منبع انبساط موتورخانه

منبع انبساط چیست؟

برای تثبیت فشار سیستم و ایجاد شرایط انبساط حجمی آب در اثر افزایش دما در سیستم‌های بسته، باید از ظرفی به نام منبع انبساط استفاده شود. دو نوع منبع انبساط وجود دارد که به صورت باز یا بسته است.

منبع انبساط باز

این منبع که با هوای آزاد در تماس است در خط مکش پمپ و در بالاترین قسمت مبدل ساختمان نصب می‌شود که حداقل فاصله آن باید حدود 7 فوت( حدودا 3.5 متر) بالاتر از مبدل نصب شود. نصب منبع انبساط در قسمت مکش باعث می‌شود که هوا در سیستم وارد نشود. ارتفاع نصب باید به گونه ای باشد که فشار ایجاد شده بیشتر از افت فشار از لوله منبع انبساط تا مکش پمپ باشد. می‌توان منبع انبساط را با یک لوله به سیستم متصل کرد ولی برای اینکه آب منبع انبساط در سیرکولاسیون قرار گیرد از دو لوله متصل به رفت و برگشت آب از منبع استفاده شود. منبع انبساط باز برای سیستم‌های حرارتی مرکزی با فشار کم و دمای حداکثر 180 درجه فارنهایت (حدودا 82 درجه سانتیگراد) مناسب است.

محاسبه حجم منبع انبساط باز

برای محاسبه حجم منبع انبساط باز دو روش وجود دارد. روش اول دقیق تر و روش دوم برای محاسبات ساده است.

الف- روش اول محاسبه حجم منبع انبساط

• محاسبه آب داخل لوله‌ها با استفاده از جداول مربوطه که وزن لوله بر حسب پوند بر فوت لوله برای قطرهای مختلف محاسبه می‌شود و در کل لوله های رفت و برگشت ضرب می‌کنیم تا وزن آب در لوله‌ها به دست آید. با تقسیم این عدد بر 8.33 مقدار حجم آب بر حسب گالن محاسبه می‌شود.
• حجم آب داخل دیگ و مبدل‌های حرارتی و منابع آب گرم موتورخانه با استفاده از استاندارد یا کاتالوگ شرکت سازنده بر حسب گالن محاسبه می‌شود.
• درصد افزایش حجم آب به ازای افزایش دمای آب ورودی به سیستم از جدول مربوطه استخراج می‌شود.
• حجم منبع انبساط با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌شود.

حجم منبع انبساط= (حجم آب درون لوله‌ها + حجم آب درون وسایل مبدل حرارتی)×درصد افزایش حجم آب

ب- روش دوم محاسبه حجم منبع انبساط

این روش دقت کمتری دارد و از فرمول زیر محاسبه می‌شود.

V=Q_B/6400

که در این فرمول V حجم منبع انبساط بر حسب گالن و Q_B قدرت دیگ حرارتی بر حسب Btu/hr است.

منبع انبساط بسته

این منبع در سیستم‌های گرمایش با دمای آب زیاد ( بیش از دمای جوشش آب در فشار جو) و در مواردی که به دلیل محدودیت ارتفاع و هر دلیل دیگری نتوانیم از منبع انبساط باز استفاده کنیم کاربرد دارد. این منبع با هوای آزاد تماس ندارد و فشار سیستم توسط بالشتک و یا دیافراگمی که از هوا، بخار و یا یک گاز بی اثر مانند ازت پرشده است تامین می‌شود و نیمی از حجم منبع را اشغال می‌کند. حداکثر فشار بستگی به شرایط سیستم دارد و برای کنترل آن از شیراطمینان استفاده می‌شود. حداقل فشار باید به اندازه‌ای باشد که زمان سرد بودن سیستم بالاترین رادیاتور ساختمان از آب پر شده باشد. منبع انبساط بسته بهتر است در مکش پمپ نصب شود تا پمپ با مکش ثابتی کار کند. این منبع همچنین در بوسترپمپ نصب می‌شود. حجم منبع در شرایط مختلف متفاوت است.

محاسبه حجم منبع انبساط بسته

در شرایط مساوی حجم منبع انبساط بسته باید بیشتر از منبع انبساط باز باشد. برای محاسبه حجم این منبع یکی از روش‌های زیر به کار می‌رود.

الف- روش اول: در صورتی که دمای آب سیستم کمتر از 160 درجه فارنهایت ( حدودا 80 درجه سانتیگراد) باشد برای محاسبه حجم منبع از فرمول زیر استفاده می‌شود:

(V=(E*V_S)/(P_a/P_f – P_a/P_o

که در این فرمول V حداقل حجم منبع بر حسب گالن، E درصد افزایش حجم آب به ازای دمای آب سیستم که از جدول محاسبه می‌شود، V_s حجم آب سیستم بر حسب گالن،P_a فشار مطلق در منبع انبساط در زمان شروع پرکردن سیستم بر حسب فوت آب (معمولا فشار جو)، P_f حداقل فشار مطلق در منبع انبساط پس از پر شدن سیستم بر حسب فوت آب، P_o حداکثر فشار مطلق کار سیستم بر حسب فوت آب است.

