در سیستم‌های گرمایشی، موتورخانه، پکیج مرکزی و مدارهای آب تحت فشار، محاسبه حجم منبع انبساط بسته یک فرآیند کاملاً مهندسی است. هرگونه خطای محاسباتی در انتخاب ظرفیت این منبع باعث افزایش فشار مدار، خرابی تجهیزات، افت راندمان سیستم و استهلاک زودرس پمپ‌ها می‌شود. برخلاف آنچه در اجراهای معمول تصور می‌شود، انتخاب منبع انبساط نه با تجربه فردی بلکه با روابط مشخص، پارامترهای فنی و استانداردهایی مثل EN 12828 و DIN 4807 انجام می‌شود.

در این مقاله، محاسبه حجم منبع انبساط بسته را به‌ صورت دقیق، عملی و با مثال کامل بررسی می‌کنیم تا طراحان، تکنسین‌ها و مدیران پروژه بتوانند ظرفیت صحیح منبع را متناسب با شرایط مدار انتخاب کنند.
اگر تمایل دارید بدون ورود به روابط فنی و فرمول‌ها، صرفاً بر اساس حجم سیستم و نوع کاربری منبع مناسب را انتخاب کنید، مقاله جدول انتخاب منبع انبساط بسته راهنمایی ساده‌تر و کاربردی‌تری است.

محاسبه حجم منبع انبساط بسته چیست و چرا اهمیت دارد؟

محاسبه حجم منبع انبساط بسته یعنی تعیین ظرفیت مناسب منبعی که وظیفه دارد افزایش حجم آب ناشی از بالا رفتن دما را در خود جذب کند و نگذارد فشار مدار به شکل خطرناک بالا برود. در مدارهای بسته، وقتی دما بالا می‌رود:

حجم آب افزایش پیدا می‌کند (انبساط حجمی)
اگر فضایی برای این انبساط نباشد، فشار مدار افزایش می‌یابد.

نتیجه: عملکرد پمپ به‌هم می‌خورد، شیر اطمینان دائماً باز می‌کند، احتمال نشتی و ترک خوردن لوله‌ها و تجهیزات بالا می‌رود.
منبع انبساط بسته با داشتن یک محفظه گاز (معمولاً نیتروژن یا هوا) و یک دیافراگم/تیوب، این حجم اضافه را جذب می‌کند و با محاسبه صحیح حجم منبع انبساط بسته می‌توان:

فشار مدار را در محدوده ایمن نگه داشت.
از باز شدن مداوم شیر اطمینان جلوگیری کرد.
از ضربه‌های هیدرولیکی و شوک‌های ناگهانی فشار پیشگری نمود.
پمپ و سایر تجهیزات را از استهلاک زودرس نجات داد.

به همین دلیل، در استانداردهای تاسیساتی، این محاسبات یک مرحله جدی و رسمی در طراحی محسوب می‌شود و نباید با حدس و تجربه ساده از آن عبور کرد.

پارامترهای اصلی و فرمول محاسبه حجم منبع انبساط بسته

برای محاسبه دقیق حجم منبع انبساط بسته، باید چند پارامتر کلیدی را بشناسیم:

Vs (حجم کل سیستم): مجموع حجم آب موجود در دیگ یا پکیج، رادیاتورها، فن‌کوئل‌ها، مبدل‌ها، لوله‌ها و هر مخزن کمکی.
e (ضریب انبساط حجمی آب): درصد افزایش حجم آب بین دمای سرد و دمای کاری سیستم. این ضریب وابسته به دما است.
Pi (فشار اولیه سیستم / فشار پرشدن): فشاری که سیستم در حالت سرد (قبل از افزایش دما) دارد. این فشار معمولاً بر اساس ارتفاع ساختمان تعیین می‌شود.
Pf (فشار نهایی یا بیشینه فشار کاری): فشاری که مدار در بیشترین دمای کاری به آن نزدیک می‌شود. این فشار باید پایین‌تر از فشار تنظیمی شیر اطمینان باشد.
η (راندمان یا بازده مؤثر منبع انبساط): در برخی استانداردها، ظرفیت مفید منبع نسبت به حجم اسمی آن در نظر گرفته می‌شود (مثلاً 0.5 تا 0.9). این موضوع در دیتاشیت سازنده منبع ذکر می‌شود.

