در این مطلب، به بررسی جامع انواع مختلف منبع انبساط، شامل مخزن انبساط باز و مخزن انبساط بسته، خواهیم پرداخت. همچنین، با تشریح عملکرد هر یک، لزوم استفاده از آن‌ها در صنایع گوناگون، از جمله موتورخانه‌ها، سیستم‌های دارای مبدل حرارتی صنعتی، سیستم‌های تهویه مطبوع، و کاربردهای صنعتی دیگر را تبیین خواهیم نمود. این تحلیل باعث می‌شود تا با درک صحیح از اهمیت و کارکرد این تجهیزات، انتخابی بهینه برای سیستم‌های خود داشته باشید.
منبع انبساط چیست؟
منبع انبساط، یک مخزن فلزی یا پلیمری است که در سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی، مانند پکیج‌ها و موتورخانه‌ها، برای مدیریت تغییرات حجم آب به کار می‌رود. وظیفه اصلی آن، جبران انبساط حرارتی آب است. وقتی آب گرم می‌شود، حجم آن افزایش می‌یابد و اگر این افزایش حجم کنترل نشود، فشار سیستم بیش از حد بالا رفته و می‌تواند به لوله‌ها و تجهیزات آسیب برساند. مخزن انبساط با داشتن یک دیافراگم یا بالون پلاستیکی، فضای لازم برای انبساط آب را فراهم می‌کند و از افزایش ناگهانی فشار جلوگیری می‌کند.
این دستگاه صنعتی، نقشی اساسی در افزایش طول عمر و کارایی کل سیستم گرمایشی و سرمایشی دارد.
انواع منبع انبساط یا مخزن تحت فشار
مخزن تحت فشار، که برای کنترل فشار و حجم آب در سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی به کار می‌رود، به دو دسته اصلی تقسیم می‌شود: مخزن انبساط باز و مخزن انبساط بسته. هر یک از این انواع، کاربردها و ویژگی‌های خاص خود را دارند.
منبع انبساط باز
منابع انبساط باز، که به آن مخزن تحت فشار روباز یا منبع انبساط اتمسفریک هم گفته می‌شود، مخزنی است که مستقیماً با هوای آزاد در ارتباط است و معمولاً در بالاترین نقطه سیستم، مثل پشت بام، نصب می‌شود. این نوع منبع با استفاده از فشار اتمسفر، فشار سیستم را کنترل می‌کند و برای سیستم‌هایی با دمای پایین‌تر و فشار کمتر مناسب است. این منبع به دلیل اینکه با هوای آزاد در ارتباط است، فشار اتمسفریک را تحمل می‌کند و برای همین، به آن "باز" می‌گویند.
از مزایای اصلی این سیستم، سادگی، هزینه کم و عدم نیاز به نگهداری پیچیده است. با این حال، معایبی مانند اتلاف انرژی حرارتی به دلیل قرارگیری در فضای باز و همچنین اکسیژن‌گیری آب توسط هوای محیط، باعث خوردگی و زنگ‌زدگی قطعات فلزی سیستم در درازمدت می‌شود.
کار منبع انبساط باز چیست؟
عملکرد این دستگاه بر اساس قانون انبساط حرارتی سیالات است.
هنگامی که آب در دیگ یا بویلر گرم می‌شود، حجم آن افزایش می‌یابد و آب اضافی به سمت مخزن انبساط باز که در بالاترین نقطه سیستم (معمولاً روی پشت‌بام) قرار گرفته، جریان پیدا می‌کند. این منبع به عنوان یک "دریچه اطمینان" عمل می‌کند و آب اضافی را در خود جای می‌دهد. وقتی سیستم خنک می‌شود، حجم آب کاهش می‌یابد و آب ذخیره‌شده در مخزن تحت فشار به داخل سیستم برمی‌گردد تا کمبود حجم را جبران کند.
