Гидроаккумулятор: назначение, настройка, выбор объема

Гидроаккумулятор необходим для поддержания давления в напорной системе водоснабжения. Основное назначение гидроаккумулятора — поддержание и плавное изменение давления жидкости в системе. При совместном использовании с реле давления возможно создать автоматическую станцию на базе погружного или поверхностного насоса.
Дополнительные функции гидроаккумулятора:
- Обеспечение минимального запаса воды
- Защита от гидроудара (изменения давления в жидкости, вызванного мгновенным изменением её скорости)
- Ограничение повторно-кратковременных включений насоса
Гидроаккумулятор позволяет сделать возможным использование реле давления и автоматизировать процесс подачи воды. Без гидроаккумулятора, реле не будет работать корректно, из-за резкого изменения давления в системе (при включении или выключении насоса, открытии крана, отключении или подключении новых потребителей и т.п.) может вызывать постоянное срабатывание реле. А это может привести к нестабильности подачи, перегреву или поломке электродвигателя, поломке реле.
Включение насоса в системе с реле давления, но без гидроаккумулятора, вызвало бы мгновенное увеличение давления в системе и реле тут же среагировало бы на это и отключило насос (так как вода практически не сжимаема). Но с другой стороны, при открытии крана давление тут же упало бы и реле среагировав, включило насос.
Коэффицент сжимаемости воды равен 5 x 1010 Па-1. То есть увеличение давления воды (напора, создаваемого насосом) практически не вызывает изменения её объема (это сотые доли процента). Поэтому давление менялось бы в системе с большой скоростью, что вызывало бы постоянное срабатывание реле.
Надо четко понимать, что гидроаккумулятор никакого давления не создает и потребителю воду сам не качает — все это делает насос. Он только поддерживает давление жидкости, которое в нем создалось насосом и подает воду в тот момент времени, пока открыт кран потребителя и насос не включился. Например вопрос «Какой объем гидроаккумулятора мне нужен если у меня два душа?» не совсем корректен. Потому что при пользовании душем (одним или двумя), гидроаккумулятор подает воду только до момента включения насоса, а затем все оставшееся время пользования воду подает только насос. И остановится он только после того, как все краны перекроются и давление в баке поднимется до давления выключения.
Иногда бывает так, что насос выключается даже в то время, когда потребители пользуются водой. Однако такой режим работы нежелателен (поскольку через короткое время насосу опять придется включиться) и говорит о том, что подбор насоса и/или настройки всей системы выполнены неправильно (в большинстве таких случаев надо изменить настройки реле давления).
Любой гидроаккумулятор разделен мембраной на две полости: воздушную и водяную. За счет подачи воды под давлением в водяную полость бака, мембрана расширяется и сжимает воздух в воздушной полости. Тем самым мембрана уравновешена давлением с двух сторон (P1 x V1 = P2 x V2). Давление будет расти до тех пор, пока насос не отключится по установке реле давления (давление отключения насоса). В момент начала расхода воды, воздух давит на мембрану, тем самым, выталкивая воду из гидроаккумулятора. Давление воды медленно падает и при достижении давления включения насоса, реле замкнет контакты и насос запустится. Такова принципиальная схема автоматической работы насоса совместно с гидроаккумулятором и реле давления.
Каким должно быть давление воздуха в воздушной полости гидроаккумулятора?
Давление в воздушной полости гидроаккумулятора должно быть на 10% меньше давления включения насоса. Причем давление воздуха нужно измерять только на отключенном от системы баке (без давления воды). Давление воздуха нужно регулярно контролировать и по необходимости приводить в норму, это заметно продлит жизнь мембране. С этой же целью не рекомендуется делать перепад давления между включением и выключением насоса слишком большим. Оптимальным является перепад в 1.0-1.5 атм. Бóльшие перепады сильнее растягивают (нагружают) мембрану, тем самым уменьшая её срок службы, и более того, большие перепады давления некомфортны при пользовании водой.
Гидроаккумуляторы рекомендуется устанавливать в местах не подверженных затоплению и с невысокой влажностью. В этом случае фланец гидроаккумулятора прослужит намного дольше. Поскольку никаких нагрузок баком не воспринимается, нет необходимости в дополнительном креплении. Гидроаккумулятор можно просто устанавливать на пол на штатные опоры.
При выборе конкретной марки гидроаккумулятора следует обратить внимание на материал мембраны, наличие сертификатов и санитарно-гигиенических заключений, удостоверяющих, что гидроаккумулятор предназначен для использования в системах с питьевой водой. Также не лишним будет убедиться в наличии запасных мембран и фланцев, чтобы в случае проблем не пришлось покупать полностью новый бак.
Максимальное давление, на которое рассчитан гидроаккумулятор, не должно быть меньше максимально возможного давления в системе (например, при поломке реле давления). Именно поэтому большинство баков рассчитаны на давление в 10 бар.
Часто возникает вопрос о том, сколько воды находится в гидроаккумуляторе? Например, если отключат электричество, сколько литров воды можно будет использовать?
Это значение зависит от установок реле давления. Как нетрудно догадаться, чем выше разница по давлению, между включением и выключением насоса, тем больше воды войдет в гидроаккумулятор, однако эту разницу необходимо лимитировать по причинам изложенным выше.
