على الرغم من ارتفاع السعر، فإن خزانات سخانات المياه المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ تعتبر عمومًا أكثر فعالية من حيث التكلفة عند مقارنة تكاليف دورة الحياة، ويجب عرضها على هذا النحو.
تُعدّ سخانات المياه المنزلية بمثابة جنود المشاة الحقيقيين في عالم الميكانيكا. فهي تتعرض في كثير من الأحيان لظروف بيئية قاسية، وغالبًا ما يُتجاهل عملها الشاق. فعلى جانب الماء من السخان، تتعرض المعادن والأكسجين والمواد الكيميائية والرواسب للهجوم. أما فيما يتعلق بالاحتراق، فإن درجات الحرارة المرتفعة والإجهاد الحراري ومكثفات غازات الاحتراق يمكن أن تُلحق أضرارًا جسيمة بالمواد.
عندما يتعلق الأمر بالصيانة، تُهمل سخانات المياه المنزلية بشكل شبه كامل. يتجاهل معظم أصحاب المنازل سخانات المياه الخاصة بهم ولا يلاحظونها إلا عندما تتعطل أو تُسرّب. هل فحصوا قضيب الأنود؟ هل شطفوا الرواسب؟ هل هناك خطة صيانة؟ لا داعي لذلك، فنحن لا نكترث. لا عجب إذن أن معظم أجهزة تسخين المياه المنزلية لها عمر افتراضي قصير.
هل يمكن تحسين هذا العمر الافتراضي القصير؟ يُعد استخدام سخانات المياه المنزلية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أحد الطرق لزيادة عمرها الافتراضي. فالفولاذ المقاوم للصدأ مادة قوية ومتينة توفر مقاومة أفضل للتآكل الناتج عن الماء والنار، مما يمنح السخان فرصة للعمل لفترة طويلة. أما العيب الحقيقي الوحيد للفولاذ المقاوم للصدأ فهو ارتفاع تكلفة المواد والتصنيع. وفي سوق سخانات المياه المنزلية شديدة التنافسية، تُشكل هذه التكلفة المرتفعة تحديًا كبيرًا.
الفولاذ المقاوم للصدأ هو الاسم العام لسبائك الحديد التي تحتوي على نسبة كروم لا تقل عن 10.5%. ويمكن إضافة عناصر أخرى مثل النيكل والموليبدينوم والتيتانيوم والكربون لتحسين مقاومة التآكل والقوة وقابلية التشكيل. وتوجد العديد من التركيبات المختلفة لهذه السبائك المعدنية التي تُنتج أنواعًا ودرجات محددة من الفولاذ المقاوم للصدأ. ولا يكفي القول بأن شيئًا ما مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ لتوضيح الصورة كاملة.
إذا قال أحدهم "أعطني بعض الأنابيب البلاستيكية"، فماذا ستختار؟ أنابيب PEX، أو CPVC، أو البولي إيثيلين؟ جميعها أنابيب "بلاستيكية"، لكن لكل منها خصائص وقوة واستخدامات مختلفة تمامًا. وينطبق الأمر نفسه على الفولاذ المقاوم للصدأ. فهناك أكثر من 150 نوعًا من الفولاذ المقاوم للصدأ، ولكل منها خصائص واستخدامات مختلفة تمامًا. عادةً ما يُصنع الفولاذ المقاوم للصدأ المستخدم في سخانات المياه المنزلية من أنواع قليلة فقط، وهي عادةً الأنواع 304، و316L، و316Ti، و444.
