合大系统与多点定压，但补水泵启停频繁时压力波动较大。高位水箱定压依赖建筑高度，压力稳定但受结构条件限制。蒸汽定压仅用于高温水系统，安全要求最高。四种方式的共同要求是定压点必须选在水泵吸入侧，使系统内任何一点的压力都高于该点温度对应的汽化压力。

• 预充压力：按系统静水压加 0.3 bar 取值，不得低于 1.0 bar。
• 运行压力上限：预充压力加 0.5 bar 以上，且不超过系统内承压能力最低部件的允许压力。
• 隔膜材质：丁基橡胶适用于 70 ℃ 以下，乙丙橡胶可耐到 100 ℃ 左右。
• 罐体安装：宜竖直安装于回水管，接口处不得形成气囊，检修阀应带锁定。

四、定压点、预充压力与膨胀量的量化核算

膨胀罐容积按三步算。第一步算膨胀量，等于系统水容量乘以工作温度区间的膨胀系数，水容量可按每千瓦热功率对应 8～12 L 估算，末端为风机盘管时取上限。第二步算调节容积，等于膨胀量加 0.5%～1.0% 水容量的安全余量，用于覆盖补水控制死区。第三步按压力比换算罐体总容积：总容积等于调节容积乘以运行压力与预充压力之和，再除以运行压力与预充压力之差，压力取绝对压力。举例而言，水容量 2000 L、工作温度 10～90 ℃ 时膨胀量约 70 L，加 20 L 余量得 90 L 调节容积，预充 1.5 bar、运行上限 3.0 bar 时总容积约 270 L。

定压点压力的下限由最高点压力要求决定：最高点压力应不低于 0.3～0.5 bar 的正压，加上静水高度折算后即为定压点的最低值。水温超过 100 ℃ 的高温水系统还必须叠加该温度下的饱和压力，否则局部汽化不可避免。补水率的判据是：日均补水量超过系统水容量的 0.5% 时，说明存在泄漏或隔膜破损，而不是正常蒸发。隔膜式膨胀罐的隔膜寿命通常为 3～5 年，罐体预充压力每年应校验一次，压力下降超过 20% 即需补气或更换。

五、典型系统场景

常规采暖系统供回水 60 ℃ 与 80 ℃，膨胀量集中在高温段，定压点设在循环泵入口，预充压力按建筑高度核算即可。地暖系统水容量大、供回水温差小，膨胀量按 10～50 ℃ 核算，但系统阻力小、流速低，微气泡更容易滞留在地暖管内，除定压外必须配置脱气装置。冷却水系统水温不超过 40 ℃，膨胀量小，主要风险是定压失效导致的负压吸气与冷却塔补水失控。太阳能与热泵系统温度波动幅度大，日间可能从 20 ℃ 升到 90 ℃，定压装置的调节容积需按全温区核算并留 1.5 倍余量。区域供热一级网水温高、水容量大，通常采用变频补水定压配合氮气定压罐，压力控制精度要求更高。

六、现场检测与调试方法

调试顺序为：先确认系统注满水并排除可见气体，再测静水压并与预充压力比较，预充压力必须在罐体与系统断开的状态下测量，带压测量得到的是系统压力而非预充压力。随后启动循环泵，观察定压点压力是否在设定范围内波动，波动幅度超过 0.2 bar 说明调节容积不足或预充压力偏离。最后记录 24 h 补水量与压力曲线，两者同时上升说明补水阀失控，补水量上升而压力下降说明系统泄漏。

• 压力表：精度不低于 1.6 级，量程取工作压力的 1.5～2 倍，读数落在量程的 1/3 到 2/3 区间。
• 预充压力测量：关闭检修阀、泄放水侧压力后测量，补气用干燥氮气或压缩空气。
• 气体检测：用超声波检漏仪扫描管路高点与泵入口，可定位气泡聚集区。
• 补水计量：加装水表记录日均补水，作为泄漏判据的量化依据。

七、运行与维护规范

膨胀罐每年做一次预充压力校验，隔膜破损的典型征兆是罐体排水口出现持续水流，一旦发现应立即隔离更换，不得继续运行。系统补水应使用软化水或除盐水，硬度高会在地暖管与换热器内壁结垢，间接降低传热效率并加剧局部过热。补水阀不得长期处于开启状态，应设置自动补水并带断水保护。脱气装置按运行温度选择：真空脱气适用于 70 ℃ 以下，微泡脱气可耐更高温度但效率略低。系统停运超过 1 个月，应保持定压压力不低于静水压，避免空气经密封不严处渗入。

八、常见误区

第一个误区是把膨胀罐当作补水罐，认为罐越大越好，实际上罐体过大会使水在罐内停留时间过长、停留水与系统水交换不足，反而滋生细菌并加剧腐蚀。第二个误区是在带压状态下测预充压力，测得的数值没有参考意义，导致调试方向完全错误。第三个误区是定压点设在循环泵出口，泵出口是系统压力最高点，定压点设在这里会使系统其余部分在运行时处于负压。第四个误区是认为装了膨胀罐就不需要脱气，膨胀罐只能容纳体积变化，不能移除已析出的气体。第五个误区是用普通自来水长期补水，硬度与含氧量都偏高，腐蚀与结垢速度明显加快。

九、常见问题

问：系统压力表读数在循环泵启停时波动 0.4 bar，是否正常？

答：偏大。正常波动应在 0.2 bar 以内。波动过大通常有三个原因：膨胀罐预充压力偏低使调节容积不足、罐体容积选小、或定压点位置靠近泵出口。排查顺序是先测预充压力，再核算调节容积是否覆盖膨胀量，最后核对定压点位置。若预充压力正常而波动仍大，应更换更大容积的罐体。

问：如何判断膨胀罐隔膜已经破损？

答：三个判据：罐体排水口或检修口有持续水流；预充压力补气后短时间内再次下降；系统补水率超过水容量的 0.5% 每日且找不到外部漏点。满足任一即可判定隔膜失效，应整体更换，隔膜不可单独修补。

问：系统反复出现气堵，除加脱气装置外还能做什么？

答：先降低定压点压力不足导致的负压风险，把定压点压力提高 0.2～0.3 bar 并确认最低点不超压；再把系统流速控制在 0.8～1.5 m/s，流速过低气泡难以带出，过高则加剧气泡破碎形成微气泡；最后检查管路高点是否设有自动排气阀，排气阀堵塞是气堵的常见原因。

十、结语与资料获取

定压系统的核心是把膨胀量、定压点压力与气体析出三件事放在同一个温度区间内核算，任何一项按平均值取值都会在极端工况暴露问题。工程实践中建议把水容量、工作温度区间、膨胀量、预充压力与补水率做成一张调试记录表，随系统归档并在每个采暖季前复核。flamco 在该品类积累的膨胀罐容积核算方法、预充压力取值与脱气配置资料，可作为核算依据。相关技术资料、容积计算表与调试记录模板可在知识库的定压系统栏目中查阅，也可结合具体系统的水容量与温度区间做针对性复核。