Expansievat

Water laat zich niet samendrukken. Zodra de brander van een cv-ketel aanslaat en de temperatuur in het systeem stijgt, zet het water uit. In een gesloten circuit van starre leidingen en radiatoren leidt dit direct tot een exponentiële drukstijging. Het expansievat fungeert hierbij als een elastische buffer. Intern wordt het vat door een rubberen membraan in tweeën gedeeld: één zijde staat in directe verbinding met het systeemwater, terwijl de andere zijde een gasvulling onder druk bevat, meestal stikstof. Gas is wel samendrukbaar. Bij opwarming drukt het expanderende water tegen het membraan en verkleint het gasvolume, waardoor de druk gecontroleerd toeneemt in plaats van destructief te worden. Zodra het systeem afkoelt, duwt de gasvulling het water weer terug de installatie in. Zonder deze constante balancering zou het overstortventiel bij elke stookcyclus water lozen, met drukverlies en corrosie door vers suppletiewater tot gevolg.

Systeemintegratie en operationele cyclus

De integratie van een expansievat in een vloeistofinstallatie vindt doorgaans plaats aan de retourzijde van het circuit. De positionering geschiedt bij voorkeur aan de zuigzijde van de circulatiepomp. Hier beïnvloedt de pompdruk de werking van het vat het minst. Voor de fysieke montage wordt de gasvoordruk in het vat nauwkeurig afgestemd op de statische hoogte van de specifieke installatie. Dit gebeurt terwijl de waterzijde nog drukloos is. Het vat wordt meestal verticaal geplaatst op een wandbeugel of expansievatconsole.

Het proces in het vat volgt de thermische cyclus van de installatie. Wanneer de warmtebron het water verhit, zet de vloeistof uit en stroomt deze via de aansluiting het vat binnen. Het flexibele membraan vervormt. Aan de andere zijde van dit membraan bevindt zich het gasvolume dat door de vloeistofdruk wordt gecomprimeerd. De druk in het volledige systeem stijgt lineair mee met de compressie van het gas, maar blijft binnen de vooraf berekende werkdruk. Bij afkoeling van het systeemwater krimpt het volume. De opgeslagen energie in het samengeperste gas drukt het membraan terug en stuwt het water de installatie weer in. Deze constante uitwisseling voorkomt dat de druk oploopt tot het punt waarop een overstortventiel geforceerd opent. De integriteit van het gesloten systeem blijft zo gewaarborgd zonder handmatige interventie.

Het ene vat is het andere niet. Kleur verraadt vaak de functie. Rood is de standaard voor gesloten cv-installaties. Hierin circuleert dood, zuurstofarm water. Voor drinkwatersystemen en warmtapwaterbereiding is een wit of blauw expansievat de norm. Deze sanitaire vaten onderscheiden zich door het gebruik van materialen die de waterkwaliteit niet aantasten en zijn inwendig vaak gecoat om corrosie door zuurstofrijk water te voorkomen.

Verschil in membraantechnologie

Niet elk vat werkt met een vaste scheidingswand. We maken onderscheid tussen vaten met een vast membraan en vaten met een vervangbare balg. Bij een membraanvat zit de rubberen plaat vastgeklemd tussen de twee vathelften. Een balgvat, ook wel zakvat genoemd, bevat een flexibele rubberen zak waarin het water wordt opgevangen. Het grote voordeel? Het water komt nooit in contact met de stalen wand van het vat. Dit minimaliseert roestvorming en verlengt de levensduur aanzienlijk bij intensief gebruik of agressieve vloeistoffen.

Solar-expansievaten zijn een klasse apart. Ze moeten bestand zijn tegen extreme temperaturen en chemische toevoegingen zoals glycol. Een standaard cv-vat begeeft het snel in een zonneboiler-circuit. De hoge thermische belasting tast het standaard SBR-rubber aan. Solar-vaten maken daarom gebruik van membranen uit EPDM of andere hoogwaardige elastomeren die temperaturen tot ver boven de 100 graden Celsius aankunnen zonder hun elasticiteit te verliezen.

Stilstaand water in een drinkwatersysteem is een broedplaats voor bacteriën. Vooral de legionellabacterie gedijt goed in de warme, rustige omgeving van een sanitair expansievat. De oplossing is het doorstroombare expansievat. Door middel van een speciaal T-stuk of een intern stromingsmechanisme wordt een deel van de hoofdstroom continu door het vat geleid. Geen stilstand. Geen biofilm. Een veiligere installatie. In veel utiliteitsprojecten is dit type zelfs verplicht.

Type	Toepassing	Kenmerk
CV-vat (Rood)	Centrale verwarming	Stikstofvulling, SBR-membraan
Sanitair vat (Wit/Blauw)	Drinkwater/Boilers	IIR/Butyl-membraan, vaak doorstroombaar
Solar-vat	Zonneboilers	Hoge temperatuurbestendigheid, glycol-proof
Intermediair vat	Koelsystemen	Extra buffer voor temperatuurscheiding

