Expansievat van het verwarmingssysteem: constructie, berekening en selectie van de beste optie

Een correct gekozen en vakkundig geïnstalleerd expansievat van het verwarmingssysteem voorkomt dat het systeem uitvalt en houdt de druk op het vereiste niveau. Het is nodig als reserve voor het water dat uitzet bij verhitting. Afhankelijk van het type systeem kan het ingebouwde expansievat van het open of gesloten type zijn.

Wij vertellen u hoe u een reservevat kiest op basis van het gecreëerde verwarmingsschema. In ons artikel worden de constructieve kenmerken en de installatiespecificaties van expansievaten beschreven. Er worden aanbevelingen gegeven, waarvan het naleven de perfecte werking van elk type verwarmingscircuit garandeert.

Expansievaten van het open type

Een constructief kenmerk van expansievaten van het open type is het contact van de warmtedrager met de atmosfeer. De circulatie in systemen met dit type expansievat is convectie. Bij verhitting neemt het volume van de vloeistof toe, het overschot wordt opgenomen door het reservoir van het vat.

Bij een daling van de temperatuur keert de vloeistof onder invloed van de zwaartekracht terug.

Vanwege de nul druk in het vat vereist het apparaat geen stevige metalen constructie, daarom:

• bij de vervaardiging van de behuizing kan elk metaal worden gebruikt;
• er kan een kant-en-klare container van hittebestendig plastic worden gebruikt;
• de vorm van het reservoir is niet essentieel.

In zomerhuisjes kan dergelijke apparatuur worden samengesteld uit voorhanden materialen. Als container kan een plastic jerrycan of vat worden gebruikt, voorzien van een inlaatpijp en een overloopuitlaat.

Expansievaten van het open type kunnen worden vervaardigd in de vorm van een rechthoekig vat met een niet-afgedichte deksel op het bovenvlak.

Uiterlijk is dit een gewoon metalen vat, waarvan het bovenvlak is voorzien van een opening voor onderhoud en het toevoegen van vloeistof. Een niet-afgedichte deksel biedt bescherming tegen verstopping. Op het onderste gedeelte of op het zijvlak zijn bevestigingspunten voorzien.

Open verwarmingssystemen worden toegepast in laagbouw, waar het volume van de warmtedrager en de lengte van de verwarmingsleidingen relatief klein zijn.

De eisen voor installatie zijn eenvoudig:

• de expansie-inrichting wordt op het hoogste punt geplaatst, op de aanvoerleiding;
• de aanvoer wordt via een aansluiting op de tank aangesloten;
• voor de afvoer van overtollige vloeistof wordt een overloop aangebracht boven het berekende niveau.

Om natuurlijke circulatie te garanderen, wordt aanbevolen leidingen met een grotere doorsnede te gebruiken voor de montage.

De open constructie wordt op het hoogste punt geplaatst, vanwaar de vloeistof door zwaartekracht stroomt

Meestal probeert men de tank te monteren in een verwarmde ruimte, op een goed geïsoleerde zolder; als dat niet mogelijk is, moet de container worden geïsoleerd. De aanwezigheid van isolatie voorkomt dat de vloeistof bevriest en het systeem zijn functionaliteit verliest.

Expansievaten van het gesloten type

De structurele specificiteit van gesloten modificaties van de tank is volledige dichtheid, waardoor de benodigde druk voor circulatie op elk punt van het systeem kan worden gehandhaafd.

De tank van binnen is door een membraan verdeeld in een lucht- en een vloeistofgedeelte. Elk van de compartimenten is volledig afgesloten – het stikstofhoudende mengsel uit het luchtdeel vermengt zich nooit met de warmtedrager die het vloeistofcompartiment vult.

Het werkingsprincipe van het gesloten expansievat is dat de verwarmde vloeistof uit het systeem in het vloeistofgedeelte van de tank wordt geduwd en aan haar kant tegen het afgesloten membraan begint te drukken. Het tussenschot vervormt en drukt op het luchtgedeelte, waardoor het wordt samengedrukt.

Als gevolg hiervan neemt het volume van de luchtkamer van de tank af en wordt het gas erin samengeperst. Deze situatie draagt bij aan een toename van de druk in het systeem. Zodra de druk normaliseert, wordt het verwarmingsmedium uit het vloeistofcompartiment terug geduwd.

Als de druk snel stijgt, wordt bij het bereiken van een kritisch vloeistofvolume in de tank de veiligheidsklep geactiveerd. Als gevolg hiervan wordt overtollig verwarmingsmedium uit de tank verwijderd.