В качестве примера приведём таблицу заполняемости гидроаккумуляторов
P воздуха, бар | 0.8 | 0.8 | 1.8 | 1.3 | 1.3 | 1.8 | 1.8 | 2.3 | 2.3 | 2.8 | 2.8 | 4.0 |
P вкл. нас., бар | 1.0 | 1.0 | 2.0 | 1.5 | 1.5 | 2.0 | 2.0 | 2.5 | 2.5 | 3.0 | 4.0 | 5.0 |
P выкл. нас., бар | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 2.5 | 3.0 | 2.5 | 4.0 | 4.0 | 5.0 | 5.0 | 8.0 | 10.0 |
Общий объем бака, л | Запас воды, л | |||||||||||
19 | 5.70 | 7.33 | 4.43 | 4.99 | 6.56 | 2.53 | 7.09 | 5.37 | 7.46 | 6.02 | 8.11 | 8.35 |
24 | 7.20 | 9.26 | 5.60 | 6.31 | 8.28 | 3.20 | 8.96 | 6.79 | 9.43 | 7.60 | 10.24 | 10.55 |
50 | 15.00 | 19.29 | 11.67 | 13.14 | 17.25 | 6.67 | 18.67 | 14.14 | 19.64 | 15.83 | 21.33 | 21.97 |
60 | 18.00 | 23.14 | 14.00 | 15.77 | 20.70 | 8.00 | 22.40 | 16.97 | 23.57 | 19.00 | 25.60 | 23.36 |
80 | 24.00 | 30.86 | 18.67 | 21.03 | 27.60 | 10.67 | 29.87 | 22.63 | 31.43 | 25.33 | 34.13 | 35.15 |
100 | 30.00 | 38.57 | 23.33 | 26.29 | 34.50 | 13.33 | 37.33 | 28.29 | 39.29 | 31.67 | 42.67 | 43.94 |
200 | 60.00 | 77.14 | 46.67 | 52.57 | 69.00 | 26.67 | 74.67 | 56.57 | 78.57 | 63.33 | 85.33 | 87.88 |
300 | 90.00 | 115.71 | 70.00 | 78.86 | 103.50 | 40.00 | 112.00 | 84.86 | 117.86 | 95.00 | 128.00 | 131.82 |
500 | 150.00 | 192.86 | 116.67 | 131.43 | 172.50 | 66.67 | 186.67 | 141.43 | 196.43 | 158.33 | 213.33 | 219.70 |
750 | 225.00 | 289.29 | 175.00 | 197.14 | 258.75 | 100.00 | 280.00 | 212.14 | 294.64 | 237.50 | 320.00 | 329.55 |
1000 | 300.00 | 385.71 | 233.33 | 262.86 | 345.00 | 133.33 | 373.00 | 282.86 | 392.86 | 316.67 | 426.67 | 439.39 |
Согласно этой таблице, в 200-литровом гидроаккумуляторе при следующих установках реле давления:
Включение насоса — 1.5 бар
Выключение насоса — 3.0 бар
Давление воздуха — 1.3 бар
Запас воды составит 69 литров, что составляет примерно треть от всего объема.
В заключение несколько слов о необходимом объеме гидроаккумулятора
Минимальный рекомендуемый объем вычисляется по следующей формуле:
Vt = K x Amax x ((Pmax+1) x (Pmin +1)) / (Pmax — Pmin) x (Pвозд. + 1)
Amax — расчетный максимальный расход воды (литр/мин)
К — коэффициент, зависящий от мощности электродвигателя насоса (см. таблицу ниже)
Pmax — давление выключения насоса, бар
Pmin — давление включения насоса, бар
Pвозд. — давление в воздушной полости гидроаккумулятора, бар
Мощность насоса, кВт | 0.55-1.5 | 2.2-3.0 | 4.0-5.5 | 7.5-9.0 |
Коэффициент К | 0.25 | 0.375 | 0.625 | 0.875 |
Выберем минимально необходимый объем гидроаккумулятора для системы водоснабжения на базе насоса Водолей БЦПЭ 0,32-50У со следующими установками:
Pmax = 3.0 бар
Pmin = 1.8 бар
Pвозд. = 1.6 бар
Аmax = 2.1 м3/ч (35 л/мин)
K = 0.25 (так как мощность насоса находится в диапазоне 0.55–1.5 кВт)
Vt = 31.41 литр
Выбираем следующий ближайший объем гидроаккумулятора — 35 л.
Отметим, что объем бака на уровне 24-50 литров прекрасно согласуется с другими методиками расчета гидроаккумуляторов для бытовых систем водоснабжения и эмпирическими рекомендациями различных производителей насосного оборудования.
Бóльший объем следует выбирать в том случае, если имеют место быть частые выключения электроэнергии, однако надо помнить, что в любом случае вода заполняет примерно треть общего объема (см. выше таблицу заполняемости). И конечно, чем более мощный насос установлен в систему (актуально для насосов мощностью 1.1 кВт и выше), тем больший размер гидроаккумулятора необходимо предпочесть, это сократит число повторно-кратковременных включений и продлит срок службы электродвигателя насоса.
Покупая гидроаккумуляторы больших объемов, надо отдавать себе отчет в том, что водой надо регулярно пользоваться, поскольку при длительном простое, её качество начинает ухудшаться. Ведь использовать всю воду из гидроаккумулятора объемом 24 или 50 литров гораздо проще и быстрее, чем из 100 или 200 литрового.
С моделями и ценами на гидроаккумуляторы можно ознакомиться в разделе «Принадлежности к насосам».