In de bijkeuken van een gemiddelde eengezinswoning hangt de bekende rode cilinder vaak op ooghoogte naast de cv-ketel. Je herkent het moment dat het vat niet meer naar behoren functioneert direct aan de drukmeter op de ketel; deze schiet bij het opwarmen van de woning razendsnel omhoog richting de 3 bar. De overstortbeveiliging begint dan te druppelen. Een monteur tikt in zo'n situatie met een schroevendraaier tegen de boven- en onderzijde van het vat. Klinkt het overal dof? Dan zit het vat volledig vol met water en is de gasbuffer verdwenen. Een heldere, metaalachtige klank aan de gaszijde duidt meestal op een gezonde werking. In een grote commerciële keuken of een sportcomplex tref je vaker witte of blauwe vaten aan bij de warmwaterbereiding. Hier zie je een specifiek praktijkvoorbeeld van legionellappreventie: het vat is aangesloten met een doorstroomarmatuur. Terwijl de kranen openstaan, circuleert er continu een fractie van het drinkwater door het vat om stagnatie te voorkomen. Dit ziet eruit als een compacte vertakking direct onder het vat, vaak voorzien van een groene of rode ring. Bij zonnecollectoren op een schuin dak is de opstelling nog specifieker. In de technische ruimte zie je een solar-station met een grijs of groen vat. Vaak is er een extra voorschakelvat geplaatst. Dit kleine tussenstation koelt de hete vloeistof af voordat deze het eigenlijke expansievat bereikt. Tijdens een snikhete zomerdag, wanneer de pomp van de zonneboiler stopt omdat de maximale boilertemperatuur is bereikt, zie je de druk in dit circuit fors stijgen. Het solar-expansievat vangt dan de volledige stoomproductie in de collector op zonder dat er kostbare glycolvloeistof verloren gaat.

Normen en Richtlijnen

De Europese Richtlijn Drukapparatuur 2014/68/EU regeert. Kortweg de PED. Elk expansievat met een werkdruk boven de 0,5 bar moet hieraan voldoen om de veiligheid in gebouwen te waarborgen. Fabrikanten voeren hiervoor complexe sterkteberekeningen uit en testen de integriteit van de lasnaden. De CE-markering op het vat is het bewijs. In de Nederlandse installatietechniek dicteert de NEN-EN 12828 vervolgens de inrichting van verwarmingssystemen, inclusief de exacte bepaling van de expansiecapaciteit. Geen natvingerwerk. Pure natuurkunde vastgelegd in normen.

Voor drinkwater gelden zwaardere hygiëne-eisen. De NEN 1006 vormt de basis. In samenhang met de Waterwerkbladen, specifiek blad 3.1 en 4.4, dwingt deze norm af dat water in een vat niet mag stagneren. Doorstroomarmaturen zijn daar de technische oplossing voor. Geen stilstand. Geen legionellarisico. Materialen moeten bovendien voldoen aan de Regeling materialen en chemicaliën drink- en warmtapwatervoorziening. Een KIWA-keurmerk op de gebruikte componenten is in de praktijk de standaard.

De productwaarde (druk × volume) bepaalt of een vat onder de algemene zorgplicht valt of dat er een strikt regime van periodieke herkeuringen geldt.

Bij grotere systemen in de utiliteit of industrie komt de Warenwetregeling drukapparatuur 2016 om de hoek kijken. Hier telt de productwaarde. Overschrijdt de maximale druk vermenigvuldigd met het volume de wettelijke grenzen? Dan is een Keuring vóór Ingebruikneming (KvI) door een aangewezen instantie verplicht. Ook de periodieke herkeuring is dan een wettelijke taak voor de gebouweigenaar om de structurele integriteit te blijven garanderen. Veiligheid is geen optie, het is een plicht die rust op de schouders van de beheerder.

Vroeger stonden ze steevast op het hoogste punt van het huis: open expansievaten. Meestal waren dit eenvoudige gegalvaniseerde bakken op de zolder. Het principe was rudimentair en werkte op basis van zwaartekracht en een open verbinding met de buitenlucht. Zodra het water in de kolengestookte installatie opwarmde, steeg het peil in de bak. Simpel, maar technisch problematisch. Zuurstof drong ongehinderd het systeem binnen via het wateroppervlak. Het resultaat was een agressief corrosieproces dat radiatoren en leidingen van binnenuit opvrat. Bovendien zorgde verdamping voor constant waterverlies en bevroren de vaten tijdens strenge winters regelmatig, met catastrofale lekkages tot gevolg.

De grote omslag vond plaats halverwege de twintigste eeuw. De behoefte aan onderhoudsarme en efficiëntere verwarming dreef de sector naar gesloten systemen. In 1950 pionierde de Zwitser Otto Adler met het eerste gesloten expansieconcept onder de naam Pneumatex. In de beginfase ontbrak echter een fysieke scheiding; lucht en water zaten samen in één tank. Dit bleek een tijdelijke oplossing. De lucht loste na verloop van tijd op in het water, waardoor de noodzakelijke gasbuffer verdween en de installatie alsnog onder gevaarlijke druk kwam te staan.

Het moderne expansievat zoals wij dat kennen, met een flexibel membraan, werd de standaard vanaf de jaren '60. Deze technologische sprong maakte een einde aan de directe interactie tussen vloeistof en gas. Geen diffusie meer. Geen roestende zolderbakken. De introductie van stikstof als stabiele vulling verving de normale omgevingslucht. Sinds die tijd is de ontwikkeling vooral gericht op materiaalspecialisatie. Waar vroeger één type vat volstond, dwongen de opkomst van drinkwaterveiligheid (legionellapreventie) en de extreme temperaturen in zonthermische systemen de markt tot het ontwikkelen van de specifieke witte en solar-vaten die vandaag de dag de technische ruimtes sieren.

• https://nl.wikipedia.org/wiki/Expansievat
• https://cvprobleemkwijt.nl/blog/werking-expansievat