L'impianto di riscaldamento domestico è un sistema complesso che garantisce comfort termico durante i mesi più freddi, e la caldaia ne rappresenta il cuore. Tra i componenti essenziali, figura il vaso di espansione. Questo elemento svolge un ruolo fondamentale per la sicurezza e l'efficienza dell'intero sistema. Questo articolo si propone come una guida tecnica e informativa per esplorare in dettaglio il mondo dei vasi di espansione: dalla loro funzione ai problemi più comuni, fino alle strategie di diagnosi e riparazione.
Cos'è il Vaso di Espansione e Come Funziona?
Il vaso di espansione è un componente idraulico progettato per assorbire le variazioni di volume dell'acqua contenuta nel circuito di riscaldamento dovute ai cambiamenti di temperatura. L'acqua, come tutti i fluidi, aumenta infatti di volume quando viene riscaldata (fenomeno noto come dilatazione termica). Poiché l'impianto di riscaldamento è un circuito chiuso, questo aumento di volume genererebbe un incremento potenzialmente pericoloso della pressione interna se non fosse gestito adeguatamente.
Il vaso di espansione funziona in modo simile a un "polmone" che si gonfia e si sgonfia. Si tratta solitamente di un contenitore metallico, di forma sferica o cilindrica, diviso internamente in due sezioni da una membrana elastica (in gomma butilica o EPDM - Ethylene-Propylene Diene Monomer). Una sezione è collegata direttamente al circuito dell'acqua dell'impianto, mentre l'altra contiene un gas inerte pre-pressurizzato, quasi sempre aria o azoto.
Quando la caldaia riscalda l'acqua, questa si espande ed entra nel vaso, comprimendo la membrana e il cuscino d'aria dall'altra parte. L'aria compressa agisce come un ammortizzatore, assorbendo l'aumento di volume dell'acqua e mantenendo così la pressione all'interno del circuito entro limiti di sicurezza prestabiliti, prevenendo in tal modo picchi di pressione pericolosi. Quando l'acqua si raffredda e il suo volume diminuisce, la pressione del cuscino d'aria spinge indietro la membrana, restituendo l'acqua al circuito e mantenendo la pressione stabile anche dopo il completamento del ciclo di riscaldamento dell’impianto.
Ciò significa che l'incremento di volume dovuto all'incremento di temperatura viene compensato dall'aumento di volume del vaso di espansione, così da mantenere costante la pressione dell'impianto. Infatti, ad impianto freddo il volume è il minimo e quindi misureremo sul manometro la pressione minima. Se non ci fosse il vaso d’espansione l’aumento della pressione si scaricherebbe sull’impianto. Se il vaso è guasto (membrana rotta), avrai una pressione bassa ad impianto freddo ed una pressione alta ad impianto caldo.
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La corretta pressione del vaso di espansione della caldaia è quindi vitale per il funzionamento ottimale.
Tipologie di Vasi di Espansione
I vasi di espansione possono essere classificati principalmente in base alla loro collocazione rispetto alla caldaia e alla loro struttura: interni ed esterni, aperti e chiusi.
Vaso di Espansione Interno (Integrato)
Molte caldaie murali moderne hanno un vaso di espansione integrato all'interno della caldaia stessa. Questo offre vantaggi in termini di compattezza e facilità di installazione dell'apparecchio. Tuttavia, le dimensioni sono generalmente limitate (spesso tra 6 e 12 litri) e la sostituzione può essere più complessa e costosa, richiedendo lo smontaggio di parti della caldaia. Le caldaie a condensazione di tipo residenziale (<35 kW) sono sempre dotate di un vaso interno.
Vaso di Espansione Esterno
Per impianti di riscaldamento di grandi dimensioni o in situazioni in cui il vaso interno è insufficiente o guasto e di difficile sostituzione, si ricorre a un vaso di espansione esterno alla caldaia. Il dimensionamento corretto di un vaso d’espansione esterno va affidato a un progettista qualificato che possa calcolare il volume necessario a bilanciare la pressione dell’impianto di riscaldamento. A volte, un vaso di espansione supplementare per caldaie viene aggiunto esternamente per supportare quello interno, specialmente in impianti estesi o datati.
Vaso di Espansione Aperto
Questa tipologia consiste in una vaschetta situata nel punto più alto dell'impianto di riscaldamento, a diretto contatto con l'atmosfera. È più comune in impianti di riscaldamento datati e richiede una manutenzione più frequente. 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.
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Vaso di Espansione Chiuso
Questa tipologia è sigillata e permette un controllo più efficiente della pressione. È più comune nelle caldaie residenziali (<35 kW) e utilizza una membrana interna per separare l'acqua del circuito di riscaldamento da una camera contenente gas compresso. I vasi chiusi offrono una maggiore protezione contro le variazioni di pressione e sono generalmente più compatti. 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. 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.
L'Importanza della Pressione
La pressione all'interno del circuito di riscaldamento è un parametro critico. Una pressione troppo bassa può impedire all'acqua calda di raggiungere tutti i radiatori o addirittura mandare la caldaia in blocco di sicurezza. Una pressione troppo alta, invece, sollecita eccessivamente i componenti dell'impianto e può causare l'apertura della valvola di sicurezza, con conseguente perdita d'acqua.
Il valore ideale della pressione a impianto freddo si attesta solitamente tra 1 e 1.5 bar (verificare sempre le specifiche del costruttore della caldaia). Quando l'impianto è in funzione e l'acqua si riscalda, la pressione aumenterà leggermente (ad esempio, fino a 1.8-2.2 bar), ma dovrebbe rimanere ben al di sotto della soglia di intervento della valvola di sicurezza (tipicamente tarata a 3 bar).