De gesloten constructie is volledig luchtdicht; aan de onderkant bevindt zich een flens met een inlaatpijp, aan de bovenkant een nippel voor het vullen met gas.

Afhankelijk van de vorm worden alle gesloten expansievaten voor installatie in het verwarmingssysteem onderverdeeld in de volgende typen:

1. Sferische – een type membraanconstructie met een elastisch tussenschot. Bij het binnenkomen van vloeistof rekt het uit en neemt het het volledige overtollige volume op. De tank zelf heeft de vorm van een bolvormige capsule.
2. Ovale – nog een type membraanhydraulische compensatoren. De ballon van het expansievat is traditioneel door een flexibel membraan verdeeld in een gas- en vloeistofkamer, maar de configuratie van de behuizing heeft een enigszins verticale langwerpige vorm.

Uiterlijk zijn ovale expansievaten cilindrische ballonnen, rood geverfd. Aan de ene kant is een nippel voorzien voor het creëren van druk in de gaskamer, aan de andere kant een aansluitpijp voor aansluiting op het systeem.

Op de behuizing zijn bevestigingspunten gelast die zorgen voor wandmontage van de apparatuur en die het werkgewicht kunnen dragen. De bolvormige modificatie van de tank verschilt alleen in vorm van de ovale.

Naar varianten worden membraan gesloten expansievaten verdeeld in diafragma- en ballonuitvoeringen

In gesloten systemen kan natuurlijke circulatie niet het vereiste drukniveau garanderen. Daarom wordt in de constructie een circulatiepomp opgenomen.

Het expansievat zelf kan op elk punt in het systeem worden geplaatst, maar bij het uitvoeren van installatiewerkzaamheden is het raadzaam om de volgende aanbevelingen in acht te nemen:

• De beste plaats voor installatie is de retourleiding, vóór het aansluitpunt van de pomp;
• Het is beter om de warmtedrager van bovenaf aan te voeren, wat de luchtpenetratie vermindert en de functionaliteit behoudt bij beschadiging van het membraan;
• Het gebrek aan het primaire volume kan worden gecompenseerd door de installatie van een extra expansievat met een kleinere capaciteit.

Bij de installatie is het niet verboden om rekening te houden met het interieur van de ruimte, indien nodig. Voor het controleren van de druk in het verwarmingssysteem moet het expansievat zijn uitgerust met een manometer.

Een gesloten expansievat wordt meestal voor de ketel geplaatst, vóór de installatieplaats van de circulatiepomp.

De mogelijkheid om het dicht bij de ketel te plaatsen, elimineert de noodzaak om het reservoir te isoleren. De apparatuur bevindt zich in een warme ruimte, wat het gebruiksgemak vergemakkelijkt.

Welke constructie is beter?

Systemen verschillen, afhankelijk van het ontwerp en het materiaal van het expansievat, in een lijst van voor- en nadelen. Maar volgens experts en ervaren gebruikers liggen de voordelen in functionaliteit bij de gesloten varianten.

Voor- en nadelen van een open vat

Een zelfstromend systeem heeft leidingen met een grotere diameter nodig, wat op zijn beurt direct de kosten verhoogt. Het budget voor de inrichting van een open verwarmingssysteem met een niet-afgedicht expansievat stijgt licht, maar blijft relatief laag.

De belangrijkste voordelen van deze optie zijn eenvoud en de lage kosten van componenten en installatiewerk. Een ander positief kenmerk is dat het niet nodig is om de druk te controleren.

Een expansievat van het open type voor kleine systemen kan worden samengesteld uit geïmproviseerde materialen, en de installatie ervan zal ook eenvoudig zijn.

Er zijn echter aanzienlijk meer nadelen:

• Het gebruik van antivries is gevaarlijk vanwege giftige dampen;
• De installatiemogelijkheden zijn beperkt tot alleen het hoogste punt van het systeem;
• Constant contact met de atmosfeer verhoogt het risico op luchtbellen en corrosie;
• Langzame opwarming;
• Temperatuurschommelingen die convectiecirculatie begeleiden, versnellen de slijtage van de apparatuur;
• Wordt gebruikt in de verwarming van laagbouw, maximaal twee verdiepingen;
• Grote warmteverliezen en energieverbruik voor opwarming.

Nog een nadeel van het open systeem zijn de verliezen door verdamping en overstroming. Daarom moet u bij de montage van de tank zorgen voor de toegankelijkheid van het bijvulopening.

