مدیریت رطوبت برای{0}قابلیت اطمینان طولانی مدت

رطوبت به طور گسترده ای به عنوان یکی از مضر ترین دشمنان سیستم های گرمایش الکتریکی شناخته می شود و این خطر به طور قابل توجهی در کاربردهای گرمایش خاک تشدید می شود، جایی که بخاری های کارتریجی در معرض مستقیم و طولانی مدت قرار گرفتن در معرض یکی از مرطوب ترین و خورنده ترین محیط ها در تمام بخش های صنعتی هستند. عناصر گرمایش خاک در محیطی دفن می شوند که به طور طبیعی رطوبت را در خود نگه می دارد، بر خلاف سیستم های گرمایش زمین{1} که ممکن است هر از گاهی در معرض باران یا رطوبت باشند. به عنوان مثال، آب باران به اعماق خاک نفوذ می کند، سیستم های آبیاری خاک کشاورزی یا محوطه سازی را به طور مداوم مرطوب نگه می دارند، سطح آب های زیرزمینی با فصول تغییر می کند تا مناطق زیر سطحی اشباع شود و با افزایش و کاهش دما، تراکم در داخل محوطه ها یا در امتداد سطوح بخاری شکل می گیرد و یک چرخه ثابت رطوبت ایجاد می کند. همه این موارد با هم کار می کنند تا به ساختار و عملکرد بخاری های کارتریجی آسیب بزنند، که باعث می شود در طول زمان کارایی آنها کاهش یابد. بین مدیریت خوب و بد رطوبت تفاوت زیادی وجود دارد. یک سیستم خوب-طراحی شده با معیارهای کنترل رطوبت قوی می‌تواند سال‌ها به‌طور قابل اعتمادی کار کند، گرمای خروجی ثابتی را ارائه دهد و زمان خاموشی را کاهش دهد. از سوی دیگر، سیستمی که در برابر رطوبت محافظت نمی کند، اغلب در عرض چند ماه خراب می شود، که می تواند منجر به تعویض گران قیمت، تاخیر در پروژه و خطرات ایمنی شود.

پایانه مهم ترین نقطه ضعف بخاری کارتریج است و همچنین محتمل ترین مکان برای آسیب رطوبت به آن است. پایانه قسمتی است که سیم های سربی از غلاف بخاری خارج می شوند و المنت گرمایشی را به منبع برق متصل می کنند. برای حفظ شکل خوب بخاری، این نقطه خروجی با مواد خاصی، از جمله واشرهای فشاری سیلیکونی، اپوکسی یا فلزی با دمای بالا، آب بندی می شود که به منظور جلوگیری از ورود آب به داخل است. با این حال، این مهر و موم ها را می توان به روش های مختلفی شکست، مانند زمانی که نصب می شوند (به عنوان مثال، اگر سیم های سربی به مدت طولانی خم شده باشند یا به مدت طولانی به خاک نزدیک شوند)، (که مواد مهر و موم را در طول زمان تجزیه می کند)، زمانی که آنها توسط مواد شیمیایی موجود در خاک (مانند نمک ها، کودها یا رواناب های صنعتی) خورده می شوند یا فقط در اثر سایش و پارگی معمولی در طول زمان. حتی یک سوراخ کوچک در یک مهر و موم ممکن است آب را به داخل بخاری راه دهد. عنصر گرمایش در بخاری کارتریج با عایق اکسید منیزیم (MgO) احاطه شده است. این یک ماده متخلخل است که در انتقال گرما عالی است اما برای حرکت مویرگی بسیار آسان است. حرکت مویرگی آب را از طریق منافذ عایق MgO می کشد و به آرامی آن را پر می کند. هنگامی که MgO خیس می شود، قدرت دی الکتریک آن، که یک ویژگی مهم است که از نشت جریان الکتریکی جلوگیری می کند، بسیار کاهش می یابد. اولین نشانه‌های این نوع آسیب ناشی از رطوبت اغلب کوچک اما واضح است: قطع‌کننده‌های مدار خطای زمین (GFCI) ممکن است به طور غیرمنتظره‌ای قطع شوند، به این معنی که برق به زمین نشت می‌کند. بخاری ممکن است نتواند دمای ثابتی را حفظ کند، یا به دمای تنظیم شده نرسد یا در زمان های تصادفی روشن و خاموش شود. یا در موارد جدی‌تر، ممکن است بخاری{10}}به طور کامل اتصال کوتاه کند، به این معنی که کل سیستم از کار می‌افتد. رطوبت همچنین می‌تواند خود عنصر گرمایش را در برخی موارد فرسایش دهد، که می‌تواند باعث سوختن خیلی زود آن شود.


