سیستم‌های گرمایش با بخار چگونه عمل می‌کنند؟

پنج شنبه, 17 آذر 1401
578

سیستم‌های گرمایش با بخار در ساختمان‌های مسکونی، تجاری و حتی صنعتی کاربرد دارند. این سیستم‌های گرمایشی نیازی به پمپ ندارند و به‌جای آن از نیروی بخار برای توزیع گرما در سرتاسر ساختمان استفاده می‌کنند. البته گاهی در خط برگشت از یک پمپ کندانس استفاده می‌شود.

اصول سیستم‌های گرمایش با بخار

اگر در فشار استاندارد جو آب را گرما بدهیم، دمای آن تا ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد یا ۲۱۲ درجه فارنهایت بالا می‌رود و بعد شروع به جوشیدن می‌کند و تبدیل به بخار می‌شود. انرژی گرمایشی آب توسط بخار از آن خارج می‌شود. اگر بتوان این بخار را با گذاشتن یک درپوش بر روی محفظه آب درحال جوش گیر انداخت، درپوش را به‌راحتی بلند می‌کند و اگر این درپوش به‌نحوی محکم شود، فشار داخلی محفظه افزایش می‌یابد.

دلیل این اتفاق انبساط مولکول‌های آب است. مولکول‌های آب سرد به‌هم نزدیک هستند، اما با افزایش دما این مولکول‌ها به هیجان آمده و به‌سرعت حرکت می‌کنند که باعث افزایش حجم آب می‌شود، به‌طوری‌که بخار ۱ واحد آب تقریباً ۱۶۰۰ برابر حجم اولیه آن در حالت مایع است.

اصول سیستم‌های گرمایش با بخار

اگر حجم محفظه حاوی آب و بخار محدود باشد و بر گرمای آب افزوده شود، مولکول‌های آب سریع‌تر حرکت خواهند کرد و با شدت بیشتری با دیواره محفظه برخورد می‌کنند. بدین ترتیب فشار داخل محفظه بالا می‌رود. این بخار پرفشار تلاش می‌کند به مکانی با فشار پایین‌تر برود.

می‌توان از این فشار برای توزیع انرژی گرمایی بین رادیاتورها و بعد برگرداندن آن به دیگ بخار که همان محفظه اولیه است استفاده کرد. در یک سیستم گرمایش بخار دو لوله، دیگ بخار آب را گرم کرده و به مرحله بخار می‌رساند. فشار ایجاد شده بخار را در داخل لوله‌ها به جلو رانده و به رادیاتورها می‌رساند و رادیاتورها هوای اتاق را گرم می‌کنند. بنابراین انرژی گرمایی توسط دیواره رادیاتور از بخار به هوای اتاق منتقل می‌شود. هوای گرم بالا می‌رود و هوای سرد جای آن را می‌گیرد و این چرخه ادامه پیدا می‌کند.

اصول سیستم‌های گرمایش با بخار

بخار آب در سیستم گرمایش بخار گرمای خود را از دست می‌دهد و دوباره به مایع تبدیل می‌شود. فشار بالای سیستم گرمایشی آب را به دیگ بخار برمی‌گرداند تا دوباره گرم شده و به چرخه گرمایش بازگردد. اما یک نکته در این‌جا وجود دارد: ما می‌خواهیم فقط مایع به دیگ بخار بازگردانده شود و هیچ بخاری همراه آن در لوله برگشت نباشد تا هیچ انرژی هدر نرود. هدف ما ایجاد بخار است، پس نباید این بخار را هدر بدهیم.

تذکر: ترکیب بخار با آب کندانس مشکلات بسیاری برای سیستم گرمایشی به وجود می‌آورد، مشکلاتی مثل ضربه‌ چکش که باعث صدای شدید، ضربه و لرزش در مسیر لوله‌های سیستم گرمایشی بخار می‌شود.

نکته: یکی از راه‌های جلوگیری از ترکیب بخار با آب در لوله برگشت، استفاده از یک تله بخار ترموستاتیک در رادیاتور است.

شیر یا تله بخار ترموستاتیک در سیستم گرمایشی بخار

انواع مختلفی از تله‌های بخار ترموستاتیک با طراحی‌های مختلف وجود دارند که ما امروز به توضیح معمول‌ترین نوع آن می‌پردازیم، یعنی تله بخار فشار متوازن یا همان تله بخار انبساط مایع.

شیر یا تله بخار ترموستاتیک در سیستم گرمایشی بخار

در نمای ظاهری این شیر یک بدنه با یک ورودی و خروجی می‌بینیم. روی این بدنه هم یک پیچ ۶ ضلعی قرار دارد که در صورت لزوم برای باز کردن شیر جهت تعمیر و نگهداری استفاده می‌شود که در ادامه به آن می‌پردازیم.

شیر یا تله بخار ترموستاتیک در سیستم گرمایشی بخار

در داخل این شیر ترموستاتیک در سیستم گرمایشی بخار یک کپسول آکاردئونی‌شکل وجود دارد که یک زبانه‌ کوچک را به سمت نشیمنگاه شیر هل می‌دهد. این کپسول آکاردئونی به بخش بالای تله محکم شده‌است. این کپسول کاملاً بسته و حاوی مایعی است که در دمایی نزدیک به دمای جوش آب تبخیر می‌شود. این مایع معمولاً آب یا مخلوط آب و الکل است.

نکته: دلیل استفاده از آب سرعت بالای انبساط آن هنگام گرم شدن است. بنابراین می‌توان از آن برای کنترل اتوماتیک شیر در سیستم گرمایش بخار استفاده کرد.

