Vaso di espansione dell'impianto di riscaldamento: progettazione, calcolo e scelta dell'opzione migliore
Un vaso di espansione dell'impianto di riscaldamento correttamente selezionato e installato correttamente ne impedirà il guasto e manterrà la pressione al livello richiesto.È necessario come riserva per l'acqua che si espande quando viene riscaldata. A seconda del tipo di sistema, l'espansore integrato può essere aperto o chiuso.
Ti spiegheremo come selezionare una capacità di riserva in base allo schema di riscaldamento creato. L'articolo che abbiamo presentato descrive le caratteristiche di progettazione e le specifiche dell'installazione degli espansori. Vengono fornite raccomandazioni che, se seguite, garantiranno il funzionamento ideale di qualsiasi tipo di circuito di riscaldamento.
Il contenuto dell'articolo:
Vasi di espansione di tipo aperto
Una caratteristica del design degli espansori di tipo aperto è il contatto del liquido di raffreddamento con l'atmosfera. La circolazione negli impianti dotati di espansore di questo tipo è convettiva. Quando riscaldato, il volume del liquido aumenta, il suo eccesso viene assorbito dal serbatoio del contenitore.
Quando la temperatura diminuisce, il liquido ritorna per gravità, sotto l'influenza della gravità.
Grazie alla pressione zero nel serbatoio, il dispositivo non necessita di una robusta struttura metallica, quindi:
- qualsiasi metallo viene utilizzato nella fabbricazione della custodia;
- è possibile utilizzare un contenitore già pronto in plastica resistente al calore;
- La forma del serbatoio non è importante.
Nelle case di campagna, tali apparecchiature possono essere assemblate con materiali disponibili. Come contenitore, è possibile utilizzare una tanica o un barile di plastica dotato di un tubo di ingresso e di un'uscita per il troppopieno.
Esternamente si tratta di un normale serbatoio metallico, il cui piano superiore è dotato di un foro per la manutenzione e l'aggiunta di liquido. Il coperchio a tenuta stagna fornisce protezione contro l'intasamento. Le unità di fissaggio sono previste sul fondo o sul piano laterale.
I sistemi di riscaldamento aperti vengono utilizzati negli edifici bassi, dove il volume del liquido di raffreddamento e la lunghezza delle comunicazioni di riscaldamento sono relativamente ridotti.
I requisiti di installazione sono semplici:
- l'espansore è posto alla massima altezza, sulla linea di alimentazione;
- l'alimentazione è collegata al serbatoio tramite un tubo;
- Per drenare il liquido in eccesso viene inserito un troppopieno sopra il livello calcolato.
Per garantire la circolazione per gravità, si consiglia di utilizzare tubi di sezione maggiorata per l'installazione.
Di solito cercano di installare il serbatoio in una stanza riscaldata, dotata di un solaio isolato, e se ciò non è possibile, il serbatoio dovrà essere isolato. La presenza dell'isolamento impedirà il congelamento del liquido e la perdita di funzionalità del sistema.
Vasi di espansione chiusi
La specificità progettuale 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 interno è diviso da una membrana in aria e parte liquida. Ciascuno dei compartimenti è completamente sigillato: la miscela contenente azoto proveniente dal compartimento dell'aria non si mescolerà mai con il liquido refrigerante che riempie il compartimento dei liquidi.
Principio di funzionamento vaso di espansione chiuso consiste nel fatto che il liquido riscaldato dall'impianto viene spinto nella parte liquida del serbatoio e inizia a esercitare pressione lateralmente sulla membrana sigillata. Il divisorio si deforma ed agisce sulla parte aerea comprimendola.
Di conseguenza, il volume della camera d'aria del serbatoio diminuisce e il gas al suo interno viene compresso. Questa situazione contribuisce ad un aumento della pressione nel sistema. Non appena la pressione si normalizza, il liquido refrigerante viene espulso dal vano liquidi.
Se la pressione aumenta rapidamente, quando viene raggiunto il volume critico di liquido nel serbatoio, la valvola di sicurezza viene attivata. Di conseguenza, il liquido refrigerante in eccesso verrà rimosso dal serbatoio.
A seconda della forma, tutti gli espansori chiusi per l'installazione nell'impianto di riscaldamento sono suddivisi nelle seguenti tipologie:
- A forma di palla - un tipo di struttura a membrana con una partizione elastica.Quando il fluido entra, si distende e assorbe tutto il volume in eccesso. Il serbatoio stesso sembra una capsula sferica.
- Ovale - un altro tipo di compensatori idraulici a membrana. Il cilindro dell'espansore è tradizionalmente diviso da una membrana flessibile in camere di gas e liquido, ma la configurazione del corpo ha una forma verticale alquanto allungata.