يكمن الفرق بين هذه الدرجات في تركيز السبائك فيها. تحتوي جميع أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة "300" على ما يقارب 18% من الكروم و10% من النيكل. كما تحتوي الدرجتان 316 على 2% من الموليبدينوم، بينما تحتوي الدرجة 316Ti على 1% من التيتانيوم. بالمقارنة مع الدرجة 304، يمنح الموليبدينوم درجات 316 مقاومة أفضل للتآكل بشكل عام، وخاصة مقاومة أعلى للتنقر والتآكل الشقوقي في البيئات الكلوريدية. أما الدرجة 316Ti، فيمنحها التيتانيوم قابلية تشكيل وقوة ممتازتين. تحتوي الدرجة 444 على الكروم والموليبدينوم، لكنها لا تحتوي على أي نيكل. بشكل عام، كلما زادت نسبة النيكل والموليبدينوم والتيتانيوم في الخليط، تحسنت مقاومة التآكل والقوة، ولكن ارتفع السعر أيضًا. عندما يقول أحدهم إن لديه سخان مياه "مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ"، انظر جيدًا إلى الدرجات لأنها ليست من نفس الجودة.
يُستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ في جميع أنواع سخانات المياه. ويُستخدم بشكل شائع في سخانات المياه غير المباشرة وسخانات المياه المكثفة الفورية. تحتوي سخانات المياه غير المباشرة على ملف نقل حرارة داخلي متصل بالغلاية أو حلقة تجميع الطاقة الشمسية. وهي أكثر شيوعًا في أوروبا منها في كندا نظرًا لانتشار أنظمة تسخين المياه بالطاقة الكهرومائية والشمسية في أوروبا.
يشكل الفولاذ المقاوم للصدأ جزءًا كبيرًا من أسواق التسخين غير المباشر في أوروبا. في كندا، تتوفر خزانات التسخين غير المباشر المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ المبطن بالزجاج، وعادةً ما تكون خزانات الفولاذ المقاوم للصدأ أغلى سعرًا. في سخانات المياه الفورية غير المكثفة، يُصنع المبادل الحراري عادةً من النحاس. ومع التوجه نحو وحدات التكثيف ذات الكفاءة العالية، أصبحت المبادلات الحرارية إما مصنوعة بالكامل من الفولاذ المقاوم للصدأ أو مزيجًا من مبادل حراري أساسي من النحاس ومبادل حراري ثانوي من الفولاذ المقاوم للصدأ. لا تزال سخانات المياه ذات الخزانات التي تعمل بالوقود المباشر هي الأكثر شيوعًا في سوق سخانات المياه الكندية، حيث يهيمن الفولاذ الكربوني المبطن بالزجاج على هذا القطاع. ويُستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل شائع في سخانات المياه المكثفة، سواءً كانت تعمل بالوقود المباشر أو بدون خزانات.
لزيادة كفاءة هذه الأجهزة، يجب تبريد غازات الاحتراق إلى ما دون نقطة الندى لتحرير الحرارة الكامنة للوقود. والمكثف الناتج هو في الأساس بخار ماء مقطر من نواتج الاحتراق الغازية، والذي يتميز بانخفاض درجة حموضته وارتفاعها. يجب تصريف هذا المكثف الحمضي عبر أنابيب إلى مصرف للتخلص منه، ولكن المشكلة الأكبر تكمن في تأثيره المسبب للتآكل على أسطح المبادل الحراري لسخان الماء.
يصعب على المبادلات الحرارية المصنوعة من الفولاذ أو النحاس العاديين تحمل مكثفات غازات الاحتراق لفترات طويلة. يُعد الفولاذ المقاوم للصدأ خيارًا ممتازًا نظرًا لمقاومته العالية للتآكل ومرونته، مما يسمح بتشكيله في مبادلات حرارية ذات أشكال معقدة. تستخدم العديد من العلامات التجارية لسخانات المياه الفورية المكثفة مبادلات حرارية مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. يُمكّنها ذلك من تكثيف غازات الاحتراق بالكامل داخل المبادل الحراري، مما ينتج عنه معامل كفاءة حرارية (EF) عالٍ يصل إلى 0.97.
