Jaký je optimální tlak ve vodovodní expanzní nádobě – ​​SamStroy – konstrukce, design, architektura.

Autonomní systém zásobování vodou v soukromém domě je obvykle organizován tak, že voda není dodávána přímo ze zdroje do míst spotřeby, ale prostřednictvím určité místní „stanice“. Jeho funkce jsou poněkud podobné úkolům, které se již dlouho řeší instalací vodárenských věží. Jedná se o vytvoření určitého objemu zásob vody a k tomu ještě zajištění její dodávky do odběrných míst pod požadovaným tlakem (spádem). Nyní samozřejmě není potřeba na svém pozemku stavět věž. Vše řeší instalace hydraulického akumulátoru, nebo, jak se často, ale ne zcela správně, říká – expanzní nádoba.

Při návrhu takového systému se nelze vyhnout zodpovězení dvou důležitých otázek. První je, jaký objem hydraulického akumulátoru lze považovat za optimální. A druhá je, jaký tlak je třeba udržovat v expanzní nádrži vodovodu Na obojí se pokusíme odpovědět v této publikaci.

Jaké funkce jsou přiřazeny hydraulickému akumulátoru v systému domácího zásobování vodou?

V každém vodovodním systému musí být udržován určitý přetlak (nad atmosférický). V opačném případě se potrubí jednoduše zasekne, při otevření kohoutku nedojde k žádnému pohybu vody nebo tlak zeslábne tak, že nebude k ničemu. Představte si tenký, „sotva živý“ proud, který nestačí na jednoduché umytí, nemluvě o sprše nebo domácích spotřebičích napojených na vodovod.

• Je samozřejmě možné sestavit systém, ve kterém průtokové čidlo spouštěné otevřením kteréhokoli místa odběru vody v domě spouští čerpadlo. A tak, když je kohout otevřený, pracuje také čerpací jednotka a udržuje požadovaný tlak v systému.

Komfortní? Upřímně řečeno, moc ne. Ukazuje se, že i při sebemenší spotřebě (například opláchnutí rukou nebo naplnění šálku vody) se spustí čerpací zařízení. To je extrémně nerentabilní a taková instalace nebude trvat dlouho, protože rychle vyčerpá zamýšlenou provozní životnost.

Proto se takové schéma obvykle ani nepovažuje za přijatelnou variantu. Tento přístup je možný pravděpodobně pouze při zalévání zahrady ze studny.

Další možností je použití velké, nehermetické akumulační nádrže umístěné v nejvyšším bodě systému. Vodu do něj čerpá čerpadlo, jehož ovládání je propojeno s plovákovým snímačem hladiny. V samotné nádrži nevzniká žádný přetlak, ale tlak ve všech odběrných místech vody je zajištěn gravitačními zákony, tedy banálním přebytkem hydrantu nad odběrnými místy. Každý metr vodního sloupce totiž odpovídá 0,1 technické atmosféry.

Pokud takový tlak v určitém bodě nestačí, je snadné jej zvýšit instalací speciálního přídavného pomocného čerpadla. Praktikuje se to například před průtokovými ohřívači vody, sprchovými kabinami a dalšími domácími spotřebiči, které pro správnou funkci vyžadují zvýšený tlak.

Systém je velmi dobrý, docela funkční, ale řekněme docela problémový. A to není vždy možné. Koneckonců, ne každý má možnost umístit nádobu impozantní velikosti a hmotnosti (při naplnění) do nějaké horní místnosti. Navíc, pokud je dům určen k celoročnímu rodinnému bydlení, bude taková nádrž vyžadovat i velmi spolehlivou tepelnou izolaci.

• Jak tedy můžete současně vytvořit zásobu vody a udržet ji na správném tlaku? Kapalina je totiž nestlačitelná a každé otevření kohoutku okamžitě uvolní přetlak čerpaný do potrubí.

Zde přichází na pomoc hydraulika pneumatika. Stlačený plyn je schopen akumulovat a uvolňovat působivý energetický potenciál – není divu, že pneumatické nářadí je tak rozšířené. A tato zásoba energie, vytvořená stlačováním vzduchu, může zcela postačovat k vytvoření a udržení potřebného tlaku vody v domácí vodovodní síti.

