کاربرد منبع انبساط در سیستم های گرمایش

کاربرد منبع انبساط در سیستم های گرمایش : در این مقاله با کاربرد منبع انبساط در سیستم های گرمایش ، وظیفه منبع انبساط،منبع انبساط باز،منبع انبساز بسته، محل نصب منبع انبساط و منبع انبساط دیافراگمی

کاربرد منبع انبساط

در یک سیستم حرارت مرکزی و تهویه مطبوع آب پس از گرم شدن و سرد شدن منبسط و منقبض شده و حجم آن کم و زیاد میشود این افزایش و کاهش حجم باید در محلی ذخیره یا نگهداری شود تا فشار سیستم در محدوده ثابتی کنترل شود به همین دلیل از مخزن انبساط استفاده میکنند .

هر سیستم گرمایش یا سرمایش بسته با آب ، که امکان انبساط در آن وجود دارد باید دارای یک منبع انبساط مستقل باشد و اگر از چند دیگ در یک سیستم حرارت مرکزی استفاده میشود هر کدام باید منبع انبساط جداگانه داشته باشند .

وظیفه منبع انبساط

وظیفه اصلی منبع انبساط اولا جمع آوری آب ناشی از ازدیاد حجم به وجود آمده بر اثر منبسط شدن آب در زمان گرم شدن و تزریق به سیستم در زمان انقباض آب ، و ثانیا تامین فشار مدار گرمایش است .

 در کنار این دو وظیفه اصلی منبع انبساط دارای یک لوله پرکن است که کسری آب سیستم را نیز جبران میکند .

انواع منبع انبساط

منبع انبساط در دو نوع منبع انبساط باز و منبع انبساط بسته تقسیم بندی میشوند . گاهی اوقات در برخی از سیستمها به دلیل پیچیدگی های فنی ، ترکیبی از منبع انبساط باز و بسته به کار میرود . در این مقاله به تشریح انواع منبع انبساط باز و بسته و به طور کلی کاربرد منبع انبساط در سیستم گرمایش و سرمایش پرداخته میشود .

منبع انبساط باز

این منابع با هوای اتمسفر در ارتباط بوده و هم فشار با فشار اتمسفریک محل نصب است . منبع انبساط باز از جنس ورق فلزی ( آلومینیم یا ورق فولادی ) و یا ورق های پلیمری عایق شده و به شکل استوانه یا مکعب ساخته میشود که شکل استوانه نسبت به مکعب به دلیل کمتر بودن سطوح جانبی ارجحیت دارد .

 اتصال منبع انبساط باز به سیستم باید به طور مستقیم و بدون هیچگونه شیر فلکه قطع کننده در طول مسیر باشد . جهت جبران کسری آب در اثر نشتی های سیستم ، یک انشعاب از آب شهر مجهز به فلوتر به منبع انبساط متصل میشود تنظیم شناور باید در سطحی باشد تا اجازه انبساط به آب داده شده و بخشی از حجم مخزن برای انبساط آب خالی باشد اما سطح آب باید حتما بالاتر از لوله برگشت متصل به مدار باشد .

محل نصب منبع انبساط باز

محل نصب منبع انبساط باز در بالاترین قسمت سیستم گرمایش است و بهتر است حداقل 120 سانتی متر بالاتر از مرتفع ترین رادیاتور یا فن کویل نصب شود . منبع انبساط باز فشار استاتیک سیستم معادل ارتفاع منبع تا دیگ را به کل سیستم وارد میکند .

معمولا منابع انبساط را بر روی بام ساختمان نصب میکنند . اگر درب منبع انبساط کیپ و مانع ورود و خروج هوا به منبع باشد باید حتما به وسیله یک لوله ارتباطی به هوای محیط متصل گردد . معمولا منابع انبساط باز یک لوله ی تخلیه از قسمت پایین منبع و یک لوله سر ریز در بالاترین قسمت منبع دارند . بهتر است لوله سر ریز تا موتورخانه امتداد پیدا کند تا در صورت سرریز شدن منبع اپراتور با رویت آب سرازیر شده پی به بروز مشکل ببرد . گاهی اوقات برای صرفه جویی در هزینه ، لوله سر ریز و تخلیه را به یکدیگر متصل کرده و تا موتورخانه امتداد میدهند .

به طور طبیعی منبع انبساط نباید آب کم کرده یا سریز کند . کم کردن مرتب آب در منبع انبساط نشانه وجود نشتی در مدار است . سر ریز شدن آب در منبع انبساط نیز میتواند دلایل گوناگون داشته باشد . معمولا پس از پر شدن منبع انبساط و گرم شدن آب ، برخی از گازهای محلول در آب از  طریق منبع انبساط باز از سیستم تخلیه میشود .

