Как рассчитать объем гидроаккумулятора для водоснабжения

Гидроаккумулятор (гидробак) — металлическая емкость, предназначенная для подключения к насосам водоснабжения, внутри которой хранится резервное количество воды под заданным давлением. Укомплектовав насос гидроаккумулятором вы всегда будете иметь в доме небольшой запас питьевой воды, даже при отсутствии электроэнергии.

В данной статье мы рассмотрим гидроиаккумулятор для систем водоснабжения, изучим его назначение, устройство и принцип действия. Также вы узнаете о разновидностях такого оборудования, особенностях его выбора, расчета и подключения.

1 Назначение, устройство и принцип действия

Первоначально внесем ясность в терминах — гидробак и расширительный бак не есть одинаковые устройства. Гидроаккумулятор используется в системах водоснабжения частного дома, устроенных на подаче воде с помощью насоса из внешнего источника, тогда как расширительный бак устанавливается в системы отопления и горячего водоснабжения с целью стабилизации их давления и предотвращения возникновения гидроударов.

Рассмотрим основные функции гидробака в системах водоснабжения:

• устройство предотвращает износ насоса из-за частого включения — поскольку в резервуаре постоянно содержится вода, насос будет запускаться только при его опустошении, что позитивным образом скажется на долговечности агрегата;
• гидроаккумулятор снижает вероятность возникновения гидроударов в трубопроводе при включении насоса, также он поддерживает стабильное давление в системе, предотвращая колебания напора при одновременном использовании нескольких кранов;
• бак обеспечивает постоянный запас воды, что особенно важно в загородных домах с проблемным электроснабжением.

Устройство гидробака состоит из непосредственно металлического резервуара и находящийся внутри него мембраны, которая разделяет емкость на две камеры — одна для воды, вторая для воздуха. Камера для воды выполнена из бутила — санитарно безопасной разновидности резины, хранящаяся в ней жидкость не контактирует с металлическими стенками бака. Подача и отвод воды происходит через два резьбовых патрубка, к которым подключаются трубопроводы, патрубки имеют идентичный диаметр.

За регулирования давления в камере для воздуха отвечает пневмоклапан. Гидроаккумуляторы большого объема (100 литров и выше) оснащены обратным клапаном, который нужен для стравливания воздуха из водяной камеры. Аналогичную функцию в небольших баках выполняет запорный кран. Стандартное давление воздуха в гидроаккумуляторе — 1.5-2 Бар.

Принцип работы гидробака достаточно прост. Первоначально насос закачивает в бак воду, и когда накопительная емкость заполняется, реле давления фиксирует это и отключает насос, прекращая подачу. Далее по мере использования резерва воды реле определяет понижение давления, включает насос и цикл повторяется.
к меню ↑

1.1 Разновидности гидробаков и особенности их расчета

В зависимости от формы корпуса данное оборудование делится на два типа — гидроаккумулятор горизонтальный и вертикальный. Между ними имеется лишь одно конструктивное отличия — вертикальные баки объемом более 50 литров оснащены краном для стравливания воздуха, который накапливается в камере для воды и снижает эффективность работы устройства. В горизонтальных баках объемом 50-100 л кран расположен в торцевой части сбоку корпуса.

Во всех гидроаккумуляторах объемом менее 50 литров стравливание воздуха из водяной камеры происходит посредством полного слива воды. Выбор формы бака осуществляется исходя из размеров помещения, где он будет смонтирован. Никаких хитростей тут нет — брать нужно тот резервуар, который лучше впишется в отведенное для него место.

Более сложным является выбор бака по параметру производительности. Тут нужен расчет оборудования, который поможет определить его требуемый объем.

Расчет выполняется по формуле: O = K*Rmax*(Dmax + 1)*(Dmin+1)/(Dmax-Dmin) — (P + 1), в которой:

• K — коэффициент мощности подключенного к гидробаку насоса;
• Rmax — наибольший планируемый расход литров воды в минуту;
• Dmax — уровень давления воды в баке для выключения насоса (Бар);
• Dmin — граница давления воды для включения насоса (Бар);
• Р — давление воздуха в гидробаке (Бар).

Коэффициент насоса зависит от мощности его двигателя:

• мощность 0.55-1.5 кВт — коэффициент 0.2;
• 2-3 кВт — 0.375;
• 4-5.5 кВт — 0.625;
• 5-9 кВт — 0.875.

