منبع انبساط چیست و چه کاربردی در سیستم های گرمایشی دارد؟
معرفی منبع انبساط، کاربرد و انواع آن + لیست قیمت
منبع انبساط مخزنی است که فشار اضافی سیالات گرم شده را بالانس کرده و کمبود آب در گردش درون سیستم های حرارت مرکزی را جبران می کند. منابع انبساط به طور کلی با دو هدف در سیستم های حرارت مرکزی به کار می روند:
کاهش فشار آب ناشی از گرم شدن و افزایش حجم بخار آب در دیگ ها و پکیج ها
جبران نمودن کاهش فشار ناشی از کم شدن آب در سیستم های حرارت مرکزی
در سیستم های گرمایش مرکزی دمای آب در گردش داخل لوله ها بر اثر حرارت دیدن بالا رفته و به دنبال آن حجم آب در گردش افزایش می یابد. این افزایش حجم می تواند به لوله ها و اتصالات سیستم گرمایشی فشار وارد کرده و منجر به ترکیدگی و انفجار قسمت هایی مانند دیگ سیستم گرمایش ساختمان شود. معمولا برای جلوگیری از چنین پیش آمدی شیر اطمینان سیستم گرمایشی وارد عمل شده و قسمتی از آب تخلیه می شود تا فشار به میزان استاندارد کاهش یابد. با این حال تکیه بر شیرهای اطمینان گزینه مناسبی نمی باشد چرا که از یک طرف ممکن است در اثر بروز مشکل فنی وارد عمل نشده و خطراتی ایجاد کنند و از طرف دیگر با باز شدن شیر اطمینان شما حجم قابل توجهی از آب گرم سیستم را از دست خواهید داد.
برای حل مشکل مخازن انبساط پیشنهاد می شوند. این مخازن بر روی قسمتی از سیستم لوله کشی سیستم گرمایشی شما نصب شده و تغییرات ناشی از افزایش فشار را کنترل می کنند. لازم به ذکر است که مخازن انبساط نه تنها می توانند تغییرات افزایش فشاررا کنترل کنند بلکه می توانند کاهش فشار آب ناشی از نشتی در سیستم را نیز جبران کنند.
بر این اساس انواع مختلفی از مخارن انبساط وجود دارد که به طور کلی در دو دسته مخازن انبساط باز و مخازن انبساط بسته تقسیم بندی می شوند. در ادامه با انواع مخزن های انبساط، مزایا و معایب هر یک و نحوه محاسبه حجم مخازن انبساط بر اساس مساحت فضای موجود آشنا خواهید شد.
همان گونه که از اسم منبع انبساط باز پیدا است، این منابع از نوع مخازنی هستند که به طور مستقیم با هوای آزاد در ارتباط هستند و در واقع فشار هوای وارد شده از بیرون بر روی سطح آن ها و مایعات در گردش موجود در آن ها اعمال می شود. منبع انبساط باز باید همیشه درارتفاعی بالاتر از آخرین مبدل حرارتی در ساختمان قرار داده شود تا بتواند به بهترین شکل ممکن فشار کل سیستم را بالانس کرده و از هدر رفتن آب جلوگیری کند. به همین دلیل این نوع مخازن را معمولا روی پشت بام نصب می کنند تا هم ارتفاع آن ها نسبت به سایر اجزای سیستم گرمایشی حفظ شود و هم در ارتباط مستقیم با هوا باشد.
از آنجا که در یک منبع انبساط باز، فشار هوای داخل سیستم از طریق فشار هوای محیط بیرون تنطیم می شود این مخازن برای سیستم های گرمایشی با فشار کم مطلوب هستند. چرا که میزان فشاری که به سیستم و مایعات درون آن وارد می کنند با ارتفاع قرار گیری آن و فشار هوا ارتباط مستقیم دارد و نمی تواند فشاری بیش از فشار نثقلی ناشی از اختلاف ارتفاع محل نصب با سیستم گرمایش مرکزی منتقل کند.
