Wat is een veiligheidsventiel of veiligheidsklep?

Een veiligheidsventiel of veiligheidsklep is een beveiligingssysteem dat wordt aangebracht in een toevoerleiding van een apparaat en automatisch opent of sluit wanneer er in het systeem een bepaalde maximumwaarde van temperatuur of druk wordt overschreden. Het veiligheidsventiel zorgt er voor dat het (leiding)systeem niet beschadigd wordt door de opgebouwde druk door de druk (voor een deel) te laten ontsnappen. Het veiligheidsventiel zal bij een te grote druk een deel van het gas of de vloeistof laten ontsnappen uit het systeem. Men heeft het dan over het laten ontsnappen van het ‘drukopbouwende medium’. Ook kan het veiligheidsventiel er voor zorgen dat de toevoer van het medium wordt beperkt waardoor de druk afneemt.
Er worden in systemen verschillende soorten veiligheidskleppen. Deze worden in twee hoofdgroepen ingedeeld namelijk de automatische en gestuurde veiligheidskleppen. Het verschil tussen deze veiligheidskleppen wordt kort toegelicht:

  • Gestuurde veiligheidsventielen worden doormiddel van een alarm in een elektronische besturing geschakeld.
  • Automatische ventielen kunnen zelf de grootheid van een medium meten. Wanneer er sprake is van een overschrijding van de ingestelde grenswaarde zal de klep zich automatisch gaan sluiten. Een voorbeeld van een automatisch ventiel is het overdrukventiel.

Overdrukventiel
Een overdrukventiel is een automatisch ventiel dat zich opent wanneer er een drukverschil tussen een ingang en uitgang wordt gemeten die boven de ingestelde waarde komt. Er is dan sprake van een ‘over’ druk oftewel een teveel aan druk. Een overdrukventiel wordt vaak aangebracht om een systeem te beschermen. Wanneer er teveel druk ontstaat in bijvoorbeeld leidingsystemen bestaat de kans dat gedeelten van het systeem openbarsten of losbreken wanneer de druk niet weg kan komen. Dit is ook het geval bij drukvaten die aangebracht zijn in leidingsystemen. Uiteraard is het belangrijk dat er duidelijke regels worden gehanteerd voor het plaatsen en fabriceren van drukapparatuur. Hiervoor zijn Europese regels opgesteld in de PED-richtlijn (Richtlijn 97/23/EG) en de richtlijn m.b.t. drukvaten van eenvoudige vorm in Richtlijn 87/404/EEG.

Overstortventiel
In centrale verwarmingsinstallaties wordt ook gebruik gemaakt van een veiligheidsventiel. In die installaties heeft men het echter over een overstortventiel. In het overstortventiel is een veer geplaats die de klep gesloten houdt. Deze veer is afgesteld op een druk van drie bar. Wanneer de druk in de cv-leiding boven de drie bar uitkomt zal het overstortventiel er voor zorgen dat er een bepaalde hoeveelheid water uit de cv-leiding zal worden geloosd.
Als water wordt verwarmd zal het uitzetten. Zo zet water van 10 wanneer het verwarmt wordt tot 85 °C uit met ongeveer 3%. In eerste instantie zal de toegenomen druk in de cv-installatie worden opgevangen door een expansievat dat is aangebracht in de installatie. Wanneer het expansievat echter defect raakt dan zal de druk alsnog oplopen. Daarom is een overstortventiel als extra veiligheidsmaatregel aangebracht. Een overstortventiel kan op het riool wordt aangesloten zal men gebruik moeten maken van een trechter.

Wat is een expansievat van een centrale verwarming?

Een expansievat wordt gebruikt in een met vloeistof gevulde installatie om de drukveranderingen te beperken. Zo wordt een expansievat aangebracht in een centrale verwarmingsinstallatie. In een expansievat zijn twee compartimenten aanwezig. Deze compartimenten worden van elkaar gescheiden door een membraan. Van deze twee compartimenten staat één compartiment in contact met het systeem. Dit houdt in dat dit compartiment is gevuld met dezelfde vloeistof als in het systeem wordt gebruikt. In het geval van een centrale verwarming is één compartiment van het expansievat gevuld met cv-leidingwater. Het andere compartiment van het expansievat bevat een samengeperst gas.

