Vaso d'espansione dell'impianto di riscaldamento: struttura, calcolo e scelta della soluzione migliore

Un vaso d'espansione correttamente selezionato e installato per l'impianto di riscaldamento eviterà guasti, mantenendo la pressione al livello necessario. È necessario come riserva per l'acqua che si espande quando viene riscaldata. A seconda del tipo di impianto, il vaso d'espansione integrato può essere di tipo aperto o chiuso.

Spiegheremo come scegliere il serbatoio di riserva in base allo schema di riscaldamento creato. Nell'articolo che presentiamo vengono descritte le caratteristiche costruttive e la specificità dell'installazione dei vasi d'espansione. Vengono fornite raccomandazioni la cui osservanza garantirà il funzionamento ideale del circuito di riscaldamento di qualsiasi tipo.

Vasi d'espansione di tipo aperto

La caratteristica costruttiva dei vasi d'espansione di tipo aperto è il contatto del fluido termovettore con l'atmosfera. La circolazione negli impianti con vaso di questo tipo è convettiva. Quando la temperatura aumenta, il volume del liquido cresce e l'eccesso viene assorbito dal serbatoio.

Quando la temperatura diminuisce, il liquido ritorna per gravità, sotto l'azione della forza di gravità.

A causa della pressione zero nel vaso, il dispositivo non richiede una struttura metallica resistente, quindi:

• nella fabbricazione del corpo viene utilizzato qualsiasi metallo;
• può essere utilizzato un contenitore già pronto in plastica termoresistente;
• la forma del serbatoio non è determinante.

Nelle case di campagna, tale apparecchiatura può essere assemblata con materiali di fortuna. Come contenitore si può utilizzare una tanica o un barile di plastica, dotato di un raccordo di ingresso e di uno scarico per il troppopieno.

I vasi d'espansione di tipo aperto possono essere realizzati a forma di serbatoio rettangolare con coperchio non ermetico sulla superficie superiore

Esteriormente è un normale serbatoio metallico, la cui superficie superiore è dotata di un foro per la manutenzione e l'aggiunta del liquido. La protezione dall'ostruzione è garantita da un coperchio non ermetico. Nella parte inferiore o sulla superficie laterale sono previsti punti di fissaggio.

I sistemi di riscaldamento aperti sono utilizzati in edifici a pochi piani, dove il volume del liquido termovettore e la lunghezza delle comunicazioni di riscaldamento sono relativamente piccoli.

I requisiti per l'installazione sono semplici:

• l'espansore viene posizionato al punto di massima altezza, sulla linea di mandata;
• la mandata viene collegata al serbatoio tramite un tubo;
• per lo scarico del liquido in eccesso viene realizzato un allaccio di troppo pieno al di sopra del livello di calcolo.

Per garantire la circolazione per gravità, per l'installazione si consiglia di utilizzare tubi di sezione maggiorata.

La struttura aperta viene posizionata nel punto più alto, da dove il liquido scorre per gravità.

Di solito si cerca di montare il serbatoio in un ambiente riscaldato, in un sottotetto isolato, e se ciò non è possibile, il contenitore dovrà essere isolato. La presenza di isolamento eviterà il congelamento del liquido e la perdita di funzionalità del sistema.

Vasi d'espansione di tipo chiuso

La specificità costruttiva delle modifiche chiuse del serbatoio è la completa tenuta, che consente di mantenere la pressione necessaria per la circolazione in qualsiasi punto del sistema.

Il serbatoio è diviso internamente da una membrana in una parte d'aria e una parte di liquido. Ciascuno dei compartimenti è completamente sigillato – la miscela contenente azoto del compartimento aria non si mescolerà mai con il liquido termovettore che riempie il compartimento liquido.

Il principio di funzionamento di un vaso di espansione chiuso consiste nel fatto che il liquido riscaldato proveniente dal sistema viene spinto nella parte liquida del serbatoio e inizia a premere dal suo lato sulla membrana ermetica. La parete divisoria si deforma e agisce sulla parte d'aria, comprimendola.

Di conseguenza, il volume della camera d'aria del serbatoio diminuisce e il gas al suo interno si comprime. Questa situazione contribuisce ad aumentare la pressione nel sistema. Non appena la pressione si normalizza, il fluido termovettore viene espulso dal comparto liquido.

