Serbatoio di accumulo dell'acqua refrigerata in pressione rispetto al serbatoio atmosferico: quale specificare
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Serbatoio di accumulo dell'acqua refrigerata in pressione rispetto al serbatoio atmosferico: quale specificare
Un serbatoio di accumulo dell'acqua refrigerata in pressione appartiene a un circuito idronico sigillato in cui l'acqua accumulata deve rimanere al di sopra della sua pressione di vapore. Un serbatoio atmosferico è più economico a grande volume e assorbe l'espansione attraverso la sua superficie libera, ma impone una rottura di pressione che le pompe devono compensare. Specificare quello che soddisfa il confine di pressione e la richiesta di volume.
Introduzione
La scelta tra un serbatoio di acqua refrigerata in pressione e uno atmosferico non è una questione di rivestimento o materiale; è una decisione su dove si colloca il confine di pressione del sistema, e tale decisione si ripercuote sulla selezione delle pompe, sul consumo energetico e sul controllo dell'espansione. Quando si specifica l'accumulo di energia termica per un impianto di acqua refrigerata, si sceglie tra mantenere l'acqua accumulata all'interno del circuito in pressione o lasciarla a pressione atmosferica dietro uno scambiatore di calore o una rottura di carico.
Questo articolo espone il compromesso in termini ingegneristici anziché come preferenza di marca. Tratta ciò che separa fisicamente i due tipi di serbatoio, come la pressione di esercizio modifica la prevalenza della pompa e il bilancio energetico, come ciascuna configurazione gestisce la dilatazione termica e dove entra in gioco la marcatura ASME BPVC Sezione VIII. La selezione è un calcolo, non uno slogan, e si conclude con un quadro di riferimento che è possibile applicare ai propri dati.
I riferimenti normativi sono ASME BPVC Sezione VIII per il recipiente in pressione, ASME B31.9 per le tubazioni dei servizi edilizi e l'ASHRAE Handbook per la base di carico. Una norma indica un requisito; non certifica un serbatoio, quindi specificare il marchio di conformità richiesto dal calcolo.
Cosa distingue un recipiente in pressione da uno atmosferico
Un serbatoio di accumulo dell'acqua refrigerata in pressione è costruito come confine di pressione: contiene l'acqua accumulata a una pressione relativa superiore a quella atmosferica, allineata alla pressione di esercizio del circuito, in modo che la superficie libera sia soppressa e l'acqua rimanga allo stato liquido nei punti a pressione più bassa del circuito. Il suo mantello, i bocchelli, i passi d'uomo e il percorso di scarico della pressione sono progettati e ispezionati a tale pressione. Un serbatoio atmosferico, al contrario, è sfiatato verso l'atmosfera; l'acqua accumulata si trova a o vicino a 0 psig (0 kPa(g)) e respira attraverso uno sfiato o una copertura a volta, con il mantello progettato solo per il carico idrostatico e per i carichi del vento o sismici, non per il contenimento della pressione.
La linea di demarcazione pratica è il limite di pressione. In una configurazione atmosferica il serbatoio è normalmente collegato al circuito in pressione tramite uno scambiatore di calore, oppure il circuito attraversa un punto di disaccoppiamento in cui un gruppo di pressurizzazione separato mantiene la pressione del circuito mentre il serbatoio rimane a pressione atmosferica. In una configurazione in pressione il serbatoio è un elemento in pressione del circuito, quindi il disaccoppiamento scompare ma il costo del recipiente, la stampigliatura e l'ispezione no.
Pressione dell'impianto e sue conseguenze
La pressione del sistema decide se l'acqua immagazzinata può trasformarsi in vapore e se l'aria viene aspirata nel circuito; il confine di pressione impedisce entrambe le cose. L'acqua a temperature refrigerate ha una bassa pressione di saturazione, quindi l'evaporazione flash è raramente il fattore determinante nel serbatoio stesso, ma nei punti più alti del sistema di distribuzione la pressione può scendere vicino alla saturazione, e un confine di pressione che mantiene l'intero circuito al di sopra di quel punto elimina il rischio.
La conseguenza per la progettazione è che un serbatoio in pressione non solleva la pompa o il refrigeratore dal loro compito di pressione; lo condivide. Il vantaggio è la coerenza: un circuito chiuso, un gruppo di pressurizzazione, nessun ingresso d'aria all'interfaccia di accumulo. Un serbatoio atmosferico elimina questa coerenza: il circuito è in pressione sul lato di mandata della rottura, il serbatoio respira, e qualsiasi perdita è una perdita verso l'atmosfera anziché una perdita di pressione del circuito; per volumi molto grandi, rimuovere il confine di pressione è la leva di costo singola più grande.
