منبع انبساط
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.
مخازن انبساط در سیستم های باز در مقابل سیستم های بسته
مخازن هدر باز یا تغذیه شکل اولیه مخازن انبساط بودند که معمولاً مخازن باز با روکش مسی بودند که در بالاترین نقطه سیستم نصب می شدند زیرا مخازن برای حفظ فشار سیستم به گرانش متکی بودند. جدا از اتصال به سیستم، مخازن دارای یک خروجی سرریز و یک ورودی آب اصلی بودند که توسط یک شیر توپی شناور کنترل می شد که به سیستم اجازه می داد در صورت نیاز به طور خودکار دوباره پر شود.
در حالی که تانک های هدر باز چنین عملکردی دارند، به دلیل چندین مشکل کلیدی، نمی توانند راه حل بهینه ای برای مشکل انبساط ارائه دهند.
- از آنجایی که مخازن آب بندی نشده اند، آب سیستم به طور مداوم در معرض هوا قرار می گیرد که به آب سیستم اجازه می دهد تا اکسیژن را جذب کند. اکسیژن موجود در سیستم منجر به خوردگی و کاهش راندمان پمپ می شود.
- بسته به طراحی مخزن، اگر سطح آب بالاتر از ورودی اصلی باشد، ممکن است پتانسیل جریان برگشتی وجود داشته باشد که منجر به آلودگی منبع آب شود.
- با هر مخزن باز، پتانسیل سرریز وجود دارد که معمولاً به نزدیکترین زهکش لوله کشی می شود. با توجه به اینکه مخزن باید بلند شود، اگر زهکش مسدود شود یا مخزن نشت کند، ریزش حاصل ممکن است باعث آسیب به سطوح ساختمان اطراف شود.
- از آنجایی که سیستم باز است، فشار سیستم به فشار سر به دست آمده توسط ارتفاع مخزن محدود می شود. این ممکن است بر عملکرد پمپ به دلیل ناکافی بودن NPSH (سر مکش مثبت خالص) تأثیر منفی بگذارد که به طور بالقوه منجر به ایجاد حفره و خرابی پمپ می شود.
- لوله کشی از محل مخزن تا کارخانه گاهی اوقات ممکن است سخت باشد و ممکن است برای محافظت در برابر یخ زدگی در مناطقی که دمای زیر صفر وجود دارد به عایق کاری نیاز داشته باشد.
- بسیاری از بویلرهای مدرن به فشار سیستم و کیفیت آب کنترل شده نیاز دارند و بنابراین برای سیستم های تهویه باز مناسب نیستند.
برای غلبه بر این مسائل، اکثر سیستم های گرمایش و سرمایش در حال حاضر به عنوان سیستم های بسته طراحی می شوند که اجازه می دهد فشار سیستم کنترل شود و گازها حذف شوند و در نتیجه کارایی بیشتر و بهبود عملکرد در تمام اجزای سیستم ایجاد شود.
مخازن انبساط برای استفاده در سیستم گرمایش یا سرمایش بسته در انواع و اندازه های مختلف موجود است. نوع و اندازه مخزن مورد استفاده معمولاً بر اساس کاربرد مورد نظر تعیین می شود و می تواند از مخازن انبساط ساده که از قبل شارژ شده و با توجه به فشار پر شدن طراحی و الزامات سیستم اندازه می شوند تا سیستم های فشار کنترل شده پمپ که ممکن است شامل گاززدایی باشد متغیر باشد. توابع مقاله زیر انواع مخازن انبساط، ویژگیهای آنها و کاربردهایی که برای آنها مناسب است را توضیح میدهد.
منابع 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.
1- منابع انبساط بالشتکی
در این منابع, آب توسط گاز بی اثر نیتروژن تحت فشار قرار میگیرد.
2- منابع انبساط بادکنکی
این منابع یک محفظه لاستیکی بادکنکی قرار دارد که هوا داخل بادکنک میباشد.