Této optimální kombinace bylo dosaženo vytvořením speciálního zařízení – hydraulického akumulátoru, o kterém bude řeč dále v článku. Jeho zařízení není nijak zvlášť složité a nebude těžké mu porozumět a principu fungování.

Představte si tedy nádrž v pevném kovovém pouzdře, které vydrží vysoký tlak (položka 1 na obrázku níže).

Uvnitř této tuhé nádrže je elastická nádoba (poz. 2), která po naplnění vodou může změnit svou velikost, něco jako gumový balónek. Hrdlo tohoto válce (poz. 3) je hermeticky připojeno k vodovodnímu potrubí vedoucímu k hydraulickému akumulátoru.

Zbývající prostor mezi elastickým vakem a kovovými stěnami nádrže (poz. 4) je tak přeměněn na vzduchovou komoru hydraulického akumulátoru.

S představou o základních základních fyzikálních zákonech z oblasti termodynamiky není těžké si představit, jak takové zařízení funguje.

Ve vzduchové komoře je předem vytvořen určitý tlak – pro tento účel je k dispozici speciální vsuvka, velmi podobná jejímu „bratru“ používanému na kole automobilu.

Když se voda shromažďuje v elastické komoře (je jasné, že je to možné pouze s přetlakem, to znamená, když čerpadlo instalované v systému funguje), začne se zvětšovat. To přirozeně snižuje objem vzduchové komory. Vzhledem k tomu, že zde předpokládáme konstantní teplotu, bude pokles objemu provázet výrazné zvýšení tlaku. A díky stlačitelnosti plynu a pevnosti utěsněného pouzdra lze tento tlak zvýšit na velmi působivé hodnoty několika atmosfér.

Je zřejmé, že stejným tlakem tlačí stěny pružné komory na vodu, která ji vyplňuje. A protože je tlak rozložen rovnoměrně do všech směrů, je stejný v celém systému domácího vodovodu (no, mínus nějaké ztráty z hydraulického odporu).

To znamená, že když někde otevřete kohoutek, pod tlakem jím proteče voda. Se spotřebou vody se objem elastického balónku postupně zmenšuje, což vede k poklesu tlaku. Pokud vodu do hydraulického akumulátoru nevtlačíte násilím, přetlak vytvořený ve vzduchové komoře zcela vytlačí veškerou náplň.

No a když zapínání a vypínání čerpacího zařízení přiřadíme automatizaci, která bude hlídat hladinu tlaku v systému, tak dostaneme přesně to, co potřebujeme.

Toto byl stručný popis práce – k této problematice se vrátíme o něco později. Nyní se můžeme podívat na výhody autonomního vodovodního systému vybaveného hydraulickým akumulátorem.

Instalace hydraulického akumulátoru do autonomního systému zásobování vodou tedy řeší několik důležitých problémů najednou:

• Systém udržuje tlak vody v rozsahu dostatečném pro bezpečný a plný provoz všech odběrných míst.
• Hydraulický akumulátor sám o sobě představuje značnou zásobu vody, pod tlakem a připravenou k dodání do kteréhokoli místa v systému. Pokud je tedy z toho či onoho důvodu dočasně znemožněna dodávka vody ze zdroje, zůstává domácí vodárna v provozu až do vyčerpání celé zásoby.
• Vytvořená rezerva se nevynakládá okamžitě. Otevření kohoutku nebo zapnutí jiného vodovodního zařízení tedy ne vždy způsobí provoz čerpacího zařízení. Zatímco automatizace (samozřejmě nakonfigurovaná uživatelem) si „myslí“, že stávající tlak v hydraulickém akumulátoru je dostatečný k udržení provozu systému, zařízení bude „odpočívat v režimu spánku“. Snížení počtu spuštění a zastavení znamená zvýšení životnosti čerpadla a celého vodovodního systému domácnosti jako celku a snížení spotřeby energie.
• Další důležitou vlastností je funkce tlumení nárazů. Cokoli lze říci, každé spuštění čerpadla je doprovázeno krátkodobým, ale velmi prudkým zvýšením tlaku v potrubí. Taková vodní kladiva mohou dosáhnout 10 atmosfér nebo více, což, řekněme, není zvláště užitečné ani pro potrubí, ani pro vodovodní armatury. Hydraulický akumulátor zabudovaný v systému se však stává vynikajícím tlumičem, který vyrovnává nárazy a činí je bezpečnými.

