Когда дело доходит до проектирования подобной системы, не избежать поиска ответов на два важных вопроса. Первый – какой объем гидроаккумулятора можно будет считать оптимальным. И второй – какое необходимо поддерживать давление в расширительном бачке водоснабжения.
Постараемся ответить на оба в настоящей публикации.
Содержание
В любой водопроводной системе должно поддерживаться определенное избыточное (выше атмосферного) давление. В противном случае в трубах попросту образуется застой, отсутствие движение воды при открытии крана, или же напор становится столь вялым, что толку от него будет немного. Представьте тоненькую, «едва живую» струйку, которой для банального умывания-то недостаточно, не говоря уже про душ или про подключённую к водопроводу бытовую технику.
Удобно? Прямо скажем, не очень. Получается, что даже при малейшем расходе (например, сполоснуть руки или набрать чашку воды) будет запускаться насосное оборудование. Это крайне невыгодно, да и прослужит такая установка недолго, так как быстро растратит свой заложенный эксплуатационный ресурс.
Поэтому такая схема обычно даже не рассматривается в качестве приемлемого варианта. Подобный подход возможен, наверное, только при поливе огорода из колодца.
Если такого напора в какой-то отдельной точке недостаточно, ничего не стоит поднять его установкой специального дополнительного повышающего насоса. Такое практикуется, например, перед проточными водонагревателями, душевыми кабинками, другой бытовой техникой, требующей повышенных показателей давления для корректной работы.
Система очень неплохая, вполне работоспособная, но, скажем так – весьма хлопотная. Да и не всегда возможная. Ведь далеко не у каждого есть возможность разместить внушительную по размерам и по массе (в заполненном состоянии) емкость в каком-то верхнем помещении. Тем более что если дом рассчитан на круглогодичное проживание семьи, то такой бак потребует еще и очень надежной термоизоляции.
Вот здесь на помощь гидравлике приходим пневматика. Сжатый газ способен накапливать и отдавать внушительный энергетический потенциал – недаром столь распространены пневматические инструменты. И этого, создаваемого за счет сжатия воздуха, запаса энергии может быть вполне достаточно для создания и поддержания необходимого напора воды в домашней водопроводной сети.
Такое оптимальное сочетание достигнуто за счет создания специального прибора — гидроаккумулятора, о котором как раз и будет идти речь далее в статье. Устройство у него не особо сложное, и разобраться с ним и с принципом работы – труда не составит.
Итак, представьте бак в прочном металлическом корпусе, способном выдерживать повышенное давление (поз. 1 на иллюстрации ниже ).
Внутри этого жесткого бака размещена эластичная емкость (поз. 2), способная изменять свой размер при заполнении ее водой, нечто вроде резинового баллона. Горловина этого баллона (поз. 3) герметично соединена с подходящей к гидроаккумулятору трубой системы водопровода.
Оставшееся пространство между эластичным баллоном и металлическими стенками бака (поз. 4) превращается тем самым в воздушную камеру гидроаккумулятора.
Имея представление об элементарных основополагающих физических законах из раздела термодинамики, несложно представить себе, как работает такое устройство.
В воздушной камере предварительно создаётся определенное давление – для этого предусматривается специальный ниппель, весьма схожий со своим «собратом», применяемом на автомобильном колесе.
При наборе воды в эластичную камеру (понятно, что это возможно только при избыточном давлении, то есть при работе установленного в системе насоса) она начинает увеличиваться в объеме. Естественно, при этом уменьшается объем воздушной камеры. Так как температуру полагаем здесь постоянной, уменьшение объема будет сопровождаться значительным возрастанием давления. И за счет сжимаемости газа и прочности герметичного корпуса это давление можно довести до весьма внушительных величин в несколько атмосфер.
Понятно, что с таких же давлением стенки эластичной камеры давят на заполняющую ее воду. А так как давление распространяется равномерно во все стороны, то и во всей системе домашнего водопровода оно такое же (ну, за вычетом некоторых потерь от гидравлического сопротивления).
