Систему автономного водоснабжения в частном доме обычно организуют так, чтобы вода подавалась не напрямую из источника к точкам потребления, а через некую локальную «станцию». Функции ее несколько схожи с теми задачами, которые с давних пор решались установкой водонапорных башен. Это – создание определенного объема резерва воды, и плюс к этому – обеспечение ее подачи к точкам потребления под требуемым давлением (напором). Конечно, громоздить башню на своем участке сейчас нет никакой необходимости. Все решается установкой гидроаккумулятора, или, как его часто, но не вполне корректно называют – расширительного бака.
Какие функции возлагаются на гидроаккумулятор в системе водоснабжения дома?
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.
- Можно, конечно, собрать систему, в которой датчик потока, срабатывающий при открытии какой-либо из точек водозабора в доме, запускает в действие насос. И, тем самым, пока кран открыт – работает и насосная установка, поддерживая в системе нужное давление.
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.
Другой вариант – использование вместительной негерметичной накопительной емкости, расположенной в самой высокой точке системы. Вода в нее нагнетается насосом, управление которым завязано с поплавковым датчиком уровня наполнения. В самой емкости избыточного давления не создаётся, но напор во всех точках водозабора обеспечивается гравитационными законами, то есть банальным превышением гидранта над точками потребления. Ведь каждый метр водяного столба соответствует 0,1 технической атмосферы.
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.
- Так как же можно одновременно и создать и запас воды, и держать его под нужным напором? Ведь жидкость несжимаема, и любое открытие крана моментально стравит закачанное в трубе избыточное давление.
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:
- В системе поддерживается напор воды в диапазоне, достаточном для безопасной и полноценной работы всех точек потребления.
- Сам по себе гидроаккумулятор – это немалый запас воды, находящейся под давлением и готовой к подаче в любую точку системы. Таким образом, если по тем или иным причинам временно невозможно поступление поступления воды из источника, домашний водопровод остается работоспособным, пока не будет израсходован весь запас.
- Созданный запас тратится не сразу. И поэтому открытие крана или включение другого сантехнического прибора далеко не всегда вызовет срабатывание насосного оборудования. Пока автоматика (настроенная пользователем, конечно) «считает», что имеющегося давления в гидроаккумуляторе достаточно для поддержания работы системы, оборудования будет «отдыхать в спящем режиме». Уменьшение количества пусков и остановок – это увеличение долговечности насоса, да и всего домашнего водопроводного «хозяйства» в целом, снижение расхода электроэнергии.
- Еще одно важное качество – это амортизационная роль. Как ни крути, любой пуск насоса сопровождается кратковременным, но весьма резким повышением давления в трубах. Такие гидроудары могут достигать 10 и более атмосфер, что, скажем так, не особо полезно ни для труб, ни для сантехнических приборов. А вот гидроаккумулятор, встроенный в систему, становится отличным демпфером, сглаживающим удары и делающим их безопасными.
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 расширительных баках для систем отопления основной упор делается на температуру – они способны выдерживать нагрев даже выше 100 градусов. Но показатели давления обычно – довольно скромные, не превышающие 3÷4 атмосфер.
В таких приборах вполне может использоваться техническая резина SBR, применение которой в системах с питьевой водой – категорически запрещено.
- В гидроаккумуляторах для систем водоснабжения допустимые температурные границы, как правило, не выходят за 70÷80 градусов. Но зато они способны выдерживать давление более 10 атмосфер.
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.
- Еще один момент. Для расширительных бачков системы отопления часто используют изделия мембранной схемы. То есть емкость разделена примерно надвое эластичной мембраной. Одна сторона — воздушная камера, вторая – водяная.
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.
Более подробно — устройство и подключение гидроаккумулятора
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.
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.