برای زمانی که دمای آب بین 160 تا 280 درجه فارنهایت باشد فرمول زیر پیشنهاد می‌گردد:

(V=(0.00041t-0.0466)*V_s / (P_a/P_f – P_a/P_o

که در آن t حداکثر دمای متوسط آب سیستم بر حسب درجه فارنهایت است. حداقل حجم منبع انبساط دیافراگمی نیز از فرمول زیر محاسبه می‌شود:

(V=(0.00041t-0.0466)*V_s / (1 – P_f/P_o

ب-روش دوم: می‌توان بر حسب قدرت حرارتی دیگ، حجم منبع بسته را از جدول زیر محاسبه کرد.

این جدول برای سیستم اجباری به کار می‌رود که لوله‌های  با سایز پایین‌تر اجرا می‌شوند. در طراحی سیستم‌های طبیعی حجم منبع انبساط به دلیل به کار رفتن لوله‌‌های بزرگتر باید یک پله بیشتر در نظر گرفته شود.

یک مثال برای محاسبه منبع انبساط

یک سیستم گرمایشی در دست است حجم کل آب سیستم برابر 1000 گالن و فاصله عمودی بلندترین نقطه که شیر اطمینان تحت آن عمل می‌کند 30psi است. فشار اتمسفر برابر 34 فوت آب است. مطلوب است محاسبه حجم منبع انبساط بسته و نوع دیافراگمی آن.

با توجه به فرمول محاسبه شده برای حجم منبع انبساط بسته، باید فشارهای P_f و P_o تعیین گردد. فشار اتمسفر 34 فوت و فشار فاصله عمودی بالاترین نقطه رایز 25 فوت است. برای هواگیری 4 فوت فشار اضافی در نظر گرفته می‌شود. بنابراین برای فشار مطلق داریم:

P_f=25+4+34=63ft

مقدار حداکثر فشار کار سیتسم (Po) برابر مقدار فشار شیر اطمینان منهای 5psi یا 10% است. ( هر کدام بیشتر شود باید در نظر گرفته شود). پس داریم:

P_o=(30-5)*2.31+34=91.8ft

با استفاده از فرمول ارایه شده برای حجم منبع انبساط داریم:

V=(0.00041*200-0.0466)*1000 / (34/63 – 34/91.8)= 209.1gal

برای محاسبه حجم منبع دیافراگمی داریم:

V=(0.00041*200-0.0466)*1000/ (1 – 63/91.8)= 112.8 gal

  (برگرفته از کتاب محاسبات تاسیسات ساختمان)

در سیستم های گرمایش ابی با نصب منبعی در مدار شبکه لوله کشی می توان مکانی را برای انبساط حجمی اب فراهم نمود و در عین حال امکان تغدیه اب جبرانی را به وجود اورد و هم چنین فشار سیستم را در حد مورد نیاز تثبیت کرد. این نوع منابع در دو گروه منابع باز و بسته به کار گرفته می شوند.

منبع انبساط باز از یک سو با های ازاد و از سوی دیگر با سمت مکش پمپ در ارتباط است و باید حداقل 120 سانتی متر بالاتر از بالاترین وسیله تبادل حرارت قرار گیرد. از این بابت این گونه منابع در تامین فشار دچار محدودیت هستند و معمولا در سیستم های کم فشار مورد استفاده قرار  میگیرند.

منابع انبساط بسته با هوای ازاد ارتباطی ندارد و می تواند تحت فشاری بالاتر از فشار جو کار کند، بنابراین ارتفاع نقشی در تامین فشار سیستم نداشته و این گونه منابع می توانند در هر ارتفاعی نصب شوند.

به منطور تامین فشار در منابع انبساط بسته معمولا از یک گاز بی اثر یا ازت استفاده می شود.

منبع انبساط در دو گونه معمولی و دیافراگمی مورد استفاده قرار می گیرد. در نوع دیافراگمی، بالونی لاستیکی مانع از اختلاط اب منبع و هوا می شود و به دلیل وجود همین دیافراگم می توان فشار اولیه منبع را با افزایش فشار هوا تامین نمود، بدون این که نیاز به افزایش حجم اب به منطور تامین فشار اولیه باشد،  به همین دلیل در شرایط مشابه حجم منابع انبساط دیافراگمی در حد قابل توجه ای کمتر از حجم  منابع انبساط بسته معمولی می شود.

 زیرا در منابع معمولی برای تامین فشار اولیه حتما باید حجم  مشخصی اب وجود داشته باشد و همین مقدار اب موجب افزایش حجم منبع می شود. منابع انبساط بسته معمولی اگر چه می توانند در ارتفاع کم و در موتورخانه نصب شوند، اما در هر حال باید بالاتر از دیگ اب گرم و یا مبدل حرارتی قرار گیرند، اما منابع بسته دیافراگمی در این مورد نیز محدودیتی ندارند.

فشار منبع باید به گونه ای تنظیم شود که به هنگام سرد بودن بالاترین وسیله تبادل حرارت پر از اب باشد.

بهتر است هردو نوع منبع انبساط بازو بسته برای جلو گیری از پدیده کاویتاسیون و قطع جریان اب روی مکش پمپ سیستم قرار گیرند.