То есть если где-то открыть кран, то вода пойдет через него под напором. По мере расходования воды объем эластичного баллона постепенно уменьшается, что приводит и к снижению давления. Если не закачивать воду в гидроаккумулятор принудительно, то предварительно созданное избыточное давление в воздушной камере и вовсе вытеснит все заполнение.
Ну а если поручить включение и выключение насосного оборудования автоматике, которая будет следить за уровнем давления в системе, то мы как раз и получим то, что нам требуется.
Это было краткое описание работы – к данному вопросу мы вернемся чуть позднее. А теперь можно пока взглянуть на то, какими преимуществами будет обладать система автономного водоснабжения, оснащенная гидроаккумулятором.
Итак, установка гидроаккумулятора в систему автономного водоснабжения разом решает несколько важных проблем:
Подобные баки нередко называют и «расширительными», хотя в этом, по мнению автора, все же кроется некоторая некорректность. В системе холодного водоснабжения расширяться особо нечему – если и есть какие-то изменения в температуре воды от источника до точки потребления, то они не настолько существенны, чтобы оказывать сколь-нибудь заметное влияние на объемное расширение.
Правда, если речь идет о горячем водоснабжении, то здесь несколько иная картина. Около водонагревательного прибора накопительного типа (бойлера) часто действительно устанавливается бак, прямым предназначением которого становится именно компенсация объемного расширения воды от ее нагрева. Просто для того, чтобы не заставлять часто срабатывать предохранительный клапан.
Отдельной группой стоят расширительные баки для систем отопления – вот здесь они полностью оправдывают свое наименование. Они обычно внешне выделяются кратным цветом, хотя это – и необязательно.
Смотреть все же следует на характеристики.
В таких приборах вполне может использоваться техническая резина SBR, применение которой в системах с питьевой водой – категорически запрещено.
Важное требование к таким приборам – это гигиеничность всех деталей и узлов, контактирующих с водой. Понятно, что они ни в коем случае не должны снижать ее качества.
Поэтому для изготовления мембран (баллонов) используются или натуральный каучук (ограничен по нагреву до 50 градусов), или этиленпропиленовая синтетическая резина (EPDM), вполне пригодная для «пищевого» применения. Или наиболее предпочтительный как с гигиенической точки зрения, так и с позиций долговечности материал – синтетический бутиловый каучук (BUTYL), которому, кстати, не страшен даже нагрев до температуры кипения воды.
Устройство хорошо показано на иллюстрации. В системе отопления такие бачки вполне справляются со своими задачами. Но есть у них некоторые недостатки, ограничивающие их использование в системе водоснабжения.
— Первое – вода контактирует с внутренней поверхностью водяной камеры бака. Понятно, что там наносится водостойкое защитное покрытие, но, тем не менее, полностью избежать вероятности попадания в воду продуктов коррозии – нельзя.
— Второе – такие баки имеют неразборную конструкцию. Так что если мембрана не выдержит длительной эксплуатации под высоким давлением и прорвется – придется менять весь бак целиком.
Для прибора небольшого объема, свойственного системам отопления – это хоть и неприятность, но не столь серьезная. А вот поменять полностью объемный бак, служащий гидроаккумулятором для системы водопровода – влетит в немалую сумму.
А вот поменять баллон («грушу») получится не столь дорого. Тем более что процесс замены не особо сложен, и с ним вполне можно правиться самостоятельно.
Так что в дальнейшем по ходу изложения будем все же оперировать термином «гидроаккумулятор», как более верным для системы холодного водоснабжения. И разговор пойдет про приборы баллонного типа.
Вернемся ненадолго к устройству гидроаккумулятора, а затем взглянем, как он подключается к системе домашнего водопровода.
В целом, с конструкцией мы уже знакомы:
1 – металлический корпус. Обычно баки для водопровода имеют голубую окраску, но это вовсе не какой-то жесткий стандарт, встречается немало исключений. Поэтому выбор должен делаться по характеристикам изделия.
