關于容積式水加熱器容積計算方法的探討
我國現行的《建筑給水排水設計規(guī)范》(GB50015-2003)5.3.3條中規(guī)定:容積式水加熱器的有效貯熱容積系數η=0.75,導流型容積式水加熱器的有效貯熱容積系數η=0.85。而在5.4.9條中則這樣規(guī)定:容積式水加熱器或加熱水箱的容積附加系數應符合下列規(guī)定:1、當冷水從下部進入、熱水從上部送出,其計算容積宜附加20%~25%。2、當采用導流型容積式水加熱器時,其計算容積應附加10%~15%。
對于這樣的規(guī)定,5.4.9條條文說明中做出了這樣的解釋:1、傳統(tǒng)的U型管式容積式水加熱器,由于設備本身構造要求,加熱U型盤管離容器底有相當一段高度。當冷水由下進、熱水從上出時,U型盤管以下部分的水不能加熱,存在約20%~25%的冷水滯水區(qū),即計算水加熱器容積時應附加20%~25%的容積。2、帶導流裝置的U型管式容積式水加熱器,在U型盤管外有一組導流裝置,初始加熱時,冷水進入加熱器的導流筒內被加熱成熱水上升,繼而迫使加熱器上部的冷水返下形成自然循環(huán),逐漸將加熱器內的水加熱。隨著升溫時間的延續(xù),當加熱器上部充滿所需溫度的熱水時,自然循環(huán)即終止。此時,位于U型管下部的水雖然經循環(huán)已被加熱,但達不到所需要的溫度,按熱量計算,容器的有效貯熱容積約為85%~90%,即計算水加熱器容積時應附加10%~15%的容積。
筆者以為,上述計算容積式水加熱器容積的方法有所不妥。下面我通過一個簡單的例子來說明一下理由。假設我們需要A升熱水,用容積式水加熱器加熱, 容積式水加熱器的有效貯熱容積系數為η,求該容積式水加熱器的總貯熱容積V(升)是多少。按照數學理論的計算公式應該是:由A=V×η,得V=A÷η。而按照上述規(guī)范規(guī)定的計算方法則是:V’=A×[1+(1-η)]。
如果上述兩種計算方法都是正確的,那么,從理論上講,V應該等于V’,即A÷η= A×[1+(1-η)],則有η(2-η)=1,即(η-1)2=0。顯然,只有當η=1時,V=V’才能成立,而對于容積式水加熱器來說,《建筑給水排水設計規(guī)范》(GB50015-2003)5.3.3條中已經講得很明確,由于其設備本身構造特點,η<1,也就是說V=V’是不成立的。下面我們通過V’與V的比值來看一下它們的差別。
由上面的分析可得V’/V=A[1+(1-η)]/(A/η)=η[1+(1-η)]=-(η2-2η)=1-(η-1)2,因為0<η<1,所以0<(η-1)2<1,故有0<1-(η-1)2<1,也就是說,0<V’/V<1。從這里我們可以看出:按照規(guī)范規(guī)定的計算方法計算出來的容積式水加熱器的總貯熱容積,要比按照數學理論的精確計算方法計算出來的容積小一些。因此,筆者以為,從嚴謹求實的治學方面來講,在容積式水加熱器總貯熱容積的計算問題上,我國現行的《建筑給水排水設計規(guī)范》(GB50015-2003)存在些許小問題有待進一步完善。
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