منبع انبساط

منبع انبساط (Expansion Tank) منبع باز یا بسته ای می باشد که در ارتباط مستقیم با سیستم های تحت فشار در موتورخانه (ماننددیگ های آبگرم (بویلر) و چیلر) می باشد.

منابع انبساط برای کنترل انبساط حجمی آب موجود در سیستم های تاسیساتی در اثر افزایش دما ،  تعبیه می شود.

دسته بندی منابع انبساط

منابع انبساط بنابر نوع فشار کاری به دو دسته کلی زیر تقسیم بندی می شود:

1. منبع انبساط باز
2. منبع انبساط بسته

منبع انبساط باز

منابع انبساط باز (Open expantion tank)  در فشار اتمسفر کار می کنند.

این دسته از منابع انبساط در ارتفاعی بالاتر از دیگ (معمولا در پشت بام)  قرار می‌گیرند و حجم اضافی ناشی از انبساط آب تاسیسات، برای ورود به آن‌ها از لوله رابط بین دیگ و منبع بالا رفته و فشاری معادل ارتفاع ستون آب بالارفته به کل سیستم اعمال می‌کند.

طرز کار منبع انبساط باز

آب موجود در چرخه تاسیسات ساختمان، بعد از دریافت گرما در دیگ، منبسط شده و حجم آن افزایش می‌یابد.

جهت جلوگیری ازخروج این حجم اضافی از چرخه و همچنین کنترل فشار استاتیک سیستم گرمایش ساختمان، منبعی تعبیه می‌شود که به آن منبع انبساط می‌گویند.

با افزایش حجم آب موجود در چرخه، منبع انبساط پر خواهد شد و به دلیل ارتفاع آن نسبت به دیگ، فشار استاتیکی برابر با ارتفاع منبع (عددی بین ۳ تا ۱۰ bar بسته به ارتفاع بنا و نوع دیگ) روی آن اعمال می کند که بنا به اصل ظروف مرتبطه، این فشار به تمام آب موجود در چرخه تاسیسات اعمال می‌شود و باعث بالارفتن آب از لوله‌ های تاسیسات می‌گردد. به عبارتی دیگر، منبع انبساط با جمع آوری و ذخیره حجم اضافی ناشی از انبساط حجمی آب، که بر اثر گرما بوجود آمده است، از طریق مکانیزم‌های داخل سیستم هد فشاری لازم برای بالا رفتن آب در لوله‌های تاسیسات را یکسان می کند.

نکته مهم دیگر درباره منبع انبساط این است که چون این منبع در ارتباط مستقیم با دیگ می‌باشد، دمای آب موجود در آن در حین عملکردِ پایای چرخه، در حد دمای معادل با آب خروجی از دیگ است و چون منبع انبساط باز معمولا در هوای آزاد نصب می‌گردد، می‌تواند انتقال حرارت بالایی با هوای سرد محیط داشته باشد که این مبادله گرما بیش از مبادله گرمای چند رادیاتور داخل ساختمان می‌باشد و بار حرارتی اضافی قابل توجهی را به دیگ تحمیل می‌کند.

لذا عایق‌کاری مناسب منبع انبساط می‌توان تا حد قابل توجهی در هزینه جاری تامین انرژی مشعل و دیگ صرفه جویی کرد که برای این عایق‌کاری با توجه به جنس منبع که از فولاد، گالوانیزه، آلومینیوم یا استنلس استیل باشد، ضخامتی بین ۲ الی ۵ سانتی‌متر پیشنهاد می‌شود.

محدوده عملکرد این منابع به ارتفاع ساختمان وابسته می‌باشد که این فشار با توجه به اختلاف ارتفاع بین دیگ و منبع انبساط قابل محاسبه و تنظیم است.

اما به دلیل این که ارتفاع ستون آب بالا آمده از منبع انبساط، هد فشاری لازم برای بالارفتن آب گرم در لوله‌های تاسیسات را تنظیم می کند، منبع انبساط باز را باید همواره در ارتفاعی بالا‌تر از بالاترین مبادله‌گر گرما نصب کرد که مطابق استاندارد‌های موجود، اختلاف ارتفاع بین منبع و آخرین مبادله‌گر باید بیش از ۲ متر باشد.منبع انبساط باز از طریق لوله ارتباطی که با دیگ دارد و توسط شناور موجود در آن، مقدار آب موجود در چرخه را نیز کنترل می‌کند، بدین ترتیب که در صورت بروز هرگونه نشتی در چرخه تاسیسات که باعث کاهش حجم یا همان افت ارتفاع سطح آزاد آب موجود در منبع انبساط شود، با اضافه نمودن آب شهری به اندازه آب خروجی از چرخه، مقدار آب چرخه ثابت می‌ماند.

