منبع انبساط
در سیستمهای تأسیسات حرارتی، مخصوصاً سیستمهای آبگرم مانند شوفاژ، موتورخانهها، بویلرها و پکیجها، آب بهعنوان سیال عامل استفاده میشود. آب وقتی گرم میشود، طبق قوانین فیزیک دچار افزایش حجم میشود. این افزایش حجم شاید در نگاه اول کم به نظر برسد، اما در یک سیستم بسته که چند صد یا چند هزار لیتر آب دارد، همین افزایش حجم میتواند باعث بالا رفتن شدید فشار شود. از آنجا که آب تقریباً تراکمناپذیر است، اگر فضایی برای پذیرش این حجم اضافه وجود نداشته باشد، فشار به اجزای ضعیفتر سیستم منتقل میشود؛ مثل لولهها، دیگ، مبدلها یا رادیاتورها. نتیجه این وضعیت میتواند نشتی، ترکیدگی یا در بهترین حالت، عملکردن مداوم شیر اطمینان باشد.
منبع انبساط دقیقاً برای حل همین مشکل طراحی شده است. نقش اصلی آن این است که افزایش حجم آب ناشی از گرمشدن را در خود جذب کند و اجازه ندهد فشار سیستم از حد مجاز بالاتر برود. به بیان ساده، منبع انبساط مثل یک ضربهگیر عمل میکند که بین تغییرات دمایی آب و فشار سیستم تعادل برقرار میکند.
در گذشته بیشتر از منبع انبساط باز استفاده میشد. این منبعها معمولاً در بالاترین نقطه ساختمان، مثل پشتبام، نصب میشدند و آب سیستم مستقیماً با هوای آزاد در تماس بود. وقتی آب گرم میشد و حجمش افزایش پیدا میکرد، سطح آب داخل منبع بالا میآمد و فشار اضافی تخلیه میشد. اگر هم فشار خیلی بالا میرفت، آب از طریق لوله سرریز خارج میشد. از نظر عملکرد، این سیستم ساده و قابلفهم بود، اما ایرادهای جدی داشت. تماس دائمی آب با هوا باعث ورود اکسیژن به سیستم میشد که این موضوع خوردگی لولهها، رادیاتورها و دیگ را بهشدت افزایش میداد. علاوه بر آن، تبخیر آب، یخزدگی در زمستان و افت فشار در ساختمانهای بلند باعث شد که بهتدریج استفاده از منبع باز کنار گذاشته شود.
امروزه تقریباً تمام سیستمهای استاندارد از منبع انبساط بسته استفاده میکنند. منبع انبساط بسته یک مخزن فلزی کاملاً دربسته است که داخل آن به دو بخش تقسیم شده است: یک بخش برای آب سیستم و یک بخش برای هوا یا گاز نیتروژن. این دو بخش توسط یک دیافراگم یا تیوپ لاستیکی از هم جدا میشوند. قبل از راهاندازی سیستم، سمت هوای منبع با فشار مشخصی باد میشود. وقتی سیستم سرد است، آب کمی وارد منبع میشود یا اصلاً وارد نمیشود. اما بهمحض اینکه آب گرم میشود و حجمش افزایش پیدا میکند، حجم اضافی وارد منبع انبساط میشود و دیافراگم را به سمت بخش هوا فشار میدهد. هوا متراکم میشود و همین تراکم هوا باعث میشود فشار سیستم در یک محدوده کنترلشده باقی بماند.
نکته مهم این است که در منبع انبساط بسته، آب هیچوقت با هوا تماس مستقیم ندارد. همین موضوع باعث میشود خوردگی سیستم بهطور محسوسی کاهش پیدا کند و عمر تجهیزات بالا برود. به همین دلیل است که این نوع منبع برای ساختمانهای چندطبقه، موتورخانهها و سیستمهای مدرن کاملاً مناسب است.
محل نصب منبع انبساط بسته هم اهمیت زیادی دارد. معمولاً آن را در نقطهای نصب میکنند که فشار سیستم حداقل است، یعنی روی خط مکش پمپ سیرکولاتور و نزدیک بویلر. این کار باعث میشود تغییرات فشار بهصورت یکنواخت در کل سیستم توزیع شود و پمپ دچار کاویتاسیون یا ضربه نشود. اگر منبع در محل اشتباه نصب شود، حتی اگر سالم باشد، ممکن است درست عمل نکند.
یکی از مسائل حیاتی در عملکرد منبع انبساط، تنظیم فشار باد داخل آن است. فشار باد باید تقریباً برابر با فشار استاتیک سیستم باشد؛ یعنی فشاری که فقط بهخاطر ارتفاع ساختمان ایجاد میشود. اگر فشار باد کمتر از حد لازم باشد، منبع خیلی زود پر از آب میشود و دیگر جایی برای انبساط باقی نمیماند. اگر فشار باد بیش از حد باشد، آب بهسختی وارد منبع میشود و باز هم فشار سیستم بالا میرود. به همین دلیل، تنظیم دقیق فشار باد قبل از راهاندازی، اهمیت زیادی دارد.