نحوه عملکرد منبع انبساط باز
نحوه عملکرد یک مخزن انبساط باز به این صورت است که با افزایش دما و حجم آب موجود در سیستم گرمایشی، حجم آن به علت افزایش دما افزایش یافته و سطح آب درون مخزن بالا می آید. با اعمال فشار محیط از طرف مخزن به آب موجود در مخزن، آب این فشار را از طریق لوله ها و تاسیسات به سایر قسمت های سیستم گرماتیشی منتقل می کند و به این ترتیب باعث می شود آب به راحتی در همه قسمت ها به گردش در آمده و فشار مطلوبی داشته باشد.
بنابراین از آنجا که در یک مخزن انبساط باز فشار هوای وارده به سیستم باعث بالا رفتن آب در سیستم می شود، هر چه مخزن انبساط باز در ارتفاع بالاتری نسبت به کل اجزای سیستم گرمایشی قرار گیرد فشاری بیشتری می تواند وارد کرده و در نهایت آب با فشار بهتری در کل سیستم دریافت و توزیع خواهد شد. بنابراین همواره پیشنهاد می شود منبع انبساط باز را در حداقل ارتفاع دو متر بالاتر از آخرین مبدل حرارتی قرار دهید.
منبع انبساط باز می تواند میزان آب موجود در گردش در کل سیستم گرمایشی را نیز تنظیم کند. به این ترتیب که اگر در صورت وجود نشتی در سیستم میزان آب موجود در گردش کاهش یافت، مخزن به صورت خود به خود وارد عمل شده و با اتصالی که به آّب شهری دارد این کسری آب را جبران می کند. هم چنین اگر در اثر افزایش فشار بیش از حد در سیستم میزان آب موجود در سیستم بیش از حد افزایش یافت با باز کردن شیرهای اطمینان باعث خروج آب اضافی سیستم شده و به این ترتیب همواره میزان آب در گردش موجود در سیستم گرمایشی را در یک حد ثابت و مشخص قرار می دهد.
معایب و مزایای منبع انبساط باز
معمولا برای سیستم های گرمایشی مرکزی از منبع انبساط باز استفاده می شود، به جز در شرایطی که به علت کمبود فضا امکان نصب مخزن انبساط باز در پشت بام میسر نباشد. از جمله مزایای یک منبع انبساط باز می توان به قیمت تمام شده پایین آن اشاره کرد که در مقایسه با منبع انبساط بسته ارزان تر بوده و معمولا نگه داری و هزینه سرویس ها و تعمیرات آن نیز کمتر می باشد.
یکی دیگر از مزایای منبع انبساط باز ضریب اطمینان بالای این نوع مخازن در برابر تحمل فشار های بالا است و با کنترل دقیقی که روی سیستم گرمایشی اعمال می کنند، احتمال ترکیدگی دیگ را به حداقل می رسانند. در واقع این اطمینان بالا به این دلیل است که در یک منبع انبساط باز با بالا رفتن فشار آّب موجود در سیستم، منبع وارد عمل شده و آب اضافی از منبع سر ریز می کند. اما در یک منبع انبساط باز با بالا رفتن فشار آب موجود در سیستم، مخزن شیر اطمینان موجود در سیستم گرمایشی را وادار به باز شدن می کند که در برخی مواقع امکان عدم عملکرد صحیح شیر اطمینان به دلایل و نقایص فنی و مکانیکی وجود دارد.