2 – фланец на входном окне бака, закрепляющий герметично края баллона («груши»).
3 – патрубок с резьбой, для подключения гидроаккумулятора к системе.
4 – основная деталь, то есть эластичный баллон гидроаккумулятора.
5 – создаваемая баллоном водяная камера.
6 – «антагонист» водяной камеры, то есть воздушная камера.
7 – ниппельное устройство для предварительного создания в воздушной камере избыточного давления.
Баки, как мы видели, могут иметь вертикальное или горизонтальное расположение, серьезно различаться размерами. Но принцип устройства и подключения к системе при этом не меняется.
Схем подключения гидроаккумулятора к системе практикуется немало. Но наиболее распространена, ввиду своей простоты, понятности и надежности, схема с использованием пятивыводного штуцера.
Три больших вывода такого штуцера предназначены для соединения водопроводных труб. И два малых патрубка, «папа» и «мама» — для подключения реле давления и врезки манометра соответственно.
Манометр может использоваться самый обыкновенный. А для управления питанием насосного оборудования применяется реле давления. Например, такое, как показано на иллюстрации.
На иллюстрации хорошо виден соединительный узел с накидной гайкой, которой реле герметично подсоединяется к парубку пятивыводного штуцера.
Давайте посмотрим на схеме, как производится соединение системы:
На схеме все уже должно быть понятно:
1 — уже знакомый пятивыводной штуцер.
2 — участок трубы, по которой насос (неважно, поверхностный или погружной) передает воду из источника. Этот участок может быть различным по длине, нередко именно на нем, то есть до гидроаккумулятора, устанавливаются необходимые уровни водоподготовки.
3 — насос, подающий воду из источника.
4 — участок трубы, соединяющий пятивыводной штуцер с гидроаккумулятором. К слову, его (этого участка) может и не быть. Имеется в виду, что очень часто из соображений компактности этот штуцер «пакуется» непосредственно на резьбовой патрубок гидроаккумулятора.
5 — гидроаккумулятор.
6 — условно показана разводка домашнего водопровода.
7 — так же условно показана одна из точек водозабора.
8 — манометр, необходимый и для предварительной настройки системы, и для повседневного мониторинга ее состояния.
9 — реле давления, подсоединяемое гидравлически к патрубку штуцера. А электрически (условно показано красными линиями) – к источнику питания и к насосному оборудованию. То есть в зависимости от уровня давления оно осуществляет включение или выключение насоса.
Реле имеет свою мембрану, способную оценивать уровень давления и вызывать срабатывание электротехнического (коммутационного) механизма.
Если снять с реле верхнюю крышку, то под ней откроются колодки (клеммы) для подключения кабелей питания (от источника питания 220 В и к насосу), и два регулировочных винта с пружинами, поджатыми тарельчатыми шайбами и гайками. Поджатием или ослаблением этих пружин регулируются пороги срабатывания реле. Большая пружина отвечает за пуск насоса, то есть за нижний предел давления (Pmin), маленькая – за ΔР, то есть за разницу между минимальным и максимальным давлением в системе, между Pmin и Pmax.
Как производится настройка – будет рассказано чуть ниже.
Итак, если давление в системе снижается до какого-то заранее установленного уровня Pmin, насос запустится и станет нагнетать воду. От этого расширяется водяная камера гидроаккумулятора, что, соответственно, ведет к возрастанию давления.
Когда давление поднимется до верхней границы установленного диапазона, реле сработает на разрыв цепи питания насоса, и подача воды прекратится.
При открытии водоразборного крана вода начинает под установленным напором вытекать из системы. Если водозабор небольшой, то и давление снизится ненамного, то есть это не приведет к пуску насоса. Но если воды требуется много, то давление снизится до минимума, и будет запущен насос. Таким образом, нижнюю границу в системе давление все равно не пересечет.