برای رفع این ضعف عمده، بخاری های کارتریجی مهر و موم شده با پایانه های هرمتیک به اولین و مهمترین خط دفاعی در برابر رطوبت در کاربردهای گرمایش خاک تبدیل شده اند. پایانه های هرمتیک برای ایجاد یک مهر و موم ضد هوا و ضد آب در نقطه خروجی سیم سربی ساخته می شوند، به طوری که آب نمی تواند وارد شود. درپوش های انتهایی جوش داده شده و مهر و موم های فشاری دو طرح رایج برای پایانه های هرمتیک هستند. درپوش‌های انتهایی جوش داده شده از تکنیک‌های جوشکاری در دمای بالا استفاده می‌کنند تا یک درپوش فلزی را به غلاف بخاری بچسبانند و یک مهر و موم دائمی ایجاد کنند که می‌تواند آسیب فیزیکی و دماهای شدید را تحمل کند. مهر و موم های فشاری از یک پیچ و مهره فلزی برای فشرده کردن یک واشر با دمای بالا در اطراف سیم های سربی- استفاده می کنند و یک مهر و موم محکم می سازند که می تواند تغییرات جزئی دما و فشار را تحمل کند. برخی از طرح های پیشرفته با افزودن مهر و موم های ثانویه داخلی، که معمولاً از اپوکسی یا مواد سرامیکی منحصر به فرد ساخته می شوند و به عنوان یک مانع پشتیبان عمل می کنند، حتی فراتر می روند. حتی اگر مهر و موم بیرونی شکسته شود، این مهر و موم های داخلی مانع از حرکت رطوبت می شوند. این لایه محافظ اضافی در شرایط سخت خاک بسیار مفید است. این ویژگی‌های پایان هرمتیک، پیشرفت‌های اختیاری برای گرم کردن خاک نیستند. آنها ضروری هستند. بخاری هایی با انتهای غیر هرمتیک، مانند مهر و موم های چین خورده یا چسبانده شده، نمی توانند رطوبت دائمی خاک را تحمل کنند و به زودی خراب می شوند، بنابراین برای استفاده طولانی مدت مناسب نیستند.

اگر مهر و موم های یک بخاری کارتریج مهر و موم شده به درستی نصب نشده باشند، حتی بهترین آنها نیز خیلی زود خراب می شوند. نصب برای حفظ کارکرد سدهای رطوبتی بسیار مهم است و چند اقدام مهم وجود دارد که باید برای اطمینان از ماندگاری آنها رعایت شود. اول، سیم های سربی باید همیشه از پایین وارد جعبه های اتصال شوند. این یک "حلقه قطره ای" ایجاد می کند. حلقه قطره ای یک منحنی رو به پایین در سیم سربی است که زیر نقطه ورودی جعبه اتصال آویزان است. این اجازه می دهد تا هر آبی که روی سیم جمع می شود قبل از اینکه بتواند در امتداد سیم به داخل جعبه اتصال یا پایانه حرکت کند، چکه کند. آب به راحتی می تواند بدون حلقه چکه بر روی سطح سیم جاری شود، حتی اگر مهر و موم ها هنوز در جای خود باشند. این می تواند باعث ورود آب به انتهای بخاری یا جعبه اتصال شود. دوم، جعبه‌های اتصالی که برای گرم کردن خاک استفاده می‌شوند باید برای استفاده در فضای باز یا کمتر از درجه- درجه بندی شوند و دارای طراحی ضد آب و هوا باشد که الزامات صنعت (مانند NEMA 4X یا IP67) را برآورده کند تا از آب، گرد و غبار و خوردگی جلوگیری کند. برای دور نگه داشتن آب از جعبه، تمام نقاط