مقدمه
در سیستم‌های حرارت مرکزی، کنترل فشار و حجم سیال ناقل حرارت، یعنی آب، از اهمیت بالایی برخوردار است. هنگام گرم شدن آب، حجم آن افزایش یافته و در نتیجه فشار سیستم بالا می‌رود. این افزایش فشار در صورت عدم کنترل می‌تواند به آسیب‌های جدی مانند ترکیدگی لوله‌ها، دیگ و سایر تجهیزات منجر شود و ایمنی کلی موتورخانه و بهره‌برداری از سیستم را به خطر بیندازد. منبع انبساط به‌عنوان یکی از اجزای حیاتی و ضروری در طراحی سیستم‌های حرارت مرکزی، نقش کلیدی در جذب افزایش حجم آب و تثبیت فشار ایفا می‌کند. استفاده صحیح از این منبع، نه تنها از بروز آسیب‌های احتمالی جلوگیری می‌کند، بلکه طول عمر تجهیزات و بهره‌وری سیستم را به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.
منابع انبساط به دو دسته باز و بسته تقسیم می‌شوند؛ نوع باز با هوای آزاد در ارتباط است و بیشتر برای سیستم‌های فشار پایین مناسب است، در حالی که نوع بسته با استفاده از غشا یا فشار ثابت، حجم آب منبسط شده را در محفظه خود جذب کرده و برای سیستم‌های بسته ایده‌آل است. نصب دقیق، تعیین ارتفاع مناسب، انتخاب قطر لوله‌های رفت و برگشت، رعایت مسیر جریان و جلوگیری از انسداد، از جمله نکات اجرایی حیاتی برای عملکرد بهینه و ایمن منبع انبساط محسوب می‌شوند. علاوه بر این، منبع انبساط وظایف متعددی مانند خنثی کردن انبساط حجمی آب، تغذیه فرعی سیستم، ایجاد فشار مناسب برای گردش آب و هواگیری خودکار در سیستم‌های باز را بر عهده دارد و بدون آن، کنترل فشار و عملکرد صحیح سیستم غیرممکن خواهد بود.
منبع انبساط و کاربرد آن در سیستم‌های حرارت مرکزی
در سیستم‌های حرارت مرکزی، آب به‌عنوان سیال ناقل حرارت به کار می‌رود. زمانی که سیستم پر از آب می‌شود، حجم مشخصی از آب در لوله‌ها و دیگ موجود است. با افزایش دمای آب، حجم آن نیز افزایش می‌یابد و به تبع آن فشار داخل سیستم بالا می‌رود. اگر این افزایش حجم و فشار کنترل نشود، می‌تواند باعث آسیب به تجهیزات، ترکیدگی لوله‌ها یا دیگ و سایر مشکلات ایمنی شود.
برای جلوگیری از این مشکل، از منبع انبساط استفاده می‌شود. این منبع به عنوان محفظه‌ای برای جذب افزایش حجم آب عمل کرده و فشار سیستم را تثبیت می‌کند. با وجود منبع انبساط، آب می‌تواند بدون ایجاد فشار زیاد، منبسط شود و ایمنی کل سیستم حفظ می‌گردد.
منابع انبساط به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند :
1. منبع انبساط باز : بخشی از سیستم به هوای آزاد متصل است و افزایش حجم آب مستقیماً به مخزن باز منتقل می‌شود.
2. منبع انبساط بسته : در این نوع، مخزن با یک غشای انعطاف‌پذیر یا فشار ثابت طراحی شده و حجم آب منبسط شده را در محفظه داخلی خود جذب می‌کند. این نوع رایج‌تر است و برای سیستم‌های بسته مناسب است.
استفاده از منبع انبساط باعث افزایش ایمنی، پایداری فشار و طول عمر تجهیزات موتورخانه می‌شود و یکی از اجزای حیاتی در طراحی سیستم‌های گرمایش مرکزی محسوب می‌گردد.
منبع انبساط باز و نکات نصب آن
منبع انبساط باز نوعی مخزن است که با هوای آزاد در تماس بوده و وظیفه کنترل افزایش حجم آب و تثبیت فشار در سیستم حرارت مرکزی را بر عهده دارد. این نوع منبع معمولاً در خط مکش پمپ و بالاتر از بلندترین مبدل حرارتی ساختمان نصب می‌شود، به‌گونه‌ای که حداقل ۷ فوت بالاتر از آن مبدل باشد. این ارتفاع باعث می‌شود که سمت مکش پمپ تحت فشار اتمسفری قرار گیرد و از ورود هوا به داخل سیستم جلوگیری شود.
ارتفاع استاتیکی منبع انبساط باید به‌قدری باشد که فشار ناشی از آن بیشتر از افت فشار آب در مسیر از محل اتصال منبع تا سمت مکش پمپ باشد. این نکته اهمیت دارد زیرا تجهیزات جانبی مانند صافی پمپ می‌توانند افت فشار اضافی ایجاد کنند و عملکرد سیستم را تحت تاثیر قرار دهند.