По такому циклу и строится работа автоматической насосной станции.
При выборе комплектующих для насосной станции и при ее регулировке после сборки необходимо уметь ориентироваться в основных параметрах. Сам насос сейчас «выведем за скобки» — в контексте настоящей статьи нас интересует специфика гидроаккумулятора. А конкретно – какой объем бака будет оптимальным, и какие показатели давления должны быть установлены при настройке системы.
Эти величины, между прочим, тесно между собой взаимосвязаны.
Итак, как, наверное, уже понятно, здесь необходимо оперировать тремя значениями давления. А именно:
— давление предварительной накачки воздуха в воздушной камере Рв;
— минимальное давление Pmin;
— максимальное давление Pmax.
Давайте посмотрим, что рекомендуют на этот счет.
– Оно не должно быть выше Pmin, то есть не должно полностью вытеснять воду из системы при открытом кране и пока еще не сработавшем насосе. Обычно исходят из того, что оно меньше на 0,2 атмосферы, чем Pmin.
– Второй принцип его отсчета – это гидростатическое давление плюс примерно пол-атмосферы. А гидростатическое рассчитывается разницей высоты зеркала воды в колодце и точкой установки гидроаккумулятора (исходят из того, что, как уже отмечалось, метр водяного столба равен примерно 0,1 атмосферы).
То есть, например, при заборе воды с глубины 7 метров оптимальным давлением в воздушной камере будет:
Рв = 7 / 10 = 0,7 + 0,5 = 1,2 атмосферы.
Надо сказать, что к такому расчету прибегают нечасто, обычно ориентируясь все же на первое правило, то есть исходя из Pmin.
– Наконец, некоторые производители гидроаккумуляторов еще на стадии производства создают в баке определенное давление газа. И при этом – не рекомендуют его изменять в процессе эксплуатации.
Таким образом, если следовать правилам, то в этом случае порог минимального давления в системе будет определяться как
Pmin ≈ Рв + 0,2 ат
Принцип прост – даже на нижнем пределе вся сантехника должна работать нормально.
Кстати, иногда приходится принимать в расчет и размеры дома, и разветвлённость водопроводной сети. То есть при выборе нижнего порога давления должно учитываться и превышение точек водозабора над насосной станцией (помним, что 1 метр – это 0,1 атмосфера), и даже горизонтальные участки, на которых тоже происходят потери давления. Есть специальные алгоритмы расчета оптимального значения этого параметра. Один из этих алгоритмов реализован в виде калькулятора на нашем портале.
Как самостоятельно просчитать минимально необходимый напор насосной станции? Для этого необходимо иметь схему прокладки будущей (или уже имеющейся) водопроводной сети и показатель давления, требуемого для корректной работы сантехнических устройств и бытовой техники. Все остальное возьмет на себя онлайн-калькулятор расчета минимального напора насосной станции.
Понятно, что чем больше закачать в гидроаккумулятор воды, тем выше станет давление, и тем реже будет включаться насос для восполнения израсходованного запаса. Поэтому у неопытных пользователей частенько возникает такой соблазн сделать верхнюю границу повыше, но, конечно, в пределах максимально допустимых нагрузок на сам бак.
Однако, как показывает практика эксплуатации автономных систем водоснабжения, такой подход ошибочен. Можно буквально навскидку указать минимум две причины, ведущие к такому заключению:
— Во-первых, слишком большая разница между нижней и верхней границей создаваемого в баке давления — это очень серьёзная нагрузка на эластичный баллон (мембрану). И сколько прослужит такой гидроаккумулятор до аварии – сказать сложно. Но явно меньше того, который будет работать в «благоразумном» режиме. А замена баллона хотя и не столь сложное дело, но все же требующее приобретения запчасти, остановки системы водоснабжения с полным ее опорожнением. А после проведения ремонта (который иногда приходится проводить в весьма стеснённых условиях) — обратного заполнения и отладки.
