Orice instalație de încălzire centrală cu circuit închis conține un component care trece complet neobservat până în momentul în care cedează: vasul de expansiune. Nu face zgomot, nu se vede în mod normal și nu apare în discuțiile obișnuite despre centrale termice sau radiatoare. Și totuși, lipsa lui sau dimensionarea greșită provoacă probleme serioase: suprapresiune în circuit, deschiderea repetată a supapei de siguranță, pierdere de agent termic și, în timp, deteriorarea membranei sau a celorlalte componente ale instalației.
Articolul de față explică ce face vasul de expansiune, de ce este obligatoriu în circuitele închise și cum se calculează volumul și presiunea de preîncărcare potrivite pentru o instalație dată.
Ce face vasul de expansiune și de ce este obligatoriu în circuit închis
Apa, ca orice lichid, își mărește volumul atunci când se încălzește. Într-un circuit de încălzire, apa trece de la temperatura de umplere (de regulă temperatura ambiantă, 10-20°C) la temperatura de regim (45-80°C, în funcție de tipul instalației). Această creștere de temperatură generează o dilatare volumetrică a agentului termic.
Într-un circuit deschis (cu vas de expansiune deschis la presiunea atmosferică), excesul de volum se evacuează pur și simplu în vasul deschis montat la cota superioară a instalației. Circuitele deschise sunt din ce în ce mai rare, întrucât aduc dezavantaje importante: expunerea agentului la oxigen (coroziune accelerată), evaporare și pierdere constantă de agent, dificultăți de amplasare a vasului la înălțimea necesară în clădirile multietajate.
Circuitele închise, care reprezintă standardul în instalațiile moderne, nu au cale de evacuare pentru excesul de volum. Fără un element care să preia această expansiune, presiunea din circuit ar crește odată cu temperatura agentului termic până la declanșarea supapei de siguranță. Supapa de siguranță este un dispozitiv de protecție de ultimă instanță, nu un regulator de presiune curent. Dacă se deschide frecvent, semnalează o problemă în instalație, cel mai adesea un vas de expansiune insuficient sau defect.
Vasul de expansiune cu membrană rezolvă exact această problemă. El este un recipient presurizat, împărțit de o membrană elastică în două camere: una cu gaz (azot, de regulă) preîncărcat la o presiune stabilită, și una conectată la circuitul de apă. Când apa se dilată la încălzire, excesul de volum intră în camera de apă, comprimând gazul. Când instalația se răcește, gazul se destinde și împinge apa înapoi în circuit. Presiunea din instalație rămâne în limite acceptabile pe tot ciclul termic.
SR EN 12828 (instalații de încălzire în clădiri, proiectare) prevede cerințe privind protecția împotriva suprapresiunii și include vasul de expansiune ca element obligatoriu al circuitului închis. Proiectele de instalații care se conformează acestui standard calculează volumul vasului și presiunea de preîncărcare ca parte integrantă a documentației tehnice.
Cum se dilată apa: factorul de expansiune
Calculul volumului vasului de expansiune pornește de la cantitatea de agent termic din instalație și de la cât se dilată aceasta între temperatura de umplere și temperatura de regim.
Factorul de expansiune al apei exprimă raportul dintre creșterea de volum și volumul inițial, la o anumită diferență de temperatură. Câteva valori orientative, utile pentru estimări:
· De la 10°C la 45°C: expansiune de aproximativ 1,1%
· De la 10°C la 60°C: aproximativ 1,7%
· De la 10°C la 75°C: aproximativ 2,5%
· De la 10°C la 80°C: aproximativ 2,9%
Aceste valori sunt pentru apă pură. Dacă instalația folosește un amestec apă-antigel (glicol), factorul de expansiune crește față de apa pură, în funcție de concentrația de glicol. Producătorii de antigel furnizează tabele cu factori de expansiune pentru diferite concentrații și temperaturi. La dimensionarea vasului pentru instalații cu antigel, se folosesc acești factori, nu valorile pentru apă pură.
Volumul de expansiune brut rezultă din produsul dintre volumul total de agent termic din instalație și factorul de expansiune corespunzător temperaturii de regim.
Volumul total al instalației: de unde îl obții
Pentru a calcula expansiunea, trebuie cunoscut volumul total de agent termic din circuit. Acesta include:
· volumul de apă din cazanul sau centrala termică (indicat în documentația tehnică a echipamentului)
· volumul din corpurile de încălzire (radiatoarele din oțel indică în fișele tehnice volumul de apă pe corp, în funcție de tip și lungime; radiatoarele de aluminiu și cele tubulare au, de asemenea, volume declarate)
· volumul din conductele de distribuție (calculat pe baza diametrului interior și a lungimii totale a traseelor)
· volumul din alte componente: schimbătoare de căldură, colectoare, robineți cu corp mare
În practică, pentru instalații rezidențiale mici, există metode simplificate de estimare a volumului total, bazate pe puterea instalată și pe tipul sistemului de distribuție. Aceste estimări sunt utile pentru o primă verificare, dar proiectarea corectă folosește volumele reale ale componentelor.
Formula de dimensionare a vasului de expansiune
Formula clasică de dimensionare a vasului de expansiune cu membrană leagă trei mărimi: volumul de expansiune ce trebuie preluat, presiunea de preîncărcare a gazului din vas și presiunea maximă de lucru admisă în instalație.
Raportul dintre presiunea de preîncărcare și presiunea maximă admisă determină coeficientul de umplere al vasului, adică fracțiunea din volumul total al vasului care poate fi efectiv utilizată. Un vas cu o presiune de preîncărcare mai mare față de presiunea maximă admisă are un coeficient de umplere mai mic și trebuie să fie mai mare ca volum fizic pentru aceeași expansiune de preluat.