با این حال منبع انبساط باز معایبی نیز همراه دارد که از جمله آن می توان موارد زیر را نام برد:
نیاز به داشتن لوله کشی در پشت بام ساختمان جهت نصب و راه اندازی اولیه مخزن
کارکرد بهینه مخزن انبساط در فشارهای پایین و عدم کارکرد در فشارهای خیلی بالا
درصد بالای زنگ زدگی و خوردگی منبع به جهت نصب در هوای آزاد در مورد مخازن انبساط باز فلزی ( مخزن انبساط پلاستونیک ضد خوردگی است )
افزایش مصرف و هزینه انرژی به علت قرارگیری در هوای آزاد و به خصوص در فصول سرد سال و اتلاف انرژی در مورد مخازن انبساط باز قلزی ( مخزن انبساط دو لایه فوم دار پلاستونیک به خوبی از اتلاف انرژی گرمایی جلوگیری می کند. )
نصب و راه اندازی منبع انبساط باز
برای ایجاد اتصال بین مخزن انبساط باز و سیستم گرمایش مرکزی باید از دو لوله به صورت رفت و برگشت استفاده کرد. بدین ترتیب می توان بین مخزن انبساط و سیستم گرمایش یک جریان آب ایجاد کرد. این جریان آب از این نظر حایز اهمیت می باشد که باعث می شود بین مخزن و سیستم گرمایشی همواره جریان آب برقرار باشد و بدین ترتیب در زمستان ها مخزن به علت قرارگیری در هوای سرد بیرون یخ نمی زند.
منبع انبساط بسته؛ انواع، معایب و مزایا
منبع انبساط بسته همان طور که از اسم آن مشخص است منبعی است که با هوای آزاد تبادلی ندارد و فشار موجود در مخزن توسط یک مکانیسم به وسیله بالشتک های هوا و یا گازی مانند ازت تامین می شود. منبع انبساط بسته شامل مخزنی است که در آن بخشی برای قرار گیری یک گاز بی اثر تعبیه شده و در قسمت دیگر بخشی برای وارد شدن آب در حال گردش در سیستم گرمایشی وجود دارد. در این نوع مخازن فشار سیستم در اثر ایجاد تعادل بین فشار بخش گازی و آب در گردش تنظیم می شود. به همین دلیل مخارن انبساط بسته باید در قسمت هایی در موتورخانه و یا نزدیکی دیگ نصب شوند و در ارتفاعی بالاتر از آب ورودی دیگ قرار داشته باشند.
در منابع انبساط بسته، بسته به نوع ساختار و عملکرد شان و نوع گاز به کار رفته در مخزن گازی خود به دو دسته مخازن انبساطی قابل تنظیم و منابع انبساط دیافراگمی تقسیم بندی می شوند.
محاسبه حجم منبع انبساط باز
برای محاسبه کردن حجم منبع انباسط باز ابتدا باید حجم آب در گردش در سیستم گرمایشی ساختمان را محاسبه کنید. پس از آن محاسبه حداکثر دمای مورد نیاز بسته به شرایط فصلی و آب و هوایی محل زندگی تان ضرورت دارد. به عبارت دیگر باید محاسبه کنید که در سردترین فصول سال به چه میزان دمای بهینه در محیط نیازمند هستید. بر اساس حجم آب در گردش و دمای مورد نیاز می توانید اختلاف حجم ناشی از افزایش دما را برای آب موجود در سیستم پیدا کنید و در نهایت بسته به عدد بدست آمده اقدام به خرید حجم مناسب برای خود کنید. در ادامه به تفکیک شما را با نحوه محاسبه هر یک از پارامترهای گفته شده در بالا آشنا خواهیم کرد:
1- محاسبه حجم آب در گردش در سیستم گرمایشی: برای این کار می توانید وزن آب موجود در طول یک متر از لوله را حساب کرده و آن را در طول کل لوله های موجود در سیستم گرمایشی ضرب کنید. پس از آن می توانید از فرمول زیر برای محاسبه افزایش حجم در اثر گرم شدن استفاده کنید.
V=Q*1.5/1000
در این فرمول: حرف V بیانگر حجم منبع انبساط باز مورد نیاز بر اساس لیتر می باشد. حرف Q نشان دهنده ظرفیت دمایی دیگ سیستم گرمایش مرکزی است که بر حسب کیلو کالری بر ساعت بیان شده و معمولا به راحتی می توانید آن را در دفترچه و اطلاعات خرید اجزای سیستم گرمایشی خود پیدا کنید. ضریب به کار رفته در فرمول (1.5) نیز ضریب اطمینانی است که برای جلوگیری از هدر رفتن آب پس از گرم شدن و افرایش حجم در نظر گرفته شده است. با فرمول فوق می توانید به راحتی حجم منبع انبساط باز مورد نیاز ساختمان را محاسبه کنید.