Se invece la pressione aumenta rapidamente, quando si raggiunge un volume critico di liquido nel serbatoio, interviene la valvola di sicurezza. Di conseguenza, verrà rimosso il fluido termovettore in eccesso dal recipiente.

La struttura chiusa è completamente ermetica; nella parte inferiore è presente una flangia con un tubo di ingresso, nella parte superiore un nipplo per il riempimento di gas.

In base alla forma, tutti gli espansori chiusi per l'installazione in un sistema di riscaldamento si dividono nei seguenti tipi:

1. Sferici – una variante di costruzione a membrana con un setto elastico. Quando il liquido entra, si allunga e assorbe tutto il volume in eccesso. Il serbatoio stesso ha l'aspetto di una capsula sferica.
2. ovali – un altro tipo di compensatori idraulici a membrana. Il serbatoio dell'espansore è tradizionalmente diviso da una membrana flessibile in una camera del gas e una del liquido, ma la configurazione del corpo ha una forma leggermente allungata verticalmente.

Esternamente, gli espansori ovali sono un serbatoio di forma cilindrica, dipinto di rosso. Da un lato è previsto un nipplo per creare pressione nella camera del gas, dall'altro un tubo attraverso il quale avviene il collegamento al sistema.

Sul corpo sono saldati dei punti di fissaggio che garantiscono il montaggio a parete dell'apparecchiatura e sono in grado di sopportarne il peso di esercizio. La modifica sferica del serbatoio differisce da quella ovale solo per la forma.

In base alle varianti, i vasi di espansione chiusi a membrana si dividono in modifiche a diaframma e a pallone.

Nei sistemi a circuito chiuso, la circolazione per gravità non è in grado di garantire il livello di pressione necessario. Pertanto, nella progettazione viene incluso un circolatore.

Il vaso di espansione stesso può essere installato in qualsiasi punto dell'impianto, ma durante i lavori di montaggio è opportuno tenere conto delle seguenti raccomandazioni:

• il luogo migliore per l'installazione è la linea di ritorno, prima del punto di inserimento della pompa;
• è meglio collegare il flusso del fluido termovettore dall'alto, per ridurre l'ingresso d'aria e mantenere la funzionalità in caso di danneggiamento della membrana;
• la carenza di volume principale può essere compensata installando un vaso di espansione aggiuntivo di capacità inferiore.

Durante l'installazione, non è vietato tenere conto dell'arredamento della stanza, se necessario. Per controllare il livello di pressione nell'impianto di riscaldamento, il vaso di espansione deve essere dotato di un manometro.

Il vaso di espansione chiuso viene solitamente posizionato prima della caldaia, prima del punto di installazione del circolatore

La possibilità di posizionamento vicino alla caldaia elimina la necessità di isolare il serbatoio. L'apparecchiatura si trova in un ambiente caldo, garantendo facilità d'uso.

Quale struttura è migliore?

I sistemi, a seconda della struttura e del materiale del vaso di espansione, differiscono per una serie di vantaggi e svantaggi. Tuttavia, secondo esperti e utenti esperti, i vantaggi in termini di funzionalità sono dalla parte delle versioni chiuse.

Vantaggi e svantaggi del vaso aperto

Un sistema a gravità richiede tubi di diametro maggiore, il che a sua volta aumenta direttamente i costi. Il budget per allestire un sistema di riscaldamento aperto con un vaso di espansione non ermetico aumenta leggermente, pur rimanendo relativamente contenuto.

I principali vantaggi di questa opzione sono la semplicità, oltre al basso costo dei componenti e dei lavori di installazione. Un altro aspetto positivo è l'assenza della necessità di controllare il livello di pressione.

Un vaso di espansione aperto per piccoli impianti può essere assemblato con materiali di fortuna, e anche la sua installazione sarà semplice

Tuttavia, gli svantaggi sono molto maggiori:

• l'uso di antigelo è pericoloso a causa dei vapori tossici;
• le possibilità di installazione sono limitate solo al punto più alto dell'impianto;
• il contatto costante con l'atmosfera aumenta il rischio di sacche d'aria e corrosione;
• riscaldamento lento;
• le variazioni di temperatura che accompagnano la circolazione per convezione accelerano l'usura dell'apparecchiatura;
• viene utilizzato nel riscaldamento di edifici a pochi piani, al massimo due piani;
• grandi perdite di calore e consumo di energia per il riscaldamento.

