膨胀罐也叫气压罐，是一种能自动稳压的功能性产品，广泛用于各类闭式循环系统和供给水消防设备上。
作用：缓冲系统的压力波动，让系统在一个相对平稳的压力下运行。
在空调、太阳能、锅炉、地暖等闭式循环系统中，膨胀罐的作用是在工作介质温度升高体积膨胀时吸收膨胀罐量，防止系统压力升高过快，在工作介质温度降低体积收缩时释放气囊内的液体，补充到系统，不让系统压力下降过猛，减少安全阀的泄压次数和自动补水阀的补水次数。在变频供水，气压给水和消防等供水系统上，膨胀罐的主要作用是缓冲水泵启动和停止以及系统阀门开启和关闭时产生的水锤冲击，防止水锤损坏管道以及系统上的元器件，以及在用水低峰期保证水泵足够的休眠时间，不光节能还能延长水泵的使用寿命。
水在温度变化时体积相应变化。实验证明，水在4℃ (准确说是3.98℃)时体积最小，因此水不仅是在4-100℃加热时体积会增大，同样从4-0℃冷却时体积也会膨胀。以下图表说明了水在不同温度下相对于4℃时其体积的膨胀系数。
水加热膨胀系数‘e’—相对于4℃时的体积
众所周知，供暖系统的水在加热时都会膨胀。这种热膨胀是不可避免且相当强烈的自然现象。加热时，系统中上万亿的水分子每一个都会轻微变大。从宏观的角度来看，大家会觉得是系统的水量增加了，但事实并非如此。同样的水分子只是在温度升高时占据更多空间。水的体积上升了，但是系统总的水量并没有改变。见图1所示，1000升水从10℃加热到90℃体积增加了35.6 升。
在实际的用途中，水是不能被压缩的。一定量的水分子除非是在巨大的压力作用下才能被压缩为更小的体积。任何容器在完全盛满水并且与大气隔离的情况下在加热时压力会迅速地升高。如果此压力继续升高，容器则会爆炸，有时后果非常严重。见图2，水在密闭式的换热罐里水温从14℃加热到33℃时，压力从4 公斤急剧上升到了12公斤，由此可见封闭式容器里水温上升后带来的压力增大多么剧烈。
为了避免上述情况发生，所有的水暖系统都需要安装相应的设备容纳水在加热时增大的体积。在与大气相通的系统里，比如无压储水罐，其上部多余的空间能容纳增大的体积。
供暖系统和生活热水系统中膨胀罐的工作原理如下图：
在更典型的封闭式水暖系统中，通常由一个单独的称为膨胀罐的设备提供水加热膨胀需要的空间。如图3 所示，膨胀罐的上半部分有一定量的空气，当系统水体积膨胀时，空气像弹簧一样地起到吸收的作用。
普通型膨胀罐：
早期的水暖系统通常在最高点安装一个顶部开放的水箱。水加热膨胀时会上升到水箱。多数情况下水箱安装在屋顶或阁楼内。
这种水箱会带来较多问题：首先，系统水会从开放式的水箱蒸发减少，水量减少后通常需要提水到屋顶水箱加水，加入的水含有大量溶解的氧气，会因此腐蚀系统的钢铁元件。其次，水箱所在的高度有限，系统运行压力低，水温也受到限制。最后，由于水箱通常远离供暖区域，在某些情况下可能结冻，这样会造成水箱破裂给用户带来更多麻烦。毫无疑问，这类水箱在现代的水暖系统中早已被淘汰。
膨胀罐技术随后的更新就是使用封闭式的水箱，如图4 所示。
这种普通型膨胀罐内最初储存的空气等于大气压力。当系统开始注水后一部分空气滞留在膨胀罐顶部被部分压缩。管道的高度越高于膨胀罐所在高度，其罐体内的空气被压缩程度越强。当水加热膨胀时水位进一步上升，再次压缩罐内空气。
如果膨胀罐设计得当，系统水在加热到最高温度时， 罐内空气压力应该低于安全阀设定压力0.3 巴左右。这个0.3 巴的差值能避免安全阀在设定压力值达到时开启泄水，同时也能方便安全阀安装在膨胀罐接口以下的位置，靠近锅炉的出水口。
