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23236) 密閉式膨張タンク選定 キリン 25/12/1(月) 10:33 [NEW]
23238) Re:密閉式膨張タンク選定 masa 25/12/1(月) 12:45 [NEW]
23239) Re:密閉式膨張タンク選定 キリン 25/12/1(月) 14:01 [NEW]
23240) Re:密閉式膨張タンク選定 八十八 25/12/1(月) 14:56 [NEW]
23241) Re:密閉式膨張タンク選定 キリン 25/12/1(月) 15:04 [NEW]
23248) Re:密閉式膨張タンク選定 キリン 25/12/2(火) 19:31 [NEW]
23249) Re:密閉式膨張タンク選定 八十八 25/12/3(水) 1:57 [NEW]
23251) Re:密閉式膨張タンク選定 キリン 25/12/3(水) 9:34 [NEW]

23236) 密閉式膨張タンク選定
[NEW]  キリン  - 25/12/1(月) 10:33 -
  
こんにちは。
中堅空調設備会社の設計部所属のキリンと申します。
今回 空調システムを中央熱源(水式)にてモジュ−ルチラ−(内蔵1次ポンプのみ)とファンコイルにて密閉式回路(リバ−スリタ−ン)にて計画をしておりますところです。
建物用途は工場で1階建て10,000m2程度 概算計画です。クッションタンクは必要となりそうでして、密閉式膨張タンク 加圧シスタンらすべてを屋外に設置予定です(機械室などが現在ないので) そんな中で密閉式膨張タンクの選定についてご教示いただけませんでしょうか。

※密閉式膨張タンクはポンプ吸い込み直前(ポンプとの高低差0 配管距離ほんの数m)に設置計画です。
 

計算は国土交通省の建築設備設計基準に基づいて進めています。
膨張タンクの最低使用圧力の計算をおこないました。
●最低使用圧=補給水圧(システム最高位の位置水頭-接続位置からタンクまでの位置水頭=6m+0m=6m=60KPa=0.6kgf/cm2 +  ポンプによる吹出圧がタンクにたどりついたときの圧(残揚程)=計算誤差を考慮して0ではなくて+0.4kgf/cm2程度とした + 大気圧98kPa =60+40+98=198kPa となりました。

これは通常利用している場合にタンクが受けている圧という事になります。

ここでもう一つの計算式ありまして、”タンクの最高使用圧力”を求める記載が設計書にありますので計算しますと、

●安全弁セット圧(5kgf/cm2とした=500kPa) - 安全弁余剰見込み分10%=50kPa - 安全弁に加わる補給水圧60KPa(0.6kgf/cm2) - ポンプによる吹出圧がタンクにたどりついたときの圧(残揚程)=計算誤差を考慮して0ではなくて+0.4kgf/cm2程度とした 

500kPa-50kPa-60kPa-40KPa==350kPa 

ここで この値と 最初のタンクの最低使用圧を足して 
198+350=548kPa 
これがタンクの最高使用圧ということになりました。(書籍記載による)


これでタンクの最高使用圧がわかったのですが・・ここで問題がおこりました。


メ−カ−の製品は最高使用圧が0.5MPaまででしか出荷できないとの事でした。
メ−カ−に確認すると通常密閉式膨張タンクの最高使用圧が0.5MPaをこえることが
ほとんどないので、そういう制度にしているそうです。
なので、548KPaは48KPaオーバーしているので、現地にてコンプレッサーで0.48kPa分の空気を追加注入してくださいとの事でした。べつにそれはかまわないのですが、では安全弁のセット圧を少し高くしよう・・とするとタンクの最高使用圧が自動的に、かつ強制的にその値をうあまわってきます。なぜなのか。

ここできずいたのですが、

すくなくても今回のこの計算式では
タンクの最高使用圧力は 安全弁セット圧(=5.0kgf/cm2)+ 大気圧 - 安全弁余裕分(ここでは10%) =500-98+50=548kPa になる計算となるため、補給水がどう、水頭がどうのこうのとかは関係なく タンクの最高使用圧がきまるということです。