Un altro svantaggio del sistema aperto – perdite per evaporazione e traboccamenti. Pertanto, durante l'installazione del serbatoio, occorre assicurarsi dell'accessibilità del foro di riempimento.

Vantaggi e svantaggi del vaso chiuso

Se per quanto riguarda prezzi e semplicità di montaggio vincono i vasi di espansione aperti, la funzionalità è il punto di forza del serbatoio chiuso, chiamato anche espansomat. Sono proprio questi ad essere utilizzati nella costruzione di impianti di riscaldamento chiusi, che non hanno contatto diretto con l'atmosfera.

I vasi d'espansione chiusi presentano i seguenti vantaggi:

• la tenuta ermetica consente l'utilizzo di antigelo;
• la posizione dell'espansore non influisce sul funzionamento del sistema;
• l'isolamento dello spazio interno del serbatoio riduce al minimo la probabilità di formazione di sacche d'aria e l'insorgere di corrosione;
• dopo l'avvio, il sistema si riscalda più velocemente ed è più sensibile alla regolazione delle temperature;
• minore differenza tra le condizioni operative delle linee di mandata e ritorno, aumentando così la durata operativa;
• non richiede l'installazione di tubi di grande diametro, consentendo un risparmio nella costruzione;
• non richiede attenzione costante al livello e allo stato del liquido;
• possibilità di utilizzo in sistemi progettati per più piani;
• basse perdite di calore, che riducono i costi di esercizio delle apparecchiature.

Nella scelta di espansori di questo tipo possono essere presenti bombole ermetiche con struttura non smontabile. In caso di malfunzionamento del diaframma, la bombola dovrà essere sostituita con una nuova.

Per il controllo del livello di pressione di esercizio, sul serbatoio viene montato un manometro. Per lo scarico dell'aria in eccesso viene installato uno sfiato di tipo automatico o meccanico.

Tra gli svantaggi, è importante notare la complessità della costruzione e i requisiti speciali per i materiali, che aumentano il costo dell'apparecchiatura. A questo si può aggiungere la necessità di un controllo costante della pressione e del suo ripristino quando necessario.

Regole per il calcolo della capacità del serbatoio

Un espansore di qualsiasi tipo sarà efficace solo se il volume viene scelto correttamente. Per fare ciò, è necessario considerare la capacità del liquido di espandersi durante il riscaldamento. L'acqua negli anelli di riscaldamento si espande almeno del 3% del volume totale del sistema idrico, mentre l'antigelo si espande quasi del 5%.

I liquidi appartengono alla categoria dei fluidi incomprimibili, quindi il serbatoio deve fornire loro una riserva sufficiente per l'espansione termica con un certo margine. In caso di riempimento completo del circuito con il fluido termovettore, anche l'espansione termica nei volumi calcolati può portare allo scarico del liquido attraverso la valvola di sicurezza e alla fuoriuscita del fluido sul pavimento.

Pertanto, per evitare che l'eccesso di volume del fluido termovettore in espansione provochi incidenti, i serbatoi chiusi per piccoli circuiti nelle case private vengono acquistati in modo che il loro volume sia pari al 10% del volume totale del fluido termovettore che circola nel sistema. Questa regola è valida per sistemi con capacità fino a 150 litri.

Se nell'anello di riscaldamento circolano più di 150 litri di fluido termovettore, la capacità del serbatoio chiuso viene calcolata moltiplicando il volume totale del liquido per il suo coefficiente di espansione ai valori specifici della temperatura di esercizio nel sistema.

Al valore ottenuto è necessario aggiungere la dimensione del tappo d'acqua, cioè il volume del fluido termovettore formatosi nel serbatoio a seguito della pressione statica standard del liquido. Per i grandi anelli di riscaldamento, questo valore è generalmente pari allo 0,5% del volume totale del fluido termovettore; per quelli di piccole dimensioni, con capacità fino a 150 litri, viene considerato il 20%.

La somma ottenuta viene moltiplicata per un fattore di correzione determinato dai valori della pressione preliminare e finale nell'impianto di riscaldamento. La pressione preliminare viene assunta considerando che per ogni 10 metri di altezza del circuito corrisponde 1 bar. La pressione finale si forma come risultato del funzionamento del sistema.