Расчет практически любых гидроаккумуляторов для бытовых стаций водоснабжения покажет, что необходимо использовать бак объемом 25-50 литров. Это оптимальный объем под большинство насосов для скважин и колодцев, которого будет достаточно для полноценного водоснабжения частного дома.

Брать гидроаккумулятор большего объема (75 и 100 л) имеет смысл при частом и длительном отключении энергоснабжения дома, когда нужен серьезный запас питьевой воды. В обычных условиях покупать бак «с запасом» бессмысленно, так как неиспользуемая вода в нем будет застаиваться и терять свои вкусовые качества.
к меню ↑

1.2 Как выбрать гидроаккумулятор? (видео)

2 Схемы подключения и особенности монтажа

Выбор схемы подключения гидробака нужно осуществлять исходя из возложенных на него функций. Всего существует 3 схемы подключения:

Схема гидробак + повысительная станция. В данном случае гидроаккумулятор используется для стабилизации давления в системах с большим уровнем водопотребления.

Для подключения гидробака и его ввода в эксплуатацию вызывать специалистов не нужно, все можно сделать своими руками. На пол либо стену бак крепится с помощью анкеров, при этом обязательно нужно подкладывать под монтажную пластину прокладку из виброизоляционного материала. Подключение труб к патрубка накопительной емкости осуществляется через специальные гибкие переходники, которые идут с ним в комплекте.

После того, как монтаж бака закончен, выполняется его регулировка — первоначально нужно определить давление в гидроаккумуляторе, что можно сделать посредством обычного манометра. На корпусе бака вы найдете золотник, к которому присоединяется измерительный прибор. Нормальным уровнем давления считается 1.5 Бар, если его фактическая величина отличается, то необходимо подкачать воздух с помощью насоса.

Как уже было сказано, вода внутри емкости находится в резиновой «груше», окруженной воздухом. Чем больше в баке воздуха, тем сильнее груша сжимается и теряет свой максимальный размер. И наоборот — чем меньше воздуха, тем больше и вместительнее груша, но меньше давление подачи воды. Вы можете регулировать давление в пределах 1-2 Бар на свое усмотрение, добиваясь желаемого режима работы гидробака.

Также необходимо настроить реле давление. Под крышкой корпуса реле находится пара пружин (большая и малая). Изменение их положения позволяет задать минимальный и максимальный уровень давления, при котором станция будет включать насос. За минимальный уровень, при котором начинается подача воды, отвечает большая пружина. Малой пружиной задается требуемая разница давлений.

2.1 Неисправности и рекомендации по ремонту

Наиболее частой поломкой гидроаккумулятора является потеря герметичности между рабочими средами — водой и воздухом, что происходит вследствие износа либо повреждения резиновой мембраны (груши).

Причиной разгерметизации мембраны является износ резины, что происходит вследствие ее растягивания водой при недостаточном уровне давления воздуха резервуаре. Также ускоренный износ провоцирует ускоренная выкачка воды из бака — после полного опустошения мембрана сворачивается в плоский лист с сильно загнутыми краями.

Пытаться восстановить износившуюся мембрану своими руками бессмысленно, поскольку никакие латки не вернут ей полную герметичность. Потребуется купить новую мембрану, соответствующую размерами вашему баку, и заменить поврежденную деталь.

Алгоритм действий следующий:

1. Выполняется полный слив воды из бака и резервуар отсоединяется от трубопровода.
2. Выкручиваются болты, фиксирующие фланец на тыльной стороне емкости, также демонтируется гайка золотника подкачки воздуха.
3. Золотник проталкивается через отверстие внутрь бака, после чего мембрана изымается из корпуса.
4. Внутренняя полость бака, при необходимости, очищается от коррозии и отложений с помощью наждачки либо щетки по металлу.
5. Выполняется установка новой мембраны, продевается и фиксируется гайкой золотник.
6. Края мембраны разравниваются на горловине емкости, после чего монтируется фланец с равномерной затяжкой болтов.
7. После сборки в гидроаккумулятор закачивается расчетное количество воздуха и выжидается 12 часов, по истечению которых проверяется герметичность бака. Если потерь давления нет, устройство подключается к подающему трубопроводу.