普通型膨胀罐在很多年以前的水暖系统上使用过,有些系统今天仍然在使用中。这种罐通常安装在锅炉上方的屋顶横梁下。
普通型膨胀罐最本质的缺点是空气和水直接接触。当系统水冷却时它能吸收溶解一部分空气，在膨胀罐与锅炉之间产生虹吸倒流，溶解了空气的水进入到锅炉及管道中，当再次加热时水中溶解的空气分离出来，不过这次是分离在系统内。被分离出来的空气被排气阀排出。
自动补水系统则会补进少量水取代损失的空气。这样多次往复的加热/冷却过程造成膨胀罐里面的空气逐渐被水取代。最终膨胀罐形成水涝，即完全充满了水。
膨胀罐形成水涝后，里面没有空气舱让系统水膨胀。这样会造成每次系统加热时安全阀都有少量泄水。而系统冷却压力降低后自动补水阀又会补充新鲜水进入系统。这样重复的过程会让大量的新鲜水（含氧量大）在采暖季节里进入系统，因此导致系统腐蚀加剧。
为了防止水涝现象发生，普通型膨胀罐每年需要进行两次排水和重新注入空气。特殊构造的排水阀能保证在排水时让空气进入膨胀罐内，排水阀还能起到在水过程中将系统与膨胀罐隔离的功能。
普通型膨胀罐需要使用特殊的接头，如图5 所示。通过这种连接方式，空气泡能聚积在锅炉上端并且进入膨胀罐，接头内包含有一段浸入锅炉里面的供水管，这样空气泡才不会进入供水管道内。这种连接方式易于系统里面的空气进入到膨胀罐里。
从接头到膨胀管的连接管必须有一定的倾斜度，这样方便空气泡进入膨胀罐。连接管必须在3 米以上，以减少锅炉热量向膨胀罐的传导，传导的热量会导致膨胀罐内空气压力增大。
图 5 普通型膨胀罐的特殊接头
隔膜式膨胀罐：
为了避免上述情况发生，所有的供暖系统和生活热水系统中都需要安装相应的设备容纳水在加热时增大的体积。在与大气相通的系统里，比如无压储水罐，其上部多余的空间能容纳增大的体积。在更典型的封闭式供暖系统中，由一个单独的称为膨胀罐的设备提供水加热膨胀需要的空间，现在通常使用的是隔膜式的膨胀罐，下文中我们就把隔膜式膨胀罐称为膨胀罐。膨胀罐隔膜的一侧充满加压的空气，另一侧容纳膨胀的系统水体积。当系统水进入膨胀罐里面时，隔膜受力弯曲，预充空气被压缩。
隔膜式膨胀罐的罐体中间由隔膜将罐体分成二部分，上部分是罐体与隔膜之间预冲了一定压力的氮气，下部分是用来储水。
气囊式膨胀罐，则是气囊在罐体内，气囊用来储水，在气囊与罐体之间预充有一定要的氮气。
膨胀罐的选型计算：
热力系统中（锅炉、空调、热泵、热水器等）膨胀罐的选型：
V =
式中：
C—系统中水总容量（包括锅炉、管道、散热器等）；
e— 水的热膨胀系数（系统冷却时水温和锅炉运行时的最高水温的水膨胀率之差，见下表）；
标准设备中e=0.0359（90℃）；
P1—膨胀罐的预充压力，Bar。通常为1.5Bar（容积小的）或2Bar（容积相对大的）
P2—系统运行的最高压力（即系统中安全阀的起跳压力），Bar；
V：膨胀罐的体积。
不同温度下水的膨胀率
公式中e应为水的膨胀系数差，一般锅炉系统e直接0.0359，指的是水从4℃上升到90℃，因为水在4℃时的膨胀系数为0。如果实际工况不是这样，也可以按实际温度来，比如水是从10℃上升到80℃，10℃对应的膨胀系数是0.00027，在80℃是0.029 ，那么这个时候的e=0.029-0.00027=0.02873。大家平时直接使用e=0.0359 来计算，一来是方便，二来是一般的暖通系统水温不会加热超过90°，所以这样计算下来的膨胀罐会稍大一些，对系统来讲膨胀罐稍大压力会更加平稳，不利的是大的膨胀罐自然要比小的贵一些。
计算结果遵循“选大不选小”的原则。
例：系统水总溶剂为400L的锅炉，安全阀起跳压力为3bar。应该选用多大体积的膨胀罐？