Esternamente, i dilatatori ovali sono un palloncino cilindrico, dipinto di rosso. Da un lato c'è un nipplo per creare pressione nella camera a gas, dall'altro c'è un tubo attraverso il quale viene effettuato il collegamento al sistema.
Sul corpo sono saldate unità di fissaggio che garantiscono l'installazione incernierata dell'apparecchiatura e sono in grado di sopportarne il peso operativo. La modifica sferica del serbatoio differisce da quella ovale solo nella forma.
Nei sistemi chiusi, la circolazione per gravità non sarà in grado di fornire il livello di pressione richiesto. Pertanto, il design include pompa di circolazione.
L'espansore stesso può essere installato in qualsiasi punto del sistema, ma quando si eseguono i lavori di installazione è consigliabile tenere conto delle seguenti raccomandazioni:
- il posto migliore per l'installazione è la linea di ritorno, fino al punto di inserimento della pompa;
- È meglio fornire il refrigerante dall'alto, il che ridurrà la penetrazione dell'aria e manterrà la funzionalità se la membrana è danneggiata;
- la mancanza di volume principale può essere compensata installando un espansore aggiuntivo di capacità inferiore.
Durante l'installazione, non è vietato tenere conto dell'interno della stanza, se necessario. Per il controllo del livello pressione dell'impianto di riscaldamento L'espansore deve essere dotato di manometro.
La possibilità di posizionamento vicino alla caldaia elimina la questione della necessità di isolare il serbatoio. L'attrezzatura si trova in una stanza calda, il che garantisce facilità d'uso.
Quale disegno è migliore?
I sistemi, a seconda del design e del materiale del vaso di espansione, differiscono nell'elenco dei pro e dei contro. Ma, secondo gli esperti e gli utenti esperti, i vantaggi in termini di funzionalità sono dalla parte delle opzioni chiuse.
Pro e contro di un serbatoio aperto
Un sistema autofluente richiede tubi di diametro maggiore, il che a sua volta aumenta direttamente i costi. Bilancio per lo sviluppo sistema di riscaldamento aperto con un dilatatore che perde aumenta leggermente, anche se rimane relativamente piccolo.
I principali vantaggi di questa opzione sono la semplicità, oltre al basso costo dei componenti e dei lavori di installazione. Un'altra caratteristica positiva è che non è necessario controllare il livello di pressione.
Tuttavia, ci sono molti più svantaggi:
- l'uso dell'antigelo è pericoloso a causa dei fumi tossici;
- le possibilità di installazione sono limitate solo dal punto più alto del sistema;
- il contatto costante con l'atmosfera aumenta il rischio di sacche d'aria e corrosione;
- riscaldamento lento;
- i cambiamenti di temperatura che accompagnano la circolazione convettiva accelerano l'usura delle apparecchiature;
- utilizzato nel riscaldamento di edifici bassi, massimo due piani;
- grandi perdite di calore e consumo di energia per il riscaldamento.
Un altro svantaggio di un sistema aperto sono le perdite dovute all'evaporazione e ai traboccamenti. Pertanto, durante l'installazione del serbatoio, è necessario prestare attenzione per garantire che il foro di riempimento sia accessibile.
Pro e contro di un serbatoio chiuso
Se gli espansori aperti vincono in termini di prezzi e facilità di installazione, la funzionalità è il punto di forza di un vaso chiuso, chiamato anche vaso di espansione.Sono utilizzati nella costruzione sistemi di riscaldamento chiusiche non hanno un contatto diretto con l’atmosfera.
Gli espanzomat presentano i seguenti vantaggi:
- la completa tenuta consente l'uso di antigelo;
- La posizione dell'espansore non influisce sulle prestazioni del sistema;
- l'isolamento dello spazio interno del serbatoio riduce al minimo la probabilità di sacche d'aria e corrosione;
- dopo l'avvio il sistema si riscalda più velocemente ed è più sensibile al controllo della temperatura;
- minore differenza tra le condizioni operative delle linee di alimentazione e di ritorno, con conseguente aumento della durata;
- non richiede l'installazione di tubi di grande diametro, il che consente di risparmiare sulla costruzione;
- non richiede un'attenzione costante al livello e alle condizioni del liquido;
- possibilità di utilizzo in impianti progettati su più piani;
- piccole perdite di calore, riducendo i costi durante il funzionamento delle apparecchiature.
Quando si scelgono espansori di questo tipo, è possibile che si trovino cilindri sigillati con un design non separabile. Se la membrana non funziona correttamente, il cilindro dovrà essere sostituito con uno nuovo.
Tra gli svantaggi è importante notare la complessità della progettazione, i requisiti speciali per i materiali, che aumentano il costo dell'attrezzatura. A ciò si aggiunge la necessità di monitorare costantemente la pressione ed eventualmente ripristinarla.