となると 

安全弁をセットした時点でその数値より大きな数値がタンクの最大使用圧となることに必ず!なるので、どうがんばっても 実際は途中で安全弁が作動して、差高圧には達しない状態となります。

タンクの容量選定の計算にはいろうかと思っていましたが、タンクの容量選定式は、この”タンク最高使用圧値(548kPa・・実際は起こらない現実)が関連した関数(計算式)となっているので、
実際に起こりえない状況での数値を利用して計算するのは現実的ではなく、何かがおかしい、どこかで考え方を取り違えてすすんでいる・・と思いまして、自分の考えかたがまとならなくなりまして困っています。


一体 タンクの最高使用圧は どう考えるとよいのでしょうか?

どなたかご教示いただけませんでしょうか。
よろしくお願いします。
引用あり
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23238) Re:密閉式膨張タンク選定
[NEW]  masa E-MAIL  - 25/12/1(月) 12:45 -
  
絶対圧力とゲージ圧を混同していませんか?
最初の計算式で算出されるのは絶対圧力です。
2番目の計算式で算出されるのはゲージ圧です。
逃し弁の設定圧力はゲージ圧です。
整理すると、以下のとおりです。

絶対圧力基準
最低使用圧力=198KPa(abs)
最高使用圧力=548KPa(abs)

ゲージ圧力基準
最低使用圧力=100KPa(G)
最高使用圧力=450KPa(G)

逃し弁設定圧力=500KPa(G)>450KPa(G)

タンクの最高使用圧力=450KPa(G)=548KPa(abs)では、逃し弁は動作しません。

なお、膨張タンクの封入圧力は最低使用圧力(今回は100KPa(G))のはずですが、最高使用圧力で封入圧力を設定しろとメーカーから指示があったのですか?(最高使用圧力で封入した場合は、水が膨張すると、逃し弁の動作が頻発するので、補給水量が増えます)
引用あり
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23239) Re:密閉式膨張タンク選定
[NEW]  キリン  - 25/12/1(月) 14:01 -
  
ありがとうございます。
文面よく読みまして、よく考えたく思います。
少し時間をいただくかもしれません。(その間に基礎から勉強するため)
よろしくお願いします。
引用あり
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23240) Re:密閉式膨張タンク選定
[NEW]  八十八  - 25/12/1(月) 14:56 -
  
恐らく、用語の意味を誤解されている部分がいくつかあると思います。

>メ−カ−の製品は最高使用圧が0.5MPaまででしか出荷できないとの事でした。
>メ-カ-に確認すると通常密閉式膨張タンクの最高使用圧が0.5MPaをこえることが
>ほとんどないので、そういう制度にしているそうです。
 ここでメーカーが言っている最高使用圧は、封入圧力の事ですよね?その最高値が、メーカーでは0.5MPaまでしか対応していないとの意味だと取れます。
(下で0.48kPa分の空気を追加注入と言っているところからもおそらくは)
膨張タンクに予め封入する圧力はmasa様も仰るようにシステムの最低使用(通常使用)の圧力を基準に決められます。
その算出のために「補給水がどう、水頭がどうのこうの」が必要です。

>なので、548KPaは48KPaオーバ-しているので、現地にてコンプレッサーで0.48kPa分の空気を追加注入してくださいとの事でした。べつにそれはかまわないのですが、では安全弁のセット圧を少し高くしよう・・とするとタンクの最高使用圧が自動的に、かつ強制的にその値をうあまわってきます。なぜなのか。
 ここで計算した最高使用圧力は、膨張タンクに掛かる可能性のある圧力の最大値です。
この値以上になると安全弁が動作しますので、安全弁のセット圧を上げれば当然高くなります。(安全率を考慮しているため実際には10%の余裕有)
タンク選定の際には、この値よりもカタログスペックの高いタンクを選定してください。
また、システムの機器全体で余裕がある場合は逃し弁のセット圧を下げることも可能だと思われます。

