Для чего нужен и как работает гидроаккумулятор в системе водоснабжения

Функции, назначение, виды

В системе водоснабжения частного дома без гидроаккумулятора насос включается всякий раз как где-то идет расход воды. Эти частые включения приводят к износу оборудования. Причем не только насоса, но и всей системы в целом. Ведь каждый раз происходит скачкообразное повышение давления, а это — гидроудар. Чтобы уменьшить количество включения насоса и сгладить гидроудары используют гидроаккумулятор. Это же устройство называют расширительный или мембранный бак, гидробак.

Назначение

Одну из функций гидроаккумуляторов — сглаживать гидроудары, мы выяснили. Но есть и другие:

• Уменьшение количества включений насоса. В резервуаре есть некоторое количество воды. При небольшом расходе — помыть руки, умяться — вода течет из бака, насос не включается. Он включится только тогда, когда ее останется совсем немного.
• Поддержание стабильного давления. Для этой функции необходим еще один элемент — реле давления воды, но давление они поддерживают в требуемых рамках.
• Создать небольшой запас воды на случай отсутствия электроэнергии.

Не удивительно, что в большинстве систем частного водоснабжения данное устройство присутствует — плюсов от его использования много.

Гидроаккумулятор — это бак из листового металла поделенный на две части эластичной мембраной. Мембрана бывает двух видов — диафрагмы и баллона (груши). Диафрагма крепится поперек бака, баллон в виде груши закрепляют на входе вокруг входного патрубка.

По назначению они бывают трех видов:

• для холодной воды;
• для горячей воды;
• для систем отопления.

Гидробаки для отопления выкрашены в красный цвет, баки для водопровода окрашены в синий. Расширительные баки для отопления имеют обычно меньшие размеры и более низкую цену. Это связано с материалом мембраны — для водоснабжения она должна быть нейтральной, ведь вода в трубопроводе питьевая.

По типу расположения гидроаккумуляторы бывают горизонтальные и вертикальные. Вертикальные снабжены ножками, некоторые модели имеют пластины для навешивания на стену. Именно вытянутые вверх модели чаще используют при самостоятельном создании систем водопровода частного дома — они занимают меньше места. Подключение гидроаккумулятора такого типа стандартное — через вывод размером в 1 дюйм.

Горизонтальными моделями обычно комплектуют насосные станции с насосами поверхностного типа. Тогда насос располагают сверху емкости. Получается компактно.

Принцип работы

Радиальные мембраны (в виде тарелки) используются в основном в гироаккумуляторах для систем отопления. Для водоснабжения в основном внутри устанавливают резиновую грушу. Как работает такая система? Пока внутри есть только воздух, давление внутри штатное — то, которое выставлено на заводе (1,5 атм) или которое вы выставили сами. Включается насос, начинает закачивать в бак воду, груша начинает увеличиваться в размерах. Вода постепенно заполняет все больший объем, все больше сжимая воздух, который находится между стенкой бака и мембраной. При достижении некоторого давления (обычно для одноэтажных домов это 2,8 — 3 атм) насос отключается, давление в системе стабилизируется. При открытии крана или другом расходе воды, она поступает из гидроаккумулятора. Течет она до тех пор, пока в баке давление не упадет ниже определенной отметки (обычно около 1,6-1,8 атм). После чего насос включается, цикл повторяется снова.

Если расход идет большой и постоянный — набираете ванную, например, — насос качает воду транзитом, не закачивая ее в бак. Бак начинает набираться после того, как закрыты все краны.

За включение и отключение насоса при определенном давлении отвечает реле давления воды. В большинстве схем обвязки гидроаккумулятора это устройство присутствует — такая система работает в оптимальном режиме. Подключение гидроаккумулятора рассмотрим чуть ниже, а пока поговорим о самом баке и его параметрах.

Баки большого объема

Внутреннее строение гидроаккумуляторов объемом от 100 литров и выше немного отличается. Отличается груша — она крепится к корпусу и вверху, и внизу. При таком строении появляется возможность бороться с воздухом, который присутствует в воде. Для этого в верхней части имеется выход, в который можно подключить клапан для автоматического сброса воздуха.

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

Насосная станция с гидроаккумулятором

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.

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.

Разновидности гидроаккумуляторов

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.

Виды гидроаккумуляторов

Гидроаккумуляторы в зависимости от назначения различаются по трем параметрам.

• Для холодной воды. В таком гидроаккумуляторе используется мембранная емкость, выполненная из нейтрального материала, применяемого в пищевой промышленности, для обеспечения безопасности использования воды при приготовлении пищи. Гидробак этого агрегата выкрашен в синий цвет.
• Для горячей воды. Здесь применяется материал, устойчивый к воздействию высоких температур. Гидробак, используемый для горячей воды, выкрашен в красный цвет.
• Для отопительной системы. Для отопительной системы используется материал, устойчивый к воздействию активных реагентов, применяемый в охлаждающих жидкостях. Гидробак красного цвета.