Takové nádrže se často nazývají „expanzní nádrže“, i když podle názoru autora to stále obsahuje určité nepřesnosti. V systému zásobování studenou vodou není moc co rozšiřovat – pokud dojde k nějakým změnám teploty vody od zdroje k odběrnému místu, nejsou natolik výrazné, aby se nějak znatelně projevily na objemové roztažnosti.

Pokud však mluvíme o zásobování teplou vodou, pak je obrázek poněkud odlišný. V blízkosti zásobníkového ohřívače vody (bojle) se často instaluje zásobník, jehož přímým účelem je kompenzovat objemovou roztažnost vody z jejího ohřevu. Jen proto, abyste nemuseli nutit pojistný ventil k častému provozu.

Samostatnou skupinou jsou expanzní nádoby pro topné systémy – zde plně odůvodňují svůj název. Obvykle jsou navenek odlišeny více barvami, i když to není nutné.

Ještě byste se měli podívat na specifikace.

• V expanzních nádržích pro topné systémy je kladen hlavní důraz na teplotu – jsou schopny odolat ohřevu i nad 100 stupňů. Ale hodnoty tlaku jsou obvykle velmi skromné, nepřesahují 3÷4 atmosféry.

Taková zařízení mohou dobře používat technickou SBR pryž, jejíž použití v systémech s pitnou vodou je přísně zakázáno.

• V hydraulických akumulátorech pro vodovodní systémy nepřekračují přípustné teplotní limity zpravidla 70÷80 stupňů. Jsou však schopny odolat tlaku více než 10 atmosfér.

Důležitým požadavkem na taková zařízení je hygiena všech částí a součástí, které přicházejí do styku s vodou. Je jasné, že by v žádném případě neměly snižovat jeho kvalitu..

Proto se pro výrobu membrán (válců) používá buď přírodní kaučuk (omezený na zahřívání na 50 stupňů) nebo ethylenpropylenový syntetický kaučuk (EPDM), který je docela vhodný pro „potravinářské“ použití. Nebo nejvýhodnějším materiálem, jak z hygienického hlediska, tak z hlediska životnosti, je syntetický butylkaučuk (BUTYL), který se mimochodem nebojí ani zahřátí na bod varu vody.

• Ještě jeden bod. Pro expanzní nádrže topných systémů se často používají produkty membránového typu. To znamená, že nádoba je rozdělena přibližně na dvě části elastickou membránou. Jedna strana je vzduchová komora, druhá je vodní komora.

Zařízení je dobře znázorněno na obrázku. V topném systému se takové nádrže vyrovnávají se svými úkoly docela dobře. Mají však některé nevýhody, které omezují jejich použití ve vodovodních systémech.

— Nejprve se voda dostane do kontaktu s vnitřním povrchem vodní komory nádrže. Je jasné, že je tam nanesen vodotěsný ochranný nátěr, ale přesto nelze zcela zabránit možnosti vniknutí korozních produktů do vody.

— Za druhé, takové nádrže mají neoddělitelnou konstrukci. Pokud tedy membrána nevydrží dlouhodobé používání pod vysokým tlakem a praskne, bude nutné vyměnit celou nádrž.

Pro maloobjemové zařízení, typické pro topné systémy, je to nepříjemnost, ale ne příliš závažná. Ale výměna celé velké nádrže, která slouží jako hydraulický akumulátor pro vodovodní systém, bude stát nemalé peníze.

Ale výměna válce („žárovky“) nebude tak drahá. Proces výměny navíc není nijak zvlášť složitý a snadno jej zvládnete sami.

Takže v dalším průběhu prezentace budeme stále používat termín „hydroakumulátor“, protože je správnější pro systém zásobování studenou vodou. A řeč bude o zařízeních válcového typu.

Další podrobnosti – zařízení a připojení hydraulického akumulátoru

Vraťme se krátce ke konstrukci hydraulického akumulátoru a poté se podívejme na jeho napojení na domovní vodovod.

Obecně jsme již obeznámeni s designem:

1 – kovové tělo. Nádrže na vodu mají obvykle modrou barvu, ale nejedná se o nějaký přísný standard, existuje mnoho výjimek. Proto by měl být výběr proveden na základě vlastností produktu.