Il vaso di espansione ha il compito fondamentale di mantenere queste fluttuazioni di pressione entro limiti accettabili. Se il vaso di espansione della caldaia non funziona correttamente, la pressione diventerà instabile.
Sintomi di un Vaso di Espansione Guasto
Un vaso di espansione difettoso può manifestarsi attraverso una serie di sintomi che è importante riconoscere tempestivamente per evitare danni maggiori all'impianto:
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- Fluttuazioni ampie della pressione: rapido aumento della pressione quando il riscaldamento si accende, seguito da un calo altrettanto rapido quando si spegne.
- Intervento frequente della valvola di sicurezza: gocciolamenti o flussi d'acqua dallo scarico della valvola.
- Pressione costantemente bassa e necessità di caricamenti frequenti: a causa della perdita d'acqua dal circuito.
- Rumori anomali nell'impianto: gorgoglii o “colpi d’ariete”. La formazione di vapore potrebbe causare colpi d’ariete deteriorando le condutture dell’impianto.
Cause Comuni dei Problemi al Vaso di Espansione
I malfunzionamenti del vaso di espansione derivano principalmente da due cause:
- Perdita della precarica di aria/azoto: Con il tempo, il gas contenuto nella camera del vaso può lentamente fuoriuscire attraverso la membrana o la valvola di riempimento.
- Rottura o perforazione della membrana: La membrana elastica che separa acqua e aria è soggetta a usura e stress meccanico.
Dimensionamento del Vaso di Espansione
Il dimensionamento del vaso di espansione è cruciale per garantire il corretto funzionamento dell'impianto. Viene eseguito come se fosse un vaso d’espansione aperto, tenendo conto di un contenuto iniziale a livello minimo di un 30% del volume, oltre ad un ulteriore 20% del cuscino di gas per la pressurizzazione.
Per il calcolo corretto del volume del vaso di espansione, è necessario considerare diversi parametri:
- 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
Una volta a conoscenza di questi dati si può procedere con il calcolo vero e proprio.
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.
CIMM ha 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.
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. 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.
Esempi di Dimensionamento
- 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.
- 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.
Diagnosi dello Stato del Vaso di Espansione
La diagnosi accurata dello stato del vaso di espansione deve essere eseguita da un tecnico qualificato, in quanto richiede procedure specifiche e potenzialmente pericolose se non eseguite correttamente. Alcuni controlli preliminari possono dare indicazioni:
- Osservazione della pressione: Monitorare il manometro della caldaia a impianto freddo e durante il funzionamento.
- Controllo della valvola di sicurezza: Verificare se ci sono segni di perdite recenti o gocciolamenti dalla valvola di sicurezza.
- Controllo acustico (metodo empirico): A impianto spento e depressurizzato, si può picchiettare leggermente la parte superiore e inferiore del vaso.
- Verifica della valvola di precarica: Un tecnico può tenere premuto brevemente il piccolo perno al centro della valvola di riempimento del vaso.
- Misurazione della precarica: La verifica definitiva richiede l'intervento di un tecnico.
Rimedi e Soluzioni ai Problemi del Vaso di Espansione
A seconda della diagnosi, le soluzioni possibili sono:
- Ricarica della precarica: Se la membrana è integra ma la pressione del cuscino d'aria è bassa, è possibile ripristinare la corretta precarica.
- Sostituzione del vaso di espansione: Se la membrana è rotta, l'unica soluzione è la sostituzione dell'intero vaso.
- Installazione di un vaso di espansione esterno/supplementare: Se il vaso interno è rotto e la sua sostituzione è particolarmente difficoltosa o costosa, o se l'impianto è stato ampliato e il vaso esistente è diventato sottodimensionato, un tecnico può installare un vaso di espansione esterno alla caldaia.
Manutenzione Preventiva dei Vasi di Espansione
La migliore strategia è la prevenzione. È consigliabile controllare periodicamente la pressione della caldaia tramite il manometro e assicurarsi che si mantenga all'interno dei valori raccomandati. Durante la manutenzione della caldaia, è fondamentale che il tecnico controlli anche lo stato e la pressione di precarica del vaso di espansione. In caso di dubbi o problemi persistenti, è sempre meglio consultare un tecnico del settore.
Prestare attenzione a segnali di allarme come perdite d'acqua, sbalzi di pressione o rumori anomali e, se possibile, considerare l'installazione di un sistema di monitoraggio remoto per ricevere avvisi tempestivi in caso di problemi di pressione.
Acqua Glicolata
L’acqua può essere addizionata con glicole per preservare dal gelo l’impianto o negli impianti ad Acqua Refrigerata. L’acqua così miscelata avrà una dilatazione o contrazione maggiore, in proporzione alle % di glicole.
Aria o Azoto?
L’uso dell’aria per la pressurizzazione risulta conveniente per temperature fino a 120° C con una pressione di 4 bar. Quando la temperatura è superiore, generalmente si usa utilizza l’Azoto. Questo gas oltre ad essere meno solubile con l’acqua, non presenta pericoli di corrosione.
Le Regolazioni
I livellostati ed i pressostati devono interrompere l’apporto di calore al generatore con blocco automatico e rimozione manuale da prevedere sul quadro di comando.
Geometria
Il vaso d’espansione è un serbatoio cilindrico verticale, progettato per resistere ad una pressione e temperatura relative alle necessità dell’impianto stesso. Fornito di piedi per l’installazione a pavimento è costruito con lamiera di acciaio di qualità, viene certificato CE secondo normativa: PED 2014/68/UE.