در صورت بروز مشکل در سیستم و بالا رفتن بیش از حد دما و فشار، آب اضافی به داخل منبع سرریز می‌کند و از طریق لوله‌های سرریز به سمت فاضلاب یا محلی دیگر هدایت می‌شود تا از آسیب به سیستم جلوگیری کند.
منبع انبساط بسته
این نوع منبع که به آن منبع انبساط دیافراگمی نیز گفته می‌شود، یک مخزن کاملاً بسته است که توسط یک دیافراگم لاستیکی به دو بخش تقسیم شده است. یک بخش حاوی آب سیستم و بخش دیگر حاوی هوای فشرده یا گاز نیتروژن است. این منابع معمولاً در نزدیکی بویلر یا پکیج نصب می‌شوند. زمانی که آب گرم می‌شود و حجم آن افزایش می‌یابد، به بخش آبی مخزن وارد می‌شود و با فشرده کردن گاز پشت دیافراگم، فشار سیستم را ثابت نگه می‌دارد. از مزایای این سیستم می‌توان به جلوگیری از هدر رفت انرژی، عدم خوردگی قطعات به دلیل جلوگیری از ورود اکسیژن و نصب آسان آن در فضای داخلی اشاره کرد. تنها نقطه ضعف آن این است که فشار گاز آن باید به صورت دوره‌ای چک و تنظیم شود.
این منابع برخلاف منابع انبساط باز، نیازی به ارتباط با هوای آزاد و نصب در بالاترین نقطه ساختمان ندارند و معمولاً در موتورخانه یا نزدیک به تجهیزات اصلی نصب می‌شوند. انواع این دستگاه شامل:
- 1. منبع تیوپی
- 2. منبع دیافراگمی
- 3. منبع جریان گذرا
کار منبع انبساط بسته چیست؟
زمانی که آب در سیستم گرمایشی (مثل پکیج یا موتورخانه) گرم می‌شود، حجم آن افزایش پیدا می‌کند. از آنجا که آب غیرقابل فشرده شدن است، این افزایش حجم باعث بالا رفتن فشار در سیستم می‌شود. مخزن انبساط بسته با جذب این آب اضافی، از زیاد شدن فشار بیش از حد و آسیب به لوله‌ها و تجهیزات جلوگیری می‌کند. در این فرآیند، آب اضافی وارد بخش دیافراگمی شده و دیافراگم را به سمت بخش گاز فشار می‌دهد. این فشار باعث فشرده شدن گاز در بخش دوم می‌شود و فضای لازم برای انبساط آب را فراهم می‌کند.
هنگامی که سیستم خنک می‌شود، آب منقبض شده و فشار سیستم کم می‌شود. در این حالت، فشار گاز فشرده شده در منبع انبساط، آب را مجدداً به داخل سیستم هدایت می‌کند تا فشار به حالت عادی بازگردد و از افت فشار و آسیب به پمپ‌ها جلوگیری شود.
کاربردهای منبع تحت فشار دیافراگمی
منابع انبساط بسته کاربردهای گسترده‌ای دارند که اصلی‌ترین آن‌ها عبارتند از:
- ✔️ سیستم‌های گرمایش مرکزی و موتورخانه‌ها: برای کنترل فشار ناشی از گرم شدن آب در دیگ‌ها و پکیج‌ها، حفظ فشار مطلوب در مدار و جلوگیری از آسیب به تجهیزات.
- ✔️ سیستم‌های پکیج دیواری و زمینی: تمامی پکیج‌های گرمایشی به یک منبع انبساط داخلی مجهز هستند تا نوسانات فشار آب را مدیریت کنند.
- ر سیستم‌های سرمایشی: در سیستم‌های سرمایشی صنعتی و تهویه مطبوع نیز برای جبران تغییرات حجم سیال خنک‌کننده (مانند گلیکول) استفاده می‌شوند.
- ✔️ سیستم‌های آبرسانی تحت فشار: در کنار پمپ‌های خانگی یا صنعتی، برای جلوگیری از روشن و خاموش شدن مکرر پمپ (تأمین فشار در مصارف کم) و افزایش طول عمر پمپ به کار می‌روند.