3- منابع انبساط دیافراگمی
پ- روش ترکیبی
یکی از روش های پاسخگویی به انبساط و انقباض آب روش ترکیبی میباشد بدینصورت که بجای منبع انبساط باز یا بسته، از شیر کاهنده فشار که قابل تنظیم بوده، پرشر سوییچ و پمپ و یک مخزن استفاده میکنیم.
نکات اجرایی
– جنس مخزن بایستی از نوعی باشد که در مقابل خوردگی مقاوم باشد
– مخزن باید روی پایه در جای خود محکم شود.
– جداره های خارجی مخزن باید عایق حرارتی شود، جنس عایق باید در مقابل نور خورشید و باران و نزولات جوی مقاوم باشد.
– اگر کنترل آبگیری منبع انبساط باز توسط شناور انجام می شود جنس شناور باید در مقابل خوردگی مقاوم باشد.
– لوله سرریز و تخلیه منبع انبساط باز باید تا موتورخانه ادامه یابد، در اینصورت می توان سرریز شدن آب از منبع انبساط را مشاهده کرد. رها کردن لوله ها روی بام، باعث صدمه دیدن پوشش بام و نیز لوله های تخلیه آب باران (در صورت پلیمری بودن) می شود.
– جهت سیرکولاسیون آب درون مخزن انبساط باز، لوله برگشت در نظر می گیرند و این لوله را به کلکتور برگشت دیگ نصب می کنند.
– روی لوله های رفت و برگشت مخزن انبساط باز و نیز لوله سرریز هیچگونه شیری نبایستی نصب گردد.
– کلیه لوله های متصله به منبع انبساط باز باید عایق شوند.
– لوله برگشت باعث ایجاد گردش آب داخل منبع انبساط شده که خود تلفات انرژی را به دنبال دارد در مناطقی که امکان یخ زدن منبع انبساط وجود ندارد نصب لوله برگشت ضروری نیست.
منبع انبساط باز
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.
روی لولههای سرریز، هواکش، رفت و برگشت دیگ نبایستی هیچ نوع شیری نصب گردد. این لولهها بایستی عایقکاری شوند. از طرفی به دلیل احتمال سرریز آب از منبع انبساط و آسیب دیدن پوشش بام، باید لوله سر ریز و لوله تخلیه را تا موتورخانه امتداد داد ولی برای صرفه جویی، لوله تخلیه و سرریز را بهم متصل و تا موتورخانه امتداد میدهند.
ادامه لوله تا موتورخانه این مزیت را دارد که در صورت سرریز آب قابل رویت و علل آن قابل بررسی است ترتیب لولهها بایستی از بالا به پایین لوله پرکن، سر ریز، لوله انبساط (از روی دیگ) و لوله برگشت باشد.
منبع بایستی در جای خود تثبیت شده باشد و فضای کافی در اطراف منبع جهت دسترسی آسان وجود داشته باشد. با توجه به آتمسفریک بودن آن ها، میتواند ضخامت آن ها کمتر از نوع بسته انتخاب شود.
علل سر ریز کردن آب در منابع انبساط باز
سوراخ شدن مبدل های حرارتی تأمین آبگرم مصرفی (منبع دو جداره، کویل منبع کویل دار و…) می تواند باعث جریان آب پیوسته به درون سیستم گرمایی و متعاقباً سرریز آب در منبع انبساط باز شود خرابی شناور منبع انبساط، افزایش دمای آب دیگ و یا کوچک بودن حجم منبع نیز از دیگر دلایل سر ریز موقتی آب هستند.
اگر دو یا چند تا دیگ به یک کلکتور متصل باشند موقعی که یکی از دیگ ها خاموش میشود (و شیر آب خروجی دیگ ها به کلکتور باز است) آب درون دیگ خاموش، شروع به سرد شدن میکند و بنابراین منقبض شده و آب سرد مجدداً از منبع انبساط دیگ جایگزین میشود فشار وارد بر کف بویلر خاموش، با توجه به افزایش چگالی آب آن بیش از فشار بویلر روشن شده و بنابراین، برای اینکه فشارها متعادل گردد سطح آب دیگ روشن بایستی بالا رود این افزایش سطح باعث سرریز شدن اب منبع انبساط دیگ روشن میگردد.