Гидроаккумулятор (расширительный мембранный бак) служит для поддержания давления в напорной системе водоснабжения, и при использовании совместно с реле давления позволяет создать автоматическую станцию на базе погружного или поверхностного насоса. Основное назначение гидроаккумулятора в системе — поддержание и плавное изменение давления жидкости в системе.
Дополнительные функции, которые выполняет гидроаккумулятор, следующие:
Таким образом, именно гидроаккумулятор позволяет сделать возможным использование реле давления и автоматизировать процесс подачи воды. Без гидроаккумулятора, реле не может работать корректно, поскольку мгновенное изменение давления в системе (в момент открытия крана, отключения или подключения новых потребителей, включения или выключения насоса и т.п.) вызывало бы постоянное срабатывание реле. А это, в свою очередь, ведет к нестабильности подачи, перегреву или поломке электродвигателя, поломке реле.
Так как вода практически не сжимаема, то 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. С другой стороны, при открытии крана давление тут же упало бы и реле среагировав, включило насос.
Коэффицент сжимаемости воды = 5 x 10^10 1/ Па. Т.е. 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 уяснить, что гидроаккумулятор никакого давления не создает и потребителю воду сам не качает — все это делает насос. Он только поддерживает то давление жидкости, которое в нем создано 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 (P1V1 = P2V2). Давление будет расти до тех пор, пока насос не отключится по уставке 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.
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 не комфортны 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.
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 мы приводим 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.
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 0,5-50 У 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».