>タンクの容量選定の計算にはいろうかと思っていましたが、タンクの容量選定式は、この”タンク最高使用圧値(548kPa・・実際は起こらない現実)が関連した関数(計算式)となっているので、
 最高使用圧(最大膨張、10%の余裕有)と最低使用圧(通常使用)の差が大きい = 膨張する液体の量が多くなる恐れがあるため、その分容量の大きいタンクが必要となります。
引用あり
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23241) Re:密閉式膨張タンク選定
[NEW]  キリン  - 25/12/1(月) 15:04 -
  
ありがとうございます。
文面よく読みまして、よく考えたく思います。
少し時間をいただくかもしれません。(その間に基礎から勉強するため)
よろしくお願いします。
引用あり
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23248) Re:密閉式膨張タンク選定
[NEW]  キリン  - 25/12/2(火) 19:31 -
  
絶対圧力とゲージ圧力の認識があやふやでした。
ご指摘いただきまして、考え方を修正することができまして、理解いたしました。
タンク内の充填圧についてもどの数値とすべきかなども全くわかってませんでした。
0.5MPaを超える充填圧となるのだと私が勘違いしてメーカーに話をしておりましただけです(メーカーの担当者も不信感をだしておりましたのも納得です)


密閉式膨張タンクの選定は、系統の全水量その温度差から割り出すのだと勝手におもっておりました。 
今回の件でいろいろと選定式を理解できまして、
実際は安全弁セット圧とシステム内の通常運転時の圧との差で決めていることがわかりました。セット圧と通常運転時の圧力の差が開くほど、大き目のタンクを選定することになる計算方法となります。


安全弁のセット圧(通常は5kgf/cm2)が大きいほど、タンクが大きくなることがわかりましたが。(たとえば10kgf/cm2などにするとタンク容量が5kgf/cm2のときより大きくなります)

密閉式膨張タンクを設置しようとしている冷温水配管システムに、一体どのくらいのセット圧が適切なのか・・それを確認しないて、だいたいいつも5kgf/cm2だから・・などで、決定していいのかということを考えてしまいます。

システムによってはセット圧が5kgf/cm2でななくて実は3kgf/cm2で十分という場合もありえるのではと思いますが、その場合は5kgf/cm2で計算して選定するとタンク容量が必要以上におおきくなるし、安全弁が稼働することも永遠にない・・ということになるように思います。

ここで安全弁セット圧を大きくしてしまうのと逆パタンの小さくしてしまった場合を考えてみました。 タンク選定容量は小さめとなります。工事コストが下がりますが
水が膨張するたびに頻繁に安全弁から水が排出されて、その結果、補給水がその都度注入されることになるかと思われます。
しかし、システムとしては特に問題なく利用できるといえばできるように思います。 

なので、実際にシステムにかかる最高圧より少し余分に小さめとしておいて、安全弁がたまに開くくらいの状態をめざそうかと思います。(安全弁が永遠に開かないよりはよいと考えました)

ここで じゃあ 安全弁の圧をどうやって計算するの?となりますが
そこまでするのはやりすぎでしょうか?
一般的には安全弁は5kgf/cm2でよい・・との考えで今後も設計をつづけてよいのでしょうか。 そのあたりだけ気になっております。
とりあえずは、理解もできたし、選定もできるようになりましたし、過剰なタンクでも小さすぎるタンクでもシステムが不具合をおこして大変なことになることもないことも理解でしたので、べつにいいのですけど、なんかすっきりしませんね。
安全弁の選定の方法(計算式)などを探して、それについて勉強をすすめていきたいとおもいます。 

ベイヌーイの定理から 圧力上昇前の圧P1と後の圧P2で考えてみました。
速度や高さは変化なしなので速度水頭 位置水頭 は検討から外して

P1/密度1xg=P2/密度2xg=一定

gはどちらもおなじなので消しまして

P1/密度1=P2/密度2=一定

P2=P1x(密度2/密度1)となります。

なので

密度の比率に比例して圧がおおきくなるのではと思います。

システム配管内では逃げ場がないので
密度は体積膨張分と比例すると考えました。(=体積が2倍となる場合でも配管システムないで逃げ場がないので、そのしわ寄せとして密度が2倍となる)