وقتی منبع انبساط درست انتخاب یا تنظیم نشود، علائم مشخصی در سیستم ظاهر میشود. فشار مانومتر بالا و پایین میشود، شیر اطمینان مرتب آب تخلیه میکند، رادیاتورها یکبار خیلی داغ و یکبار سرد میشوند و در پکیجها معمولاً دستگاه بهصورت خطا خاموش میشود. در بسیاری از این موارد، مشکل نه از بویلر است و نه از پمپ، بلکه از منبع انبساطی است که یا حجم مناسبی ندارد یا باد آن خالی شده یا دیافراگمش آسیب دیده است.
در نهایت میتوان گفت منبع انبساط یکی از سادهترین اجزای تأسیسات از نظر شکل ظاهری است، اما از نظر عملکرد، نقش حیاتی در ایمنی و پایداری کل سیستم دارد. بدون منبع انبساط، هیچ سیستم آبگرم بستهای نمیتواند بهطور مطمئن و بلندمدت کار کند. به همین دلیل، انتخاب درست، نصب صحیح و نگهداری منبع انبساط، یکی از اصول پایهای طراحی و اجرای تأسیسات مکانیکی به شمار میرود.
چرا به مخازن انبساط نیاز داریم؟
مخازن انبساط و سیستم های تحت فشار برای عملکرد موفقیت آمیز مدارهای گرمایش و سرمایش بسیار مهم هستند و اساساً باید سه وظیفه اساسی را انجام دهند:
- حفظ فشار در محدوده مجاز در هر نقطه از سیستم، یعنی نباید از فشار کاری مجاز تجاوز کرد و همچنین حداقل فشار را برای جلوگیری از خلاء، حفره شدن و تبخیر مایع سیستم، به عنوان مثال در مدارهایی با آب فوق گرم، حفظ کرد. سیستم های خورشیدی
- برای جلوگیری از فشار منفی در بالاترین نقاط نصب به منظور جلوگیری از نفوذ هوا به شبکه لوله کشی.
- جبران نوسانات حجمی آب گرمایش یا سرمایش ناشی از نوسانات دما.
- تامین آب بند برای جلوگیری از تلفات آب مربوط به سیستم.
با هر سیستم گرمایش یا آب سرد، انبساط و انقباض وجود دارد زیرا آب سیستم گرم یا سرد می شود. از آنجایی که آب تراکم ناپذیر است، فشار در سیستم به همان نسبت افزایش یا کاهش می یابد. برای جلوگیری از آسیب به اجزای سیستم، مخازن انبساط تعبیه شده است که حاوی حجم اضافی با گرم شدن و انبساط آب است و به آن آب اجازه می دهد تا خلاء ایجاد شده در هنگام خنک شدن و انقباض آب سیستم را پر کند.
محاسبه دقیق، راه اندازی و نگهداری پیش نیاز عملکرد صحیح سیستم کلی است.
منبع انبساط باز
منبع انبساط باز یکی از انواع منبع انبساط است که در فضای باز نصب میشود و هوا اطراف این منبع را به طور کامل میپوشاند. همچنین بازبودن این منبع باعث شده تا فشار مستقیم هوا به درون سیستم گرمایشی و سیالات آن وارد شود و روی سطح آب تأثیر مستقیم بگذارد.
منبع انبساط باز در بالاترین ارتفاع ممکن از مبدل حرارتی (معمولاً در پشتبامها) نصب میشود تا از هدررفتن آب جلوگیری به عمل آورد. همچنین نصب این منبع در ارتفاع بالا، موجب میشود تا آب با فشار بهتری به تمام سیستم منتقل گردد.
منابع انبساط باز بایستی در ارتفاعی بالاتر از بالاترین مبدل حرارتی نصب شوند این ارتفاع بایستی به اندازه ای باشد که بتوان در حالتی که سیستم خاموش است عمل هواگیری را انجام داد، حداقل ارتفاع استاتیکی 120 سانتیمتر ذکر شده است.
منبع انبساط باز علاوه بر پاسخگویی به انبساط و انقباض آب درون سیستم، تأمین فشار سیستم را نیز بر عهده دارد. این منابع بایستی عایق کاری مناسب شوند زیرا تلفات حرارتی زیادی دارند، علاوه بر این در مقابل یخ زدگی بایستی محافظت شوند.
جنس آنها در مقابل خوردگی مقاوم باشد بدین منظور جنس مخزن از پلیمرهای مقاوم، آلومینیوم یا فولادی که جداره داخل آن در مقابل خوردگی پوشش مناسب داده شده است استفاده شود. حتی الامکان از منابع استوانه ای استفاده شود زیرا در یک حجم یکسان در مقایسه با منابع مستطیلی سطح جانب کمتری دارند. این منابع دارای لوله هواکش، پرکن، سرریز، انبساط دیگ و برگشت آن، و خط تخلیه میباشند.
منبع انبساط بسته
با توجه به محدودیتهایی که در ارتباط با استفاده از منابع انبساط باز وجود دارد مانند محدودیت دما و فشار، اتلاف حرارتی بواسطه تبخیر آب و انتقال حرارت، حجم لولهكشی زیاد و… ، ممکن است بجای منبع انبساط باز از نوع بسته استفاده گردد.
منبع انبساط بسته، جدیدتر و پیشرفتهتر از منبع انبساط باز است. منبع انبساط بسته برخلاف نوع باز نیاز به نصب در ارتفاع بالا نداشته و با هوای آزاد ارتباط ندارد، همچنین در سیستمهای گرمایشی در کنار دیگ بخار قرار میگیرد و در سیستم پمپاژ آب خانگی روی پمپ آب نصب میشود