— Во-вторых, большой перепад и не особо комфортен для пользования. Согласитесь, что при приеме душа явно почувствуется падение давления, например, с 4 до 1,5 атмосфер. Такие перепады могут сказаться и на корректности работы, например, проточных водонагревателей или бытовой техники, подключённой к водопроводу.
Как правило, перепад выдерживается в рамках 1,0 ÷ 1,5 атмосфер. Например, предустановка давления в воздушной камере – 1,3 ат, нижняя граница срабатывания реле – 1,5 ат, верхняя – 3,0 ат.
А указанное в паспорте гидроаккумулятора максимальное давление — это на тот неприятный случай, когда, например, вышло из строя реле давления, и насос продолжает, как сумасшедший, гнать воду без остановки. Бак должен суметь выдержать такую нагрузку. То есть при комплектовании системы обращают внимание и на то, чтобы предельный напор, создаваемый насосом, не был больше максимально допустимого давления в гидроаккумуляторе.
Понятно, что чем больше объем гидроаккумулятора, тем более значительным получается создаваемый запас воды при рекомендуемых показателях давления. И тем реже будет включаться насосное оборудование.
Но опять же – такая «очевидность преимуществ» иногда оборачивается и негативными сторонами.
Иными словами, все должно быть в меру.
Подбор объёма может осуществляться по-разному. Например, предлагаются таблицы, а которых показываются стандартные объемы гидроаккумуляторов и создаваемый в них запас воды при тех или иных показателях давления Рв, Pmin и Pmax.
Пример такой таблицы показан ниже:
| Рв, бар → | 0.8 | 0.8 | 1.3 | 1.3 | 1.8 | 1.8 | 2.3 | 2.3 | 2.8 | 2.8 | 4.0 |
| Рmin, бар → | 1.0 | 1.0 | 1.5 | 1.5 | 2.0 | 2.0 | 2.5 | 2.5 | 3.0 | 3.0 | 5.0 |
| Pmax, бар → | 2.0 | 2.5 | 2.5 | 3.0 | 2.5 | 4.0 | 4.0 | 5.0 | 5.0 | 8.0 | 10.0 |
| Объем бака, л ↓ ↓ ↓ | СОЗДАВАЕМЫЙ РЕЗЕРВ ВОДЫ | ||||||||||
| 19 | 5.7 | 7.3 | 5.0 | 6.6 | 2.5 | 7.1 | 5.4 | 7.5 | 6.ё | 8.1 | 8.4 |
| 24 | 7.2 | 9.3 | 6.3 | 8.3 | 3.2 | 9.0 | 6.8 | 9.4 | 7.6 | 10.2 | 10.6 |
| 50 | 15.0 | 19.3 | 13.1 | 17.2 | 6.7 | 18.7 | 14.1 | 19.7 | 15.8 | 21.3 | 22.0 |
| 60 | 18.0 | 23.1 | 15.8 | 20.8 | 8.0 | 22.4 | 17.0 | 23.6 | 19.0 | 25.6 | 23.4 |
| 80 | 24.0 | 30.9 | 21.0 | 27.6 | 10.7 | 29.9 | 22.7 | 31.4 | 25.3 | 34.1 | 35.1 |
| 100 | 30.0 | 38.6 | 26.3 | 34.5 | 13.3 | 37.3 | 28.3 | 39.9 | 31.7 | 42.7 | 43.9 |
| 200 | 60.0 | 77.1 | 52.6 | 69.0 | 26.7 | 74.7 | 56.6 | 78.6 | 63.3 | 85.3 | 87.9 |
| 300 | 90.0 | 115.7 | 78.9 | 103.5 | 40.0 | 112.0 | 84.7 | 117.7 | 95.0 | 128.0 | 131.8 |
| 500 | 150.0 | 192.9 | 131.4 | 172.5 | 66.7 | 186.7 | 141.4 | 196.4 | 158.3 | 213.3 | 219.7 |
| 750 | 22.0 | 289.3 | 197.1 | 258.8 | 100.0 | 280.0 | 212.1 | 294.6 | 237.5 | 320.0 | 329.5 |
| 1000 | 300.0 | 385.7 | 262.9 | 345.0 | 133.3 | 373.0 | 282.9 | 392.9 | 316.7 | 426.7 | 439.4 |
Обратите внимание — при тех «стандартных» показателях давления, о которых уже упоминалось не раз выше в статье, создаваемый резерв воды равен примерно одной трети общего объема бака.