となると 

P2=P1x(体積2/体積1)となります。

P2=P1x((体積1+膨張量)/体積1)となります。

つまり 膨張量は計算できるので この式から 圧がどのくらいになるか=初期圧から圧がどのくらい上昇するかがわかる・・
つまり安全弁の必要セット圧が特定できる!と
考えましたが これがあっているかどうかわかりません。

私のことだから、おそらくどこかまたまちがっているのではないかと思います。
どうでしょうかね。


なにか安全弁の選定ついて有意義な情報などありましたら、教えていただけますとうれしいです。
いつも長文で申し訳ありません。(文章も下手でしょうけど)
熱意の表れとご理解いただけますとありがたいです。
引用あり
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23249) Re:密閉式膨張タンク選定
[NEW]  八十八  - 25/12/3(水) 1:57 -
  
すみません、自分の回答が間違ってますね。訂正します。
>最高使用圧(最大膨張、10%の余裕有)と最低使用圧(通常使用)の差が大きい = 膨張する液体の量が多くなる恐れがあるため、その分容量の大きいタンクが必要となります。
正しくは逆で、「差が大きい場合は小さいタンク」を選定するですね。申し訳ない。
膨張タンクの役割は安全弁が働かないように変動を吸収することなので、安全弁のセット圧が通常使用時の圧力に近い(差が小さい)場合は、容積の大きいタンクにして膨張した水量を多量に吸収させる必要があります。

>密閉式膨張タンクの選定は、系統の全水量その温度差から割り出すのだと勝手におもっておりました。 
>今回の件でいろいろと選定式を理解できまして、
>実際は安全弁セット圧とシステム内の通常運転時の圧との差で決めていることがわかりました。セット圧と通常運転時の圧力の差が開くほど、大き目のタンクを選定することになる計算方法となります。
実際は、タンクの内容積計算には「全水量とその温度差」も必要で、それに加えて使用時の圧力等も必要です。その他条件はメーカーカタログ等を参照して下さい。
後半2行に関しては、上で言ったように自分のミスです、本当に申し訳ない。

>密閉式膨張タンクを設置しようとしている冷温水配管システムに、一体どのくらいのセット圧が適切なのか・・それを確認しないて、だいたいいつも5kgf/cm2だから・・などで、決定していいのかということを考えてしまいます。
安全弁のセット圧は、もっと単純に考えても大丈夫だと思います。
基本は「これ以上は上げたくない圧力」はどこか、です。
名前の通り安全のための弁なので、具体的にはシステムの中で最も低い耐圧値を持った(弱い)機器や部材に合わせた圧力が基準になります。
その上で、タンク効率(1-最低使用圧力+0.1/最高使用圧力+0.1)が0.2〜0.4程度での選定が推奨されています。〈森永密閉形隔膜式膨張タンク 技術資料より〉
また、タンクの圧力・容積次第では法令上の圧力容器に該当する可能性もあるので注意が必要。
引用あり
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23251) Re:密閉式膨張タンク選定
[NEW]  キリン  - 25/12/3(水) 9:34 -
  
ありがとうございます。

安全弁のセット圧の決め方、考えか参考になりました。
タンクの本来の選定の方法もカタログなどをみて一度掘り下げて勉強して、知識として持っておきたいと思います


圧力弁のセット圧がおおきいほど密閉式タンク容量が小さくなる旨、理解しました。
計算式に入力して比較したところセット圧を2倍にしたら、容量が小さ目方向になりました。 選定式に分数を1から差し引く式はいっていて(=4/5なら1/5に)比率が逆転する仕組みになってるようですね。式をみると膨張量も関係してますね。 

ありがとうございます。
引用あり
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