2 – příruba na vstupním okénku nádrže, hermeticky zajišťující okraje válce („žárovka“).

3 – odbočka se závitem pro připojení hydraulického akumulátoru k systému.

4 – hlavní část, tedy pružný válec hydraulického akumulátoru.

5 – vodní komora vytvořená válcem.

6 – „antagonista“ vodní komory, tedy vzduchové komory.

7 – vsuvkové zařízení pro předběžné vytvoření přetlaku ve vzduchové komoře.

Nádrže, jak jsme viděli, mohou být vertikální nebo horizontální a velmi se liší velikostí. Ale princip zařízení a připojení k systému se nemění.

Existuje mnoho schémat pro připojení hydraulického akumulátoru k systému. Nejběžnější je ale pro svou jednoduchost, přehlednost a spolehlivost zapojení pomocí pětipinového konektoru.

Tři velké koncovky této armatury jsou určeny pro připojení vodovodního potrubí. A dvě malé trubky, „samec“ a „samice“, pro připojení tlakového relé a vložení tlakoměru.

Lze použít nejběžnější tlakoměr. K ovládání napájení čerpacího zařízení se používá tlakové relé. Například, jak je znázorněno na obrázku.

Na obrázku je jasně vidět spojovací jednotka s převlečnou maticí, pomocí které je relé hermeticky spojeno s pětikolíkovou vsuvkou.

Podívejme se na schéma, abychom viděli, jak je systém zapojen:

Schéma by již mělo vše objasňovat:

1 – již známý pětipinový konektor.

2 – úsek potrubí, kterým čerpadlo (bez ohledu na to, zda je povrchové nebo ponorné) dopravuje vodu ze zdroje. Tento úsek může mít různou délku a často právě na něm, tedy před hydraulickým akumulátorem, jsou stanoveny potřebné úrovně úpravy vody.

3 – čerpadlo, které dodává vodu ze zdroje.

4 — část potrubí spojující pětikolíkovou armaturu s hydraulickým akumulátorem. Mimochodem, to (tato oblast) nemusí existovat. To znamená, že velmi často se z důvodu kompaktnosti tato armatura „balí“ přímo na závitovou trubku hydraulického akumulátoru.

6 – uspořádání domácího vodovodu je zobrazeno podmíněně.

7 – jeden z bodů příjmu vody je také zobrazen podmíněně.

8 – manometr, nezbytný jak pro předběžné seřízení systému, tak pro každodenní sledování jeho stavu.

9 – tlakové relé, připojené hydraulicky k odbočce trysky. A elektricky (podmíněně znázorněno červenými čarami) – ke zdroji energie a k čerpacímu zařízení. To znamená, že v závislosti na úrovni tlaku zapíná nebo vypíná čerpadlo.

Relé má vlastní membránu, která je schopna vyhodnocovat úroveň tlaku a spouštět elektrický (spínací) mechanismus.

Po sejmutí horního krytu z relé uvidíte podložky (svorky) pro připojení napájecích kabelů (od zdroje 220 V a k čerpadlu) a dva stavěcí šrouby s pružinami, lisované kotoučové podložky a matice. Utažením nebo uvolněním těchto pružin se upraví prahové hodnoty odezvy relé. Velká pružina je zodpovědná za spuštění čerpadla, to znamená za dolní mez tlaku (Pmin), malá za ΔP, tedy za rozdíl mezi minimálním a maximálním tlakem v systému, mezi Pmin a Pmax.

Pokud tedy tlak v systému klesne na určitou přednastavenou úroveň Pmin, čerpadlo se spustí a začne čerpat vodu. To způsobí, že se vodní komora hydraulického akumulátoru rozšíří, což v důsledku toho vede ke zvýšení tlaku.

Když tlak stoupne na horní hranici nastaveného rozsahu, relé přeruší napájecí obvod čerpadla a přívod vody se zastaví.

Když otevřete kohoutek, voda začne vytékat ze systému při nastaveném tlaku. Pokud je přívod vody malý, pak se tlak příliš nesníží, to znamená, že to nepovede ke spuštění čerpadla. Ale pokud je potřeba hodně vody, tlak klesne na minimum a čerpadlo se spustí. Tlak v systému tedy stále nepřekročí spodní hranici.