按选大不选小原则，最接近的是50L的膨胀罐。有时也按下表选取：
供热系统膨胀罐容积计算：
当系统供水温度设计为95-70℃ 供暖系统V=0.031Vc
当系统供水温度设计为110-70℃ 供暖系统V=0.038Vc
当系统供水温度设计为130-70℃ 供暖系统 V=0.043Vc
式中：V—膨胀罐的有效容积L；
Vc—系统内的水容量，L。
空调、热泵系统膨胀罐选型经验公式：
5HP以下机用2L；
5-10HP机用5L；
10-18HP机用8L，1HP（匹）= 2.5KW（简单理解）；
45kW～75kW选用12L的膨胀罐；
75kW～112.5kW选用19L的膨胀罐；
112.5kW～150kW选用24L的膨胀罐；
锅炉、热水器系统：
功率为1000Kcal/h的锅炉或热水器，其系统水总容积为10-20L；
1Kcal/h（大卡/小时）= 1.163W。
定压系统中（变频供水、恒压供水等）膨胀罐的选型：
为避免水泵频繁启动，膨胀罐的调节容积应满足一定时间的水泵流量（L/min），计算公式如下：
K ：水泵的工作系数，随水泵功率不同而变化，具体见下表：
Amax：水泵的最大流量（L/min）；
Pmax：水泵的最高工作压力（水泵停机时系统的压力）；
Pmin：水泵的最低工作压力（水泵启动时系统的压力）；
Ppre：气压罐的预充压力；
V：气压罐的体积。
其中1HP（马力）= 0.735KW。
例：一恒压供水设备水泵功率为4HP，水泵最大流量为120L/min,系统压力低于2.2bar时水泵自动启动，系统压力达到7bar时，水泵自动停机，气压罐预充压力为2bar，该系统要选用多大的气压罐？
由上表可知：水泵功率为4HP时，K=0.375
膨胀罐预充压力与最大工作压力的详细计算分析：
根据理性气体状态方程：一定质量的某种理想气体，在从一个状态变到另一个状态时，压强与体积的乘机与热力学温度的壁纸保持不变，即：PV/T=定值。假设气体温度T不变，则乘积PV不变。
计算计算在膨胀罐内气体体积和压力变化时膨胀罐气囊内进水量的多少。
定义：
P ：气体的压强（平时习惯叫压力，绝对压强而不是表压）；
V ：气体的体积；
P0 气体的初始压力；
V0气体的初始体积（忽略膨胀罐气囊的厚度的话应该就是罐的体积）。
例1：膨胀罐预充压力为1.5bar，未充水以前，气体的体积即为罐的体积，也就是24L，当膨胀罐气囊内水压为8bar时，膨胀罐囊内水和囊背面气体压力平衡时，假设气体的体积为V1，囊内进水体积为△V1=？
P0×V0 = P1×V1
24 ×（1.5 1）= 9×V1
得： V1 = 6.7L
即：△V1 = 24–6.7 = 17.3L。
例2：膨胀罐内气体放到跟外界大气压相等，当膨胀罐气囊内水压力为4bar时，膨胀罐囊内水和囊背面气体压力平衡时，假设气体的体积为V2，囊内进水体积为△V2=？
P0×V0 = P2 ×V2
24×1= （4 1×V2
得：V2 = 4.8L 也就是此时气体被压缩到只有4.8L
即：△V2 = 24– 4.8= 19.2L
△V2 －△V1 = 19.2－17.3 = 1.9L
例3：按膨胀罐出厂的最大测试压力11.2bar，膨胀罐预充压力为1.5bar，膨胀罐气囊内水压达到11.2bar时，当膨胀罐气囊内水压力跟气囊背面气体的压力平衡时，假设气体的体积为V3，囊内进水体积为△V3
P0×V0 = P3 ×V3
24 ×（2.5 1）= (11.2 1)×V3
得：V3 = 4.92L 也就是此时气体被压缩到只有4.92L
