مخزن انبساط در سیستم بسته (چیلر آبی/گرمایش)
در سیستمهای بستهی آبگردشی (هیدرونیک)، آب یا محلول آبوگلیکول با تغییر دما منبسط و منقبض میشود. چون مدار “بسته” است و جایی برای تغییر حجم وجود ندارد، اگر افزایش حجم کنترل نشود، فشار سیستم بالا میرود، شیر اطمینان عمل میکند، آب خارج میشود و بعد با سرد شدن مدار حتی ممکن است فشار تا زیر اتمسفر افت کند و هوا از هواگیرهای اتوماتیک وارد سیستم شود. مخزن انبساط دقیقاً برای مدیریت همین رفتوبرگشتِ حجم و فشار طراحی شده است.
مخزن انبساط دقیقاً چه کاری انجام میدهد؟
در رایجترین نوع (دیافراگمی/تیوپی)، مخزن دو بخش دارد:
- یک سمت گاز نیتروژن (N₂) با فشار پیششارژ
- سمت دیگر آب سیستم که از طریق اتصال مخزن وارد میشود
وقتی دمای آب بالا میرود، حجم آب زیاد میشود و این حجم اضافی وارد مخزن میشود؛ در نتیجه نیتروژن فشردهتر شده و فشار سیستم بهصورت کنترلشده بالا میرود. وقتی دما پایین میآید، آب از مخزن به سیستم برمیگردد و فشار افت نمیکند.
نکته مهم: برای شارژ گاز از نیتروژن استفاده کنید؛ اکسیژن/هوا هم باعث خوردگی میشود و هم میتواند به دیافراگم آسیب بزند.
چرا محل نصب مخزن انبساط حیاتی است؟ (اشتباه رایج = هواگیری بد + کاویتاسیون پمپ)
قانون طلایی در مدار بسته این است:
مخزن انبساط باید نزدیکترین نقطه به مکش پمپ و در “نقطه بدون تغییر فشار” نصب شود.
اگر مخزن را اشتباه (مثلاً روی خط دهش/تخلیه یا جای دور از پمپ) ببندید، ممکن است با روشن شدن پمپ، فشار سمت مکش بیش از حد افت کند (حتی زیر صفر گیج) و نتیجهاش اینهاست:
- ورود هوا از نقاط آببندی ضعیف یا هواگیرها
- تشکیل حباب و “پلاگ”های هوا در بالاترین نقاط
- افت دبی، سروصدا، لرزش
- کاویتاسیون پمپ و آسیب مکانیکی
به زبان ساده: ممکن است شما “فشار کلی سیستم” را خوب تنظیم کرده باشید، ولی چون مخزن جای درست نیست، مکش پمپ عملاً گرسنه میشود.
تنظیم فشار اولیه سیستم (Fill Pressure) چطور تعیین میشود؟
فشار خواندهشده روی گیج به ارتفاع ستون آب بالای گیج وابسته است. برای اینکه در بالاترین نقطه سیستم، فشار از اتمسفر پایینتر نرود (و هوا مکیده نشود)، یک معیار عملی رایج این است:
فشار در بالاترین نقطه ≥ 0.5 bar (گیج)
پس فشار پرکردن در محل گیج/مخزن باید حداقل برابر باشد با:
- فشار ستون آب تا بالاترین نقطه (تقریباً هر 10 متر ≈ 1 bar، هر 1 متر ≈ 0.1 bar)
- بهاضافه 0.5 bar ضریب اطمینان
مثال ساده: اگر بالاترین نقطه 6 متر بالاتر از گیج باشد ⇒ حدود 0.6 bar
پس حداقل فشار پرکردن ≈ 0.6 + 0.5 = 1.1 bar
اگر پیششارژ نیتروژن کم یا زیاد باشد چه میشود؟
- پیششارژ خیلی کم: آب زیادی وارد مخزن میشود، حجم مفید مخزن زود پر میشود و با گرم شدن، فشار سریع بالا میرود → احتمال عملکردن شیر اطمینان بیشتر میشود.
- پیششارژ خیلی زیاد: آب سخت وارد مخزن میشود (عملاً مخزن “از مدار خارج” میشود) → تغییرات فشار شدید، کمبود حجم ذخیره، و در سرد شدن ممکن است فشار افت کند و هوا وارد شود.
قاعده عملی: پیششارژ مخزن را نزدیک فشار پرکردنِ سرد سیستم تنظیم میکنند (با درنظرگرفتن محل نصب و ارتفاع).