Виды гидроаккумуляторов

Также гидроаккумуляторы бывают разного исполнения – с вертикальным и горизонтальным расположением гидробака.

• В частном доме удобнее использовать гидробак с вертикальным расположением, так как он занимает меньше места в подсобном помещении, позволяя компактно расположить рядом приборы разного назначения.
• Гидроаккумуляторы с горизонтальным расположением гидробака в основном используются на насосных станциях, монтаж водяного насоса в этом случае производится сверху конструкции.

Особенности установки гидробака

Из всей приведенной выше информации можно сделать очевидный вывод, что гидробак устроен вовсе не так, как традиционные резервуары для воды. Он функционирует постоянно, а его мембрана перманентно динамична. По этой причине устанавливать гидроаккумулятор самостоятельно достаточно сложно. Крепление резервуара должно быть максимально надежным, наличие запаса вибрации и прочности обязательно. Также вы обязаны помнить, что сечение трубы на входе ни в коем случае не должно сужаться. И последнее – первое заполнение гидробака должно производиться как можно медленнее и аккуратнее, а напор не должен быть сильным (это на случай, если мембрана слиплась от продолжительного неиспользования – если напор резкий, то она запросто повредится). В идеале перед началом эксплуатации весь воздух из груши должен быть удален.

Как выбрать гидроаккумулятор?

Основополагающий критерий гидроаккумулятора для любой системы водоснабжения – объем

Как определить оптимальную вместительность резервуара для своих нужд? Тут нужно принимать во внимание четыре важнейших фактора: мощность насосного оборудования; количество домочадцев, которые пользуются водопроводом; число точек забора, включая не только краны и выходы под сантехнику, но и выходы для бытовой техники; максимальное число включений/отключений насосного оборудования за час

При выборе устройства важно правильно рассчитать объем

Специалисты вывели определенные ориентиры для расчета объема гидроаккумулятора. Например, если число домочадцев не превышает трех человек, а насос развивает мощность около 2 куб.м./ч, то вам будет достаточно бака вместительностью 24 л. Если число потенциальных пользователей варьируется от четырех до восьми, а мощность насоса составляет 2,5 куб.м./ч, покупайте гидрорезервуар объемом 50 л.

Но это мы рассмотрели минимальные объемы баков для удовлетворения бытовых нужд. Если же вы покупаете гидроаккумулятор с целью резервирования большой массы воды на случай длительных отключений электроэнергии, их объем может быть неограниченным. Хорошее решение для таких ситуаций – приобретение бака с возможностью подсоединения к нему дополнительных резервуаров.

Совет. Покупая бак, не забывайте, что чем меньше его объем, тем чаще возникает необходимость включения насоса и тем выше риск его преждевременного износа. Как правило, количество максимальных включений/выключений насосов колеблется в рамках 20-30 циклов за час – все, что выше неизбежно приводит к скорой деформации прибора.

Причины поломок и способы их устранения

Несмотря на достаточно прочную и долговечную конструкцию, бывает, что гидроаккумулятор для водоснабжения выходит из строя. Причин для этого бывает несколько. Очень часто происходит завоздушивание водной магистрали. В трубопроводе образуется воздушная пробка, препятствующая нормальной циркуляции воды. Причиной завоздушивания водопровода становится скопление воздуха внутри мембраны. Он попадает туда вместе с током воды, и постепенно накапливается, распространяясь по трубопроводу.

В гидробаках с вертикальным способом установки в их верхней части устанавливается специальный спускной ниппель, для стравливания скопившегося в мембране воздуха. Небольшие накопители, объёмом меньше 100л, обычно выполняются по горизонтальной схеме. Спустить воздух в них бывает несколько сложнее.

Процедура здесь выполняется в несколько этапов:

1. Гидроаккумулятор отключается от электропитания.
2. С системы сливается вся вода, до тех пор, пока накопительный бак полностью не опустеет.
3. Затем все краны в трубопроводной системе закрываются.
4. Гидробак подключается к электричеству, и заново заполняется водой.

Скопившийся внутри накопителя воздух уйдёт вместе со сбрасываемой водой.

Как выбрать гидроаккумулятор для насоса

Первое, на что стоит обратить внимание, что бак не заполняется водой полностью, основное пространство занимает мембрана и воздух под давлением, вода закачивается в бак в объеме не более 40% от емкости сосуда. Существует расчет гидробака по формулам, по частоте включения насоса и различным коэффициентам, весь этот материал Вы найдете без труда на просторах инета

Не вдаваясь в них и пользуясь значительным опытом, можно сказать с уверенностью, что:

— поверхностный насос мощностью до 1000 Вт комплектуется баком объемом 24 литра.
— поверхностный насос мощностью выше 1 кВт выгоднее комплектовать 50 литровым баком.