Voor- en nadelen van een gesloten vat

Als open expansievaten winnen qua prijs en eenvoud van montagewerkzaamheden, dan is functionaliteit de sterke kant van de gesloten tank, die ook wel expansomat wordt genoemd. Deze worden gebruikt in de constructie van gesloten verwarmingssystemen die geen direct contact met de atmosfeer hebben.

Expansomaten hebben de volgende voordelen:

• volledige afdichting maakt gebruik van antivries mogelijk;
• de plaats van de expander heeft geen invloed op de werking van het systeem;
• isolatie van de binnenruimte van de tank minimaliseert de kans op luchtbellen en corrosievorming;
• na het opstarten warmt het systeem sneller op, is het gevoeliger voor het regelen van temperatuurinstellingen;
• een kleiner verschil tussen de operationele omstandigheden van aanvoer- en retourleidingen, wat uiteindelijk de operationele levensduur verhoogt;
• vereist geen montage van leidingen met grote diameter, wat besparingen bij de constructie mogelijk maakt;
• vereist geen constante aandacht voor het niveau en de toestand van de vloeistof;
• mogelijkheid tot toepassing in systemen ontworpen voor meerdere verdiepingen;
• kleine warmteverliezen, die de kosten bij de exploitatie van de apparatuur beperken.

Bij het kiezen van expanders van dit type kunnen er afgedichte flessen met een niet-demontabele constructie zijn. Bij een defect aan het membraan moet de fles worden vervangen door een nieuwe.

Voor controle van het werkdrukniveau wordt een manometer op de cilinder gemonteerd, en voor het afvoeren van overtollige lucht wordt een automatische of mechanische ontluchter geïnstalleerd.

Wat betreft de nadelen is het belangrijk om de complexiteit van de constructie te vermelden, evenals de speciale materiaalvereisten die de kosten van de apparatuur verhogen. Hieraan kan de noodzaak van constante drukcontrole en het herstellen ervan indien nodig worden toegevoegd.

Regels voor het berekenen van de capaciteit van het reservoir

Een expander van elk type is alleen effectief bij een juiste volumekeuze. Hiervoor moet rekening worden gehouden met het vermogen van de vloeistof om uit te zetten tijdens het verwarmen. Water in de verwarmingsringen zet uit met ten minste 3% van het totale volume van het watersysteem, antivries met bijna 5%.

Vloeistoffen behoren tot de categorie niet-samendrukbare media, daarom moet het reservoir voldoende reserve bieden voor thermische uitzetting met enige marge. Bij volledige vulling van het circuit met warmtedrager kan zelfs de thermische uitzetting in berekende volumes leiden tot het afvoeren van vloeistof via de veiligheidsklep en het morsen van warmtedrager op de vloer.

Om te voorkomen dat de volumetoename van de uitzettende warmtedrager tot ongevallen leidt, worden gesloten expansievaten voor kleine circuits in particuliere huizen zodanig aangeschaft dat hun volume gelijk is aan 10% van het totale volume van de in het systeem circulerende warmtedrager. Deze regel is van toepassing voor systemen met een capaciteit tot 150 liter.

Als er meer dan 150 liter warmtedrager door de verwarmingsring circuleert, wordt de capaciteit van het gesloten vat berekend door het totale vloeistofvolume te vermenigvuldigen met de uitzettingscoëfficiënt bij specifieke waarden van de werktemperatuur in het systeem.

Bij de verkregen waarde moet de omvang van het waterleg worden opgeteld, d.w.z. het volume warmtedrager dat in de tank is ontstaan als gevolg van de standaard statische druk van de vloeistof. Voor grote verwarmingsringen is deze indicator in de regel gelijk aan 0,5% van het totale volume warmtedrager, voor kleine met een inhoud tot 150 liter wordt deze op 20% gesteld.

Het verkregen bedrag wordt vermenigvuldigd met een correctiefactor, bepaald op basis van de waarden van de voor- en einddruk in het verwarmingssysteem. De voordruk wordt genomen met de berekening dat er 1 bar per 10 meter hoogte van het circuit is. De einddruk ontstaat als resultaat van de werking van het systeem.

De berekening van het volume van een gesloten expansievat voor grote complexe verwarmingsconstructies ziet er als volgt uit:

In de berekeningen zijn gebruikt: Vn – nominaal volume van het gesloten vat; Ve – volume warmtedrager bij thermische uitzetting (berekend met de formule Vsysteem×n%, waarbij n de temperatuuruitzettingscoëfficiënt van de warmtedrager is); Vv – waterleg; po – voordruk; pe – indicator van de einddruk, gelijk aan de waarde van de maximale druk van de veiligheidsklep minus 0,5 bar.

De capaciteit van het open type wordt niet strikt gereguleerd door normen, maar er geldt een regel: het volume van het open reservoir tot aan de overloopaansluiting moet 3,5 – 4% van het totale volume van de warmteoverdrachtsvloeistof in het verwarmingscircuit bedragen.

Een dergelijke schatting is voldoende voor een klein vakantiehuisje, maar een gebouw voor permanente bewoning vereist een nauwkeurigere berekening. Eerst moet het totale volume van het verwarmingssysteem worden bepaald.

Opties voor het berekenen van de totale capaciteit van de verwarming

Deze waarde kan met verschillende nauwkeurigheid worden bepaald met drie hoofdsmethoden. Ten eerste op basis van de specificaties van de ketel. Zo is er per eenheid vermogen van de ketelapparatuur ongeveer 15 liter vloeistof nodig. Om de benodigde gegevens te verkrijgen, moet u 15 vermenigvuldigen met het vermogen van de ketel zoals aangegeven in het technische gegevensblad.

Ten tweede kan het volume worden bepaald met behulp van een watermeter tijdens het vullen van het systeem. Tijdens het vullen wordt de hoeveelheid gebruikte vloeistof geregistreerd. Dit is een nauwkeurigere maar omslachtigere optie.

De derde methode behelst het berekenen van het totale volume van alle componenten van het verwarmingssysteem. Dit is de meest nauwkeurige optie. De capaciteit van de warmtewisselaar van de ketel, radiatoren, convectoren en meetinstrumenten kan worden bepaald aan de hand van de specificaties. Voor het berekenen van de capaciteit van leidingen worden gegevens uit een tabel gebruikt.

In de tabel worden de afmetingen van buizen in inches en hun volume in liters per 1 meter weergegeven, die wordt gebruikt voor het optellen van het totale volume

In de tabel staat het volume van buizen per meter lengte, gemaakt van de meest gangbare en moderne materialen. De binnendiameter is aangegeven in inches van 0,5 tot 1,5 eenheden.

Nog een methode die aanspraak maakt op hoge nauwkeurigheid, is berekening met de formule:

Vtotaal = π x D2 x L/4,

waarbij:

• π – is gelijk aan 3,14;
• D – staat voor de parameters van de binnendiameter van de buizen;
• L – geeft de lengte van de leidingen van het systeem aan.

Nadat de benodigde gegevens zijn verkregen, worden ze opgeteld en wordt het totale volume van het systeem verkregen, dat wordt gebruikt in verdere berekeningen.

De stappen en formules van de volledige berekeningscyclus voor het ontwerpen en organiseren van de verwarming van een particuliere woning vindt u hier. Wij raden u aan deze nuttige informatie te bekijken.

Keuze van het expansievat aan de hand van een tabel

Bij aanwezigheid van de benodigde gegevens kan de optimale expander worden gekozen met behulp van een tabel met volumes en berekende druk.

Het totale volume van het systeem wordt berekend volgens de aangegeven methode, de drukken zijn alleen relevant voor gesloten uitvoeringen en staan vermeld in de technische gegevens van de apparatuur.

Gegevens uit de tabel maken het mogelijk om een expandervolume te kiezen van 4 tot 300 liter

Deze optie vereist geen speciale berekeningen, behalve het berekenen van het totale volume van het systeem. Het gebruik van de tabel vergemakkelijkt en versnelt de keuze van een expander met de benodigde tankinhoud aanzienlijk.

Gebruik van formules voor de berekening

Als de gegevens in de tabel niet toereikend zijn, is het mogelijk om de benodigde waarde van het volume van de tank zelf te berekenen.

Hiervoor wordt de volgende formule gebruikt:

Vb = Vc x k/D,

waarbij:

• Vb – geeft het gezochte volume van het expansievat aan;
• Vc – het totale volume van het systeem;
• k – de uitzettingscoëfficiënt van de vloeistof bij verhitting;
• D – de efficiëntiefactor van het expansievat.

Van de voor de berekening benodigde gegevens blijven de coëfficiënten k en D onbekend. De eerste is een tabelwaarde, en de tweede wordt berekend met een aparte formule.

Er bestaat ook een tabel voor thermische uitzetting die wordt gebruikt. Deze maakt het mogelijk om de coëfficiënt te bepalen voor systemen met water of antivries. De waarde is niet lineair, verandert bij verhitting, afhankelijk van de aanwezigheid en concentratie van glycol in de vloeistof.