ورودی سیم‌ها، کابل‌ها یا مجرای سربی باید به اندازه کافی با کابل‌ها یا واشرهای ضدآب مهر و موم شوند. سوم، بسته‌های خشک‌کننده را در جعبه‌های اتصال قرار دهید تا رطوبت اضافی که در طول تغییرات دما ایجاد می‌شود جذب شود. هوای داخل جعبه اتصال با تغییر دما منبسط و منقبض می شود که مقدار کمی هوای مرطوب را وارد می کند. بسته‌های خشک‌کننده، که معمولاً با سیلیکاژل یا غربال‌های مولکولی پر می‌شوند، این رطوبت را جذب می‌کنند، داخل جعبه اتصال را خشک نگه می‌دارند و از اتصالات الکتریکی در برابر خوردگی یا اتصال کوتاه{15} محافظت می‌کنند. همچنین، نصاب‌ها نباید سیم‌های سربی را بیش از حد بکشند یا بپیچانند زیرا ممکن است به مهر و موم انتهایی آسیب برساند. آنها همچنین باید مطمئن شوند که بخاری به درستی در محل نصب آن قرار گرفته است (مانند چاه حرارتی یا تماس مستقیم با خاک) تا از جابجایی و فشار بر روی مهر و موم ها در طول زمان جلوگیری شود.

چاه های حرارتی با جداسازی فیزیکی بخاری کارتریج از رطوبت خاک در شرایطی که تماس مستقیم با خاک خطر بسیار بالایی از رطوبت را به همراه دارد، یک لایه حفاظتی اضافی ایجاد می کند. چاه حرارتی یک لوله فلزی مهر و موم شده است که معمولاً از فولاد ضد زنگ، اینکونل یا آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی- ساخته شده است. دارای یک قسمت پایین بسته و یک کلاه در بالا. بخاری کارتریجی به داخل چاه حرارتی می رود و سپس آن را در زمین قرار می دهد. این یک مکان خشک و ایمن برای کار بخاری ایجاد می کند، در حالی که اجازه می دهد گرما از دیواره چاه به خاک اطراف آن عبور کند. چاه های حرارتی به ویژه در مکان هایی که خاک بسیار مرطوب است (مانند باتلاق ها، مناطق آبیاری یا زیر سطح آب) یا جاهایی که مواد شیمیایی خورنده وجود دارد که می تواند به غلاف بخاری آسیب برساند مفید است. همچنین می توانید به راحتی بخاری کارتریج را بدون آسیب رساندن به خاک یا معماری سیستم گرمایش تعویض کنید. فقط درپوش را بردارید، بخاری قدیمی را بیرون بیاورید و یک بخاری جدید قرار دهید. بخاری‌هایی با غلاف یکپارچه مهر و موم شده و انتهای گلدانی بهترین چیز بعدی برای کاربردهایی هستند که نیاز به تماس مستقیم با خاک دارند (به عنوان مثال، زمانی که چاه‌های حرارتی مانع راندمان انتقال حرارت می‌شوند یا فضا محدود است). غلاف‌های یکپارچه مهر و موم شده با طرحی ساخته می‌شوند که هیچ شکاف یا درزی در جایی که رطوبت وارد می‌شود ندارد. از طرف دیگر، انتهای گلدان‌ها از یک{11}}اپوکسی یا ترکیب گلدانی با دمای بالا برای پوشاندن قسمت انتهایی و سیم سرب استفاده می‌کنند و یک مانع ضد آب ایجاد می‌کنند که رطوبت و خوردگی را حفظ می‌کند. این بخاری ها برای مدت طولانی در آب یا خاک مرطوب ساخته شده اند، بنابراین برای مکان هایی که امکان چاه های حرارتی وجود ندارد، عالی هستند.