- ✔️ سیستم‌های آبگرم خورشیدی: برای مدیریت انبساط آب ناشی از گرمای خورشید استفاده می‌شوند.
استفاده از این منابع مزایایی مانند عدم نیاز به نصب در ارتفاع بالا، کاهش خوردگی و زنگ‌زدگی تجهیزات (به دلیل عدم تماس آب با اکسیژن هوا) و افزایش طول عمر سیستم را به همراه دارد.
نشانه‌های نیاز به تعویض انواع منبع انبساط موتورخانه
یکی از مهم‌ترین وظایف منابع انبساط در موتورخانه‌ها و پیکج‌ها، جذب فشار اضافی آب در سیستم گرمایشی هست. اگه مخزن درست کار نکند، ممکن است باعث بروز مشکلات زیر شود:
- ✔️ کاهش فشار مکرر سیستم: اگه مجبورید دائماً آب به سیستم اضافه کنید تا فشارش را در محدوده مناسب نگه دارید (معمولاً بین ۱ تا ۱.۵ بار)، این می‌تواند نشانه خرابی منبع باشد.
- ✔️ افزایش ناگهانی فشار: در هنگام روشن شدن پمپ یا گرم شدن آب، اگه فشار سیستم به شدت بالا رود (مثلاً بالای ۳ بار) و شیر اطمینان مرتباً باز شود، ممکن است دیافراگم مخزن سوراخ شده باشد.
- ✔️ خروج آب از شیر هواگیری: اگه از شیر هواگیری منبع به جای هوا، آب خارج شود، دیافراگم داخلی آن سوراخ شده و باید تعویض شود.
- ✔️ زنگ‌زدگی و خوردگی: اگه بدنه منبع انبساط زنگ‌زده یا پوسیده شده است، ممکن است نشانه پایان عمر مفیدش باشد.
نحوه محاسبه حجم منبع انبساط مورد نیاز
برای محاسبه حجم مخزن انبساط، می‌توانید از فرمول زیر استفاده نمایید:
Ve=Pa−PiVs⋅(Pf−Pi)
- Vₑ: حجم مورد نیاز منبع انبساط (لیتر)
- Vₛ: حجم کل آب موجود در سیستم (لیتر). این شامل آب داخل دیگ، رادیاتورها و لوله‌هاست. برای محاسبه تقریبی این حجم، می‌تونید تعداد رادیاتورها و نوع دیگ را در نظر بگیرید. به عنوان مثال، هر پره رادیاتور حدود ۰.۵ لیتر و یک دیگ معمولی حدود ۱۰۰ لیتر آب داره.
- Pᵢ: حداقل فشار کاری سیستم (بار). معمولاً برابر با فشار پر شده اولیه است (۱ تا ۱.۵ بار).
- Pₐ: حداکثر فشار کاری مجاز سیستم (بار). این فشار معمولاً توسط شیر اطمینان تنظیم می‌شود و حدود ۳ بار است.
- Pƒ: فشار نهایی سیستم (بار). این فشار در دمای حداکثر کاری سیستم و با افزایش دما به وجود می‌آید و می‌تواند بین ۲ تا ۲.۵ بار باشد.
برای مثال، اگه حجم کل آب سیستم شما ۲۰۰ لیتر باشه و فشار اولیه ۱ بار و فشار نهایی ۲.۵ بار در نظر گرفته بشه، حجم منبع انبساط مورد نیاز به این صورت محاسبه میشه:
Ve=3−1200⋅(2.5−1)=2200⋅1.5=150 لیتر
اهمیت یا لزوم استفاده از مخزن تحت فشار
منبع انبساط یا مخزن تحت فشار یکی از اجزای حیاتی در سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی بسته مثل پکیج‌ها و موتورخانه‌هاست. این مخزن دو وظیفه اصلی و مهم را بر عهده دارد: جبران افزایش حجم آب و حفظ فشار سیستم.