محاسبه حجم منبع انبساط

حجم مورد نیاز برای منبع انبساط بسته به صورت تئوری از طریق زیر قابل محاسبه است:

VE.T: حجم منبع انبساطکه در آن:

VW: حجم کل آب موجود در چرخه (شامل آب موجود در دیگ، لوله‌کشی‌‌ها، رادیاتور‌ها و منبع انبساط)

Vh: حجم مخصوص آب در بیشترین دمای چرخه

Vc: حجم مخصوص آب در کمترین دمای چرخه

و K، ضریب تصحیحی می‌باشد که معمولا برابر ۲ در نظر گرفته می‌شود.

برای محاسبه حجم آب موجود در چرخه، فرآیند محاسباتی نسبتا پیچیده‌ای را باید انجام داد. به همین دلیل روش تقریبی ساده‌تری با توجه به ظرفیت حرارتی دیگ در زیر ارائه می‌گردد.

منبع انبساط بستهکه در آن، Q مقدار بار حرارتی با واحد Kcal/h و V مقدار حجم منبع انبساط با واحد liter  می‌باشد

منبع انبساط باز با وجود سادگی روش طراحی و ساخت، دارای معایبی است که از آن چه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• انتقال حرارت زیاد با هوای سرد محیط
• حجم لوله‌کشی نسبتا بالا (بیش از ارتفاع ساختمان) جهت کارگذاری منبع
• عدم جوابگویی برای فشار های بیش از ۳ bar در ساختمان های کوتاه
• بروز خوردگی در حضور اکسیژن هوا و آب

برای رفع معایب فوق، از منبع انبساط بسته استفاده می‌کنند.

در داخل منبع انبساط بسته، مخزنی پر از گازی تحت فشار و نیز قسمتی برای ورود آب وجود دارد که از طریق برقراری تعادل فشاری بین گاز تحت فشار و آب، مقدار فشار آب تعیین می‌شود. بدین ترتیب منبع انبساط بسته، نیازی به نصب در ارتفاعی بالاتر از دیگ را ندارد و می توان آن را در موتورخانه و در نزدیکی دیگ (بر روی خروجی انبساط روی دیگ) تعبیه کرد.

منابع انبساط بسته را با توجه به مکانیزم عملکردی، نوع گاز و نوع مخزن حجم متغیر، به انواع زیر تقسیم می‌شوند:

• منبع انبساط بسته قابل تنظیم
• منبع انبساط  بسته دیافراگمی

منبع انبساط بسته قابل تنظیم

در این مدل از منابع انبساط، با کاهش و یا افزایش دمای سیستم، آب منبسط یا منقبض شده، هوا به منبع تزریق یا از آن خارج می‌شود. بدین ترتیب که در ابتدا شیر الکترونیکی خروجی هوا بسته و کمپرسور خاموش می‌باشد. در این حالت مقدار کمی آب در دمای پایین در منبع موجود است. بعد از گرم شدن آب، حجم آن افزایش می‌یابد و هوای درون منبع از طریق شیر خارج می‌شود. زمانی‌که مقدار آب درون منبع به بیشترین حجم مجاز خود رسید، شیر خروج هوا بسته می‌شود و فشار ثابت می‌گردد و در این حالت، در صورت کاهش دما که باعث کاهش حجم آب می‌گردد، هوا از طریق کمپرسور به منبع تزریق می‌گردد تا فشار هوای درون منبع ثابت بماند.

منبع انبساط بسته دیافراگمی

در این مدل از منبع انبساط، برای جبران کاهش و یا افزایش آب منبسط شده.

به منبع آب تزریق شده و یا از آن خارج می‌گردد.

در حقیقت این منبع از یک بخش حاوی هوا یا نیتروژن و یک بخش خالی تشکیل شده‌ که بوسیله یک دیافراگم پلاستیکی انعطاف‌پذیر از هم جدا شده‌اند. بخش گازی حاوی مقدار معینی از هوا و یا نیتروژن است که در متراکم‌ترین حالت بیشترین فشار اعمال شده به چرخه را تحمل می‌نماید. بخش خالی منبع نیز توسط آب منبسط شده پر می‌شود. این آب منبسط شده، دیافراگم حائل بین دو بخش را آنقدر به سمت بخش گازی جابجا می‌کند که بخش گازی به فشرده ترین حالت حالت خود برسد که در این صورت فشار عملیاتی مورد نیاز چرخه تامین می‌گردد.

در این مدل از منابع انبساط بسته، تزریق و تنظیم هوا یا نیتروژن از تریق یک شیر Schrader استفاده می کنند که نحوه عملکرد آن به شکل زیر می‌باشد.