میزان رطوبتی که سیستم های بخاری کارتریجی در معرض آن قرار می گیرند با فصول سال بسیار متفاوت است، بنابراین یک برنامه مدیریت رطوبت قوی باید این تغییرات را در نظر بگیرد. باران شدید و آب شدن برف در بهار زمین را خیس می کند، سطح آب های زیرزمینی را افزایش می دهد و در مناطق کم ارتفاع{1}}آب راکد تولید می کند. این امر بخاری ها را در معرض خطر غوطه ور شدن برای مدت طولانی یا قرار گرفتن در معرض رطوبت بیش از حد قرار می دهد. در این زمان از سال، خطر آسیب دیدن مهر و موم در اثر یخ زدن و ذوب شدن نیز بیشتر است. آبی که در شکاف‌های کوچک در مهر و موم قرار می‌گیرد، می‌تواند یخ بزند، که باعث بزرگ‌تر شدن شکاف‌ها می‌شود و در هنگام ذوب شدن یخ، آب بیشتری وارد می‌شود. در طول تابستان، چرخه‌های آبیاری باعث می‌شود که درزگیرها و غلاف بخاری چرخه‌های مرطوب{6}} زیادی را پشت سر بگذارند که استرس زیادی به آنها وارد می‌کند. مواد بخاری هنگامی که در معرض زمین مرطوب و هوای خشک و گرم قرار می گیرند منبسط و منقبض می شوند. این به آرامی مواد مهر و موم را فرسوده می‌کند و ترک‌های میکروسکوپی ایجاد می‌کند که رطوبت را وارد می‌کند. همچنین، دمای بالای تابستان می‌تواند تجزیه مواد مهر و موم را تسریع کند و در طول زمان کارایی آنها را کاهش دهد. با سرد شدن هوا و خاک در پاییز، هوای گرم و مرطوب داخل بخاری یا جعبه اتصال می تواند به قطرات آب تبدیل شود. این قطرات می توانند تجمع کنند و باعث آسیب رطوبت شوند. در مکان‌هایی که زمستان‌ها سرد است، دمای انجماد می‌تواند با یخ زدن هر آبی که جمع‌شده است، مشکلات رطوبت را بدتر کند. این ممکن است باعث شکسته شدن غلاف یا مهرهای انتهایی بخاری شود. یک سیستم بخاری کارتریجی که قرار است در تمام طول سال کار کند باید بتواند تمام این تغییرات فصلی را مدیریت کند. این به معنای استفاده از موادی است که می‌توانند دماهای شدید را تحمل کنند، آب‌بندی‌هایی که در طول چرخه‌های خشک{16}دست‌نخورده باقی می‌مانند، و اقدامات کنترل رطوبت پشتیبان مانند خشک‌کننده‌ها و چاه‌های حرارتی برای مقابله با ضعف‌های فصلی.