وجود آب گرم در منبع انبساط موجب بروز اتلاف حرارتی میشود و به همین جهت مخزن باید حتما عایق کاری مناسب شود . برخی اوقات برای کاهش دمای آب مخزن و در نتیجه کاهش تلفات حرارتی ، بین لوله رفت و برگشت ورودی به مخزن یک مسیر بای پاس با دبی خیلی کم ایجاد میکنند . در این صورت بخشی از آب قبل از ورود به منبع بای پاس شده و در نتیجه دمای منبع انبساط کاهش یافته و تلفات حرارتی کاهش می یابد .

 شکل شماره 1 منبع انبساط باز و نحوه اتصال و لوله کشی منبع انبساط را نمایش میدهد .

شکل شماره 1 : منبع انبساط باز و نحوه اتصال به مدار

علت سر ریز شدن منبع انبساط باز چیست؟

همانطور که اشاره شد منبع انبساط باز ممکن است به دلایل گوناگون سر ریز شود شایع ترین علت سر ریز منبع انبساط ، خراب شدن فلوتر مخزن است. برخی اوقات شناور منبع انبساط آب بندی نیست و زمانی که شناور به سطح بالای خود رسیده و باید مسیر آب را قطع کند ، این اتفاق نمی افتد . این مساله به خصوص در زمان هایی که فشار آب شهر افزایش می یابد (مثلا در شب ها و زمانهایی که مصرف آب ساختمان کاهش می یابد) بیشتر به چشم میخورد.

 علت دیگر سوراخ شدن مبدل آب گرم مصرفی یعنی منبع دوجداره یا منبع کویل دار است . در این صورت آب مدار اولیه ( آب سیرکوله در مدار دیگ و رادیاتورها)  و آب مدار ثانویه (آب گرم مصرفی بهداشتی) با هم مخلوط شده و جریان پیوسته آب به داخل مدار گرمایشی راه می یابد ، این آب اضافه به منبع انبساط رفته و منبع سر ریز میشود

اما دلایل ذکر شده تنها علت سر ریز شدن منبع انبساط نیست .

فرض کنیم تعداد دو یا چند دیگ به صورت موازی با هم و با یک کلکتور مشترک در یک موتورخانه نصب شده است . اگر مشعل یکی از دیگ ها خاموش شود ، آب درون دیگ سرد شده و منقبض میشود و به دلیل پایین آمدن سطح آب منبع انبساط ، آب جدید از طریق فلوتر جایگزین میشود .

در این حالت مقدار آب درون مدار دیگ خاموش بیشتر از سایر دیگ ها خواهد شد و در نتیجه فشار وارد بر دیگ خاموش نیز از فشار دیگ در حال کار بیشتر خواهد شد . در اینجا به دلیل هم فشار شدن دیگ ها ، آب از مدار دیگ خاموش وارد دیگ روشن میشود و این آب اضافه از منبع انبساط دیگ روشن سرریز میشود .

 راه جلوگیری از این اتفاق بستن شیر فلکه دیگ خاموش و قطع ارتباط آن با کلکتور در مواقع خاموشی است و یا بهتر از آن اینکه در مسیر ورود آب دیگ به کلکتور شیر یکطرفه نصب شود . اگر مسیر ورود آب تغذیه به دیگ خاموش نیز بسته شود این اتفاق نخواهد افتاد .

یکی دیگر از راه های  عملی جلوگیری از این مساله مرتبط کردن منابع انبساط با یکدیگر از طریق لوله ی ارتباطی است . در این صورت زمانی که آب دیگ خاموش وارد مدار دیگ روشن میشود ، اضافه آب از طریق لوله ارتباطی به منبع انبساط دیگ خاموش راه می یابد و مانع سر ریز شدن منبع انبساط میگردد .

متناسب نبودن حجم منبع انبساط با مدار ، وجود هوا در سیستم ، انتخاب پمپ سیرکولاتور اشتباه برای مدار و پایین بودن تراز منبع انبساط نسبت به مرتفع ترین مصرف کننده رادیاتور یا فن کویل نیز میتواند از علل سر ریز شدن منبع باشد .

پس از پر شدن سیستم ، منبع انبساط نباید مرتبا آب کم کند . کم شدن آب در منبع انبساط به صورت مکرر نیز میتواند دلیل بر وجود نشتی در تاسیسات باشد .

