Калькулятор расчета объема гидроаккумулятора: определяем оптимальный объём расширительного бака

Одним из основных элементов насосной станции, работающей в автоматическом режиме с управлением по давлению воды в системе, является гидроаккумулятор. Нередко его еще именуют закрытым расширительным баком, хотя такое определение, по правде говоря, в приложении в системе холодного водоснабжения — не вполне корректное. Это устройство выполняет ряд важнейших функций, без которых насосная станция в принципе невозможна, как таковая.

Калькуляторы расчета объема гидроаккумулятора

Главный редактор проекта Stroyday.ru.Инженер.

Одним из основных параметров гидроаккумулятора является его вместительность. Точнее, полный объем бака, который разделен мембраной («грушей») на воздушную и водяную камеры. Важно подобрать такой, чтобы он не занимал лишнего места, то есть, желательно, покомпактнее, и в то же время — делал эксплуатацию домашней системы водоснабжения по максимуму комфортной и экономной. Нужно найти «золотую середину», и помогут нам в этом калькуляторы расчета объема гидроаккумулятора.

Предстоит последовательно решить две задачи, то есть будет предложено два калькулятора. К каждому прилагается краткое пояснение.

Определение оптимального объёма гидроаккумулятора

Существует несколько подходов к выбору оптимального объема этого бака. Например, рекомендуют таблицы, в которых потребителю предлагается исходить и создаваемого в аккумуляторе запаса воды.

В нашем же случае используется формула, которая разработана одним из ведущих производителей подобного оборудования и отлично подходит именно подл случай насосной станции.

Саму формулу приводить не будет – просто перечислим те величины, которые нам потребуется для расчета.

• Примерный максимальный расход воды, выраженный в литрах в минуту. Определение этого расхода как раз и станет первым действием в череде наших вычислений.

Калькулятор расчета максимального расхода воды

Пояснения по расчету расхода

Все достаточно просто. Сантехнические приборы и бытовая техника, подключаемая «по воде», характеризуется определённым средним расходом. Если указать те приборы и аксессуары, что имеются или планируются к установке в доме, программа просуммирует их показатели.

Понятно, что все приборы бывают задействованы одновременно крайне редко, а то и вовсе — никогда. Но на этот счет в алгоритме калькулятора есть специальная «плавающая» величина, которая учтет вероятностную составляющую итогового результата.

Полученный результат потребуется для дальнейших расчетов.

Вернемся к величинам для основной формулы.

• Потребуется три значения давления – предварительной накачки воздушной камеры гидроаккумулятора, а также нижний и верхний порог срабатывания насоса. То есть минимальное давление в системе, при котором насос запускается и пополняет бак водой, и максимальное, при котором питание установки отключается.

Эти значения тоже, понятно, берутся не «с потолка». Существуют определенные рекомендации по выбору оптимальных показателей. Информация об этом хорошо изложена и на нашем портале.

Какие показатели давления используются при регулировке насосной станции?

Управление насосной станцией возлагается на реле давления. А при его настройке должны использоваться значения давления, которые обеспечат максимально удобную безопасную для самой системы эксплуатацию. Как и по каким параметрам проводиться регулировка насосной станции – читайте в специальной публикации нашего портала.

• Наконец, необходимо будет указать максимальное количество включений насоса в течение часа. Такая рекомендация очень часто содержится в паспортных данных насосного оборудования. Если нет, то можно руководствоваться следующей рекомендацией:

Желательно, чтобы насос даже при практически беспрерывной работе системы водопровода на максимальном расходе воды включался не чаще, чем 1 раз в 4÷5 минут. То есть получается 12÷15 раз в течение часа.

Все необходимые исходные данные перечислены – можно переходить к расчету.

Как определить ёмкость гидроаккумулятора?

Срок службы насосного оборудования в автономных системах водоснабжения не в последнюю очередь зависит от ёмкости гидроаккумулятора. Слишком маленький гидробак увеличивает нагрузку на насосное оборудование, а в слишком больших резервуарах застаивается вода. Как найти золотую середину и выбрать гидробак, который и насосы бережёт, и без воды при отключении электричества не оставит?

Как объём гидробака влияет на работу насосов?

Главное назначение гидроаккумуляторов – уравновешивать перепады давления при водоразборе или отключении электричества и защищать систему от гидроударов. Функцию управления автоматической насосной станцией обычно выполняет реле давления. Когда давление в системе приближается к верхнему пределу, реле прекращает подачу электроэнергии на насосное оборудование. С началом водоразбора давление в сети начинает падать; по достижении нижних пороговых значений подача электропитания возобновляется, и насосы снова принимаются качать воду.