Regole per il calcolo della capacità del serbatoio
Qualsiasi tipo di dilatatore sarà efficace solo se il volume viene scelto correttamente. Per fare ciò, tenere conto della capacità del liquido di espandersi durante il periodo di riscaldamento.L'acqua negli anelli di riscaldamento si espande di almeno il 3% del volume totale del sistema idrico, l'antigelo di quasi il 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. A condizione che il circuito sia completamente riempito di liquido refrigerante, anche la dilatazione termica nei volumi calcolati può portare alla fuoriuscita di liquido attraverso valvola di sicurezza e versamento del liquido refrigerante sul pavimento.
Pertanto, affinché il superamento del volume del liquido refrigerante in espansione non provochi incidenti, vengono acquistati serbatoi chiusi per piccoli circuiti nelle case private in modo che il loro volume sia pari al 10% del volume totale del liquido refrigerante circolante nell'impianto. Questa regola è valida per impianti con capacità fino a 150 l.
Se più di 150 litri di liquido refrigerante si muovono lungo l'anello di riscaldamento, la capacità di un serbatoio chiuso viene calcolata moltiplicando il volume totale del liquido per il suo coefficiente di espansione a temperature operative specifiche nel sistema.
Al valore ottenuto bisogna aggiungere la dimensione della tenuta idraulica, ovvero il volume del liquido refrigerante formato nel serbatoio come risultato della pressione statica standard del fluido. Per i grandi anelli di riscaldamento, questa cifra è solitamente pari allo 0,5% del volume totale del liquido di raffreddamento, per quelli piccoli, con una capacità fino a 150 litri, è pari al 20%.
L'importo risultante viene moltiplicato per un fattore di correzione determinato dai valori della pressione preliminare e finale nell'impianto di riscaldamento. La stima preliminare è che vi sia 1 barra ogni 10 m di altezza del contorno. La pressione finale si forma come risultato del funzionamento del sistema.
Il calcolo del volume di un serbatoio chiuso per strutture di riscaldamento complesse di grandi dimensioni si presenta così:
La capacità del tipo aperto non è strettamente regolata dalle normative, ma esiste una regola: il volume del serbatoio aperto sul tubo di troppopieno deve essere pari al 3,5 - 4% del volume totale del liquido di raffreddamento nel circuito di riscaldamento.
Questa stima è sufficiente per una piccola casa di campagna, ma un edificio per residenza permanente richiederà un calcolo più accurato. Prima di tutto, dovrai scoprire il volume totale del sistema di riscaldamento.
Opzioni per il calcolo della capacità di riscaldamento totale
Questo indicatore può essere determinato con vari gradi di precisione in tre modi principali. Innanzitutto, in base ai dati del passaporto della caldaia. Pertanto, sono necessari circa 15 litri di liquido per unità di potenza dell'apparecchiatura della caldaia. Per ottenere i dati necessari sarà necessario moltiplicare 15 per la potenza della caldaia indicata nella scheda tecnica.
In secondo luogo, è possibile scoprire il volume utilizzando un contatore dell'acqua durante il riempimento del sistema. Durante il riempimento viene presa in considerazione la quantità di liquido utilizzato. Questa è un'opzione più accurata e problematica.
Il terzo metodo prevede il calcolo del volume totale di tutti gli elementi del sistema di riscaldamento. Questa è l'opzione più accurata. La capacità dello scambiatore di calore della caldaia, dei radiatori, dei convettori e degli strumenti di misura può essere determinata dalle caratteristiche del passaporto.Per calcolare la capacità del tubo, vengono utilizzati i dati della tabella.
La tabella mostra il volume dei tubi per metro di lunghezza, realizzati con i materiali più popolari e moderni. Il diametro interno è indicato in pollici da 0,5 a 1,5 unità.
Un altro metodo che pretende di essere estremamente accurato è il calcolo utilizzando la formula:
Vtotale = π x D2 x L/4,
Dove:
- π è pari a 3,14;
- D - indica i parametri del diametro interno dei tubi;
- L - indica la lunghezza della tubazione del sistema.
Dopo aver ricevuto i dati necessari, vengono riassunti e si ottiene il volume totale del sistema, che viene utilizzato in ulteriori calcoli.
Passaggi e formule per il ciclo completo di calcoli per la progettazione e l'organizzazione del riscaldamento di un'abitazione privata sono riportati qui. Ti consigliamo di leggere le informazioni utili.
Selezione del vaso di espansione secondo la tabella
Se si dispone dei dati necessari, è possibile selezionare l'opzione ottimale dell'espansore utilizzando la tabella dei volumi e della pressione di progetto.
Il volume totale del sistema viene calcolato secondo il metodo specificato; i parametri di pressione sono rilevanti solo per modifiche chiuse e sono indicati nella scheda tecnica dell'apparecchiatura.