پیشنهاد مطالعه : مفاهیم منبع انبساط

محاسبه حجم منبع انبساط باز

همانطور که گفته شد منبع انبساط باز باید بتواند اضافه حجم ایجاد شده در اثر انبساط آب را در خود جای دهد. برای محاسبه دقیق حجم منبع انبساط ابتدا باید حجم کل آب سیستم شامل آب موجود در دیگ ، لوله ها ، رادیاتور و فن کویل ها و آب موجود جدار بیرونی منبع دوجداره یا داخل کویل منبع کویلی از طریق محاسبات و مراجعه به کاتالوگ های مربوطه استخراج شود و سپس درصد افزایش حجم آب بر حسب اختلاف دما محاسبه ، و ظرفیت منبع به دست آید . اما فرمول های وجود دارد که به صورت سرانگشتی و با تقریب خوبی حجم منبع انبساط را محاسبه نماید .

در حالت کلی حجم منبع انبساط از رابطه زیر به دست می آید .

در این رابطه :
 

در این فرمول پارامتر E ضریب انبساط آب بر حسب اختلاف دمای آب از جداول ترمودینامیکی قابل استخراج است و سایر پارامترها با مراجعه به کاتالوگ سازندگان و یا محاسبات سر انگشتی محاسبه میشود .

اما محاسبه حجم منبع انبساط با این روش کمی وقت گیر و مشکل است و بیشتر کارشناسان ترجیح میدهند که از فرمولهای محاسبات سریع که توسط متخصصین ارائه شده استفاده کنند . در ادامه دو مورد از فرمول هایی که با تقریب بسیار خوبی حجم منبع انبساط باز را محاسبه میکند آورده شده است .

به طور سر انگشتی حجم منبع انبساط باز از رابطه زیر به دست میآید .

در این رابطه H ظرفیت حرارتی دیگ بر حسب کیلوکالری بر ساعت  و V حجم منبع انبساط بر حسب لیتر است .

همچنین میتوان از فرمول زیر نیز استفاده کرد .

که در این رابطه Q ظرفیت حرارتی دیگ بر حسب  بی تی یو بر ساعت   و V حجم منبع انبساط بر حسب گالن است  که با ضرب در عدد 3.78 حجم منبع بر حسب لیتر به دست میاید .

محاسبه قطر لوله  رفت و برگشت منبع انبساط باز :

قطر لوله رفت و برگشت منبع انبساط باز با استفاده از فرمولهای زیر قابل محاسبه است .

محاسبه قطر لوله رفت منبع انبساط باز :

در اینجا ds  قطر لوله رفت بر حسب میلیمتر و H ظرفیت حرارتی دیگ بر حسب کیلو کالری بر ساعت است .

محاسبه قطر لوله  برگشت منبع انبساط باز :

در اینجا نیز ، ds  قطر لوله برگشت بر حسب میلیمتر و H ظرفیت حرارتی دیگ بر حسب کیلو کالری بر ساعت است .

منبع انبساط بسته

هر چند استفاده از منبع انبساط باز دارای ویژگی ها و مزایای خوبی است ، اما استفاده از آن محدودیت و ضعف هایی را نیز دارد . مثلا اتلاف انرژی از طریق انتقال حرارت و تبخیر در منبع انبساط باز  و یا نبود فضای مناسب برای نصب منبع انبساط باز و لوله کشی های طویل تا منبع و یا محدودیت فشار و دما . در این صورت طراحان منبع انبساط بسته را پیشنهاد میکنند . مثلا اگر در سیستم نیاز به دمای بیش از 100 درجه سانتی گراد باشد چاره ای جز استفاده از منبع انبساط بسته نیست . یا اگر تاسیسات گرمایشی به جای ارتفاع در سطح گسترده شده باشد منبع انبساط بسته نسبت به منبع انبساط باز ارجحیت دارد .

منبع انبساط بسته معمولا در داخل موتورخانه نصب میشود اما میتوان با تمهیداتی خاص ، آن را در طبقات بالایی و میانی ساختمان نصب کرد که در این صورت حجم آن نسبت به حالتی که در موتورخانه نصب گردد ، کمتر خواهد شد . به طور کلی حجم منبع انبساط بسته در شرایط مساوی معمولا بیشتر از حجم منبع انبساط باز خواهد شد .

منابع انبساط بسته به دو دسته کلی ساده یا بالشتکی و دیافراگمی تقسیم بندی میشوند . در تاسیسات کوچکتر و ساده از نوع دیافراگمی و در تاسیسات بزرگتر از منبع انبساط بسته بالشتکی استفاده میشود .

