Waarom dit vat je aandacht verdient

Wat vooraf ging

Het was een donkere natte winteravond, rond de eeuwwisseling.

Ik werkte bij de marktleider voor het beheer van HVAC-installaties in utiliteitsgebouwen.

In onze bedrijfskantine kregen we een voordracht van Karl Willemen** (toen topman van Pneumatex, nu Resus), over drukbeheer in hydronische systemen.

We kregen de presentatie gespreid over 2 lange avonden. In de vrije tijd van de techniekers.

Het was opmerkelijk dat niemand zelfs maar overwoog om vóór het einde te vertrekken.

De tweede avond kwam iedereen opnieuw gewillig aan Karl’s lippen hangen.

Na afloop barstte een staande ovatie los.

Uit dat verhaal blijkt dat Karl Willemen een indrukwekkend communicator is, en een genie in hydronisch systeemdenken.

Het toont ook dat wij, ervaren vakmensen, snakten naar inzicht in een materie die we, geheel onterecht, geloofden te beheersen.

Dankzij Karl is de vakwereld zich nu, meer dan toen, bewust van het belang van een goed werkend expansievat.

Toch komen jonge HVAC-technici, meer dan ooit, terecht in een vakgebied dat een astronomische hoeveelheid kennis vergt, die door de hele wereld wordt geringschat.

Karl wees me onlangs op een fout in de onderstaande tekst, die wat ouder is dan deze inleiding. Het gaat over een hardnekkig misverstand dat maar niet valt uit te roeien.

De taak van het expansievat

In een verwarmingsinstallatie zit water, dat uitzet bij opwarming en krimpt bij afkoeling. Water is niet samendrukbaar. Het is de taak van het expansievat om de toenemende en krimpende inhoud van de installatie op te vangen terwijl de druk in haar leidingen binnen vooraf bepaalde grenzen blijft.

Een goed beheer van de installatiedruk is belangrijk: met voldoende druk is de installatie helemaal tot boven gevuld, blijven gassen als stikstof in het water opgelost en is de aanzuigdruk van pompen voldoende om problemen te voorkomen.

Werkingsprincipe

Binnen in het vat worden twee ruimten gescheiden door een membraan van kunststof.

In de ene kamer zit water, in de andere lucht. Wanneer de uitgezette inhoud van de installatie in het vat stroomt, wordt het luchtkussen samengedrukt. De druk in de luchtkamer neemt wat toe.

Als het volume installatiewater krimpt, gebeurt het omgekeerde.

Het vat moet voldoende groot zijn: enerzijds om voldoende water op te kunnen vangen (het uitzettingsvolume + een minimale reserve aan water), anderzijds moet het een luchtkussen bevatten dat de juiste tegendruk biedt.

Die uitzetting komt en gaat vanzelf, met de opwarming en afkoeling van de installatie. De reserve dient steeds in het vat aanwezig te zijn, om minimale lekjes en eventueel drukverlies door ontluchting op te vangen.

Selectieparameters

Uit het werkingsprincipe, kan je volgende selectieparameters afleiden:

Hoe groter de waterinhoud van de installatie en hoe hoger de ontwerptemperatuur (bijvoorbeeld regime 80/60), hoe groter het uitzettingsvolume en de inhoud van het vat.

Een hoger gebouw heeft een hogere installatie met een hogere vuldruk. Die installatie werkt dan dichter bij de maximale druk (het veiligheidsventiel opent doorgaans bij 3 bar). Het luchtkussen in het expansievat zal dan groter moeten zijn om het uitzettingsvolume op te vangen bij een kleinere drukstijging.

De hoogte van de installatie bepaalt daarom, samen met de inhoud en de temperatuur van de installatie, de inhoud van het vat.

De hoogte van de installatie bepaalt de druk van het luchtkussen (voordruk).

Het nulpunt van de installatie

Om het membraan te beschermen wordt het vat best geplaatst op een punt in de installatie waar de temperatuur het laagst is: vóór het afgekoelde water opnieuw in de ketel stroomt.

De plaats van het vat wordt wel eens het ‘nulpunt van de installatie’ genoemd omdat de druk daar constant blijft, onafhankelijk van de werking van de pomp. Dit heeft te maken met de nogal complexe combinatie van druk veroorzaakt door waterkolom en druk veroorzaakt door stroming van water.

Door het vat op te nemen aan de zuigzijde van de pomp is die pomp beter beschermd en is voldoende druk op de hoogste punten van de installatie beter verzekerd.