即：△V3 = 24–4.92= 19.08L
△V2 －△V3 = 19.2－19.08 = 0.12L
由以上分析可知：
即使在工作压力4bar的时候，膨胀罐气囊内进入的水已经比预充压力为1.5bar意大利出厂测试时多了1.9L，比最大测试压力为11.2bar的时候还要多0.12L，所以如果在实际应用时需要对膨胀罐的预充压力进行调整，切记预充压力调大时没有太大影响，但是如果是把预充压力降低，膨胀罐的气囊的承压能力就达不到其标注的最大工作压力。
该数据来自深圳得汛汪继堂
计算系统总水量：
膨胀罐的选择计算方式里首先需要知道的就是系统的总水量。系统总水量通常由三部分。
构成：锅炉水量—锅炉制造厂家已标明；散热设备如散热器、风机盘管容水量—由厂家提供；
管道容水量，见以下几种常用管材的容水量表格：
钢管特征：
铜管特征：
膨胀罐恒压点：
膨胀罐相对于系统水泵的安装位置至关重要，它会在水泵运行时影响系统的工作。膨胀罐必须总是安装在靠近水泵吸入口的地方。
为了更好地明白其道理，需要对水泵及膨胀罐之间的关系深入了解。在封闭循环的系统中，水量是一定的（包含膨胀罐里面的水）。水泵无论开关与否它都不会改变。膨胀罐的空气舱装有密闭加压的空气。唯一改变空气舱的压力就是让更多的水进入膨胀罐压缩空气使其压力升高，或将膨胀罐里面的水推回到系统使空气膨胀压力降低。这个改变空气压力的水必须来自于或返回到系统的某个地方。然而系统的水是不能被压缩的，系统的水量又是一定的。
所以无论水泵开还是关，上述的空气压力的改变是不可能发生的。因此说膨胀罐在其与系统连接的地方水压是恒定的。这就称为膨胀罐恒压点。值得注意的是, 这儿指的恒压点是在水温不变的情况下相对于水泵开关时压力变化的恒压点。
现在请参考下图6，这是一个水平铺设的封闭式循环系统，系统的起始压力约为10 psi，即水泵未运行时的压力，这时，系统每一点的压力均相等—图中实线表明水泵未运行时系统各点的压力。当水泵开启后（假定其扬程为9 psi），其吸入端与出水端马上形成压差。但是，膨胀罐与系统的接口处压力不变。水泵形成的压差、管道的阻力及膨胀罐的压力恒定点构成了一个新的系统压力分布情况—如图中虚线所示。
从虚线部分的压力可以看出，在水泵运行时，几乎系统所有部分的压力均有升高。这是较理想的状态，因为它能促使气体从排气阀排出。而且它使溶解的空气为溶液状态，减小了水泵入口出现汽蚀的可能性。从膨胀罐接口到水泵吸入口会因管道阻力有一小点可以忽略不计的压力损失。所有图6中的数据均为指示性的。实际的数据会因流量、水流特征及管道口径而定。接下来，请参考图7，当膨胀罐（不正确地）安装在水泵出水口的时候在水泵运行时的压力情况。
膨胀罐与系统连接点的压力始终保持不变，无论水泵开关与否。这造成在水泵运行时系统大多数地方的压力降低。水泵吸入端的压力从10 psi 降低到了2psi。这种情况非常不理想，因为它不利于排气，而且还易造成水泵汽蚀现象发生。
图 6 水泵开关时水平封闭系统的压力分布情况图。注意膨胀罐安装（正确地）在水泵的吸入端。
图7 水泵开关时水平封闭系统的压力分布情况图。注意膨胀罐安装（不正确地）在水泵的出水端。
为了说明问题的严重性，我们假设系统初始运行压力不是10psi 而是5 psi，水泵运行时提供的压差仍然为9psi ，所有图7 中虚线部分的压力均下降5psi，如图8 所示。
图8水泵开关时水平封闭系统的压力分布情况图。注意膨胀罐安装（不正确地）在水泵的出水端，水泵运行时系统的一部分出现负压。