— погружной насос до 500 Вт достаточным вариантом будет гидробак объемом 24 литра
— погружной насос до 1 кВт комплектуется 50 литровым гидроаккумулятором
— 1,5 кВт и выше — 80 или 100 литров соответственно.

До трех точек водоразбора, с количеством домочадцев 2-3 человека, достаточным будет бак в 50 литров. Если семья больше, то стоит задуматься о приобретении 100 литрового варианта. Этого должно хватить на три-четыре водоразборных точек: мойка на кухне до 8 литров в минуту, ванная комната – 8-12 литров в минуту, и туалет (в зависимости от унитаза) – 6-18 литров в минуту. В повседневной жизни, расширительные аккумуляторы емкостью 24-50 литров без труда обеспечивают в хозяйственной воде небольшую семью, с одной-двумя точками водоразбора.

Методы подключения и настройка гидроаккумулятора

В какой части системы устанавливается и как подключить гидроаккумулятор к насосной станции

Образец с поверхностным насосом в приямке скважины

При стандартной схеме, где вода поступает, например, из колодца или не глубокой скважины мощности обычного насоса вполне хватит для подачи воды даже на второй или третий этаж. В таком случае система не вызывает затруднений и гидроприбор устанавливается в помещении.

Пример простой схемы водоснабжения от глубинного насоса

Что потребуется для сборки всей группы гидроаккумулятора

В группу гидробака, помимо реле давления, входит манометр.

Прибор для измерения давления в трубопроводе

Для удобства соединения всех составляющих используется пятивыводной штуцер.

Пятивыводной кран для гидробака

При сборке всей группы рекомендуется использовать краны «американки». Для беспрепятственного снятия и замены любого устройства при поломке. То есть, на отвод к аккумулятору, на трубу, ведущую к насосу и на разводку к потребителям. Если вы соберете группу без «американок», при незначительной поломке или замене мембраны, например, вам придется сливать воду со всей системы.

Кран Американка позволяющий отсечь систему от любой составляющей

Расчет

Как выполняется расчет гидроаккумулятора для системы водоснабжения?

Если он используется для создания резерва воды или в качестве буферной емкости в системе с насосом, действует простое правило: больше — лучше.

К одному водопроводу можно подключить несколько мембранных баков для создания запаса воды

А вот при выборе мембранного расширительного бака нужен расчет, учитывающий расширение воды в рабочем диапазоне температур.

Расширение воды при нагреве

При расчете не стоит забывать про то, что полный объем и вместимость мембранного бачка  различаются примерно вдвое. На практике его объем обычно принимается равным 1/10 от объема бойлера.

Как работает гидроаккумуляторный узел

Цикл работы схемы водоснабжения с накопительным мембранным баком выглядит так:

1. Вода из скважины или колодца посредством насоса нагнетается внутрь эластичной гидрокамеры. Увеличиваясь в размерах, груша давит на воздух внутри бака – его объем уменьшается, а давление увеличивается.
2. По достижению давлением пороговой величины происходит срабатывание специального реле. Оно прерывает подачу электроэнергии, отключая питание насоса.
3. По мере отбора воды, реле вновь активирует работу насоса, когда достигается нижняя пороговая установка по давлению. Далее цикл повторяется.

В работе гидроаккумуляторного узла участвуют следующие элементы:

1. Насос (поверхностный или погружной). Поверхностные устройства монтируются возле точки водозабора, с отбором жидкости через всасывающую магистраль (шланг или стационарную трубу). Создаваемого поверхностной помпой давления 1,5-3 атм. хватает для работы посудомоечной или стиральной машины. Центробежные поверхностные насосы в состоянии поднимать воду с глубины до 8-9 м. Если зеркало водозабора находится дальше, то используются погружное (глубинное) водоподъемное оборудование.

1. Реле. Контролирует комфортный для людей и бытовой техники диапазон давления в системе – 1,4-2,8 атм. Реле давления бывают механическими или электронными. Бытовые схемы часто комплектуют недорогими механическими моделями отличающиеся простотой и надежностью. Там же, где важна точность срабатывания, применяют электронные приборы.
2. Манометр. Служит для визуального контроля давления. Обычно манометр устанавливают рядом с реле.
3. Запорная арматура. Краны или вентили используются для отсечек входящих/исходящих от насоса водопроводных линий, а также самого гидроаккумулятора во время проведения ремонтов или профилактик узла.