این کپسول آکاردئونی از یک بدنه فلزی و چین‌ها و شیارهای فلزی تشکیل شده‌است که قابلیت انبساط و انقباض همراه با افزایش و کاهش فشار مایع داخلی را دارد.

دمای بخار بالاتر از ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد یا ۲۱۲ درجه فارنهایت است، یعنی بالاتر از نقطه جوش آب. بنابراین وقتی بخار با این کپسول برخورد می‌کند، آب داخل آن بلافاصله به بخار تبدیل شده و افزایش حجم پیدا می‌کند، درنتیجه کپسول منبسط شده و خروجی شیر یا تله ترموستاتیک را می‌بندد.

تذکر: چون کپسول از بالا به بدنه شیر محکم شده‌است، تنها می‌تواند به سمت پایین حرکت کند. بنابراین زبانه را به نشیمنگاه شیر می‌چسباند و خروجی را می‌بندد تا بخار وارد خط کندانس یعنی خط برگشت سیستم گرمایش بخار نشود.

شیر یا تله بخار ترموستاتیک در سیستم گرمایشی بخار

بنابراین بخار داخل رادیاتور تمام گرمای خود را به اتاق می‌دهد، سرد شده و تبدیل به مایع می‌شود. مایع کندانس بدنه تله بخار یا شیر ترموستاتیک را پر می‌کند و گرمای داخل کپسول را بیرون می‌کشد. درنتیجه فشار داخل کپسول کم می‌شود و کپسول خودش را جمع می‌کند. بدین ترتیب شیر باز می‌شود، بخار مایع کندانسور را به بیرون هدایت می‌کند، تله بسته می‌شود و این چرخه ادامه پیدا می‌کند.

خراب شدن تله ترموستاتیک و تأثیر آن بر سیستم گرمایش بخار

طی فعالیت سیستم گرمایش بخار، کپسول آکاردئونی مرتب منبسط و منقبض می‌شود. بنابراین تله ترموستاتیک هم مانند تمام وسایل مکانیکی بالاخره خراب خواهد شد. در یک ساختمان معمولی با ۱۰۰۰ ساعت گرمایش در هر فصل، این تله ترموستاتیک حدود ۳ بار در هر دقیقه باز و بسته می‌شود، یعنی ۱۸۰ هزار بار طی یک‌سال فعالیت در فصل سرما. طی بیش‌از ۵ تا ۶ سال، این تله بیش‌از ۱ میلیون بار منقبض و منبسط شده‌است.

این به‌معنای فرسایش زیاد برای یک کپسول مکانیکی کوچک است. اگر یک تکه فلزی کوچک را در یک محور خاص بارها خم و راست کنید، بالاخره می‌شکند. به‌علاوه، طبیعت فرسایشی عملیات کندانس یا چگالش هم باعث تضعیف کپسول آکاردئونی در داخل تله‌ ترموستاتیکی می‌شود. بنابراین عمر مفید یک تله بخار معمولاً بین ۲ تا ۵ سال است.

تذکر: تله‌های ترموستاتیک رادیاتور به‌تدریج متوقف نمی‌شوند، بلکه یکدفعه و بدون هشدار خراب می‌شوند. هیچ نقص تدریجی در عملکرد آنها وجود ندارد، بنابراین کپسول تله را باید طبق توصیه سازنده مرتب حین عملیات سرویس و نگهداری تعویض کرد.

نکته: خراب شدن تله ترموستاتیک به صورتی است که یا کاملاً باز می‌ماند یا بسته و دیگر نمی‌تواند نسبت‌به تغییر دما عکس‌العمل نشان دهد.

بازماندن تله ترموستاتیک در سیستم گرمایش بخار

وقتی تله ترموستاتیک خراب شده و باز می‌ماند، یعنی بخار می‌تواند به‌راحتی وارد خط برگشت سیستم گرمایش بخار شود، چون طول کپسول آکاردئونی برای بستن شیر کافی نیست. همان‌طور که گفتیم، این کپسول با آب و الکل پر شده‌است. بر اثر انبساط این ترکیب، طول آن افزایش یافته و شیر را می‌بندد. وقتی این کپسول در اثر فرسایش خراب شده یا می‌شکند، نمی‌تواند شیر را ببندد. بنابراین بخار عبور کرده و باعث اتلاف انرژی و بروز مشکلات جدی در سیستم گرمایش بخار می‌شود.

بازماندن تله ترموستاتیک در سیستم گرمایش بخار

تذکر: تشخیص این مشکل چندان آسان نیست چون بخار موجود همچنان رادیاتور را گرم می‌کند.

بسته ماندن تله ترموستاتیک در سیستم گرمایش بخار

در سیستم گرمایش بخار، بسته شدن دائمی تله ترموستاتیک مشکلاتی به وجود می‌آورد. در این شرایط کپسول به پایین افتاده و راه شیر را بسته است. همان‌طور که گفتیم، با ورود بخار به شیر، کپسول منبسط شده و راه شیر را می‌بندد تا بخار وارد خط برگشت سیستم نشود. اگر کپسول خراب شده و مدام شیر را بسته نگه ‌دارد، رادیاتور بالاخره سرد می‌شود و می‌توانید به‌راحتی متوجه خراب شدن تله شوید.

در مقاله‌های دیگری درمورد انواع تله‌های بخار و جزئیات بیشتر سیستم‌های گرمایشی بخار صحبت خواهیم کرد. با مشاهده‌ دوره‌های آموزش سیستم‌های برودتی و حرارتی در سامانه رهجو می‌توانید اطلاعات بیشتری درمورد سیستم‌های تبرید، پکیج دیواری و ... به دست آورید.