Questa opzione non richiede calcoli speciali oltre al calcolo del volume totale del sistema. L'utilizzo della tabella semplifica e velocizza notevolmente la scelta di un espansore con la capacità del serbatoio richiesta.
Utilizzando formule di calcolo
Se i dati della tabella non sono sufficienti, è possibile calcolare da soli l'indicatore di capacità richiesta.
Per fare ciò, utilizzare la seguente formula:
Vb = Vc x k/D,
Dove:
- Vb - indica la capacità dell'espansore desiderata;
- Vc – capacità totale del sistema;
- k è il coefficiente di dilatazione del liquido quando riscaldato;
- D – coefficiente di efficienza dell'espansore.
Dei dati necessari per il calcolo, rimangono sconosciuti i coefficienti k e D. Il primo è un valore tabellare e il secondo viene calcolato utilizzando una formula separata.
Esiste e viene utilizzata anche una tabella di espansione della temperatura. Permette di determinare il coefficiente per impianti con acqua o antigelo. Il valore non è lineare; cambia durante il riscaldamento, a seconda della presenza e della concentrazione di glicole nel liquido.
Per l'acqua la concentrazione di glicole etilenico è considerata “0”; per l'antigelo la concentrazione è determinata secondo i dati dichiarati dal produttore. La temperatura di riscaldamento è considerata operativa per un sistema specifico.
Per calcolare in modo indipendente il coefficiente di efficienza del vaso di espansione, utilizzare la formula:
(Qm – Qb) : (Qm + 1),
Dove:
- Qm è la pressione massima dell’impianto in funzione della soglia di intervento nominale della valvola di sicurezza;
- Qb è la pressione preliminare nella camera d'aria dell'espansore secondo la scheda tecnica.
Se quest'ultimo parametro non è noto, viene misurato durante il gonfiaggio o mediante spurgo attraverso il nipplo della bombola.
Altri metodi di calcolo
Oltre ai calcoli indipendenti utilizzando formule e tabelle, esistono metodi alternativi. Un'opzione di calcolo accessibile è l'aiuto di un calcolatore online.
Un'altra opzione per ottenere i dati necessari è contattare designer professionisti.Questo è il modo più affidabile, ma l'accuratezza delle informazioni ottenute sarà piuttosto costosa.
Ti farà familiarizzare con le regole per l'installazione e il collegamento di espansori di tipo chiuso e aperto prossimo articolodedicato a questi temi.
Come scegliere il vaso di espansione giusto?
Si consiglia di decidere il tipo di sistema di riscaldamento in fase di progettazione. La scelta del serbatoio viene solitamente rimandata a dopo il montaggio del box, quando l'impianto è installato e se ne conosce il volume.
Quando si seleziona l'opzione ottimale del vaso di espansione, si consiglia:
- concentrarsi sul volume del vaso di espansione chiuso, che supera il valore dell'espansione termica del liquido di raffreddamento;
- al momento dell'acquisto, prestare attenzione alla connessione, alla forma del contenitore e alla posizione dei connettori per gli elementi di fissaggio: ciò eviterà sorprese durante il processo di installazione;
- È importante prestare attenzione alle istruzioni presenti sulla custodia, che contengono informazioni utili per l'installazione e parametri tecnici.
Al momento dell'acquisto è meglio puntare su un produttore di fiducia, anche se i suoi cilindri costeranno di più. Questa sarà la chiave per la longevità del sistema di riscaldamento, a condizione che venga utilizzato correttamente e sottoposto a regolare manutenzione.
Prima del collegamento, la pressione preliminare nel compartimento del gas del serbatoio a membrana viene regolata su un valore pari alla pressione statica della colonna del liquido di raffreddamento nel circuito di riscaldamento. La regolazione viene effettuata utilizzando una normale pompa per auto ed è controllata da un manometro.
Non confondere gli espansori con i sistemi di riscaldamento e accumulatori idraulici per linee di alimentazione dell'acqua fredda. Differiscono nell'aspetto e nelle caratteristiche del design.I primi sono verniciati di rosso e solitamente non smontabili, i secondi sono di colore blu e dotati di flangia removibile per la riparazione della membrana.
Conclusioni e video utile sull'argomento
Il video ti aiuterà a determinare i parametri di un espansore di modifica chiuso e a comprendere le differenze tra cilindri di riscaldamento e sistemi di caldaie:
Il principio di funzionamento e le caratteristiche della scelta di un contenitore nel video clip:
L'impianto di riscaldamento di una casa privata può essere realizzato secondo un circuito aperto o chiuso, che richiede l'installazione di un espansore dal design appropriato. Il fattore chiave nelle sue prestazioni è il volume, che puoi calcolare tu stesso o affidare la questione a designer professionisti.
L'attrezzatura opportunamente selezionata aiuterà a mantenere il volume di liquido richiesto in un sistema aperto e nel riscaldamento sigillato manterrà il livello di pressione operativa.
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