Подбор мембранного бака гидроаккумулятора

Мембранный бак (далее гидроаккумулятор) — предназначен для накапливания гидравлической энергии воды и последующего её использования. В системе водоснабжения выполняет функцию демпфера способного принять в себя, как прирост объёма или резкий скачёк давления, так и компенсировать незначительный водоразбор, снижая частоту включения насоса.

Гидроаккумулятор для питьевого водоснабжения решает следующие задачи: 

• Поддержание давления в системе водоснабжения (постоянный напор) 
• Создание резервного запаса воды при перебоях электроэнергии
• Компенсация (гашение) гидравлических ударов возникающих при включении насоса или закрытии крана
• Компенсация незначительных разборов воды или утечек провоцирующих недопустимо частое включение насоса
• Снижение частоты включения и увеличение срока службы насоса

Конструкция и принцип работы 

Конструктивно гидроаккумулятор или мембранный бак представляет собой емкость с резиновой мембраной внутри, занимающей 35 - 65% объема гидроаккумулятора и соединенной с корпусом при помощи фланца из нержавеющей стали. Между мембраной и стенками гидроаккумулятора находится закачанный под давлением воздух. При включении насоса вода из скважины поступает в мембрану, при этом объем воздуха в воздушной камере уменьшается на величину объема воды, наполнившей мембрану. Уменьшение объема воздуха приводит к увеличению давления в системе. При повышении давления до определенного уровня выставленного предварительно c помощью реле, это реле отключает насос и при открытии крана вода течет из гидроаккумулятора. При этом давление в мембране уменьшается, насос включается снова и в нее снова закачивается вода. Таким образом, насос не работает постоянно, а включается лишь тогда, когда давление в баке опускается до определенного минимального значения и выключается при достижении максимального значения давления при наполнении мембраны водой. В итоге, поддерживается постоянный напор воды в системе водоснабжения, уменьшается износ насоса и срок его эксплуатации возрастает. 

Однако не весь гидроаккумулятор заполнен водой, а только его часть. Полезный рабочий объем воды в гидроаккумуляторе рассчитывается исходя из оптимизации частоты включения насоса, и может составлять 35-55% от его общего объема.  

Самый высокий показатель при прочих равных условиях - у немецких гидроаккумуляторов Reflex Refix DE и составляет 45-65%. А это означает, что объем воды в 100-литровом мембранном баке будет варьироваться не в пределах 35 - 55, а 45 - 65 литров. 

Компания Reflex производит только вертикальные мембранные баки Reflex Refix DE из углеродистой стали высокого качества. Все части подвергающиеся воздействию воды - с антикоррозионным покрытием. Мембрана является сменной, что делает срок службы такого гидроаккумулятора практически неограниченным. Материал мембраны – бутиловая резина пищевого качества, стойкая к воздействию бактерий, - соответствует всем санитарным нормам и стандартам.  

Расчёт и подбор 

С помощью гидроаккумулятора решают массу задач, и расчёт для каждого из случаев выполняется по различным методикам.  
Приведем расчет определения полного объема гидроаккумулятора для скважинной системы. Приоритетом в такой системе почти всегда является снижение частоты включения скважинного насоса.

В большинстве случаев, рекомендуемая частота включения (количество в час), связана с электрической мощностью насоса и его производительностью, например, насосы с мощностью менее 5 кВт – не более 20 раз в час. 
Так, для скважинных насосов "Grundfos SQ 3-80" с мощностью 1,65 кВт и "Grundfos SP 5 A-25" с мощностью 2,2 кВт, рассчитанных нами в соответствующих разделах, нормальным можно считать 15 включений в час.

Рассчитаем объем гидроаккумулятора для каждого из них отдельно по условиям тех же разделов. 

Объем рассчитывается по формуле:

V = 275 * (Qмакс / N) * (Pмакс * Pмин / (Pмакс - Pмин)) * (1 / Po) , [л]

где:

V - полный объем гидроаккумулятора ( л)
Qмакс - максимальное значение водопотребления (м3/час)
N - количество пусков насоса в час
Рмакс - давление выключения насоса (бар)
Рмин - давления включения насоса (бар)
Ро - начальное давление газа в гидроаккумуляторе (бар)

1. Расчет обьема гидроаккумулятора Reflex Refix DE для насоса 3" Grundfos SQ 3-80.

• Qмакс = 2,8 м3/час (из условия раздела)
• N = 15 пусков в час
• Рмакс = 3,5 бар
Из условия раздела, Рмакс = Ptap. В качестве давления выключения (Рмакс) насоса, принимается давление, достаточное для обеспечения всех точек водоразбора в трубопроводе коттеджа. Для сравнения в городской сети в среднем от 2 до 2,5 бар.
• Ро = 1 бар
В качестве минимального (Ро), принимается такое давление, при котором давление воды в верхней водоразборной точке (душ на 2 этаже, в нашем примере) составляет минимально допустимую величину. Обычно это не менее 0,5 бар для крана, для душа 1 бар.
• Рмин = 1,7 бар
В качестве минимального (Рмин), принимается давление, при котором давление воды в верхней водоразборной точке составляет минимально допустимую величину с учетом преодоления гидростатического давления к этой точке от гидроаккумулятора.
Для того, чтобы подать воду к душу на 2-й этаж необходимо преодолеть гидростатическое давление воды от уровня гидроаккумулятора (на первом этаже) к этому душу (выражаемое в метрах водяного столба (м H2O), 1 бар на каждые 10,197 м), а также давление в горизонтальном расстоянии (меньше вертикального в 10 раз).
Считаем.
Минимальное давление для душа: 1 бар.
По высоте: пусть от 1-го до 2-го этажа 3,5 метра, плюс еще 2 метра высоты душа, итого 5,5 метров или 5,5 / 10,197 = 0,54 бар.
По горизонтали: пусть душ расположен в 10 метрах от вертикальной проекции на гидроаккумулятор, тогда 10 / 10,197 / 10 = 0,1 бар.
Итого: Рмин = 1 + 0,54 + 0,1 = 1,64 бар. Округляем - 1,7 бар.
 