Если в автоматизированной системе водоснабжения нет гидроаккумулятора, насос срабатывал бы всякий раз, когда кто-нибудь повернёт кран или воспользуется туалетом. Ни один электродвигатель не выдержит такого интенсивного режима эксплуатации. Чем мощнее насосная станция, тем меньше допустимая частота включений из-за риска перегрева:

• насосы мощностью свыше 8 кВт выдерживают не более 10 повторных включений в час;
• для насосного оборудования мощностью 5–10 кВт установлен лимит до 15 включений в час;
• для маломощных насосов – до 20 включений.

Так или иначе, более 30 пусков в час – это уже критический уровень нагрузки, не предусмотренный конструкцией агрегата. Также на толерантность к повторным включениям влияют конструктивные особенности насосного оборудования: чем больше подвижных частей, тем реже должен включаться насос. Для уменьшения циклов включения и выключения насосов необходима установка гидроаккумулятора для создания резервных запасов воды.

Внутренняя ёмкость гидробака заполнена баллонной мембраной, в которую поступает вода. Во время водоразбора воздух, воздух, заполняющий пространство между мембраной и внутренними стенками бака, вытесняет воду в сеть. В результате изменение давления в системе происходит плавно, ограничивая количество кратковременных включений и выключений. Иными словами, насосная станция включается и выключается столько раз, сколько позволит объём гидроаккумулятора.

Как определить ёмкость гидроаккумулятора?

Для расчёта оптимального объёма гидробака разработаны формулы, учитывающие основные характеристики системы:

• суточный расход воды;
• допустимое число рабочих циклов в час;
• мощность насосного оборудования;
• настройки реле давления.

На практике все намного проще – ассортимент большинства магазинов ограничен тремя линейками стандартных типоразмеров:

• от 20 до 24 литров и меньше;
• 50– 60 литров;
• 100 и более литров.

Компактные модели ёмкостью до 20–24 литров рассчитаны на насосные станции мощностью до 0,75 кВт с расходом 2–2,5 м3/час, но для небольшой семьи из двух-трёх человек увеличивать расход нет резона. Разумеется, насосы при этом включаются чаще, чем в случае установки гидробака среднего объёма, но так как резких колебаний давления не возникает, низкие нагрузки компенсируют частые включения и выключения. Чаще всего малогабаритные гидроаккумуляторы входит в комплектацию маломощных установок водоснабжения, так что все риски и выгоды за нас уже подсчитал производитель.

Насосное оборудование производительностью 1,8 м3/час и гидробак на 24 литра – типовая комбинация для внутренних сетей частных домов с тремя водоразборными точками, но без внутреннего санузла. При увеличении число точек водоразбора достаточно купить еще один гидроаккумулятор того же объёма и установить его в любом участке системы.

Гидроаккумуляторы ёмкостью 50–60 литров предназначены для сетей с расходом 2,5–3,5 м3/час и мощностью насосного оборудования до 1,5 кВт. Резервный запас воды составляет от трети до половины бака – вполне достаточно для удовлетворения нужд 4–8 человек.

Как правило, гидробаки на 50 литров устанавливают в бытовых системах с четырьмя и более водоразборными точками, где нет ванн, унитазов и тому подобного оборудования, потребляющего большое количество воды. Если в доме оборудован санузел, объём гидроаккумулятора рассчитывают по методике UNI 9182.

В продаже имеются и более массивные гидроаккумуляторы на 80 литров, которые вмещают до 5 литров воды сверх минимального резерва, но стоит ли игра свеч? Выигрыш не сказать что большой, а цена агрегата ощутимо выше.

Покупка гидробака на 100 и более литров оправдана лишь в том случае, если расход воды превышает 5 м3/час. Для этого в доме должно одновременно проживать не менее 10 человек. Прежде чем покупать гидроаккумулятор на 100 литров, учтите, что не всякая скважина обладает достаточной продуктивностью. Кроме того, для установки массивного бака требуется немало места – готовы ли вы поступиться квадратными метрами?

Также гидроаккумуляторы на 200 литров и более пользуются спросом в регионах с частыми перебоями электроснабжения – их используют как накопители воды на случай отключения электричества. Но если запас воды намного превосходит потребности жильцов, во время «Ч» вода в баке может оказаться непригодной для питья и приготовления пищи. Для длительного хранения воды больше подходит открытый водонакопитель.

Чем больше объём – тем больше проблем

Массивные габариты заметно осложняют сервисное обслуживание гидроаккумуляторов. В частности, для гидробаков ёмкостью от 100 литров актуальна проблема удаления воздуха, который накапливается в мембране и образует пробки, расстраивающие работу агрегата.