در عمل، بهتر است منبع انبساط باز با دو لوله جداگانه به سیستم متصل شود :
1. یک لوله برای رفت آب از دیگ به سیستم حرارت مرکزی
2. یک لوله برای برگشت آب به دیگ
این روش باعث بهبود سیرکولاسیون و کارایی سیستم می‌شود. منبع انبساط باز به دلیل محدودیت دما و فشار، برای سیستم‌های حرارت مرکزی با فشار پایین و دمای حداکثر ۱۸۰ درجه فارنهایت مناسب است.
در طراحی و نصب این نوع منبع باید به ارتفاع مناسب، مسیر اتصال لوله‌ها و جلوگیری از نفوذ هوا توجه ویژه شود تا عملکرد سیستم بهینه و ایمن باقی بماند.
ویژگی‌ها و لوله‌های منبع انبساط باز
منبع انبساط باز معمولاً مجهز به چند لوله اصلی است که هر کدام وظیفه مشخصی دارند :
1. لوله پرکن : برای پر کردن اولیه آب سیستم و تأمین حجم مورد نیاز.
2. لوله رفت : مسیر ورود آب گرم از دیگ به سیستم حرارت مرکزی.
3. لوله برگشت : مسیر بازگشت آب خنک شده از سیستم به دیگ.
4. لوله سرریز : این لوله به‌عنوان مسیر ایمنی برای خروج آب اضافی عمل می‌کند و معمولاً به داخل موتورخانه هدایت می‌شود تا در صورت سرریز، نگهدار یا مسئول موتورخانه از وضعیت مطلع شده و اقدامات لازم را انجام دهد.
برای جلوگیری از یخ‌زدگی و آسیب در فصل زمستان، بهتر است منبع انبساط با دو لوله جداگانه اجرا شود تا گردش آب در آن برقرار باشد. این گردش باعث می‌شود که آب داخل منبع انبساط دچار سکون نشده و خطر یخ زدگی کاهش یابد. با این حال، جریان دائمی آب می‌تواند منجر به هدر رفتن گرما شود؛ بنابراین عایق‌کاری مناسب منبع انبساط باز الزامی است تا اتلاف انرژی به حداقل برسد و راندمان سیستم حفظ شود.
وظایف منابع انبساط در سیستم حرارت مرکزی
منابع انبساط در سیستم‌های حرارت مرکزی نقش حیاتی دارند و چندین عملکرد مهم را بر عهده دارند :
1. خنثی کردن انبساط حجمی آب : هنگام گرم شدن آب، حجم آن افزایش می‌یابد و فشار سیستم بالا می‌رود. منبع انبساط این تغییر حجم را جذب کرده و از افزایش فشار بیش از حد جلوگیری می‌کند تا سیستم آسیب نبیند.
2. تغذیه فرعی سیستم : منابع انبساط، حجم آب لازم برای جبران کاهش آب ناشی از نشتی‌ها یا تبخیر جزئی را تأمین می‌کنند.
3. ایجاد فشار در سیستم حرارت مرکزی : با تنظیم حجم و ارتفاع نصب، منبع انبساط فشار استاتیکی لازم برای گردش آب در مدار را فراهم می‌کند و موجب عملکرد بهینه پمپ‌ها می‌شود.
4. هواگیری خودکار در سیستم باز : منابع انبساط باز، به دلیل ارتباط با هوای آزاد، امکان خروج خودکار هوا و گازهای محلول در آب را فراهم می‌کنند که باعث جلوگیری از ایجاد حباب و اختلال در گردش آب می‌شود.
در واقع، منبع انبساط، قلب ایمنی و پایداری فشار سیستم حرارت مرکزی است و بدون آن، راندمان و طول عمر تجهیزات به شدت کاهش می‌یابد.
محاسبه حجم منابع انبساط باز
برای تعیین حجم مناسب منبع انبساط باز، دو روش اصلی وجود دارد :
روش اول : محاسبه دقیق مهندسی
در این روش، ابتدا حجم کل آب موجود در سیستم با استفاده از نقشه‌های دقیق ساختمان در نرم‌افزارهایی مانند اتوکد یا Revit به دست می‌آید. سپس حجم آب موجود در رادیاتورها، فن‌کویل‌ها و هواسازها نیز با مراجعه به کاتالوگ سازنده محاسبه می‌شود. جمع این مقادیر، حجم واقعی آب سیستم را مشخص کرده و با توجه به دمای کاری و ضریب انبساط، حجم منبع انبساط باز تعیین می‌گردد. این روش برای پروژه‌های بزرگ و صنعتی کاربرد دارد و دقت بالایی ارائه می‌کند.
روش دوم : محاسبه سرانگشتی
در پروژه‌های کوچک‌تر یا زمانی که نقشه‌ها در دسترس نیستند، می‌توان حجم منبع انبساط را با فرمول‌های ساده و سرانگشتی محاسبه کرد. این روش معمولاً بر اساس حجم تقریبی آب سیستم، ظرفیت حرارتی، ارتفاع نصب و دمای کاری آب انجام می‌شود و برای ساختمان‌های مسکونی و تجاری متوسط مناسب است.