Итак, V = 275 * (2,8 / 15) * (3,5 * 1,7 / (3,5 – 1,7)) * (1 / 1) = 169,69 л

Объём выбранного бака гидроаккумулятора должен быть больше или равен объёму, полученному в результате расчёта. 
Этот объем соответствует ближайшему большему объему бака в 200 литров гидроаккумулятора Reflex DE 200 из таблицы, представленной ниже. 

2. Расчет обьема гидроаккумулятора Reflex Refix DE для насоса 4" Grundfos SP 5A-25 (1 х 230).

• Qмакс = 4,5 м3/час (из условия раздела) 
• N = 15 пусков в час
• Рмакс = 4 бар (из условия раздела, Рмакс = Ptap)
• Ро = 1 бар (душ на 3-м этаже - 1 бар)
• Рмин = 1,9 бар
Минимальное давление для душа: 1 бар.
По высоте: пусть от 1-го до 3-го этажа 6,5 метров, плюс еще 2 метра высоты душа, итого 8,5 метров или 8,5 / 10,197 = 0,83 бар. 
По горизонтали: пусть душ расположен в 10 метрах от вертикальной проекции на гидроаккумулятор, тогда 10 / 10,197 / 10 = 0,1 бар. 
Итого: Рмин = 1 + 0,83 + 0,1 = 1,93 бар. Округляем - 1,9 бар. 

Итак, V = 275 * (4,5 / 15) * (4 * 1,9 / (4 – 1,9)) * (1 / 1) = 298,57 л 

Этот объем соответствует ближайшему большему объему бака в 300 литров гидроаккумулятора Reflex DE 300 из таблицы, представленной ниже.  

Установка

Установка гидроаккумулятора:  

• Гидравлический аккумулятор устанавливается либо в специальном помещении в доме, либо при недостатке полезной площади, в кессоне. 
• К гидроаккумулятору подводится водопроводная труба ПНД исходящая от оголовка скважины или скважинного адаптера.
• До места установки гидроаккумулятора, по ходу движения воды, обязательно должен быть установлен обратный клапан.
• Перед и после гидроаккумулятора, следует установить запорную арматуру защищённую от случайного закрытия и дренажный кран для слива воды.
• Гидроаккумулятор закрепляют со значительным запасом прочности. Чтобы снизить уровень вибрации, его крепят с помощью резинового уплотнителя.
• Гидроаккумулятор присоединяют с помощью гибких элементов. Важно, чтобы их диаметр не сужал сечение на входе системы подвода воды.
• При первом использовании гидроаккумулятора воду нужно подавать медленно.
• Монтаж гидроаккумулятора в инженерную систему производят со свободным доступом, для замены или ремонта в дальнейшем.

кроме того следует учесть: 

• В системе с гидроаккумулятором обязательна установка предохранительного клапана. 
• Перед монтажом в систему водоснабжения, в гидроаккумуляторе следует создать начальное давление газового пространства Po в соответствии со значением полученным расчётом.
• Перед запуском гидроаккумулятора нужно удалить воздух внутри мембраны.
• Масса и габариты гидроаккумулятора могут затруднить монтаж, обязательно проверьте, пройдёт ли ёмкость в дверные проёмы.

Настройка давления в гидроаккумуляторе 

Перед подключением в систему водоснабжения необходимо установить давление газового пространства в баке гидроаккумуляторе (Pо) в соответствии со значением, приведенным в результатах расчёта. Для этого может потребоваться сбросить или накачать бак с помощью компрессора, в зависимости от установленного в заводских условиях давления газового пространства.

После создания начального давления газового пространства следует подключить бак к системе водоснабжения. 

Обслуживание  

Обслуживание гидроаккумулятора заключается в ежемесячной проверке давления включения и выключения насоса, а также раз в пол года проверке начального давления газового пространства Pо. 

Давление включения и выключения насоса снимаются по показаниям манометра установленного у гидроаккумулятора. Для этого открывается любой водоразборный кран и в момент включения насоса снимается значение давления, давление отключения снимается после закрытия крана и отключения насоса. 

Чтобы проверить начальное давление газового пространства Ро необходимо отключить гидроаккумулятор от системы водоснабжения, дренировать воду и к ниппелю газовой полости подключить манометр. Если давление ниже требуемого - через тот же ниппель бак следует накачать компрессором. 

Автоматику управления насосом следует настроить таким образом, чтобы давление включения и давление отключения насоса соответствовали расчётным значениям.