Обзор популярных моделей, среднерыночные цены

Существует немало производителей гидробаков, а стоимость их продукции зависит от целого ряда факторов. Поэтому ознакомимся только с самыми популярными моделями. Для удобства посетителей сайта сведения ниже приведены в виде небольшой таблицы.

Таблица. Характеристики и цены популярных моделей гидроаккумуляторов.

Наименование, фото	Краткое описание	Среднерыночная стоимость, в рублях
1. Wester Line WAV 100	Устройство мембранного типа для применения в системах ХВС/ГВС. Характеризуется вертикальным способом монтажа, показателем рабочего давления в 5 бар и вместительностью в 100 литров. Минимально допустимая рабочая температура -10 градусов, максимально допустимая — +100 градусов.	От 6880
2. Reflex Refix DE 100	Еще одна мембранная модель, в которой вполне можно менять мембрану. Монтаж все так же вертикальный, а рабочая температура варьируется в пределах от -10 до +70 градусов. Гидробак рассчитан на 100 литров и весит 19 килограммов.	Около 11600
3. Wester Line WAO 24	Устройство все того же мембранного типа, рассчитанное на ГВС/ХВС. Поддерживает постоянное давление, эффективно компенсирует гидравлические удары. Монтаж горизонтальный, объем устройств составляет 24 литра, рассчитано на рабочее давление в пределах 5-ти бар.	Около 1870
4. «Джилекс 50Г»	Устройство горизонтальной установки, которое рекомендовано для поверхностных насосов. Показатель рабочего давления достигает 8 бар, а вместительность равна 50 литрам. При этом весит прибор всего 8 килограммов.	3700
5. «Джилекс 24Г»	Конструктивные характеристики практически те же, что и у предыдущей модели. Вот только максимальный объем в данном случае составляет 24 литра, а вес конструкции равен 5 килограммам. Да и стоимость ниже.	1500
6. Reflex Refix DE 80	Последняя на сегодня модель – также мембранная, рассчитанная на сети водоснабжения. Тип монтажа – вертикальный, минимально допустимая рабочая температура равна -10 градусам, максимально допустимая составляет +70 градусов. Объем гидробака равен 80 литрам, а суммарный вес конструкции составляет 16 килограммов.	Около 9370

Схемы подключения

Гидроаккумулятор для систем водоснабжения может работать как с поверхностным, так и с погружным насосом. На его эффективности это никак не отражается, однако в этих двух случаях отличия имеются в схемах подключения. Общими для любого из вариантов являются следующие пункты:

Все соединения в обязательном порядке должны герметизироваться. Для этих целей можно использовать ФУМ-ленту или паклю в сочетании с герметиком.

Перед началом монтажных работ проверяют давление воздуха в емкости, которое в момент установки должно быть ниже порога включения перекачивающего агрегата на 0,2-1,0 бар.

Схема для поверхностного насоса

Для включения в систему водоснабжения с поверхностным насосом потребуется пятивыводной штуцер. Принцип действия гидроаккумулятора предусматривает подключение к штуцеру:

• собственно гидроаккумулятора,
• трубы водопровода, подающей жидкость к точкам водоразбора,
• перекачивающего насоса,
• реле,
• манометра.

Для некоторых из этих элементов системы существуют нюансы, которые требуется учитывать при выполнении монтажных работ.

• Соединение штуцера с гидроаккумулятором выполняется в первую очередь. Для этого может использоваться жесткий шланг или фланец с пропускным клапаном.
• При установке реле давления необходимо также выполнить его электроподключение (к насосу и к питающей сети). Контакты с соответствующими метками находятся под крышкой реле. Если никаких опознавательных знаков на контактах нет, а для самостоятельного определения их принадлежности у вас недостаточно опыта, лучше воспользоваться услугами профессионала. При неверном подключении система в лучшем случае не будет работать, в худшем – оборудование может выйти из строя.
• После подключения оборудования выполняют пробное включение и внимательно осматривают соединения на предмет наличия течи.

Схема для погружного насоса

Отличием схемы является расположение перекачивающего агрегата под поверхностью воды в колодце или скважине. Глубина погружения обычно выбирается таким образом, чтобы от насоса до дна расстояние составляло порядка 20-30 см. Длину трубы до насоса в этом случае определяют обычной веревкой с грузом. С ее помощью замеряется расстояние от края колодца (или скважины, но эта характеристика для скважины обычно имеется в ее документации) до дна. После этого из полученного значения вычитают высоту насоса с обратным клапаном и расстояние от верха колодца до точки входа трубы в землю.

При монтаже гидроаккумулятора для системы с погружным насосом необходим обратный клапан, который предотвратит обратный ход воды. Клапан обычно устанавливают на вход насоса с помощью двухстороннего штуцера.