منبع انبساط بسته بالشتکی

این منابع به شکل استوانه ساخته میشوند . بخش پایینی منبع به مدار آب متصل شده و بخش بالایی آن به وسیله ی یک گاز بی اثر مثلا نیتروژن ازت پر شده و تحت فشار قرار میگیرد . فشار گاز متناسب با فشار کار سیستم تنظیم میگردد .

 قسمت پایین منبع از یک سو به آب مدار گرمایش و از سوی دیگر به آب تعذیه شهر متصل میگردد و در سمت اتصال به آب شهر حتما از یک شیر یکطرفه وفشار شکن و خط بای پس استفاده میشود . آب پس از انبساط و ازدیاد حجم وارد مخزن شده و در نتیجه گاز نیتروژن بالای سطح آب متراکم و فشارش افزایش می یابد . این افزایش فشار موجب تامین فشار استاتیک مدار میشود .

در صورت بروز نشتی در مدار گرمایش و کم شدن آب درون مخزن ، سطح آب پایین آمده و فضای کافی برای انبساط گاز نیتروژن فراهم میشود و در نتیجه این انبساط فشار گاز نیتروژن کم میشود در صورت ادامه روند و کمتر شدن فشار ، اجازه ورود آب شهر  به مخزن داده میشود . این منبع توسط یک سیستم کنترلی ، کنترل سطح پایین و بالا و آلارم های سطح پایین و بالا کنترل میشود .

در تاسیسات بزرگ و تاسیساتی که در سطح گسترش یافته اند این منابع انتخاب خوبی برای اکثر طراحان و مهندسان هستند . منابع انبساط بسته بالشتکی در موتورخانه نصب شده و بهتر است بدنه ی آن عایق شود . در ساخت این مخازن سعی میشود از قطر کم و به ارتفاع افزوده شود تا سطح تماس آب و گاز کمتر گردد و در نتیجه مقدار نیتروژن حل شده در آب به حداقل برسد . با توجه به اینکه بخشی از نیتروژن در آب حل میشود شارژ مقدار کمی نیتروژن در فواصل زمانی مشخص برای این منابع ضروری است .

منبع انبساط بسته بالشتگی به صورت افقی و عمودی تولید میشود .

در موتورخانه های کوچک تر که سیستم کنترل دقیق و اپراتور مقیم ندارند استفاده از این نوع منبع انبساط پیشنهاد نمیگردد.

منبع انبساط بسته دیافراگمی

اساس کار منبع انبساط بسته دیافراگمی یا تیوپی تا حدود زیادی همانند منابع انبساط بسته باشتکی است . در این منابع  از یک دیافراگم لاستیکی برای تفکیک قسمت آب و هوا استفاده میشود .

 گاز استفاده شده در این منابع میتواند نیتروژن یا هوای فشرده باشد . معمولا این منبع بر روی خط مکش و قبل از پمپ سیرکولاسیون مدار نصب میشود تا پمپ بتواند در فشار نسبتا ثابتی کار کند . در تاسیسات گرمایشی کوچک تر استفاده از این منابع نسبت به منابع بالشتکی ارجحیت دارد . در زمان استفاده از منابع انبساط بسته از هر نوع که باشند استفاده از یک شیر فشار شکن در قسمت ورودی آب تغذیه به مدار جهت کاهش فشار آب تغذیه تا میزان فشار مدار گرمایشی توصیه میشود .

محاسبه حجم منبع انبساط بسته

برای محاسبه حجم منبع انبساط بسته روشهای گوناگونی وجود دارد .

در اولین روش برای دیگ های تا ظرفیت بی تی یو بر ساعت 400000 از فرمول زیر استفاده میشود . 
 

که در این رابطه  Q ظرفیت حرارتی دیگ بر حسب  (btu/hr) و V حجم منبع انبساط بر حسب گالن است

در روش دوم برای محاسبه حجم منبع انبساط بسته تا ظرفیت (btu/hr) 1000000 میتوان از جدول زیر استفاده کرد .
 

در روش سوم برای محاسبه ظرفیت منبع انبساط بسته برای سیستمهای آب گرم دما پایین (کمتر از 160 درجه فارنهایت) از فرومل زیر استفاده میشود .

در این فرمول :

 اما اگر درجه حرارت آب سیستم بین 160 تا 180 درجه فارنهایت باشد از فرمول زیر استفاده میشود

در این رابطه t حداکثر درجه حرارت سیستم برحسب درجه فارنهایت میباشد .