Onderhoud

Het luchtkussen in het vat moet regelmatig worden gecontroleerd en bijgevuld indien nodig. Dat kan enkel met een leeg vat. Als er tussen de installatie en het vat geen afsluiter met een aflaatkraantje zit dan is dat onderhoud zo moeilijk dat er nooit wat van komt.

Als je de bandenspanning van je auto nooit opvolgt rijd je uiteindelijk met platte banden. Het is even vanzelfsprekend dat het luchtkussen van het expansievat (eigenlijk hoort er stikstof in te zitten)* met de tijd afneemt en verdwijnt.

Is dat erg?

Een installatie met een expansievat dat niet correct werd gedimensioneerd, geïnstalleerd of onderhouden komt aan de bovenkant nogal gemakkelijk in onderdruk en zuigt daar lucht op via de automatische ontluchters.

In lucht zit zuurstof en stikstof. De zuurstof die in de installatie komt wordt, bijna ogenblikkelijk, verbruikt in allerlei corrosieprocessen die zorgen voor vuil, verstoppingen, kapotte pompen en lekken.

De stikstof blijft over en vormt soms gaskussens die de doorstroming en emissie van de radiatoren belemmeren en zorgen voor een vervelende “soundtrack” bij de verwarming.

Die gaskussens nemen eveneens de rol van het slecht werkende expansievat over. Je hebt dan een installatie die voortdurend lucht inademt en stikstof uitademt.

Ademen is goed voor de mens, niet voor verwarmingsinstallaties!

*Dat blijkt dan toch niet te kloppen. Karl Willemen over het vullen van expansievaten met stikstof:

Dat van die stikstof is een “urban legend” die inmiddels driekwart eeuw oud is. Het dateert nog van de tijd toen op grote installaties de eerste “gesloten vaten” geïnstalleerd werden met stikstofkussen rechtstreeks op het water. Doordat er geen scheidingsmembraan was, MOEST men wel stikstof gebruiken (in de tuinbouw is dit systeem nog tot de jaren ’90 in gebruik gebleven, wat technisch ook wel kon omwille van de zeer lage statische hoogte van die systemen…..)

Bij membraanexpansievaten is er NOOIT geen enkele fabrikant geweest die deze vulde met stikstof (ja…voor pakweg 78% 🙂 ). De reden is simpel: het is véél te duur – en bij sommige zelfs technisch ondoenlijk- om dergelijke vaten eerst vacuüm te trekken, om ze dan met zuivere stikstof te kunnen vullen. Ook “spoelen” met stikstof is omslachtig, en voor de gangbare prijzen in die markt volstrekt onmogelijk.

TROUWENS: het –pakweg 21%- zuurstofaandeel in perslucht is na enige tijd sowieso uit het vat verdwenen, vanwege de veel hogere diffusiesnelheid van zuurstof t.o.v. stikstof doorheen het rubber membraan. Dat is trouwens de reden waarom met bij racewagens de banden vult met stikstof – die druk blijft langer, anders zit je met een initiële drukval o.i.v. ontsnappende zuurstof, die dan plots minder steil wordt als er alleen nog maar stikstof overblijft.

Samengevat: in een membraanexpansievat dat een paar jaar oud, zit inderdaad alleen nog maar stikstof, omdat de zuurstof weggediffundeerd is (en in het CV water wegreageert met het staal van het systeem)

**Karl Willemen is een autoriteit op het vlak van drukbeheer in hydronische systemen.

Voor zover ik weet, is hij de enige Belg in de lijst van bijdragers aan de Duitse HVAC-bijbel Sprenger & Recknagel.

Karl is bovendien een meester presentator en de meester entrepreneur die van het bedrijf Pneumatex de internationale ster maakte die uiteindelijk aan IMI-hydronic werd verkocht.

Ondertussen werd Karl Willemen de uitvinder van de Risycor-sensor, voor automatische corrosie-detectie in hydronische systemen (www.resus.eu).

GRATIS: Masterclass

“Hoe giet je een stalen installatie vol water zonder problemen met corrosie te verwachten?”

Een expansievat is meestal niet goed onderhouden en dat is altijd de oorzaak van lucht- en corrosieproblemen in de installatie

Deel daarom dit artikel met jouw LinkedIn contacten, Facebook vrienden, Twittervolgers en Google+ circles via de share knoppen hieronder, zodat ook de mensen in jouw netwerk profiteren.