Prevalenza della pompa, potenza e analisi energetica
La potenza della pompa segue P = rho g Q H / eta, con Q la portata e H la prevalenza sviluppata. La scelta del serbatoio modifica H in un modo che è facile sottostimare. In un circuito chiuso in pressione il serbatoio di accumulo è già alla pressione del circuito, quindi le pompe di carica e scarica forniscono solo la prevalenza per attrito e dislivello attraverso lo scambiatore di calore dell'accumulo o il circuito; non vi è alcun incremento di pressione nel serbatoio stesso.
In una disposizione atmosferica le pompe di circolazione affrontano una rottura di pressione al serbatoio. L'acqua che lascia il circuito in pressione passa nel serbatoio a pressione atmosferica, e la pompa di ritorno deve ristabilire la pressione del circuito oltre al dislivello e all'attrito. L'energia non è gratuita: il lavoro di pressurizzazione viene trasferito sulle pompe di circolazione principali o su una pompa di carica dedicata. Il bilancio energetico dipende dalla frequenza con cui l'accumulo viene caricato e scaricato e dal dislivello e dall'attrito imposti dal sistema, non dal tipo di serbatoio considerato isolatamente.
Controllo dell'espansione in ciascuna configurazione
La dilatazione termica dell'acqua è inevitabile quando il circuito si riscalda, e i due sistemi la gestiscono in modo diverso. Un sistema chiuso e in pressione mantiene un volume d'acqua fisso, quindi la dilatazione viene assorbita da un vaso di espansione chiuso dimensionato in base al volume d'acqua dell'impianto e all'aumento di temperatura, mantenendo la pressione del circuito entro la fascia tollerata dall'apparecchiatura. Il serbatoio di accumulo, facendo parte del volume chiuso, non contribuisce con un proprio volume; il suo volume è conteggiato nel totale dell'impianto ma è il dispositivo di espansione a svolgere il lavoro.
Un serbatoio atmosferico gestisce l'espansione attraverso la propria superficie libera. Man mano che il circuito si riscalda, l'acqua di espansione semplicemente sale nel serbatoio e la superficie si sposta; non esiste un vaso di espansione separato per il volume accumulato, e il serbatoio funge anche da ricevitore di espansione per la porzione di sistema che serve. Il compromesso è che il circuito necessita comunque del proprio controllo di pressurizzazione ed espansione sul lato in pressione della separazione; il controllo dimensionale è lo stesso: volume totale d'acqua, escursione termica prevista e banda di pressione ammissibile.
Obblighi di stampigliatura e ispezione secondo il codice
La questione della stampigliatura è risolta dalla pressione, non dalla funzione. La Sezione VIII Divisione 1 dell'ASME BPVC si applica ai recipienti con una pressione interna o esterna superiore a 15 psi (103 kPa(g)). Un serbatoio di accumulo dell'acqua refrigerata al di sopra di tale soglia rientra nell'ambito della ASME VIII e viene costruito, stampigliato e ispezionato come recipiente a pressione, con targa di identificazione e rapporto dei dati. Un recipiente a o al di sotto di 15 psi(g) cade al di sotto della soglia ASME VIII e può essere costruito come serbatoio di accumulo generico: un serbatoio in acciaio bullonato secondo AWWA D103 o un serbatoio saldato ventilato, senza stampigliatura da recipiente a pressione.
L'obbligo di ispezione segue il timbro. Un recipiente timbrato porta con sé i registri di fabbricazione e delle prove idrostatiche e il regime di ispezione continuo di un recipiente in pressione; un serbatoio di grande volume non timbrato porta con sé il programma di ispezione e manutenzione di un serbatoio per lo stoccaggio dell'acqua. L'autorità competente decide la soglia e eventuali requisiti aggiuntivi, quindi il timbro che si specifica è quello richiesto dalla pressione operativa calcolata, non una regola generica applicata senza il numero.