تفاوت منبع انبساط باز و منبع انبساط بسته چیست؟

با توجه به خواص و مختصات ذکر شده در رابطه با منابع انبساط باز و بسته اکنون میتوان مقایسه ای بین منابع انبساط باز و بسته انجام داد .

1. همانطور که اشاره شد و از فرمولها و جداول ذکر شده مشخص است منبع انبساط بسته نسبت به منبع انبساط باز دارای ابعاد و حجم بزرگتری خواهد بود .
2. منابع انبساط باز دارای محدودیت هایی در زمینه دما و فشار سیستم است ولی منابع انبساط بسته محدودیتی در این زمینه ندارد از این رو استفاده از آنها در تمامی سیستم های حرارت مرکزی امکان پذیر است .
3. هزینه اولیه خرید منبع انبساط باز نسبت به منبع انبساط بسته کمتر است اما برای مقایسه دقیق هزینه اولیه میبایست ، هزینه های کامل شامل هزینه لوله کشی تا منبع انبساط ، عایق کاری لوله ها و منبع و ... نیز لحاظ شده و پس از آن در مورد هزینه اولیه مقایسه انجام داد .
4. هزینه نگهداری و جاری منابع انبساط باز معمولا ناچیز است ولی منابع انبساط بسته معمولا هزینه هایی مانند از سوراخ شدن و از بین رفتن دیافراگم ، نیاز به شارژ ازت ، خرابی کنترلر ها  ، کمپرسور باد و هزینه های جانبی و ... را دارد از این رو هزینه نگهداری و تعمیرات منبع انبساط بسته بیشتر از منبع انبساط باز است .
5. منابع انبساط باز به دلیل در تماس بودن با هوا در معرض پوسیدگی و زنگ زدگی هستند اما منبع انبساط بسته نسبت به مساله زنگ زدگی و پوسیدگی مقاوم تر هستند .
6. با توجه به دلایل ذکر شده ، در منبع انبساط باز امکان سر ریز شدن آب وجود داشته اما در منابع انبساط بسته مساله سر ریز آب وجود ندارد .
7. منبع انبساط باز دارای حجم زیادی لوله کشی هستند ولی منبع انبساط بسته عمدتا در موتورخانه نصب شده و لوله کشی آن نیز مختصرو کوتاه است .
8. منابع انبساط باز معمولا بر روی پشت بام و یا سازه ای مستقل در ارتفاع مناسب نصب میشود از این رو باید وزن آن بر روی سازه لحاظ شود و در منابع بزرگتر احتمالا نیاز به تقویت سازه خواهد بود اما منبع انبساط بسته که معمولا در موتورخانه و احیانا بر روی زمین نصب میشود و محدودیت کمتری در این زمینه دارد .
9. در منبع انبساط بسته (بالشتکی) معمولا یک سیستم کنترلی دقیق شامل سنسورهای فشار ، شیرهای یکطرفه و ... وجود دارد که عملکرد صحیح منبع نیازمند کارکرد صحیح این کنترل کننده ها است علاوه بر هزینه اولیه بالای این کنترل کننده ها و نگهداری و تعمیرات آن ، خرابی هر کدام میتواند باعث اختلال در سیستم گرمایش شود اما منابع انبساط باز بسیار ساده و بدون کنترلر خاصی کار میکنند .
10. در صورت عدم کارکرد صحیح شیر یکطرفه در منبع انبساط بسته ، امکان ورود آب سیستم گرمایش به شبکه آب شهری وجود دارد اما این مساله در منبع انبساط باز تا حدودی کمتر است.
11. منبع انبساط باز به دلیل تماس با هوا و سیرکوله آب موجب اتلاف انرژی حرارتی میشوند اما این موضوع در منبع انبساط بسته وجود ندارد .
12. از طرفی به دلیل نصب منبع انبساط باز در هوای آزاد امکان یخ زدگی وجود دارد (در صورت اجرا به صورت تک لوله ای یا مسدود شدن یکی از لوله ها ) اما در منبع انبساط بسته این مساله اتفاق نمی افتد.

با تشکر از اعتماد شما،فروشگاه اینترنتی بامین تهویه با ارائه ی تصاویر،اطلاعات فنی و مشخصات انواع منبع انبساط امکان مقایسه و خریدی مطمئن در اختیار مشتریان محترم قرار داده است. مشاورین بامین تهویه آماده ی پاسخ گویی به سوالات فنی شما می باشند.

بامین تهویه تخصصی ترین وب سایت کشور در زمینه تأسیسات