Для стравливания лишнего воздуха в верхней части вертикальных гидробаков ёмкостью от 100 литров устанавливают воздухоотделительные клапаны. У горизонтальных моделей за выведение воздушных пузырьков отвечает отдельный сегмент трубопровода, укомплектованный выводным ниппелем, сливом и шаровым краном. Для обеспечения бесперебойного функционирования водопровода воздух из бака следует выпускать не реже, чем раз в месяц.

У более компактных гидроаккумуляторов воздух удаляется из мембран во время полного опорожнения резервуара. В силу большего количества рабочих циклов воздушные пробки не успевают образовываться. Для надёжности можно периодически спускать воздух через кран, расположенный в непосредственной близости от бака. Отключив электропитание насосов, позвольте воде полностью стечь, затем закройте кран и включите насосы. Когда гидробак наполнится водой, повторите процедуру.

Вместительность гидробака – далеко не единственный параметр, который следует учитывать, решая увлекательную задачу поддержания напора в сети. Не менее важно правильное расположение гидроаккумулятора: рекомендуется устанавливать бак как можно ближе к насосу. Особенности монтажа систем водоснабжения и условия эксплуатации систем также вынуждают пересмотреть стандартные рекомендации по подбору гидробака.

Если у вас есть какие-то вопросы и сомнения, не стесняйтесь обращаться за помощью к специалистам.

Расчет объема гидроаккумуляторного бака

Роль гидроаккамулятора (расширительного бака) в системе автономного водоснабжения дома

3 точки потребления
Начнем с того, что если в вашем доме есть только кран для воды, душ и кран для полива, то ничего считать не надо. Вам нужна стандартная станция водоснабжения с 24-литровым гидроаккамулятором. Смело покупайте ее. Она оптимальна в тех случаях, когда рассматривается оборудование для небольшого дома (дачи) с периодическим (нерегулярным) использованием. Даже если в перспективе потребуется увеличить число точек разбора воды, то можно будет просто купить отдельно и установить в любую точку системы водоснабжения еще один гидроаккамулятор объемом 24 л.

Более 3-х точек потребления
Если дом без канализации, но с количеством точек разбора воды более трех, то Вам будет вполне достаточно гидроаккамулятора объемом 50 л.

Ниже приведена методика расчета для индивидуальных домов, оснащенных канализацией (септиком), с ванными и другим оборудованием, потребляющим значительное количество воды.

1. Следует определить суммарный коэффициент потребления воды Су. Для этого составьте перечень точек водоразразбора в вашем доме и укажите количество каждого вида оборудования. Ниже представлена таблица «нормального» потребления воды различными бытовыми приборами.

Раковина для умывальника

Стиральная или посудомоечная машина

2. Для определения объема гидроаккумулятора надо решить, сколько раз в час допускается включение гидроаккумулятора при максимальной интенсивности потребления. Нормальным считается 10-15 раз. Обращаем внимание на то, что большое значение этого параметра (некоторые компании рекомендуют назначать этот параметр при максимальной интенсивности до 45 включений в час) приводит к частому нагру-жению мембраны гидроаккумулятора на растяжение-cжатие, а общее количество таких нагру-жений ограничено прочностью мембраны. Кроме того, если 45 включений в час, это значит, что насос работает до отключения всего около минуты. Обычно производительность бытовых насосов систем индивидуального водоснабжения небольшая, и за минуту просто невозможно заполнить правильно подобранный гидроаккумулятор. Наша рекомендация в назначении этого параметра – 10.

При проверке возможности использования уже существующего гидроаккумулятора в тех случаях, когда в доме добавляется новый источник потребления воды, этот параметр можно принять равным 15.

Требуется также назначить пороги срабатывания реле давления станции водоснабжения (Рмин и Рмакс ). Нижний порог Рмин для двухэтажных домов обычно равен 1,5 бар, а верхний порог Рмакс – 3 бар. Тогда, для определения объема гидроаккумулятора надо воспользоваться следующей формулой:

где V- полный объем гидроаккумулятора, л;
Омакс – максимальное значение потребного расхода воды, л/мин;
A – количество пусков системы в час;
Рмин- нижний мин порог давления при включении насоса, бар;
Рмакс-верхний порог давления при выключении насоса, бар;
Ро – начальное давление газа в гидроаккумуляторе, бар.

Например, если Qмакс = 36 л/мин, A = 15, Pмин = 1,8 бар, Рмакс = 3 бар, Ро = 1,8 бар, то полный объем гидроаккумулятора:

личество таких нагру-жений ограничено прочностью мембраны. Кроме того, если 45 включений в час, это значит, что насос работает до отключения всего около минуты. Обычно производительность бытовых насосов систем индивидуального водоснабжения небольшая, и за минуту просто невозможно заполнить правильно подобранный гидроаккумулятор. Наша рекомендация в назначении этого параметра – 10.