Dove la pressurizzazione ripaga il suo costo
Un serbatoio in pressione ripaga il proprio costo quando l'acqua accumulata deve rimanere all'interno del circuito sigillato e quando il volume è sufficientemente piccolo che la bollatura e l'ispezione rappresentano un errore di arrotondamento rispetto all'acciaio. Il teleraffreddamento e gli impianti centralizzati che caricano e scaricano attraverso lo stesso circuito primario sigillato, il raffreddamento di processo dove l'accumulo deve mantenere la pressione per il processo, e gli interventi di riqualificazione dove una rottura di pressione imporrebbe un nuovo gruppo di pressurizzazione sono i casi in cui un recipiente in pressione è la scelta a minor attrito. Esso guadagna il proprio posto anche dove l'esclusione dell'aria è rigorosa: mantenere il volume accumulato al di sopra della saturazione e lontano da uno sfiato respirante elimina l'ingresso di ossigeno e il carico corrosivo che una superficie aperta comporta.
Il fattore ricorrente è la frequenza. Se il serbatoio viene caricato e scaricato ogni giorno, eliminare l'interruzione di pressione rimuove una penalità energetica giornaliera della pompa, e il costo del timbro viene ammortizzato su anni di funzionamento. Al di sotto di circa qualche centinaio di metri cubi, il sovrapprezzo per un recipiente con timbro ASME è piccolo rispetto alle tubazioni e ai controlli circostanti.
Dove la soluzione atmosferica è quella giusta
L'accumulo atmosferico è la risposta giusta per grandi volumi, ed è lì che risiede la maggior parte dell'accumulo termico di acqua refrigerata. Un serbatoio stratificato di diverse migliaia di metri cubi non è economico da pressurizzare: il mantello, gli ugelli e le ispezioni scalano tutti con la pressione nominale, e un accumulo a termoclino richiede una superficie libera affinché gli strati caldo e freddo possano stratificarsi senza che un differenziale di pressione forzi la miscelazione. Il serbatoio è costruito come un recipiente atmosferico ventilato o a volta, collegato al circuito tramite uno scambiatore di calore o un gruppo di pompe dedicato alla carica-scarica, e la pressione del circuito è mantenuta dall'altro lato della separazione.
È anche la risposta giusta dove il sito dispone già di un circuito di raffreddamento o stoccaggio atmosferico aperto e dove l'acqua di reintegro e la protezione antigelo sono già gestite. La superficie libera offre capacità di espansione gratuitamente, il guscio è economico e l'unico svantaggio è la perdita di pressione che le pompe devono compensare, che è piccola quando il serbatoio viene caricato lentamente durante la notte e scaricato durante un picco. Mantieni lo sfiato e la protezione antigelo specificati, e il serbatoio atmosferico è la scelta a costo inferiore.
Effettuare la scelta su un progetto
Esegui la scelta come un calcolo anziché come impostazione predefinita. Parti dalla pressione operativa di cui necessita il circuito e dalla temperatura dell'acqua refrigerata, e verifica se il volume immagazzinato supera la soglia ASME VIII alla pressione che intendi utilizzare; questo determina prima di tutto la marcatura e l'ispezione. Poi dimensiona lo stoccaggio in base al carico: volume dal profilo di carico e dall'escursione di temperatura consentita, non un numero preso da un progetto simile.
Successivamente, affianca i due casi energetici. Stima la prevalenza della pompa con e senza il punto di rottura di pressione, utilizzando la reale elevazione e l'attrito della tua distribuzione, e moltiplica per la portata e le ore di funzionamento per ottenere l'energia annua della pompa per ciascuna configurazione. Aggiungi la differenza di capitale: un recipiente stampato e la sua ispezione rispetto a un serbatoio ventilato e una pompa di carica. La configurazione vincente è quella il cui costo energetico, di manutenzione e di capitale nell'arco della vita utile è inferiore per la tua portata, il tuo volume e la tua frequenza di carica; dove il volume è grande e la carica è lenta, di solito vince la soluzione atmosferica, mentre dove il volume è piccolo e il circuito deve rimanere sigillato, di solito vince quella pressurizzata.