بدأت سخانات المياه الخزانية المزودة بتقنية التكثيف بالانتشار بشكل متزايد، خاصةً مع بعض التغييرات في قوانين البناء التي تتطلب كفاءة أعلى لسخانات المياه. يوجد نوعان شائعان من هذه السخانات في السوق. الخزانات المبطنة بالزجاج هي خزانات تحتوي على مبادلات حرارية ثانوية مغمورة بالكامل بتقنية التكثيف. يتم تبطين ملفات المبادل الحراري من الخارج (جهة الماء) والداخل (جهة الاحتراق) بالزجاج، ويمنع التبطين الزجاجي الداخلي تكثف غازات الاحتراق. أما الخزانات المصنوعة بالكامل من الفولاذ المقاوم للصدأ، فهي ليست شائعة، ولكن تتوفر منها عدة نماذج.
إن التكلفة الأولية للخزان المبطن بالزجاج أقل بالفعل، وسيكشف الزمن مدى مقاومة المبادل الحراري في بيئات التكثيف القاسية. تتميز سخانات المياه الجديدة هذه، المزودة بخزانات التكثيف، بكفاءة أعلى من سخانات المياه التقليدية ذات الاحتراق المباشر، حيث تتراوح كفاءتها الحرارية بين 90% و96%. ومع تزايد تشديد الحكومات للوائح كفاءة سخانات المياه، فمن المؤكد أننا سنشهد دخول المزيد من سخانات المياه المبتكرة عالية الكفاءة إلى السوق.
ألق نظرة فاحصة على سخانات المياه الخزانية وستجد أن معظم أنواع سخانات المياه ذات التسخين المباشر، وسخانات المياه ذات الملفات الداخلية غير المباشرة، وسخانات المياه ذات الخزانات المستقيمة لها هيكل مبطن بالزجاج ومصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ.
ما هي مزايا الفولاذ المقاوم للصدأ مقارنةً بالخزانات المبطنة بالزجاج؟ وكيف تقنع العملاء بالاستثمار في خزانات الفولاذ المقاوم للصدأ؟ تتمثل الميزة الأكبر للفولاذ المقاوم للصدأ في مقاومته الطبيعية للتآكل الناتج عن المياه العذبة، مما يزيد من عمره الافتراضي. وبفضل تركيبته من سبائك معدنية مقاومة للتآكل، تتميز خزانات الفولاذ المقاوم للصدأ بقوة ومتانة أكبر من الخزانات المبطنة بالزجاج. كما تحتوي خزانات الفولاذ المقاوم للصدأ على طبقة أكسيد واقية على جانب الماء لمنع التآكل بشكل طبيعي.
أما الخزانات المبطنة بالزجاج، فتعتمد على البطانة الزجاجية لتوفير حاجز بين الفولاذ الكربوني والماء. وإذا ما أتيحت الفرصة، فإن الأكسجين والمواد الكيميائية الموجودة في الماء ستهاجم الفولاذ وتؤدي إلى تآكله بسرعة. ولأنه من شبه المستحيل تطبيق أي طبقة واقية بشكل مثالي (بدون تشققات مجهرية أو ثقوب دقيقة في الطبقة الواقية)، فإن الخزانات المبطنة بالزجاج تتضمن قضبان أنودية تضحية مثبتة داخل الخزان.
تتآكل قضبان الأنود التضحية بمرور الوقت، وعند اكتمال العملية، يبدأ التحليل الكهربائي في تآكل الأجزاء الفولاذية المكشوفة داخل الخزان. يعتمد معدل استهلاك الأنود على جودة المياه وكميتها المستخدمة. تدوم الأنودات التضحية عادةً من ثلاث إلى خمس سنوات، ويمكن استبدالها لمنع المزيد من التلف.
في الواقع، غالبًا ما يتم إهمال الفحص الدوري واستبدال الأنودات، مما يؤدي إلى تسرب الخزان واستبدال الوحدة بأكملها. على عكس الخزانات المبطنة بالزجاج، لا تتطلب خزانات الفولاذ المقاوم للصدأ "أنودات تضحية" لمنع التآكل على أسطحها. هذا يعني عدم الحاجة إلى فحص الأنود أو استبداله، مما يوفر وقت الصيانة وتكاليفها على مدار عمر سخان المياه.