Il calcolo del volume di un serbatoio chiuso per grandi e complessi impianti di riscaldamento è il seguente:

Nei calcoli sono stati utilizzati: Vn – volume nominale del serbatoio chiuso; Ve – volume del liquido di raffreddamento durante l'espansione termica (calcolato come Vsistema × n%, dove n è il coefficiente di espansione termica del liquido di raffreddamento); Vv – tenuta idraulica; po – pressione di precarico; pe – indicatore della pressione finale, pari al valore della pressione limite della valvola di sicurezza meno 0,5 bar

La capacità del tipo aperto non è strettamente regolata da normative, ma esiste una regola: il volume del serbatoio aperto fino al tubo di troppo pieno deve essere del 3,5 – 4% del volume totale del liquido di raffreddamento nel circuito di riscaldamento.

Tale stima è sufficiente per una piccola casa di campagna, ma un edificio per residenza permanente richiederà un calcolo più accurato. Prima di tutto sarà necessario determinare il volume totale dell'impianto di riscaldamento.

Opzioni per il calcolo della capacità totale dell'impianto di riscaldamento

Questo indicatore può essere determinato con diversi gradi di precisione con tre metodi principali. Innanzitutto, sulla base dei dati di targa della caldaia. Quindi, per unità di potenza dell'apparecchiatura della caldaia sono necessari circa 15 litri di fluido. Per ottenere i dati necessari, è necessario moltiplicare 15 per la potenza della caldaia indicata nella scheda tecnica.

In secondo luogo, è possibile determinare il volume utilizzando un contatore dell'acqua durante il riempimento dell'impianto. Durante il riempimento si registra la quantità di fluido utilizzato. Questa è un'opzione più accurata e laboriosa.

Il terzo metodo prevede il calcolo del volume totale di tutti gli elementi dell'impianto di riscaldamento. Questa è l'opzione più precisa. La capacità dello scambiatore di calore della caldaia, dei radiatori, dei convettori, degli strumenti di misura può essere determinata dalle caratteristiche di targa. Per calcolare la capacità dei tubi vengono utilizzati i dati della tabella.

Nella tabella sono indicate le dimensioni dei tubi in pollici e il loro volume in litri per 1 metro, che viene utilizzato per sommare il volume totale.

La tabella mostra il volume dei tubi per metro di lunghezza, realizzati con i materiali più comuni e moderni. Il diametro interno è indicato in pollici da 0,5 a 1,5 unità.

Un altro metodo che aspira a un'elevata precisione è il calcolo tramite la formula:

Vtot = π x D² x L / 4

dove:

• π – è uguale a 3,14;
• D – indica i parametri del diametro interno dei tubi;
• L – indica la lunghezza della tubazione dell'impianto.

Dopo aver ottenuto i dati necessari, vengono sommati e si ottiene il volume totale dell'impianto, che viene utilizzato nei calcoli successivi.

I passaggi e le formule del ciclo completo di calcoli per la progettazione e l'organizzazione del riscaldamento di una casa privata sono riportati qui. Si consiglia di consultare informazioni utili.

Scelta del vaso d'espansione tramite tabella

In presenza dei dati necessari, la variante ottimale del vaso di espansione può essere selezionata dalla tabella dei volumi e della pressione di calcolo.

Il volume totale dell'impianto viene calcolato secondo il metodo indicato; i parametri di pressione sono validi solo per le versioni chiuse e sono indicati nei dati di targa dell'apparecchiatura.

I dati della tabella consentono di selezionare un volume del vaso d'espansione da 4 a 300 litri

Questa opzione non richiede calcoli speciali, a parte il calcolo del volume totale dell'impianto. L'uso della tabella semplifica e velocizza notevolmente la scelta del vaso d'espansione con la capacità necessaria.

Uso di formule per il calcolo

Se i dati della tabella non sono sufficienti, è possibile calcolare autonomamente il valore di volume necessario.

A tale scopo si utilizza la seguente formula:

Vb = Vc x k/D,

dove:

• Vb – indica la capacità desiderata del vaso d'espansione;
• Vc – la capacità totale dell'impianto;
• k – il coefficiente di dilatazione termica del fluido;
• D – il coefficiente di efficacia del vaso d'espansione.

Tra i dati necessari per il calcolo, i coefficienti k e D rimangono sconosciuti. Il primo è un valore tabellare, mentre il secondo si calcola con una formula specifica.