Hoe werkt een expansievat?
Een expansievat is een drukvat. Het woord expansie maakt duidelijk dat er ook sprake is van het uitzetten van een stof. In dit geval kan een vloeistof uitzetten en zal dit uitzetten opgevangen moeten worden met een ander soort stof namelijk een gas. Een gas kan men namelijk comprimeren en een vloeistof niet. Het ene compartiment van het expansievat bevat daarom de vloeistof van het systeem en het andere compartiment een gecomprimeerd gas.
Als de druk in het systeem oploopt zal het membraam dat de twee compartimenten van elkaar scheid richting het gas verschuiven. Hierdoor neemt het volume in het systeem toe en wordt het gas samengeperst. Omdat het volume in het systeem toeneemt zal de druk in het systeem afnemen. De zogenaamde voordruk in het expansievat bedraagt 0,5 bar of 1 bar. Er zijn expansievaten met verschillende inhoud op de markt. De inhoud van een expansievat houdt verband met de waterinhoud of vloeistofinhoud van de installatie.

Waar worden expansievaten toegepast?
De meest bekende toepassing van expansievaten is de toepassing in cv-installaties. Een expansievat is een belangrijk onderdeel van een cv-installatie omdat het water in de centrale verwarmingsinstallatie regelmatig wordt verwarmd en vervolgens afkoelt door het in- en uitschakelen van de verwarming. De cv-ketel verwarmt het water van de cv-leidingen en is meestal gekoppeld aan een thermostaat of aan domotica.

Expansievat kapot
De wisselende temperaturen van het cv-leidingwater zorgt voor volumeverschillen en drukverschillen in de cv-installatie. Warm water zet namelijk uit. Het verschil in druk en volume wordt opgevangen door het expansievat. Als het drukverschil echter te sterk varieert door de veranderingen van de watertemperatuur dan kan het expansievat het drukverschil niet meer goed opvangen. Het is mogelijk dat het expansievat dan een kapot membraam krijgt. Dit kan men zelf controleren door met een hard voorwerp te tikken tegen de zijkanten van het vat. Als het goed is hoort men een verschil tussen het tikken tegen de bovenkant van het vat en de onderkant. Als dat niet het geval is zal er geen sprake zijn van twee gescheiden compartimenten. Overigens wordt er naast een expansievat meestal een tweede beveiliging aangebracht tegen overdruk. Dit is de ontlastklep oftewel het overstortventiel. Het overstortventiel is een veiligheidsventiel.

Vormgeving van het expansievat
Wanneer men denkt aan een expansievat dan denkt men meestal aan een rood cilindervormig vat dat naast een cv-ketel hangt. Dit vat is bevestigd aan een opvangsysteem dat aan de muur is vastgemaakt. Dit rode expansievat werd vlak na de Tweede Wereldoorlog ontwikkeld door Johan Wormmeester. Na de oorlog was er weinig geld beschikbaar en moesten technici goed nadenken over een goedkope en effectieve oplossing voor technische vraagstukken. Wormmeester dacht dat het ontwikkelen van een nieuwe mal behoorlijk veel geld zou kosten. Daarom had hij een goedkopere oplossing bedacht namelijk twee pannen op elkaar. Deze twee pannen werden tegen elkaar gehouden door een ring. In het midden van deze twee helften zit een rubberen membraan vastgeklemd. De bovenste helft van het expansievat is gevuld met het cv-leidingwater en de onderste helft met stikstofgas. Het water bovenste helft van het expansievat kan uitzetten wanneer de cv-ketel in werking treed. Het stikstofgas wordt dan in elkaar gedrukt. Wanneer de cv-ketel afslaat zal het membraan langzaam weer naar boven bewegen en zal het stikstof gas gaan uitzetten.