Confine di pressione e obblighi normativi in base alla pressione di esercizio
Disposizione | Pressione di esercizio tipica | Base normativa | Ispezione / Marcatura | Gestione dell'espansione |
Recipiente pressurizzato | Superiore a 15 psi(g) (103 kPa(g)) | ASME BPVC Sezione VIII (recipiente a pressione) | Marchio U, targhetta, rapporto dati, ispezione autorizzata | Vaso di espansione chiuso sul circuito |
Serbatoio in pressione (bassa) | A o sotto 15 psi(g) | Sotto la soglia ASME VIII; base di stoccaggio generale | Programma di ispezione dei serbatoi di stoccaggio | Vaso di espansione chiuso sul circuito |
Serbatoio atmosferico | Vicino a 0 psi(g) (0 kPa(g)) | Sfiatato/aperto; carichi del battente liquido e ambientali | Ispezione e manutenzione dei serbatoi di stoccaggio dell'acqua | Superficie libera del serbatoio |
Serbatoio atmosferico (bullonato) | Vicino a 0 psi(g) (0 kPa(g)) | Serbatoio di stoccaggio in acciaio bullonato AWWA D103 | Registrazioni di fabbricazione e rivestimento del serbatoio bullonato | Superficie libera del serbatoio |
Fattori di selezione: pressurizzato versus atmosferico
Condizione del progetto | Favorisce | Perché | Voce da monitorare |
Volume di stoccaggio superiore a diverse migliaia di m3 | Atmosferico | La pressurizzazione di un grande volume non è economica; la termoclina necessita di una superficie libera | Scambiatore di calore o pompa di carica alla rottura |
Volume di stoccaggio piccolo (da decine a poche centinaia di m3) | Pressurizzato | Timbro e ispezione sono marginali rispetto a tubazioni e controlli | Confermare la pressione operativa rispetto a 15 psi(g) |
Carica/scarica giornaliera, circuito sigillato | Pressurizzato | Elimina la penalità ricorrente della pompa per interruzione di pressione | Dimensionamento del vaso di espansione chiuso |
Carica lenta notturna, scarica di picco | Atmosferico | La penalità della prevalenza della pompa si riduce in media con la velocità termica | Sfiato e protezione antigelo |
Esclusione rigorosa dell'aria / controllo della corrosione | Pressurizzato | Nessuno sfiato di respirazione, nessun ingresso di ossigeno | Gruppo di pressurizzazione lato circuito |
Circuito di raffreddamento o stoccaggio aperto esistente | Atmosferico | Rabbocco e protezione antigelo già gestiti | Rottura di pressione attraverso il circuito |
Informazioni su Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd.) progetta e fabbrica serbatoi di stoccaggio in acciaio bullonato, serbatoi in acciaio saldato, serbatoi in epossidica fusa a legame, serbatoi zincati, recipienti in acciaio inossidabile, recipienti a pressione, coperture a cupola geodetica in alluminio e coperture galleggianti. L'azienda vanta oltre 30 anni di esperienza produttiva e ha fornito attrezzature a progetti in più di 100 paesi. Le coperture a cupola geodetica in alluminio sono progettate e fabbricate secondo API 650 Appendice G, AWWA D108, l'Aluminum Design Manual, ASCE 7 e IBC, e l'azienda ha sviluppato ed esportato una copertura a cupola in alluminio di 72 m di diametro nel 2023. Ingegneria, fabbricazione, rivestimento, controllo qualità e servizio in cantiere sono gestiti come un unico ambito, motivo per cui i disegni, la base di calcolo e l'hardware consegnato possono essere riconciliati tra loro.
Domande frequenti
Un serbatoio di stoccaggio dell'acqua refrigerata dovrebbe essere pressurizzato?
La pressurizzazione è necessaria solo quando l'acqua immagazzinata deve rimanere all'interno del circuito idronico sigillato e la pressione di esercizio supera la soglia ASME VIII, oppure quando l'esclusione dell'aria e la coerenza del circuito contano più del costo del serbatoio. Per la maggior parte degli accumuli termici di grande volume la risposta è no: il serbatoio viene costruito a pressione atmosferica e collegato tramite uno scambiatore di calore, perché pressurizzare migliaia di metri cubi non è economicamente vantaggioso e una termoclina necessita di una superficie libera. Specificare la pressurizzazione dove il volume è ridotto e il circuito deve rimanere sigillato.
Qual è la differenza tra un serbatoio pressurizzato e uno atmosferico?
Un serbatoio pressurizzato è un confine di pressione che contiene l'acqua stoccata al di sopra della pressione atmosferica, con un mantello, bocchelli e ispezione secondo ASME BPVC Sezione VIII quando supera 15 psi(g); il circuito rimane sigillato attraverso lo stoccaggio. Un serbatoio atmosferico è sfiatato o aperto a circa 0 psi(g), progettato solo per il battente liquido e i carichi ambientali, collegato al circuito tramite un'interruzione o uno scambiatore di calore. La differenza sta in dove si trova il confine di pressione e chi ne sostiene il costo.
Un serbatoio pressurizzato necessita del timbro ASME?
Richiede un timbro ASME BPVC Sezione VIII quando la sua pressione operativa supera 15 psi (103 kPa(g)); questa è la soglia di applicazione per un recipiente a pressione negli Stati Uniti. A quella pressione o al di sotto, il recipiente è al di sotto della soglia ASME VIII e può essere costruito come serbatoio di stoccaggio generico, come un serbatoio bullonato secondo AWWA D103, senza un timbro per recipienti a pressione. Il numero determinante è la pressione operativa calcolata e l'adozione della soglia da parte dell'AHJ, non la parola pressurizzato di per sé.