ГИДРОАККУМУЛЯТОРЫ применяются в различных системах водоснабжения. В данной статье рассмотренны методы подбора гидроаакумуляторов для индивидуальных систем водоснабжения.

Гидроаккумулятор, гидробак или мембранный бак — необходимый элемент для закрытой, автаномнойсистемы водоснабжения в любом частном доме. Эти устройства предназначены для:

1.Аккумулирования воды и обеспечения требуемого и постоянного давления в системе водоснабжения;
2.Уменьшения частоты включения насоса, что способствует увеличению ресурса насоса;
3.Предотвращение системы от гидроударов, при внезапном отключении или включении насоса;
4.Поддержания резервного количества воды, в случае отключения электричества. В системах горячего водоснабжения гидроаккумуляторы применяются для компенсации температурных расширений.

Устройство и принцип работы гидроаккумулятора

Гидроаккумулятор представляет собой герметичную, металлическую емкость, внутри которой расположена эластичная мембрана , которая разделяет ёмкость на две части. В одной части находится закачанный под давлением инертный газ или воздух, а в другой – вода. Вода находится в водяной камере-мембране и не соприкасается с металлическим корпусом. Мембрана изготовлевается из крепкого резинового материала EPDM, соответствующего всем гигиеническим и санитарным нормам питьевой воды. В воздушной камере находится пневмоклапан (золотник) , регулирующий давления воздуха.

Вода подается в систему водоснабжения и гидроаккумулятор с помощью насоса. В результате давление в водопроводной сети возрастает. Когда оно достигает определенного, заранее установленного значения, система автоматического управления отключает насос и подача воды прекращается. При небольшом объеме забора воды, гидроаккумулятор отдаст этот объем, давление в системе понизится, но реле давления не включит насос. При заборе большего объема воды и достижения нижней отметки давления , выставленной на реле, насос включается и начинает качать воду, чтобы компенсировать ее расход.
Гидроаккумуляторы могут быть вертикальной и горизонтальной конфигурации. Гидроаккумуляторы для водоснабжения и расширительные баки для системы горячего водоснабжения рассчитанны на температура до 80 град С и давление до 12Атм.

Выбор гидроаккумулятора

Какой тип гидроаккумулятора выбрать?

В зависимости от формы корпуса данное оборудование делится на два типа — гидроаккумулятор горизонтальный и вертикальный. Выбор формы бака осуществляется исходя из размеров помещения, где он будет установлен, руководствуясь в первую очередь, наличием свободного места в помещении. Если же свободное пространство позволяет установить любую из модификаций, а объем гидроаккумулятора превышает 100 литров, целесообразнее станет приобретение вертикальной модели. Дело в том, что в системах водоснабжения в воде всегда находится растворенный воздух. Со временем при работе системы этот воздух выделяется из воды и скапливается в различных местах, образуя воздушные пробки. Одним из таких мест является верхняя часть гидроаккумулятора внутри резиновой мембраны . В вертикальном гидроаккумуляторе площадь верхней части меньше, что облегчает процесс стравливания воздуха. Обычно это делается с помощью специального воздухоотделительного клапана .
В гидроаккумуляторах горизонтального типа удаление воздуха можно сделать с помощью дополнительного участка трубопровода с вентелем.
В гидроаккумуляторах не больших объемов, удаление скопившегося в них воздуха осуществляется путем переодического отключения электропитания насоса и стравливания скопившегося воздуха через водоразборную точку, наиболее близко расположенную к гидроаккумулятору.

Как выбрать объем гидроаккумулятора водоснабжения?

Правильно выбронный объем гидроаккумулятора для систем водоснабжения, может обеспечить не только стабильность давления в индивидуальном трубопроводе, но и продлить срок службы насоса и коммуникаций.
Существует большое количество исходных данных, которые необходимо учитывать:

1.Количество оборудования, для работы которого необходима вода;
2.Количество людей, пользующихся водой;
3.Количество допустимых включений/выключений насоса в час.
4.П роизводительность насоса

Номинальный объем выбирается с учетом того, что гидроаккумулятор при нормальном режиме работы включается около 15 раз в час. При этом базовым параметром в расчетах выступает объем потребления воды.

Ниже приведены несколько способов расчета объема гидроаккумулятора:

1.В зависимости от типа установки и мощности насоса.