Esiste anche una tabella di dilatazione termica. Essa consente di determinare il coefficiente per impianti con acqua o antigelo. Il valore non è lineare e varia con il riscaldamento, a seconda della presenza e della concentrazione di glicole nel fluido.

Con questi dati si possono determinare i parametri del coefficiente di dilatazione termica del fluido (k), necessari per il calcolo del volume del vaso d'espansione.

Per l'acqua la concentrazione di glicole etilenico è considerata pari a «0», per l'antigelo la concentrazione è determinata in base ai dati dichiarati dal produttore. La temperatura di riscaldamento è considerata quella operativa del sistema specifico.

Per calcolare autonomamente il coefficiente di efficacia del vaso d'espansione, si utilizza la formula:

(Qm – Qb) : (Qm + 1),

dove:

• Qm – la pressione massima dell'impianto secondo la soglia di intervento della valvola di sicurezza indicata nel manuale;
• Qb – la pressione iniziale nella camera d'aria del vaso d'espansione secondo la scheda tecnica.

Se quest'ultimo parametro è sconosciuto, lo si misura durante il gonfiaggio o scaricando aria attraverso il nipplo del serbatoio.

Altri metodi di calcolo

Oltre ai calcoli autonomi con formule e tabelle, esistono metodi alternativi. Un'opzione accessibile è l'aiuto di un calcolatore online.

Non mancano risorse online che offrono il calcolo del valore desiderato. Si trovano facilmente con una parola chiave.

Un'altra opzione per ottenere i dati necessari è rivolgersi a progettisti professionisti. È il metodo più affidabile, ma la precisione delle informazioni ottenute avrà un costo piuttosto elevato.

Il seguente articolo, dedicato a questi argomenti, illustra le regole di installazione e collegamento dei vasi di espansione di tipo chiuso e aperto.

Come scegliere correttamente il vaso d'espansione?

Si consiglia di decidere il tipo di impianto di riscaldamento già in fase di progettazione. La scelta del serbatoio viene solitamente rimandata al periodo successivo alla costruzione del fabbricato, quando l'impianto è installato e il suo volume è noto.

Per selezionare l'opzione ottimale del vaso di espansione, si consiglia:

• di fare riferimento al volume del vaso di espansione chiuso, che superi il valore dell'espansione termica del fluido termovettore;
• al momento dell'acquisto, prestare attenzione al collegamento, alla forma del contenitore e alla posizione degli attacchi per il fissaggio – questo eviterà imprevisti durante l'installazione;
• è importante prestare attenzione alle istruzioni sul corpo, che contengono informazioni utili sull'installazione e sui parametri tecnici.

Al momento dell'acquisto, è meglio rivolgersi a un produttore affidabile, anche se i suoi serbatoi costeranno di più. Questo garantirà la longevità dell'impianto di riscaldamento, purché venga utilizzato correttamente e sottoposto a manutenzione regolare.

Prima del collegamento, la pressione preliminare nel comparto gas del vaso a membrana viene impostata su un valore pari alla pressione statica della colonna del fluido termovettore nel circuito di riscaldamento. La regolazione viene effettuata con una normale pompa per auto, controllata da un manometro.

L'importante è non acquistare un serbatoio per caldaia per l'impianto di riscaldamento – sono completamente diversi per caratteristiche tecniche.

Non bisogna confondere i vasi di espansione per impianti di riscaldamento con gli accumulatori idraulici per le linee di acqua fredda. Si differenziano per aspetto esteriore e caratteristiche costruttive. I primi sono verniciati di rosso e di solito non sono smontabili, i secondi hanno colore blu e sono dotati di flangia rimovibile per la riparazione della membrana.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Il video aiuterà a determinare i parametri del vaso di espansione a chiusura ermetica, a comprendere le differenze tra i serbatoi per riscaldamento e quelli per caldaie:

Principio di funzionamento e caratteristiche nella scelta del contenitore nel video:

L'impianto di riscaldamento di una casa privata può essere realizzato secondo uno schema aperto o chiuso, che richiede l'installazione di un vaso di espansione di struttura corrispondente. Il fattore chiave per il suo funzionamento è il volume, che può essere calcolato da soli o affidato a progettisti professionisti.

Un'attrezzatura scelta correttamente aiuterà a mantenere la giusta quantità di liquido nell'impianto aperto, e in un riscaldamento ermetico sosterrà il livello di pressione di esercizio.

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