In che modo la pressione influisce sulla potenza della pompa?
La potenza della pompa segue P = rho g Q H / eta. Un serbatoio in pressione si trova già alla pressione del circuito, quindi le pompe di carica e scarica aggiungono solo perdite di carico e prevalenza geodetica. Un serbatoio atmosferico impone una rottura di pressione: l'acqua passa a pressione atmosferica nel serbatoio e la pompa di ritorno deve ristabilire la pressione del circuito, quindi la prevalenza geodetica appare nella prevalenza della pompa. L'energia non viene distrutta; viene trasferita dal gruppo di pressurizzazione alle pompe di circolazione principali, e il costo cresce con la portata e con la frequenza con cui il serbatoio viene caricato.
Quale configurazione ha un consumo energetico inferiore?
Nessuno dei due è inferiore in ogni caso; la risposta dipende dal servizio. Un circuito in pressione elimina la penalità della pressione di rottura, quindi ad alta frequenza di carica e scarica il sistema sigillato può consumare meno energia di pompaggio. Un serbatoio atmosferico trasferisce quella penalità sulle pompe di circolazione ma, quando viene caricato lentamente durante la notte e scaricato durante un picco, la prevalenza media della pompa è determinata dalla potenza termica, quindi la penalità è piccola. Confronta l'energia annua di pompaggio per la tua portata, il dislivello e l'attrito, non il tipo di serbatoio isolatamente.
Quando è sufficiente la pressione atmosferica?
L'atmosferico è sufficiente quando il volume di accumulo è grande, il circuito può tollerare una rottura di pressione a valle di uno scambiatore di calore e la carica è sufficientemente lenta che la penalità sul salto della pompa è ridotta. La maggior parte degli accumuli stratificati di acqua refrigerata di diverse migliaia di metri cubi è atmosferica perché pressurizzarli non è economico e la termoclina necessita di una superficie libera. È inoltre sufficiente dove l'acqua di reintegro, lo sfiato e la protezione antigelo sono già gestiti in loco e l'esclusione dell'aria non è un requisito rigoroso.
Come viene gestita l'espansione in ciascun caso?
In un sistema chiuso in pressione, l'espansione viene assorbita da un vaso di espansione chiuso separato, dimensionato in base al volume totale d'acqua e alla variazione di temperatura; il serbatoio di accumulo fa parte del volume fisso ma non fornisce espansione di per sé. In una configurazione atmosferica, la superficie libera del serbatoio riceve l'espansione del volume che serve, quindi il serbatoio funge anche da ricevitore di espansione sul suo lato del punto di rottura. Entrambi necessitano comunque di un controllo della pressurizzazione lato circuito sul lato in pressione.
La decisione tra in pressione e atmosferico è una decisione sul confine di pressione prima che su qualsiasi altra cosa, e il confine è ciò per cui si paga. Impostare la pressione operativa e la temperatura dell'acqua refrigerata, verificare la soglia ASME VIII a 15 psi(g), e la questione della stampigliatura e dell'ispezione si risolve da sola. Al di sopra della soglia il recipiente è un recipiente in pressione; al di sotto, è un serbatoio di accumulo.
Il caso dei costi dipende quindi dal volume e dal duty. I grandi accumuli stratificati a carica lenta sono atmosferici perché pressurizzarli non è economico e la termoclina necessita di una superficie libera; i piccoli volumi all'interno di un circuito sigillato vengono pressurizzati perché lo stampo è economico e la rottura di pressione è costosa. Eseguire il confronto tra prevalenza della pompa ed energia annua per la propria portata e il proprio dislivello invece di adottare un valore predefinito.
Inviaci la pressione operativa del circuito, la temperatura dell'acqua refrigerata, il duty di accumulo e la frequenza di carica, e ti restituiremo la base di stampaggio, il confronto energetico e lo schema di controllo dell'espansione per entrambe le configurazioni, dimensionati sui tuoi numeri anziché su una regola empirica.
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Invia la funzione, la base del volume, il codice applicabile e i vincoli del sito, e il nostro team di ingegneria tornerà con una specifica che un fornitore può preventivare e un revisore può approvare. Ti diremo anche chiaramente quando un diverso tipo di serbatoio o un diverso ambito è la risposta migliore.
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