فرمول صحیح (استاندارد EN 12828 و DIN 4807) به شکل زیر است:

𝐕exp = 𝐕s × 𝐞 × (𝐏i_abs / (𝐏f_abs − 𝐏i_abs))

که در آن:

Pi_abs = Pi + 1 bar
Pf_abs = Pf + 1 bar

استفاده از فشار مطلق باعث جلوگیری از خطاهای بزرگ در سیستم‌های واقعی می‌شود. همچنین در صورت استفاده از حجم اسمی، باید راندمان مخزن نیز وارد رابطه شود:

𝐕actual = 𝐕exp / η

انتخاب ضریب انبساط آب (e)

برای انتخاب مقدار e، می‌توان به صورت تقریبی از جدول زیر استفاده کرد:
نکته: برای دماهای نزدیک به 90–95°C همیشه باید ظرفیت بزرگ‌تر انتخاب شود.

دمای متوسط مدار (تقریبی)	ضریب انبساط آب (e)
50°C تا 60°C	0.015 – 0.02
70°C تا 80°C	0.025 – 0.035
85°C تا 95°C	0.035 – 0.045

تعیین فشار اولیه (Pi)

فشار اولیه یا Pi همان فشاری است که سیستم در حالت سرد (قبل از روشن شدن و بالا رفتن دما) دارد و معمولاً بر اساس ارتفاع ساختمان و بالاترین رادیاتور یا مصرف‌ کننده تعیین می‌شود. هدف این است که در بالاترین نقطه مدار، حتی در حالت سرد، همیشه مقداری فشار مثبت وجود داشته باشد تا هوا نکشد و مدار خالی نشود. به‌ طور تقریبی می‌توان نوشت:

Pi ≈ (ارتفاع ستون آب بر حسب متر / 10) + 0.2 تا 0.3 بار

در این رابطه:

«ارتفاع ستون آب» یعنی اختلاف ارتفاع بین منبع انبساط و بالاترین رادیاتور یا مبدل.
ضریب ۱۰ تبدیل تقریبی «متر ستون آب» به «بار» است.
آن ۰.۲ تا ۰.۳ بار به‌ عنوان حاشیه اطمینان در نظر گرفته می‌شود تا در بالاترین نقطه مدار، همیشه کمی فشار مثبت باقی بماند.

برای درک ساده‌تر، چند مثال عددی:

ساختمان ۲ طبقه (حدود ۶ متر ارتفاع مفید):
ارتفاع ستون آب ≈ ۶ متر → ۶/۱۰ = ۰.۶ بار
با اضافه کردن حاشیه اطمینان ۰.۲ تا ۰.۳ بار:
Pi ≈ ۰.۸ تا ۰.۹ بار (در عمل معمولاً روی حدود ۱ بار تنظیم می‌شود)
ساختمان ۳ طبقه (حدود ۹ متر ارتفاع مفید):
ارتفاع ستون آب ≈ ۹ متر → ۹/۱۰ = ۰.۹ بار
با حاشیه اطمینان ۰.۲ تا ۰.۳ بار:
Pi ≈ ۱.۱ تا ۱.۲ بار

در ساختمان‌های بلندتر، همین منطق را ادامه می‌دهیم؛ هرچه ارتفاع بیشتر باشد، فشار اولیه هم باید بالاتر در نظر گرفته شود تا در بلندترین نقطه مدار، فشار گیج هرگز به صفر نرسد.
این فشار اولیه همان مقداری است که روی گیج مانومتر سیستم در حالت سرد می‌بینید و فشار باد اولیه منبع انبساط (Pre-charge) هم معمولاً روی همین مقدار، یا کمی کمتر از آن (حدود ۰.۱ بار کمتر) تنظیم می‌شود تا منبع بتواند درست وارد مدار شود و حجم انبساط را جذب کند.