从图8虚线的压力分布可以看出，自系统右上角到水泵的吸入端均为负压。如果在这一段有排气阀或管道及阀门稍微的泄漏，空气会在水泵循环时被吸入系统内。而水泵入口端的绝对压力降低，因此水泵汽蚀的可能性增大，尤其是在高温水运行的情况下。
遗憾的是，很多住宅的水暖系统都是将水泵面向，而不是背向膨胀罐接口（恒压点）。
参考图9，这是一个典型的将水泵面向膨胀罐接口泵入的系统。传统的分节锅炉的压力损失较小，从压力变化的角度上看，水泵的出水口非常接近恒压点。水泵一旦运行，从膨胀罐与系统的接口到水泵的吸入口整段系统的压力都会降低。
有很多诸如图9一样的系统运行了多年没有出现问题，而有些则从一开始就出现问题。
这是什么原因呢？这需要很多因素如系统高度、水温、压降、系统预压才能确定系统整个压力分布的情况。大多数出现问题的系统都集中在水温高、静压低、循环管路阻力高这些特征上。
与其抱着侥幸心理一赌是否系统出现问题，不如将系统调整，如图10所示。这样当水泵运行时，几乎系统所有部位的压力都会升高。
很多长期存在‘空气问题’的系统只需简单地将膨胀罐调换到水泵吸入端就得到解决。
对于使用压降小的热源如分节锅炉的系统，可以将膨胀罐放置在回水端，如图11所示。
这种安装方式可以使膨胀罐工作水温相对更低，利于延长隔膜的使用寿命。如果在恒压点至水泵吸入端之间有很大的压力损失则不要采取这种连接方式。压力损失越大，避免水泵汽蚀的空间越小。
在多区域多台水泵供暖系统中，各水泵连接的主管应靠近膨胀罐接口的后面，如图12所示。连接水泵的主管口径应设计偏大减小这一段的阻力。
在一次/二次循环系统的供暖系统中，膨胀罐通常安装在一次系统水泵的吸入端。这儿的一次系统就提供了二次系统的膨胀空间。如图13所示，二次系统的各水泵在运行时提高其所在环路的压力。
在很多供暖系统中，补水系统通常与膨胀罐接口的三通处连接，如图11所示。由于连接点是恒压点，所以在水泵运行时额外的补水系统的水不会灌入系统中。
图11膨胀罐安装在锅炉回水端。只建议在锅炉及水泵前面管道压力损失小的情况下运用。
膨胀罐的安装：
1.供暖系统中，膨胀罐一般安装在水温相对低的的回水端，或储热水箱的冷水入水端。
2.35L（或24L）及以下的膨胀罐一般可直接连到系统的管道上，35L（或24L）及以上的膨胀罐自带三角支架，避免膨胀罐在工作时自重对系统管道产生较大的载荷，使用金属软管把膨胀罐连接到系统预留接口，严禁使用硬质胶管连接到系统（若管道有振动，硬质胶管跟膨胀罐接口连接处容易漏水甚至是开裂），埋地螺钉固定膨胀罐支脚，保证使用过程中的平稳。
3.膨胀罐附近要安装安全阀，避免在系统压力异常的时候损坏膨胀罐和系统其它部件。
4.在供暖闭式循环系统中，不能把膨胀罐装在水泵的出水口，这样可能会造成水泵的气蚀。
5.膨胀罐在热力系统中，如空调、锅炉、热泵等，一般安装在系统的回水端。
6.更换膨胀罐前应先把系统关停或把膨胀罐跟系统隔开，防止系统介质通过膨胀罐接口处泄漏，更换的膨胀罐最好跟原膨胀罐体积、耐温和耐压一致。
膨胀罐安装使用注意事项：
1.膨胀罐出厂是预充压力已设定，根据罐子的大小，一般体积小于150L的膨胀罐预充压力为1.5bar，200L或以上的预充压力为2bar。若此压力不合适，也可在供应商的指导下充/放气。
2.测试膨胀罐气囊时建议直接用水压测试，严禁使用锐利的器件触碰气囊。
3.若该膨胀罐是放在特殊场合，应告知供应商，以便有相关的膜体对应使用。
4.膨胀罐的工作介质一般为水或防冻液的混合物（水的比例不得小于50%），其他介质需打电话咨询。
5.膨胀罐应定期检查其预充压力，如果发现压力下降，应及时补气，以免影响其正常使用。