– محاسبه قطر لوله های ورود و خروج در منبع انبساط باز
همان گونه که پیش از این گفته شد در منبع انبساط باز بین سیستم گرمایشی و مخزن از طریق لوله های ورود و خروج (یا رفت و برگشت) ارتباط وجود داشته و این ارتباط باعث گرم شدن مخزن در فصول سرد سال می شود. برای محاسبه قطر مورد نیاز این لوله ها شما می توانید از فرمول های زیر استفاده کنید:
d1=15+1.5*(Q/1000) ^1/2 و d2=15+(Q/1000) ^1/2
در این فرمول ها، مقدار d1 بیان گر قطر لوله ورودی برحسب میلی متر و d2 بیان گر قطر لوله خروجی از مخزن برحسب میلی متر می باشد. Q ظرفیت دمایی دیگ را شامل شده و برای سیستم های حرارت مرکزی به صورت کیلو کالری در ساعت می باشد که در مشخصات سیستم گرمایشی شما درج شده است. به یاد داشته باشید که در این فرمول ها قطرهای بدست آمده بر حسب میلی متر خواهند بود و از آنجا که قطر لوله ها در بازار با اینچ بیان می شود شما باید اعداد بدست آمده به میلی متر را تبدیل به اینچ کنید تا بتوانید لوله مورد نیاز خود را به راحتی در بازار تهیه کنید.
3-محاسبه حجم منبع انبساط بسته
محاسبه حجم در منبع انبساط بسته بستگی به نوع منبع دارد و در دو نوع منبع انبساط بسته قابل تنظیم و دیافراگمی متفاوت خواهد بود. در ادامه نحوه محاسبه حجم منبع انبساط به تفکیک هر یک را توضیح خواهیم داد.
4-محاسبه حجم منبع انبساط بسته قابل تنظیم
برای محاسبه حجم منبع انبساط بسته قابل تنظیم می توانید از فرمول زیر استفاده کنید:
Vt=(0.00041*T-0.0466) *Vs/((Pa/Pf)-(Pa/Po))
در این رابطه حروف Vt بیان کننده حجم مورد نیاز خواهد بود. Vs حجم آب موجود در سیستم گرمایشی است و بر حسب گالن تعریف شده است. که نحوه محاسبه آن را در بخش بالا توضیح دادیم. T میانگین دمای سیستم گرمایش شما است که بر حسب فارنهایت می باشد. Pa فشار هوای موجود در مکان نصب منبع بوده و بر حسب پوند بر اینچ می باشد. Pf فشار وارده بر سیستم پس از پر شدن آب داخل مخزن می باشد و بر حسب پوند بر اینچ بیان می شود. Po حداکثر فشار وارده به مخزن پس از رسیدن آب به حداکثر دما و افزایش حجم بوده و بر حسب پوند بر اینچ در نظر گرفته می شود.
محاسبه حجم منبع انبساط بسته تیوپی
حجم منبع انبساط بسته تیوپی از طریق فرمل زیر محاسبه می شود:
Vt=(0.00041*T-0.0466) *Vs/(1-(Pf/Po))
در این رابطه حرف Vt بیان کننده حجم منبع انباسط مورد نیاز شما از رابطه است. T میانگین دمای سیستم گرمایشی شما بر حسب درجه فارنهایت می باشد. Pf فشار موجود در مخزن هنگام پر شدن از آب می باشد و بر حسب پوند بر اینچ در نظر گرفته می شود. Po نیز حداکثر فشار وارد شده به مخزن پس از رسیدن آب به حداکثر دما و افزایش حجم آب موجود در سیستم گرمایشی بوده و بر حسب پوند بر اینچ در نظر گرفته می شود.