بسبب هذه المتانة المتزايدة ومقاومة التآكل، ستجد غالبًا أن خزانات الفولاذ المقاوم للصدأ تتمتع بضمانات أطول، حيث يقدم بعض المصنعين ضمانات مدى الحياة للخزانات.
تتميز خزانات الفولاذ المقاوم للصدأ بخفة وزنها مقارنةً بالخزانات المبطنة بالزجاج، مما يسهل نقلها وتداولها وتركيبها. عادةً ما يكون سمك جدار الفولاذ المقاوم للصدأ المستخدم في الخزانات أقل بكثير من سمك جدار خزانات الفولاذ المماثلة المبطنة بالزجاج. ومع إضافة وزن البطانة الزجاجية نفسها، تصبح البرطمانات المبطنة بالزجاج أثقل وزنًا.
على عكس البرطمانات المبطنة بالزجاج، تتطلب البرطمانات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ عناية أقل أثناء الشحن، وقد تتلف البطانة الزجاجية أثناء الشحن. إذا تضررت البطانة الزجاجية للخزان أو تشققت بسبب سوء التعامل أثناء الشحن أو التركيب، فلن يُكتشف ذلك إلا بعد تعطل الخزان قبل الأوان.
تتحمل خزانات الفولاذ المقاوم للصدأ عمومًا درجات حرارة مياه أعلى من الخزانات المبطنة بالزجاج، ولا تُشكل درجات الحرارة التي تتجاوز 82 درجة مئوية (180 فهرنهايت) أي مشكلة. مع ذلك، فإن بعض الخزانات المبطنة بالزجاج عُرضة للإجهاد عند درجات الحرارة العالية، مما يزيد من خطر تلف البطانة الزجاجية. وقد تُشكل درجات الحرارة التي تتجاوز 71 درجة مئوية (160 فهرنهايت) مشكلة لبعض أنواع البطانات الزجاجية. وتتطلب بعض التطبيقات، مثل سخانات المياه الشمسية وبعض التطبيقات الصناعية التجارية، تخزين المياه في درجات حرارة عالية.
يُنصح باستشارة الشركة المصنعة للخزانات المبطنة بالزجاج لمعرفة درجة حرارة التشغيل القصوى الموصى بها. عادةً ما تكون خزانات الفولاذ المقاوم للصدأ خيارًا أفضل للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.
لا شك أن التكلفة الأولية لخزان الفولاذ المقاوم للصدأ أعلى من تكلفة الخزان المبطن بالزجاج. ولكن للأسباب المذكورة هنا، قد تكون تكلفة دورة حياة الخزان المبطن بالزجاج أعلى. عند مقارنة تكاليف دورة الحياة هذه، تُعد خزانات الفولاذ المقاوم للصدأ عمومًا أكثر فعالية من حيث التكلفة على المدى الطويل، ويجب عرضها على العملاء.
Robert Waters is President of Solar Water Services Inc., which provides training, education and support services to the hydroelectric power industry.He is a Mechanical Engineering Technology graduate from Humber College with over 30 years experience in circulating water and solar water heating.He can be reached at solwatservices@gmail.com.
يحصل الطلاب على منح دراسية من جمعية الموارد البشرية في أيرلندا (HRAI). https://www.hpacmag.com/human-resources/students-awarded-with-hrai-bursary/1004133729/
استضافت AD Canada أول فعالية للتواصل بين النساء في قطاع الإعلان. https://www.hpacmag.com/human-resources/ad-canada-holds-first-women-in-industry-network-event/1004133708/
يستمر الطلب على تراخيص البناء السكني في الازدياد. https://www.hpacmag.com/construction/demand-for-residential-building-permits-continues-to-grow/1004133714/
استحوذت شركة Action Furnace على شركة Direct Energy Alberta. https://www.hpacmag.com/heat-plumbing-air-conditioning-general/action-furnace-acquires-direct-energy-alberta/1004133702/
تُكرّم جمعية HRAI أعضاءها بجوائز الإنجاز لعام 2021. https://www.hpacmag.com/heat-plumbing-air-conditioning-general/hrai-recognizes-members-with-2021-achievement-awards/1004133651/