تعیین فشار نهایی (Pf)

فشار نهایی یا Pf بیشترین فشاری است که سیستم در دمای کاری خود به آن می‌رسد. انتخاب Pf باید به‌ گونه‌ای باشد که مدار در حالت گرم و انبساط حجمی آب، در محدوده ایمن باقی بماند و شیر اطمینان فعال نشود. Pf معمولاً بر اساس موارد زیر تعیین می‌شود:

حداکثر دمای طراحی سیستم
فشار مجاز تجهیزات (دیگ، مبدل‌ها، رادیاتور، لوله‌ها)
فشار تنظیمی شیر اطمینان

در بیشتر سیستم‌های گرمایشی ساختمانی، شیر اطمینان روی ۳ bar تنظیم شده است. بنابراین Pf نباید به مقدار نامی شیر اطمینان نزدیک شود، بلکه باید ۰.۳ تا ۰.۵ bar کمتر از آن انتخاب گردد تا فضای ایمن برای افزایش دما باقی بماند. به صورت عملی:

Pf ≈ مقدار تنظیمی شیر اطمینان − 0.3 تا 0.5 bar

برای مثال:

در سیستم‌های معمول مسکونی با شیر اطمینان 3 bar:
Pf ≈ 2.5 تا 2.7 bar

نکته مهم مهندسی:

Pf باید حداقل 0.5 bar بالاتر از Pi باشد.
اگر Pf بیش از حد به Pi نزدیک باشد، منبع انبساط کارایی لازم را ندارد و تبادل آب/گاز به‌درستی اتفاق نمی‌افتد.
برای مثال اگر Pi ≈ 1.2 bar، مقدار مناسب Pf باید حدود 1.7 bar یا بیشتر باشد، نه 1.4 یا 1.5 bar.

جمع‌بندی ساده و عملی:

فشار اولیه (Pi): بر اساس ارتفاع و حالت سرد
فشار نهایی (Pf): بر اساس دما، فشار تجهیزات و فاصله ایمن از شیر اطمینان

به زبان ساده:

Pf همیشه باید بالاتر از Pi و پایین‌تر از فشار عملکرد شیر اطمینان باشد.

مثال عملی از محاسبه حجم منبع انبساط بسته

فرض کنید:

حجم کل سیستم (Vs) = 1000 لیتر
دمای کاری حدود 80°C → ضریب انبساط آب (e) = 0.035
فشار اولیه Pi = 1.2 bar
فشار نهایی Pf = 2.8 bar

برای دقت صحیح در محاسبات، فشارها به صورت فشار مطلق در نظر گرفته می‌شوند:

Pi_abs = 1.2 + 1 = 2.2 bar
Pf_abs = 2.8 + 1 = 3.8 bar

جای‌گذاری در فرمول استاندارد:

Vexp = Vs × e × (Pi_abs / (Pf_abs − Pi_abs))
Vexp = 1000 × 0.035 × (2.2 / (3.8 − 2.2))
Vexp = 35 × (2.2 / 1.6)
Vexp ≈ 48 لیتر

در مرحله بعد راندمان منبع انبساط (η) نیز در نظر گرفته می‌شود. اگر راندمان دیافراگم 0.6 باشد:

Vactual = Vexp / η
Vactual = 48 / 0.6
Vactual ≈ 80 لیتر

بنابراین، برای این سیستم، انتخاب منبع انبساط 80 لیتری منطقی‌تر است و ظرفیت کافی برای تغییرات دما، افت فشار، هواگیری و استهلاک دیافراگم را فراهم می‌کند.

حاشیه ایمنی در محاسبه حجم منبع انبساط

بعد از به‌ دست آوردن مقدار تئوری، معمولاً (Vexp × 1.15 تا 1.3) به عنوان حجم نهایی در نظر گرفته می‌شود. این حاشیه به این دلیل لحاظ می‌شود که رفتار واقعی سیستم همیشه مطابق محاسبات ایده‌آل نیست و عوامل زیر می‌توانند باعث افزایش نیاز به ظرفیت شوند: