Il vaso di espansione è un recipiente chiuso in acciaio la cui membrana precaricata a gas assorbe l'aumento di volume dell'acqua di riscaldamento quando si scalda (circa il 4% tra 10 °C e 100 °C), mantenendo stabile la pressione dell'impianto. Nei circuiti solari il vaso deve inoltre assorbire l'intero contenuto di fluido del collettore spostato dal vapore durante la stagnazione, il che rende i vasi solari da due a tre volte più grandi dei vasi per riscaldamento con un volume d'impianto analogo.
Che cosa fa un vaso di espansione?
L'acqua si dilata quando si riscalda, di circa il 4% tra 10 °C e 100 °C, e in un circuito chiuso quel volume in più non ha dove andare. Il vaso di espansione glielo offre: un involucro in acciaio diviso da una membrana elastica, con azoto o aria in pressione da un lato e fluido d'impianto dall'altro. Quando il fluido si dilata, la membrana si flette e il cuscino di gas si comprime, così la pressione dell'impianto sale dolcemente anziché schizzare fino alla valvola di sicurezza. Quando l'impianto si raffredda, il gas rimanda indietro il fluido. Ogni circuito chiuso di riscaldamento, solare e a pompa di calore ne ha bisogno, correttamente dimensionato e correttamente precaricato.
Come si dimensiona un vaso di espansione solare?
Un vaso solare deve contenere tre volumi e il terzo è quello che sorprende: la dilatazione termica dell'intero contenuto di fluido, una piccola riserva di esercizio e l'intero contenuto liquido del campo collettori, che il vapore sposta nel circuito durante la stagnazione.
| Componente del volume | Che cosa copre | Ordine di grandezza tipico |
|---|---|---|
| Dilatazione termica | 4–7% del volume dell'impianto (le miscele di glicole si dilatano più dell'acqua) | Alcuni litri |
| Riserva di esercizio | Mantiene il fluido nel vaso in ogni condizione | 2–4 litri |
| Collettore + zona raggiunta dal vapore | Intero contenuto del collettore espulso durante la stagnazione | La quota dominante |
Più la pressione massima di esercizio è vicina alla taratura della valvola di sicurezza (6 bar nei circuiti solari standard), più grande deve essere il vaso, perché il cuscino di gas può comprimersi meno. Per un tipico impianto monofamiliare con circa 5 m² di collettori, il calcolo porta a un vaso solare da 18–35 L, contro circa 10 L per un circuito di riscaldamento con lo stesso contenuto d'acqua. Il sottodimensionamento si manifesta con una valvola di sicurezza che gocciola ogni pomeriggio caldo e con misteriose perdite di pressione entro l'autunno.
Qual è la pressione di precarica corretta?
La precarica è pari alla pressione dovuta all'altezza statica più un margine: 0,1 bar per ogni metro di dislivello tra il vaso e il punto più alto del collettore, più circa 0,3 bar. Un dislivello di 8 m richiede quindi una precarica di circa 1,1 bar e la pressione di riempimento a freddo viene impostata circa 0,3 bar sopra: per questo la maggior parte degli impianti solari residenziali funziona a 1,5–2,5 bar a freddo. La precarica va controllata con il lato fluido depressurizzato, idealmente ogni anno: i vasi a membrana perdono lentamente gas per diffusione, e un vaso a metà della sua precarica si comporta come un vaso di dimensioni dimezzate.
Perché i circuiti solari richiedono vasi speciali o un vaso di preraffreddamento?
A causa della temperatura. Le membrane dei vasi costruiti secondo la EN 13831 tollerano solo temperature continue moderate sulla membrana (circa 70 °C è un limite comune), mentre la stagnazione può spingere verso il vaso fluido o vapore prossimo all'ebollizione. La prassi solare monta quindi il vaso sotto il gruppo di circolazione solare, sulla linea di ritorno, collegato dal basso in modo che una colonna di fluido in raffreddamento protegga la membrana. Dove i carichi di temperatura di stagnazione sono severi (grandi campi collettori, tubazioni corte) a monte viene montato un vaso di preraffreddamento non isolato che raffredda il fluido spostato prima che raggiunga la membrana. La membrana deve inoltre essere certificata a tenuta di glicole per i circuiti con glicole propilenico.
Come si riconosce un vaso di espansione guasto?
Prevalgono tre sintomi: una pressione che oscilla ampiamente tra lo stato freddo e quello caldo, una valvola di sicurezza che scarica nel normale funzionamento e tubazioni che battono o martellano. La prova in campo richiede pochi secondi: premere brevemente lo stelo della valvola del gas sul vaso; l'uscita di gas è normale, l'uscita di fluido significa che la membrana si è rotta e il vaso deve essere sostituito. Un vaso con membrana integra ma bassa pressione del gas può semplicemente essere ricaricato con azoto o aria al valore calcolato.
Domande frequenti
Che cosa succede se il vaso di espansione solare è troppo piccolo?
Durante la stagnazione il fluido spostato del collettore non ha dove andare, la pressione raggiunge la valvola di sicurezza da 6 bar e il fluido viene espulso. Dopo il raffreddamento la pressione dell'impianto è troppo bassa e gli eventi ripetuti svuotano il circuito. Una perdita di pressione cronica ogni estate è il sintomo classico di un vaso sottodimensionato.
Dove va installato il vaso di espansione?
Sulla linea di ritorno vicino al gruppo di circolazione, sul lato aspirazione della pompa, collegato dal basso, con il vaso sospeso sotto la tubazione. Ciò mantiene fredda la membrana ed evita sacche d'aria nella linea di collegamento; non escluderlo mai dal circuito, se non tramite una valvola bloccabile o dotata di cappuccio.
Posso usare un normale vaso per riscaldamento in un circuito solare?
No. I vasi solari richiedono una membrana resistente al glicole e a temperature più alte e un dimensionamento basato sulla stagnazione. Un vaso per riscaldamento con la stessa capacità in litri si guasterà presto ed è in genere troppo piccolo per il volume di fluido spostato dal collettore.
Ogni quanto va controllata la precarica?
Una volta all'anno, con il lato acqua depressurizzato. I vasi perdono gas lentamente per diffusione; ripristinare la precarica calcolata (altezza statica in bar più 0,3) riporta al pieno il volume utile e richiede pochi minuti.