Met behulp van deze gegevens kunnen de parameters van de uitzettingscoëfficiënt van de vloeistof bij verhitting (k) worden bepaald, die nodig zijn voor de berekening van het volume van het expansievat.

Voor water wordt de concentratie ethyleenglycol op '0' gesteld, voor antivries wordt de concentratie bepaald aan de hand van de door de fabrikant opgegeven gegevens. De verhittingstemperatuur wordt beschouwd als de bedrijfstemperatuur voor het specifieke systeem.

Om zelf de efficiëntiefactor van het expansievat te berekenen, wordt de volgende formule gebruikt:

(Qm – Qb) : (Qm + 1),

waarbij:

• Qm – de maximale druk van het systeem volgens de in het gegevensblad vermelde drempel van de veiligheidsklep;
• Qb – de voordruk in de luchtkamer van het expansievat volgens het technische gegevensblad.

Als de laatste parameter onbekend is, wordt deze gemeten bij het oppompen of door het laten ontsnappen via de nippel van het vat.

Andere berekeningsmethoden

Naast zelfberekeningen met formules en tabellen zijn er alternatieve methoden. Een toegankelijke optie is de hulp van een online calculator.

Er is geen gebrek aan online bronnen die aanbieden om de gezochte waarde online te berekenen. Ze zijn eenvoudig te vinden via een zoekopdracht.

Een andere optie om de benodigde gegevens te verkrijgen is het raadplegen van professionele ontwerpers. Dit is de meest betrouwbare manier, maar de nauwkeurigheid van de verkregen informatie zal vrij duur zijn.

Met de installatie- en aansluitingsregels voor expansievaten van het gesloten en open type maakt het volgende artikel u vertrouwd, dat aan deze onderwerpen is gewijd.

Hoe kiest u op de juiste manier een expansievat?

Het wordt aanbevolen om al in de planningsfase te beslissen over het type verwarmingssysteem. De keuze van het vat wordt meestal uitgesteld tot na de bouw van de schil, wanneer het systeem is geïnstalleerd en het volume bekend is.

Bij het kiezen van de optimale expansievat wordt aanbevolen:

• te letten op een volume van het gesloten expansievat dat groter is dan de waarde van de thermische uitzetting van het koelmedium;
• Bij aankoop moet u letten op de aansluiting, de vorm van de tank en de locatie van de aansluitingen voor bevestiging – dit voorkomt verrassingen tijdens de installatie;
• Het is belangrijk om aandacht te besteden aan de instructie op de behuizing, die nuttige informatie bevat over installatie en technische parameters.

Bij aankoop kunt u het beste vertrouwen op een gerenommeerde producent, zelfs als zijn tanks duurder zijn. Dit garandeert de duurzaamheid van het verwarmingssysteem, mits correct gebruik en regelmatig onderhoud.

Voor aansluiting wordt de voordruk in de gasruimte van het membraanvat ingesteld op een waarde gelijk aan de statische druk van de koelvloeistofkolom in het verwarmingscircuit. De instelling gebeurt met een gewone autopomp, gecontroleerd met een manometer.

Het belangrijkste is om niet een boilervat voor het verwarmingssysteem te kopen – ze zijn volledig verschillend in hun technische kenmerken.

Men mag expansievaten voor verwarmingssystemen niet verwarren met hydroaccumulatoren voor koudwaterleidingen. Ze verschillen in uiterlijk en constructie. De eerste zijn rood geverfd en meestal niet demonteerbaar, de tweede zijn blauw en hebben een verwijderbare flens voor membraanreparatie.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

De video helpt u bij het bepalen van de parameters van het expansievat van het gesloten type en het begrijpen van de verschillen tussen tanks voor verwarming en boilersystemen:

Werkingsprincipe en selectiekenmerken van het vat in de videoclip:

Het verwarmingssysteem van een woonhuis kan worden uitgevoerd volgens een open of gesloten schema, wat de installatie vereist van een expansievat met de juiste constructie. De belangrijkste factor voor de werking ervan is het volume, dat u zelf kunt berekenen of kunt overlaten aan professionele ontwerpers.

Goed gekozen apparatuur helpt het vereiste vloeistofvolume in een open systeem te behouden, en in een gesloten verwarming ondersteunt het het werkdrukniveau.

Laat u alstublieft uw commentaar achter in het onderstaande blok. Deel uw eigen ervaring met het monteren van verwarmingscircuits met een expansievat en nuttige informatie voor bezoekers van de site. Stel vragen, publiceer foto's over het onderwerp van het artikel.