Поверхностные насосы:
мощность до 1 кВт — горизонтальная модель на 24 л .
мощность более 1 кВт — горизонтальная модель на 50 л.

Погружные насосы:
мощность до 500 Вт — горизонтальная или вертикальная модель на 24 л.
мощность до 1 кВт — горизонтальная или вертикальная модель на 50 л .
мощность до 1,5 кВт — горизонтальная или вертикальная модель на 100 л .

2. По количеству точек водоразбора.

— до 3-х точек водаразбора, насос с производительностью порядка 2 куб. м./час — гидроаккумулятор до 24 л.
— до 8 точек водаразбора, насос с производительностью порядка 3,5 куб. м./час — гидроаккумулятор 50 л.
— более 10 точек водаразбора, насос с производительностью порядка 5 куб. м./час — гидроаккумулятор 100 л.

3. По параметру производительности

Расчет выполняется по формуле:

O = K*Rmax*(Dmax + 1)*(Dmin+1)/(Dmax-Dmin) — (P + 1)

Где:
K — коэффициент мощности насоса ;
— мощность 0.55-1.5 кВт — 0.2;
— мощность 2-3 кВт — 0.375;
— мощность 4-5.5 кВт — 0.625;
— мощность 5-9 кВт — 0.875.

4. Метод расчёта UNI 9182

Этот метод является более точным алгоритмом расчета объема гидроаакумулятора и рассчитан для помещений, оснащенных оборудованием, потребляющим значительное количество воды.

Методика расчёта UNI 9182 состоит из нескольких пунктов:

1.Определение суммарного коэффициента потребления воды Су.

Вид оборудования

Коэффициент использования Сх

Количество каждого вида n

Срок службы насосного оборудования в автономных системах водоснабжения не в последнюю очередь зависит от ёмкости гидроаккумулятора. Слишком маленький гидробак увеличивает нагрузку на насосное оборудование, а в слишком больших резервуарах застаивается вода. Как найти золотую середину и выбрать гидробак, который и насосы бережёт, и без воды при отключении электричества не оставит?

Как объём гидробака влияет на работу насосов?

Главное назначение гидроаккумуляторов – уравновешивать перепады давления при водоразборе или отключении электричества и защищать систему от гидроударов. Функцию управления автоматической насосной станцией обычно выполняет реле давления. Когда давление в системе приближается к верхнему пределу, реле прекращает подачу электроэнергии на насосное оборудование. С началом водоразбора давление в сети начинает падать; по достижении нижних пороговых значений подача электропитания возобновляется, и насосы снова принимаются качать воду.

Если в автоматизированной системе водоснабжения нет гидроаккумулятора, насос срабатывал бы всякий раз, когда кто-нибудь повернёт кран или воспользуется туалетом. Ни один электродвигатель не выдержит такого интенсивного режима эксплуатации. Чем мощнее насосная станция, тем меньше допустимая частота включений из-за риска перегрева:

• насосы мощностью свыше 8 кВт выдерживают не более 10 повторных включений в час;
• для насосного оборудования мощностью 5–10 кВт установлен лимит до 15 включений в час;
• для маломощных насосов – до 20 включений.

Так или иначе, более 30 пусков в час – это уже критический уровень нагрузки, не предусмотренный конструкцией агрегата. Также на толерантность к повторным включениям влияют конструктивные особенности насосного оборудования: чем больше подвижных частей, тем реже должен включаться насос. Для уменьшения циклов включения и выключения насосов необходима установка гидроаккумулятора для создания резервных запасов воды.

Внутренняя ёмкость гидробака заполнена баллонной мембраной, в которую поступает вода. Во время водоразбора воздух, воздух, заполняющий пространство между мембраной и внутренними стенками бака, вытесняет воду в сеть. В результате изменение давления в системе происходит плавно, ограничивая количество кратковременных включений и выключений. Иными словами, насосная станция включается и выключается столько раз, сколько позволит объём гидроаккумулятора.

Как определить ёмкость гидроаккумулятора?

Для расчёта оптимального объёма гидробака разработаны формулы, учитывающие основные характеристики системы:

• суточный расход воды;
• допустимое число рабочих циклов в час;
• мощность насосного оборудования;
• настройки реле давления.