در ادامه می‌توانیم فرمول سرانگشتی برای محاسبه حجم منبع انبساط باز ارائه کنیم تا براساس ظرفیت دیگ (بویلر)، مقدار منبع انبساط مشخص شود.
فرمول
نکات اجرایی و فنی در نصب منابع انبساط باز
در طراحی و نصب منابع انبساط باز، رعایت چند نکته کلیدی الزامی است :
• واحدهای اندازه‌گیری : در محاسبات، ابعاد لوله‌ها و منابع بر حسب میلی‌متر و ظرفیت حرارتی دیگ (QB) بر حسب کیلوکالری (Kcal) در نظر گرفته می‌شود.
• حداقل قطر لوله‌ها : برای لوله رفت منبع انبساط، حداقل قطر ۱ اینچ و برای لوله برگشت، حداقل ۴/۳ اینچ پیشنهاد می‌شود تا جریان آب بدون افت فشار مناسب برقرار باشد.
• عدم نصب شیر : در سیستم‌های حرارت مرکزی با منبع انبساط باز، هیچ گونه شیری نباید در مسیر لوله‌های رفت و برگشت منبع انبساط نصب گردد؛ زیرا نصب شیر باعث محدود شدن مسیر انبساط آب و ایجاد فشار اضافی در سیستم می‌شود.
رعایت این نکات موجب عملکرد صحیح و ایمن سیستم حرارت مرکزی شده و از مشکلات ناشی از فشار اضافی یا انسداد مسیر جریان جلوگیری می‌کند.
دلایل سرریز منابع انبساط در سیستم‌های حرارت مرکزی
سرریز منابع انبساط یکی از مشکلات رایج در تاسیسات حرارت مرکزی است که می‌تواند باعث کاهش بازدهی سیستم و ایجاد اختلال در عملکرد آن شود. این مشکل معمولاً به چند عامل اصلی مرتبط است:
1. خرابی شیر شناور یا شیر پرکن : یکی از شایع‌ترین و محتمل‌ترین دلایل سرریز منابع انبساط، خرابی این قطعات است. در مواجهه با سرریز، اولین اقدام بررسی وضعیت شیر شناور و پرکن منبع انبساط می‌باشد.
2. سوراخ شدن منبع دوجداره یا منبع کویلی : در صورت ایجاد نشتی یا سوراخ در منبع، آب اضافه وارد سیستم حرارت مرکزی می‌شود و باعث سرریز منبع انبساط می‌گردد. به‌ویژه در سیستم‌های قدیمی، بررسی سلامت منبع دوجداره یا کویلی از اقدامات ضروری است.
3. گرم شدن بیش از حد آب دیگ : خرابی ترموستات یا اکواستات می‌تواند باعث افزایش دمای آب و در نتیجه افزایش حجم آن شود. این وضعیت فشار اضافی ایجاد کرده و منجر به سرریز منبع انبساط می‌شود.
4. کم بودن حجم منبع انبساط : اگر حجم منبع از ابتدا به‌طور مناسب انتخاب نشده باشد، سیستم در مواجهه با افزایش دمای آب قادر به مدیریت انبساط حجمی نخواهد بود و سرریز اتفاق می‌افتد. در این شرایط، طراحی و حجم منبع باید مجدداً بازبینی و اصلاح شود.
نتیجه‌گیری
منبع انبساط، قلب ایمنی و پایداری فشار در سیستم‌های حرارت مرکزی است و نقش آن در افزایش ایمنی، حفاظت از تجهیزات، بهبود راندمان و طول عمر موتورخانه غیرقابل جایگزین است. انتخاب صحیح نوع منبع انبساط، محاسبه دقیق حجم متناسب با ظرفیت سیستم، نصب اصولی و رعایت نکات فنی از جمله ارتفاع مناسب، قطر لوله‌ها و جریان آب، تضمین‌کننده عملکرد بهینه و بدون مشکل سیستم خواهد بود.
سرریز منابع انبساط یکی از مشکلات رایج در سیستم‌های حرارت مرکزی است که معمولاً ناشی از خرابی شیر شناور یا پرکن، سوراخ شدن منبع، افزایش بیش از حد دمای آب یا کم بودن حجم منبع است. آگاهی از این عوامل و رسیدگی به موقع، موجب جلوگیری از بروز اختلال در عملکرد سیستم، کاهش هدررفت انرژی و افزایش طول عمر تجهیزات می‌شود.
به طور کلی، درک کامل عملکرد منبع انبساط و رعایت اصول نصب و نگهداری آن، نه تنها باعث ایمنی و پایداری فشار می‌شود، بلکه بهره‌وری انرژی و دوام کل سیستم حرارت مرکزی را تضمین می‌کند. سیستم‌هایی که از منابع انبساط بهینه بهره می‌برند، قادرند در طولانی‌مدت با کاهش مشکلات عملیاتی، راندمان بالاتر و هزینه‌های نگهداری کمتر، عملکردی پایدار و مطمئن ارائه دهند.