جبران افزایش حجم آب
آب وقتی گرم شود، حجمش بیشتر می‌شود. در یک مخزن تحت فشار مدل بسته، این افزایش حجم می‌تواند باعث بالا رفتن ناگهانی فشار شود. بدون وجود منبع انبساط، این فشار زیاد به لوله‌ها، اتصالات، پمپ‌ها و دیگ آسیب جدی می‌رساند و حتی ممکن است باعث ترکیدن آن‌ها شود. این دستگاه مثل یک بالشتک هوا عمل می‌کند که این زیاد شدن حجم را جذب کرده و مانع از بالا رفتن خطرناک فشار می‌شود.
حفظ فشار سیستم
علاوه بر کنترل فشار در زمان گرمایش، منبع انبساط به حفظ حداقل فشار مورد نیاز در سیستم هم کمک می‌کند. در طول چرخه سرمایش، آب سرد شده و حجمش کم می‌شود. این کاهش حجم باعث افت فشار در سیستم می‌شود. مخزن انبساط با فشرده کردن هوا، فشار لازم را به سیستم برمی‌گرداند و از افت فشار به زیر حد مجاز جلوگیری می‌کند. این کار باعث می‌شود پمپ‌ها و سایر اجزای سیستم به درستی کار کنند و هوا وارد مدار نشود.
منبع انبساط چه کاربردی در سیستم‌های دارای مبدل‌های حرارتی دارد؟
در سیستم‌های دارای مبدل‌های حرارتی، مخزن انبساط نقش حیاتی در کنترل فشار و جبران تغییرات حجم سیال دارد. وقتی سیال (معمولاً آب) در مبدل حرارتی گرم می‌شود، حجم آن افزایش می‌یابد و در نتیجه، فشار درون سیستم بالا می‌رود.
- ✔️ جذب انبساط حرارتی: به عنوان یک مخزن ذخیره عمل می‌کند تا حجم اضافی سیال ناشی از افزایش دما را در خود جای دهد. این کار از افزایش بیش از حد فشار و آسیب دیدن لوله‌ها، اتصالات و خود مبدل حرارتی جلوگیری می‌کند.
- ✔️ حفظ فشار ثابت: با جذب حجم اضافی، مخزن تحت فشار به حفظ فشار سیستم در یک محدوده ایمن و ثابت کمک می‌کند. این پایداری فشار برای عملکرد صحیح پمپ‌ها و سایر تجهیزات سیستم ضروری است.
- ✔️ جبران کسری آب: در صورت کاهش دما، حجم سیال منقبض می‌شود. منبع انبساط، آب ذخیره‌شده را به سیستم برمی‌گرداند تا کمبود حجم و افت فشار را جبران کند و از ورود هوا به سیستم جلوگیری نماید.
وجود منبع انبساط در کنار مبدل‌های حرارتی تضمین می‌کند که سیستم با فشار کنترل‌شده کار کند و از آسیب‌های ناشی از تغییرات دما و حجم سیال پیشگیری شود.
آرکا صدر تولید کننده انواع مبدل حرارتی صنعتی
شرکت آرکا صدر که تولید کننده مبدل حرارتی در ایران است، با هدف ارتقای دانش فنی مشتریان خود و اطمینان از عملکرد بهینه سیستم‌های حرارتی، تلاش می‌کند تا آن‌ها را با تمامی تجهیزات جانبی مورد نیاز در کنار مبدل‌های حرارتی آشنا سازد. شناخت صحیح از این تجهیزات، مانند انواع پمپ سیرکلاسیون، منابع انبساط، شیرهای کنترلی، و فیلتر شنی، برای افزایش بازدهی، کاهش مصرف انرژی، و طولانی کردن عمر مفید سیستم حیاتی است. هدف ما این است که با ارائه اطلاعات دقیق و کاربردی، مشتریانمان را قادر سازیم تا با انتخابی آگاهانه و صحیح، سیستمی کارآمد، مطمئن و پایدار را راه‌اندازی و نگهداری کنند.