6.膨胀罐罐体标签上有注明工作温度和最大工作压力，严禁超出此范围。
7.应严格按照公式计算膨胀罐容积，膨胀罐过小会引起安全阀的频繁起跳好自动补水阀的频繁补水。
8.膨胀罐的最大工作压力跟其罐体上标注的预充压力一一对应，如果因使用需要改变其预充压力，最大工作压力随之改变，基本遵循以下规律：预充压力减小，最大工作压力减小，具体减少到多少要计算；预充压力增大，UI大工作压力不变。
9.应每6个月（或一年）检查一次膨胀罐预充压力大小，如发现气压不足应及时补气。
隔膜式膨胀罐的选择、安装及维护：
目前市场上的隔膜式膨胀罐形状大致有两种：扁平型及圆柱型，前者又分为方扁及圆扁两种，因为其体积小，大多安装在壁挂锅炉或小型落地锅炉里面，在锅炉出厂时已经配备；但由于他们的容积较小（5-12 升左右），所以在系统设计时还需要重新计算膨胀量。如果厂家配备的膨胀罐不能满足系统要求则需要增加膨胀罐。圆柱型膨胀罐体积及容量更大（容量通常在2-50 升左右），因此也更多安装在系统上。他们的接口通常为3/4”或1”，一般垂直安装，由于其本身及容纳的水的重量，通常需要使用固定夹来支撑。见图14膨胀罐支架。
较传统的膨胀罐安装方式是将其悬挂在空气分离器的下端，空气分离器下端的接口通常为3/4”内螺纹，就是为方便连接膨胀罐设计的（见图16）。在中小型的落地锅炉上通常使用
挂墙式锅炉组件，如图15 所示，组件包含锅炉接口（通常为3/4”内螺）、自动排气阀、安全阀、压力表及膨胀罐接口（3/4”活接,带自闭阀）, 膨胀罐安装在锅炉组件下端。
图14 膨胀罐固定支架 图15 挂墙式锅炉组件
尽管膨胀罐的工作原理允许其水平或垂直安装，但在膨胀罐非垂直安装时有其它顾虑：
一是系统的空气泡可能会因此滞留在膨胀罐水箱一侧，空气泡里的氧气会腐蚀罐体；二是在膨胀罐没有支撑或支撑不好的情况下，膨胀罐的重量作用在接口上可能造成接口断裂。因此建议膨胀罐都垂直安装。
膨胀罐内部的压力一部分受到预充空气温度的影响。罐体温度越高，预充空气的温度相应越高。尽管在计算膨胀罐时已经考虑了空气升温带来的升压，但在安装时仍需考虑减少膨胀罐自身升温的措施。将系统的接口与膨胀罐的接口延长0.5-1米能有效降低膨胀罐自身升温。这对于90℃水温以上的系统尤为重要。
当系统需要大容积的膨胀罐时,可以选择落地式膨胀罐, 或者将多个膨胀罐并联安装。
组合的膨胀罐容积总量不能低于计算的膨胀量。并联安装时，每个膨胀罐与系统的接口应该在同一水平位置，确保每个膨胀罐有足够的支撑且充气阀易于检测。
在膨胀罐的接口处最好安装自闭阀，如图15所示，这样易于将膨胀罐从系统上拆换而不影响系统。接口上端的泄水阀方便将膨胀罐内的压力及残存的水放掉。
大多数隔膜式膨胀罐的预压空气会保存数年。但是定期对空气舱的压力进行检测非常必要， 建议每年用气压表（如图16所示）检测空气压力：如果打开空气阀有水流出，这表明膨胀罐隔膜已穿孔，需要更换新的膨胀罐。新更换的膨胀罐在安装前必须将空气预充压力调节到设定压力；如果空气压力变低，则需要从系统上拆下膨胀罐，用空气压缩机或自行车气筒补气到设定压力然后装回系统。
膨胀罐是封闭式供暖系统里非常重要的元件。它的选型、预压、及安装并不难于理解，但遗憾的是在工程安装时经常被误解或忽略了。靠‘估计’或‘想象’得出的数据往往会给系统带来或大或小的问题。因此对于从事供暖系统设计或安装的专业人员，需要认真地参考各类数据及仔细研究其安装方式。
本文来源于互联网，暖通南社整理编剧辑。
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