Il vaso di espansione è un componente idraulico presente in vari impianti e sistemi per il riscaldamento, con la funzione di contenere le variazioni di pressione del circuito evitando colpi d’ariete e sbalzi di pressione. In questo dossier a cura di CIMM vediamo come scegliere e calcolare la dimensione del vaso più adatto a ogni esigenza
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. Ma come si calcola correttamente il dimensionamento di un vaso di espansione? Uno degli utilizzi più comuni avviene in impianti a circuito aperto per acqua calda sanitaria, quindi prenderemo come primo esempio il dimensionamento di un vaso di espansione con membrana intercambiabile ad uso sanitario.
Innanzitutto è necessario conoscere i seguenti dati:
C = capacità complessiva d’acqua (in litri) del bollitore o scaldacqua
e = coefficiente di espansione, corrispondente alla massima differenza tra la temperatura di ingresso dell’acqua nell’impianto e la temperatura massima di regime dell’acqua contenuta nel serbatoio;
Pi = pressione assoluta a cui è precaricato il cuscino di aria del vaso di espansione. Questa pressione è di estrema importanza poiché grazie all’inerzia dell’aria e della membrana, si attutiscono e dissipano tutti i colpi d’ariete che si verificano nell’impianto.
Pf = Pressione massima assoluta di esercizio a cui è tarata la valvola di sicurezza.
Il dimensionamento quindi si ricaverà dalla seguente formula:
Per saperne di più, alla fine del catalogo CIMM, scaricabile anche dal sito web (www.cimmspa.com), è presente il manuale tecnico di istruzioni. CIMM ha anche progettato un software di calcolo molto facile da utilizzare e a disposizione degli utenti gratuitamente, che dopo l’inserimento dei dati necessari fornirà una soluzione coerente in termini di capacità d’acqua, ma contenente varie alternative in termini di peso e dimensioni del vaso, in quanto non tutti i vani impianto presentano le stesse dimensioni. Il Calcolatore CIMM è consultabile sempre dal sito web.
Come si sceglie e dimensiona il vaso di espansione per un impianto di riscaldamento e/o refrigerazione con pompa di calore?
Le moderne pompe di calore consentono riscaldamento e raffrescamento, e sono progettate e ottimizzate per produrre acqua calda fino a circa 65°C, temperatura che si adatta ad operare con un impianto di riscaldamento anche a termosifoni. Sulla base di un bilancio termico, si può scegliere la modalità di funzionamento di una pompa di calore: monovalente (la pompa di calore è l’unico generatore di calore) o bivalente (un generatore a supporto è presente nell’impianto).
Una pompa di calore in genere richiede spazi di installazione superiori rispetto ai tradizionali sistemi di riscaldamento, poiché necessita di un accumulo per la produzione di acqua calda sanitaria e a volte, in base alla tipologia di impianto, anche di un accumulo inerziale per garantire il buon funzionamento della stessa.
Solitamente in un impianto con pompa di calore sono presenti uno o più vasi d’espansione, posizionati internamente o esternamente, con la funzione di contenere la dilatazione e l’aumento e/o la riduzione di volume del fluido causato dall’azione di riscaldamento e raffrescamento.
I vasi CIMM più adatti al funzionamento di una generica pompa di calore sono molti e dipendono da molteplici fattori quali:
- Tipo di impianto
- Spazio disponibile nell’impianto
- Pressione massima e minima del circuito
- Volume del fluido presente nel circuito e nell’impianto
- Temperatura del fluido.
In genere, i vasi piatti della linea CP e RP prodotti da CIMM con membrana fissa si prestano al miglior funzionamento del circuito primario o circuito chiuso con acqua tecnica; mentre i vasi ACS o STYLE sono ottimali per il circuito dell’acqua calda sanitaria, in quanto costruiti con un’apposita membrana a palla che non permette la fuoriuscita dell’acqua e il contatto con le parti metalliche del vaso.
Per capire meglio, riporteremo di seguito degli esempi, a seconda del tipo di circuito, di dimensionamento del vaso d’espansione corretto. Si tratta di esempi di carattere generico, e consigliamo sempre ai produttori di pompe di calore di verificare prima con i tecnici CIMM le misure per l’inserimento del vaso in impianto e ai professionisti installatori di affidarsi alle indicazioni della casa costruttrice della pompa di calore per la messa in opera o la sostituzione.
Circuito primario (di riscaldamento e raffrescamento)
Molte varianti di pompe di calore prevedono un vaso di espansione per il circuito di riscaldamento, generalmente di volume pari a 8 o 10 o 12 litri, contenuto nel cosiddetto modulo idronico. La pressione massima del circuito idronico è generalmente intorno ai 3,0 bar. Il volume del vaso dipenderà dunque dal volume di fluido presente nell’impianto di riscaldamento.
Ad esempio, nei sistemi pipe in tank, con il bollitore di accumulo – cioè il serbatoio di accumulo di acqua tecnica per riscaldamento – con un volume generalmente di 200/300 litri o anche più, poiché la temperatura può raggiungere valori anche elevati (circa 80°C nel caso vi sia una resistenza che incrementa la temperatura), è necessario un vaso di espansione di 24 litri o più, con una precarica da 1,5 bar.
Circuito sanitario
Gli impianti con pompa di calore prevedono solitamente anche l’installazione di un vaso di espansione per il circuito sanitario (dell’acqua potabile), che spesso viene installato esternamente, ma in altri casi si può trovare già inserito o predisposto all’interno del modulo PdC.
Quando si va a dimensionare un vaso di espansione per il circuito sanitario bisogna tenere sempre conto di:
- Tipo di impianto
- Capacità massima dell’accumulo d’acqua
- Pressione massima e minima del circuito
- Pressione di precarica del vaso
- Volume del fluido presente in tutto l’impianto
- Temperatura massima dell’acqua
Qui di seguito riportiamo alcuni esempi.
Data una pompa di calore con le seguenti caratteristiche:
- Accumulo/bollitore per acqua sanitaria da 170 litri
- Pressione massima d’esercizio 8 bar (taratura valvola di sicurezza)
- Pressione minima d’esercizio o di precarica del vaso 3,5 bar
- Temperatura massima dell’acqua: 60 °C
Applicando la formula precedentemente illustrata, dal calcolo risulterebbe necessario un vaso di espansione sanitario da 5 litri. Considerando però anche il volume delle tubazioni di collegamento, risulta più funzionale installare un vaso da 8 litri. Lo stesso risultato calcolato mediante formula, emerge anche dal calcolatore CIMM, il quale tiene conto di tutto ciò e presenta le soluzioni migliori.
Se aumentiamo la capacità del bollitore per acqua sanitaria di una data pompa di calore a:
- Accumulo/bollitore da 300 litri
- Pressione massima d’esercizio di 8 bar (taratura valvola di sicurezza)
- Pressione minima d’esercizio o di precarica del vaso di 2,5 bar
Dal calcolo risulterebbe necessario un vaso ACS da 10 litri. Si deve però considerare anche il volume delle tubazioni di collegamento, per cui il volume corretto del vaso di espansione sarà superiore. In questo esempio potrebbe essere necessario un vaso ACS da 12 litri precaricato a 2,5 bar, o se dovesse esserci poco spazio un vaso cilindrico STYLE da 12 litri a 2,5 bar.