آزمایش مقاومت عایق به طور منظم یک روش تعمیر و نگهداری پیشگیرانه است که مشکلات رطوبت را قبل از تبدیل شدن به خرابی عمده پیدا می کند. تست مقاومت عایق بررسی می کند که عایق MgO بخاری تا چه حد در برابر جریان الکتریکی مقاومت می کند. این نشانه واضحی است که آیا رطوبت داخل بخاری نفوذ کرده است یا خیر. آزمایش مقاومت عایق بخاری کارتریج در زمان نصب بسیار مهم است زیرا این یک مقدار پایه را به شما می دهد که می توانید از آن برای مقایسه نتایج آزمایش بعدی استفاده کنید. این عدد پایه نشان می دهد که عایق بخاری در صورت نو و خشک بودن چقدر خوب عمل می کند. اگر مقاومت در طول زمان به طور قابل توجهی کاهش یابد، می تواند به این معنی باشد که رطوبت وارد شده یا عایق در حال شکستن است. آزمایش‌های منظم باید هر چند ماه یک‌بار انجام شود (مثلاً هر سه یا شش ماه)، و آزمایش‌های بیشتری باید درست بعد از باران شدید، آبیاری یا آب شدن برف انجام شود، زمانی که زمین به احتمال زیاد مرطوب است. این برنامه همچنین ممکن است بر تعداد دفعات انجام آزمایش تأثیر بگذارد. برای مثال، سیستم‌های ضروری مورد استفاده در فرآیندهای صنعتی یا کشاورزی که زمان از کار افتادگی آن گران است ممکن است نیاز به آزمایش بیشتر داشته باشند. مقادیر مقاومت عایق بر حسب مگا اهم (MΩ) اندازه گیری می شود و استانداردهای صنعتی معمولاً می گویند که مقادیر باید بالاتر از 1 مگا اهم برای عملکرد ایمن و قابل اعتماد باقی بماند. اگر مقادیر کمتر از 1 مگا اهم هستند، باید فوراً آنها را بررسی کنید. این می تواند به معنای بررسی سیل های انتهایی برای خوردگی، جستجوی رطوبت در جعبه اتصال یا خارج کردن بخاری از زمین برای بررسی آسیب غلاف باشد. اگر عایق خیلی مرطوب یا آسیب دیده است، برای جلوگیری از اتصال کوتاه، خطای زمین یا فرسودگی بخاری، باید آن را تعویض کرد. در شرایط خاص، خشک کردن بخاری (در صورت امکان) ممکن است مقاومت عایق را بازگرداند.

پیشگیری از خطای زمین یک پشتیبان ایمنی مهم برای کاربردهای مهم گرمایش خاک است، مانند مواردی که در ساختمان‌های صنعتی، سیستم‌های گرمایش اضطراری یا مکان‌هایی که ایمنی کارگران در آن‌ها مورد توجه است. برای ایمن نگه داشتن افراد با روش های مدیریت رطوبت پیشگیرانه کار می کند. قطع کننده های مدار خطای زمین (GFCIs) یا دستگاه های حفاظت از خطای زمین (GFPDs) برای نظارت بر جریان الکتریکی در مدار گرمکن کارتریج و یافتن هرگونه جریان نشتی که بالاتر از سطح ایمن است (معمولاً 5 میلی آمپر برای مصارف مسکونی یا تجاری سبک و بالاتر برای سیستم های صنعتی) ساخته شده اند. این دستگاه ها هنگام وقوع خطای زمین، مانند زمانی که رطوبت باعث نشت الکتریسیته از المنت بخاری به زمین می شود، منبع تغذیه را در میلی ثانیه قطع می کنند. این کار از آسیب رسیدن به بخاری، سایر تجهیزات الکتریکی جلوگیری می کند و مهمتر از همه، از شوک شدن افراد جلوگیری می کند. انتخاب اندازه مناسب برای GFCI/GFPD بر اساس بار بخاری کارتریج بسیار مهم است. اگر خیلی کوچک باشند، ممکن است بدون دلیل حرکت کنند، و اگر خیلی بزرگ باشند، ممکن است نتوانند جریان های نشتی خطرناک را پیدا کنند. همچنین، این دستگاه ها باید به طور منظم (معمولاً یک بار در ماه) بررسی شوند تا مطمئن شوید که خوب کار می کنند. اکثر GFC یک دکمه تست وجود دارد که خطای زمین را تکرار می کند تا کاربران مطمئن شوند که دستگاه همانطور که باید کار می کند. در شرایط نادر، یک سیستم ممکن است بیش از یک GFCI برای محافظت از مناطق خاص داشته باشد. به این ترتیب، خطای زمین در یک مکان، کل سیستم گرمایشی را خاموش نمی کند. حفاظت از خطای زمین یک شبکه ایمنی کامل است که احتمال خرابی های ناشی از رطوبت را کاهش می دهد و اطمینان می دهد که سیستم برای مدت طولانی کار می کند. زمانی که با پایانه های هرمتیک، نصب خوب، چاه های حرارتی و آزمایش های مکرر عایق استفاده می شود، بهترین کار را دارد.