На практике все намного проще – ассортимент большинства магазинов ограничен тремя линейками стандартных типоразмеров:

• от 20 до 24 литров и меньше;
• 50– 60 литров;
• 100 и более литров.

Компактные модели ёмкостью до 20–24 литров рассчитаны на насосные станции мощностью до 0,75 кВт с расходом 2–2,5 м3/час, но для небольшой семьи из двух-трёх человек увеличивать расход нет резона. Разумеется, насосы при этом включаются чаще, чем в случае установки гидробака среднего объёма, но так как резких колебаний давления не возникает, низкие нагрузки компенсируют частые включения и выключения. Чаще всего малогабаритные гидроаккумуляторы входит в комплектацию маломощных установок водоснабжения, так что все риски и выгоды за нас уже подсчитал производитель.

Насосное оборудование производительностью 1,8 м3/час и гидробак на 24 литра – типовая комбинация для внутренних сетей частных домов с тремя водоразборными точками, но без внутреннего санузла. При увеличении число точек водоразбора достаточно купить еще один гидроаккумулятор того же объёма и установить его в любом участке системы.

Гидроаккумуляторы ёмкостью 50–60 литров предназначены для сетей с расходом 2,5–3,5 м3/час и мощностью насосного оборудования до 1,5 кВт. Резервный запас воды составляет от трети до половины бака – вполне достаточно для удовлетворения нужд 4–8 человек.

Как правило, гидробаки на 50 литров устанавливают в бытовых системах с четырьмя и более водоразборными точками, где нет ванн, унитазов и тому подобного оборудования, потребляющего большое количество воды. Если в доме оборудован санузел, объём гидроаккумулятора рассчитывают по методике UNI 9182.

В продаже имеются и более массивные гидроаккумуляторы на 80 литров, которые вмещают до 5 литров воды сверх минимального резерва, но стоит ли игра свеч? Выигрыш не сказать что большой, а цена агрегата ощутимо выше.

Покупка гидробака на 100 и более литров оправдана лишь в том случае, если расход воды превышает 5 м3/час. Для этого в доме должно одновременно проживать не менее 10 человек. Прежде чем покупать гидроаккумулятор на 100 литров, учтите, что не всякая скважина обладает достаточной продуктивностью. Кроме того, для установки массивного бака требуется немало места – готовы ли вы поступиться квадратными метрами?

Также гидроаккумуляторы на 200 литров и более пользуются спросом в регионах с частыми перебоями электроснабжения – их используют как накопители воды на случай отключения электричества. Но если запас воды намного превосходит потребности жильцов, во время «Ч» вода в баке может оказаться непригодной для питья и приготовления пищи. Для длительного хранения воды больше подходит открытый водонакопитель.

Чем больше объём – тем больше проблем

Массивные габариты заметно осложняют сервисное обслуживание гидроаккумуляторов. В частности, для гидробаков ёмкостью от 100 литров актуальна проблема удаления воздуха, который накапливается в мембране и образует пробки, расстраивающие работу агрегата.

Для стравливания лишнего воздуха в верхней части вертикальных гидробаков ёмкостью от 100 литров устанавливают воздухоотделительные клапаны. У горизонтальных моделей за выведение воздушных пузырьков отвечает отдельный сегмент трубопровода, укомплектованный выводным ниппелем, сливом и шаровым краном. Для обеспечения бесперебойного функционирования водопровода воздух из бака следует выпускать не реже, чем раз в месяц.

У более компактных гидроаккумуляторов воздух удаляется из мембран во время полного опорожнения резервуара. В силу большего количества рабочих циклов воздушные пробки не успевают образовываться. Для надёжности можно периодически спускать воздух через кран, расположенный в непосредственной близости от бака. Отключив электропитание насосов, позвольте воде полностью стечь, затем закройте кран и включите насосы. Когда гидробак наполнится водой, повторите процедуру.

Вместительность гидробака – далеко не единственный параметр, который следует учитывать, решая увлекательную задачу поддержания напора в сети. Не менее важно правильное расположение гидроаккумулятора: рекомендуется устанавливать бак как можно ближе к насосу. Особенности монтажа систем водоснабжения и условия эксплуатации систем также вынуждают пересмотреть стандартные рекомендации по подбору гидробака. Если у вас есть какие-то вопросы и сомнения, не стесняйтесь обращаться за помощью к специалистам.