Rezultatul calculului este volumul minim necesar al vasului. Se alege apoi din oferta comercială vasul cu volumul imediat superior acestui minim. Serii uzuale de vase standardizate: 8, 12, 18, 24, 35, 50, 80, 100 litri și mai mult.
Presiunea de preîncărcare: cum o stabilești
Presiunea de preîncărcare a vasului de expansiune trebuie să fie egală sau ușor superioară presiunii statice a coloanei de apă de deasupra punctului de montaj al vasului. Aceasta este înălțimea în metri a instalației de deasupra vasului, convertită în presiune: fiecare 10 m de coloană de apă corespund la aproximativ 1 bar.
Exemplu orientativ: dacă vasul de expansiune este montat la parterul unei clădiri cu instalație care urcă pe 5 etaje (înălțime de circa 15 m deasupra vasului), presiunea statică la punctul de montaj este de aproximativ 1,5 bar. Presiunea de preîncărcare a vasului trebuie să fie cel puțin 1,5 bar (de preferat 1,5-1,6 bar) pentru a preveni cavitația pompei de circulație și pentru a menține o presiune pozitivă în tot circuitul.
Dacă presiunea de preîncărcare este mai mică decât presiunea statică, apa va pătrunde imediat în camera de gaz a vasului la umplerea instalației, înainte ca aceasta să atingă temperatura de regim. Vasul nu va mai putea prelua expansiunea corect. Tocmai pentru că presiunea de preîncărcare și volumul vasului se calculează împreună, în funcție de înălțimea coloanei și de cantitatea de agent termic, merită parcurs un ghid practic despre cum dimensionezi vasul de expansiune, cu valorile uzuale pe fiecare model.
Presiunea de preîncărcare se ajustează prin supapa Schrader aflată pe camera de gaz a vasului, similar cu supapa de umflare a unui cauciuc de mașină. Se verifică și se ajustează cu vasul deconectat de la circuit (apa din camera de apă trebuie evacuată complet înainte de verificare).
Montaj și semne de defectare
Vasul de expansiune se montează, de regulă, pe returul instalației, înainte de intrarea pompei de circulație (pe partea de aspirație a pompei). Temperatura agentului pe retur este mai scăzută decât pe tur, ceea ce protejează membrana, iar pompa lucrează în condiții mai bune de presiune.
Câteva reguli practice de montaj:
· Vasul se montează pe un racord cu supapa Schrader accesibilă pentru verificări periodice.
· Între vas și circuit se montează un robinet de izolare cu poziție deschisă și o supapă de sens.
· Vasul nu se montează în punctele cele mai fierbinți ale circuitului (nu pe turul direct al centralei).
· Dacă instalația deservește mai multe circuite cu parametri diferiți (încălzire prin pardoseală plus radiatoare), fiecare circuit separat trebuie analizat pentru necesarul de expansiune propriu.
Cel mai frecvent semn că vasul nu mai funcționează corect este deschiderea repetată a supapei de siguranță a centralei termice sau pierderea periodică de presiune în instalație. Cauzele obișnuite sunt membrana perforată sau rigidizată, pierderea presiunii de preîncărcare a gazului și subdimensionarea vasului față de volumul real al instalației.
Un vas cu membrană perforată nu se poate repara, se înlocuiește. Pierderea de presiune a gazului poate fi corectată prin reumflare la presiunea corespunzătoare, dacă membrana este intactă.
Alegerea vasului: ce parametri verifici
Când selectezi un vas de expansiune pentru o instalație de încălzire, verifică:
· Volumul (litri): rezultat din calcul, rotunjit în sus la volumul standardizat imediat superior
· Presiunea maximă admisă (bar): trebuie să fie egală sau superioară presiunii de deschidere a supapei de siguranță din instalație; uzual 3 sau 6 bar
· Temperatura maximă de lucru: vasele destinate încălzirii sunt omologate pentru temperaturi de până la 70°C sau 120°C, în funcție de model; verifică că valoarea corespunde temperaturii maxime de tur a instalației
· Tipul membranei: fixă (nu se poate înlocui) sau schimbabilă (la vasele cu volum mare, membrana este accesibilă și poate fi înlocuită separat)
· Racordul: diametrul și tipul filetului (de obicei 3/4″ sau 1″ pentru vasele rezidențiale)
Verificarea acestor cinci parametri, corelată cu volumul rezultat din calcul, acoperă în practică tot ce contează la alegerea unui vas de expansiune potrivit instalației. Cele mai multe greșeli de selecție vin din ignorarea presiunii maxime admise sau a temperaturii de lucru, nu din volum.
Vasul de expansiune nu este un accesoriu opțional al instalației de încălzire cu circuit închis: este elementul care permite funcționarea sigură a sistemului pe toată durata de viață. Dimensionarea lui corectă presupune cunoașterea volumului total de agent termic, a factorului de expansiune la temperatura de regim și a raportului dintre presiunea de preîncărcare și presiunea maximă admisă în circuit.
Greșelile frecvente sunt subdimensionarea (un vas prea mic nu mai preia expansiunea odată ce instalația este extinsă) și preîncărcarea incorectă (un vas cu presiunea de preîncărcare prea mică sau prea mare nu funcționează în intervalul optim). Ambele greșeli se traduc printr-o supapă de siguranță care se deschide periodic și printr-o presiune instabilă în circuit. Un calcul corect, efectuat la proiectare sau la înlocuire, evită toate aceste probleme.