Другой способ определиться с оптимальным объемом гидроаккумулятора – это произвести самостоятельный расчет.
Существует несколько форму для подобных вычислений. Например, можно воспользоваться этой:
Vopt = 16,5 × Qmax × Pmax × Pmin / (n × (Pmax – Pmin) × Pв)
где:
Vopt — оптимальный объем гидроаккумулятора.
Qmax — максимальный расход воды в домашней системе водопровода, литров в минуту. Требует отдельного расчета.
n — рекомендуемое производителем насоса максимальное количество его пусков в час. Как правило, оно лежит в пределах 10 ÷ 15 раз, но может быть и иным – это следует уточнить в паспортных данных оборудования.
Остальные значения – это показатели давления, о которых уже шла речь выше.
Итак, дело за малым – провести расчет. Но для этого сначала нужно определиться с показателем максимального расхода воды в системе.
Для этого существует свой подход, учитывающий и расход воды на каждой из имеющейся (или планируемой к установке) точке водозабора, и вероятность одновременного включения этих точек. Алгоритм воплощен в онлайн-калькуляторе, размещённом ниже.
Вот теперь имеются все данные, чтобы перейти к расчету оптимального объема гидроаккумулятора. Опять же, предложим читателю не возню с формулой, а возможности онлайн-калькулятора:
Итак, бак приобретён, смонтирован, и остается провести настройку реле давления по намеченным параметрам. Как это выполняется?
Для начала обратим еще раз внимание на само реле давления.
Проблема в том, что когда начинаешь читать рекомендации-инструкции по настройке реле, диву даешься — насколько противоречива информация. В основном расхождения мнений касаются предназначения регулировочного винта с большой пружиной. Понятно, что это установка уровня давления на срабатывание реле – об этом говорит обозначение «Р» и стрелки «больше – меньше».
Но некоторые утверждают, что этим винтом регулируется отключение насоса, другие настаивают на включении. Где правда?!
Неопытных пользователей это ставит в тупик, и они начинают крутить настойки обеих винтов, в надежде «поймать» требуемые пороги срабатывания. Иногда это получается, но после длительных серий проб и ошибок. Иногда – не удается, и приходится звать специалиста.
Но если воспользоваться методикой настройки, предлагаемой одним опытным мастером, то даже у новичка проблем возникнуть не должно.
* * * * * * *
Завершим публикацию видеосюжетом, в котором его автор рассказывает о принципах монтажа насосной станции с гидроаккумулятором и с реле давления, управляющим работой глубинного скважинного насоса.
Минеральная вата — распространённый материал, используемый для теплоизоляции зданий, но, несмотря на свою популярность, репутация…
Многие люди интересуются лучшими районами Минска для проживания. Столица Беларуси все время застраивается и расширяется.…
Саратов расположен на юго-востоке европейской части страны, на правом берегу Волги. Великая река является одним…
Алматы – бывшая столица Казахской ССР. Потеряв столичный статус, город остается крупнейшим культурным и деловым…
Новороссийск – крупный районный центр Краснодарского края, расположенный на берегу Черного моря в Цемесской бухте.…
Иркутск – областной центр Восточной Сибири, удаленный от Москвы и европейской части страны более чем…
View Comments
бредня ! ищу уже битый час как выронить давление в расширительных баках , давление насос давит 4 , гидроаккумуляторы по 3 накачано , и все равно насос включается пака давление не будет равным почти 3 , вопрос что делать то ?