Il vaso di espansione è un componente idraulico presente in vari impianti e sistemi per il riscaldamento domestico e non (come caldaie, idrostufe, pompe di calore…) e ha la funzione di contenere le variazioni di pressione del circuito evitando colpi d'ariete e sbalzi di pressione, che altrimenti potrebbero causare danni all'impianto.
La maggior parte delle volte, l’installazione di vasi di espansione sottodimensionati e la sporadica manutenzione sono le cause principali di guasti nel funzionamento e danni all’impianto.
Andiamo quindi ad analizzare cosa dice la normativa in merito al dimensionamento ad all’istallazione di questo componente.
Il testo a cui fare riferimento è la Raccolta R2009 dell’INAIL (ex ISPESL) che va ad indicare il metodo esatto con cui dimensionare il componente.
Prima di procedere al dimensionamento occorre però analizzare con quale tipo di componente abbiamo a che fare: esistono infatti vasi di tipo aperto e vasi di tipo chiuso:
- Il vaso aperto pone il fluido a contatto con l'atmosfera. Per assorbire correttamente la pressione del circuito, deve essere collocato nel punto più alto dell'impianto, al di sopra della caldaia e di tutti i termosifoni. In molti casi è anche punto di accesso per il riempimento del circuito. La pressione che si crea in basso nell'impianto è pari a quella della colonna di acqua esistente tra il vaso aperto e la caldaia. Ogni metro di dislivello determina una variazione di pressione di un decimo di atmosfera.
- Il vaso chiuso è costituito da un contenitore rigido diviso in due camere dal volume variabile, una contenente il fluido del circuito (l'acqua, pressoché incomprimibile), l'altra contenente aria o gas (comprimibile) precaricata ad una determinata pressione mediante apposita valvola, analoga a quella degli pneumatici. La divisione tra le due camere può avvenire grazie ad una sacca o ad una membrana elastica. Una variazione di pressione porta la sacca a variare di volume, andando a compensare la variazione di pressione. Maggiore sarà il volume della sacca (polmone), maggiore sarà la capacità di compensare i cambiamenti. Questo tipo di vaso può, in teoria, essere collocato in qualsiasi punto del circuito.
Attualmente la soluzione più comunemente utilizzata è quella del vaso di espansione chiuso, in quanto permette una maggiore flessibilità in sede di istallazione, oltre a migliori prestazioni dal punto di vista energetico. Per questo motivo ci concentreremo sul dimensionamento di questa tipologia.
Il volume del vaso di espansione chiuso deve essere dimensionato in relazione al volume di espansione dell’acqua dell’impianto ed in base alle formule riportate sulla raccolta R2009.
Prima di tutto è necessario conoscere alcuni dati, ovvero:
Pa = pressione atmosferica assoluta, in bar;
P1 = pressione assoluta iniziale, misurata in bar, corrispondente alla pressione idrostatica nel punto in cui viene installato il vaso (o alla pressione di reintegro del gruppo di riempimento). Tale valore iniziale di pressione assoluta non potrà essere inferiore a 1.5 bar;
P2 = pressione assoluta di taratura della valvola di sicurezza, in bar, diminuita di una quantità corrispondente al dislivello di quota esistente tra vaso di espansione e valvola di sicurezza, se quest'ultima è posta più in basso ovvero aumentata se posta più in alto;
VE =VA . n/100, volume di espansione in litri, ove:
VA =volume totale dell'impianto, in litri;
n = 0,31 + 3,9 x10-4.tm2 ;
tm = temperatura massima ammissibile in°C riferita al l’intervento dei dispositivi di sicurezza.
Una volta a conoscenza di questi dati si può procedere con il calcolo vero e proprio. Nel caso ci trovassimo di fronte ad un vaso senza diaframma autopressurizzato, nel quale cioè la pressione prima del riempimento è uguale a quella atmosferica, il volume nominale del vaso in litri, può essere calcolato con la formula seguente:
Vn≥Ve/[(Pa/P1)-(Pa/P2)]
Nel caso ci trovassimo invece di fronte ad un vaso con diaframma o in un vaso senza diaframma prepressurizzato ed a pressione variabile durante il funzionamento, la formula è:
Vn≥Ve/[1-(P1/P2)]
Eseguito il dimensionamento del vaso nel modo corretto, l’altro fattore fondamentale per il funzionamento è la posizione. É consigliabile installare i vasi di espansione sulla tubazione che contiene l’acqua alla temperatura più bassa, quindi, per gli impianti di riscaldamento, l’installazione corretta è sulla tubazione di ritorno. Questo perché la permeabilità della membrana ai gas aumenta al superamento dei limiti di temperatura, con diminuzione della capacità di compensazione della pressione e con grande rischio di formazione di aria nel circuito. Nel caso la temperatura al punto di installazione superi i 70°C, è quindi consigliabile adottare opportuni accorgimenti impiantistici, ad esempio un vaso intermedio di tipo passante. Per gli impianti sanitari,l’installazione corretta è sulla tubazione di alimentazione acqua fredda in ingresso.