При проверке возможности использования уже существующего гидроаккумулятора в тех случаях, когда в доме добавляется новый источник потребления воды, этот параметр можно принять равным 15.

Ближайший по габаритам является 150 литровый гидроаккумулятор.

Далее представим наши рекомендации по назначению порогов срабатывания реле давления систем водоснабжения индивидуального дома. Разница порогов срабатывания Рмакс -Рмин определяет величину объема воды, выдаваемого гидроаккумулятором системы водоснабжения. Чем больше эта разница, тем эффективнее работа гидроаккумулятора, но мембрана в каждом цикле работы нагружается сильнее.

Значение Рмин (давление включения насоса) определяется исходя из значения гидростатического давления (высоты воды) в системе водоснабжения вашего дома. Например, если высота между самой нижней и самой верхней точек разбора в системе равна 10 м, то давление водяного столба- 10 м (1 бар). Каким должно быть минимальное значение давления Рмин? Давление воздуха в камере противодавления гидроаккумулятора должно быть больше или равно гидростатическому, то есть в нашем случае – 1 бар. Нижний порог срабатывания Рмин тогда должен быть несколько больше (на 0,2 бар) начального давления воздуха в гидроаккумуляторе.

Однако нам надо, чтобы система работала устойчиво. Самой критичной, с точки зрения стабильности работы, является наиболее высокая точка разбора (например, кран или душ на верхнем этаже). Кран работает нормально, если перепад давления в нем не менее 0,5 бар. Следовательно, давление должно быть 0,5 бар плюс значение гидростатического давления этой точки. Таким образом, минимальное значение давления газа в гидроаккумуляторе Ро равно 0,5 бар плюс значение приведенного гидростатического давления в точке расположения гидроаккумулятора (расстояние по высоте между верхней точкой разбора и точкой расположения гидроаккумулятора). В нашем случае, если гидроаккумулятор расположен в низшей точке системы водоснабжения, минимальное значение газа в нем Ро = 1 бар + 0,5 бар = = 1,5 бар, а порог срабатывания (включения) насоса Рмин = 1,5 + + 0,2 = 1,7 бар. Если гидроаккумулятор расположен в верхней точке системы, а датчик давления -в нижней, то давление газа в гидроаккумуляторе должно равняться 0,5 бар, а порог включения насоса- 1,7 бар.

При назначении верхнего порога срабатывания системы автоматического водоснабжения Рмакс необходимо учитывать несколько моментов, в первую очередь -напорную характеристику насоса. Значение напора, создаваемого насосом и выраженное в метрах водяного столба, разделенное на 10, покажет максимальное значение давления. Однако при этом следует учитывать, что:

• в характеристиках насоса указаны максимальные параметры без учета гидравлических сопротивлений трубопроводов;
• напряжение электрической сети часто не соответствует номинальному значению 220 В, и реальные значения могут быть ниже;
• производители бытовых насосов часто указывают завышенные характеристики;
• при максимальных значениях напора расход насоса минимален и система будет заполняться очень долго;
• при длительной эксплуатации характеристики насоса уменьшаются.

Учитывая вышесказанное, мы рекомендуем назначать величину верхнего порога срабатывания на 30% ниже, чем максимальное значение напора вашего насоса. Однако первоначальным при определении верхнего порога срабатывания является высота вашего дома, вернее, высота системы водоснабжения дома. Величина верхнего порога срабатывания равна высоте системы водоснабжения (выраженной в метрах) плюс 20 м, и разделенная на 10. Вы получите давление, выраженное в барах.

В бытовых системах водоснабжения рекомендуемая разница между нижним и верхним порогами срабатывания – 1,0-1,5 бар. Эти значения наиболее приемлемы. Таким образом, для определения верхнего порога давления включения насоса мы рекомендуем:

1. определить нижний порог давления включения насоса;
2. к полученному значению прибавить 1,5 бар;
3. полученное значение сравнить с напорными характеристиками насоса.

Оно должно быть на 30% ниже максимального значения напора вашего насоса. Таким образом, можно проверить правильность подбора насоса и гидроаккумулятора или возможность использования существующего при установке дополнительного оборудования, потребляющего воду.

Купить гидроаккамулятор в Интернет магазине ВОДОЛЕЙ по отличной цене.
В нашем магазине Вы можете получить консультацию по подбору любого вида насосного оборудования и дополнительного оборудования для организации автономного водоснабжения дома.

Также рекомендуем к прочтению