چرا بعد از عملکردن شیر اطمینان، سیستم هوا میگیرد؟
وقتی به هر دلیل فشار بالا میرود و شیر اطمینان آب تخلیه میکند، حجم آب سیستم کم میشود. بعد که سیستم سرد میشود، چون آب کمتر است و حجم جمع میشود، فشار میتواند افت کند و حتی به نزدیکی صفر برسد. در این حالت:
- هواگیر اتوماتیک ممکن است بهجای خروج هوا، هوا را به داخل بکشد
- هوا در بالاترین نقاط جمع شده و به شکل حبابهای بزرگتر به هم میچسبد
- در بدترین حالت گردش آب مختل یا قطع میشود
آیا میشود مخزن انبساط را در خروجی کندانسور/سمت آب گرم گذاشت؟
معمولاً نه. اگر مخزن بعد از کندانسور و در مسیر آب گرم نصب شود، آبِ داغتر وارد مخزن میشود و باعث گرم شدن گاز نیتروژن و افزایش فشار میگردد؛ یعنی شما عملاً دارید فشار را بیدلیل بالا میبرید و به عملکردن شیر اطمینان نزدیکتر میشوید.
جای درست همان نزدیک مکش پمپ است.
محاسبه حجم مخزن انبساط (روش دقیق و قابل اجرا)
برای سایز کردن اصولی، سه چیز لازم دارید:
1) حجم کل آب سیستم (Vsys)
جمع حجم آب داخل:
- لولهها (با قطر داخلی واقعی)
- مبدلها/اواپراتور/کندانسور آبی
- مخزنها یا کلکتورها
مثال: اگر حجم کل سیستم ≈ 300 لیتر باشد.
2) حجم انبساط (Vw)
در بازه دمایی کارکرد، آب/گلیکول درصدی افزایش حجم دارد.
مثلاً در محلول آبوگلیکول 30% ممکن است انبساط بین 20 تا 60 درجه حدود 2.6% باشد:
Vw = Vsys × 2.6% = 300 × 0.026 = 7.8 لیتر
3) فشار حداقل و حداکثر مجاز
- حداقل فشار سرد را از ارتفاع + 0.5 bar تعیین کنید (مثل 1.1 bar).
- حداکثر فشار باید از فشار تنظیم شیر اطمینان کمتر باشد (با درنظر گرفتن اختلاف ارتفاع مخزن تا محل شیر اطمینان).
مثلاً اگر شیر اطمینان روی 3 bar تنظیم است و اختلاف ارتفاع باعث میشود در محل مخزن حداکثر 2.5 bar مجاز باشد، باید مخزن طوری انتخاب شود که در پذیرش 7.8 لیتر انبساط، فشار از 2.5 بالاتر نرود.
فرمول کلیدی: P1V1 = P2V2 (با فشار مطلق)
فشار مطلق = فشار گیج + 1 bar
اگر:
- P1 = 1 bar گیج ⇒ 2 bar مطلق
- P2 = 2.5 bar گیج ⇒ 3.5 bar مطلق
- حجم آب وارد شده به مخزن = 7.8 L
حجم کل مخزن را V بگیرید؛ با ورود آب، حجم گاز میشود (V − 7.8)
پس:
(2) × V = (3.5) × (V − 7.8) ⇒ V ≈ 18.2 لیتر
نتیجه: حداقل 18.2 L لازم دارید و در عمل باید یک سایز بالاتر (مثلاً 24 لیتر) انتخاب کنید تا حاشیه اطمینان داشته باشید.
نکات نصب که واقعاً در پروژهها مشکلساز میشوند
- اتصال مخزن باید طوری باشد که هوا در مسیر حبس نشود (مسیر کوتاه، بدون زانوییهای بیدلیل، بدون سیفون/شکمدادگی).
- مخزن عمودی: بهتر است اتصال از بالا باشد تا هوا وارد مخزن نشود و حجم مفید کاهش پیدا نکند.
- نصب افقی هم ممکن است، اما فقط وقتی که لوله اتصال رو به بالا برود و مسیر افت فشار ایجاد نکند.
- اگر مسیر اتصال طولانی/باریک باشد، ورود حجم انبساط به مخزن کند میشود و فشار سیستم نوسانی میگردد.
جمعبندی کاربردی
اگر بخواهیم خیلی خلاصه و اجرایی بگوییم:
- مخزن را نزدیک مکش پمپ نصب کنید (نه روی دهش، نه خروجی کندانسور، نه خط تخلیه).
- فشار پرکردن سرد را از ارتفاع + 0.5 bar به دست بیاورید.
- حجم انبساط را از حجم کل سیستم × درصد انبساط آب/گلیکول حساب کنید.
- سایز مخزن را با قانون P1V1=P2V2 و فشار مطلق طوری انتخاب کنید که در گرمترین حالت، فشار از حد مجاز و شیر اطمینان بالاتر نرود.
- اگر شیر اطمینان عمل کرد، بهجای سرزنش “کیفیت هواگیر”، اول سایز/تنظیم مخزن و محل نصب را بررسی کنید.
