Zbiornik wyrównawczy do instalacji wodnej: wybór, budowa, montaż i podłączenie

Autonomiczny wodociąg, samodzielnie dostarczający wodę do punktów poboru, jak w miejskim mieszkaniu, dawno przestał być nowością. To norma życia podmiejskiego, którą trzeba tylko umiejętnie zaprojektować, zmontować i wyposażyć w urządzenia zdolne uruchamiać i zatrzymywać system w miarę korzystania z kranów.

Stabilną pracę niezależnej sieci zapewni zbiornik wyrównawczy do wodociągu. Ochroni on przed uderzeniami hydraulicznymi, znacznie przedłuży żywotność pomp, zagwarantuje regularne napełnianie systemu wodą, wyeliminuje konieczność noszenia jej wiadrami.

Z przyjemnością przedstawiamy Państwu cechy budowy i zasadę działania hydroforu. U nas szczegółowo opisano zasady wyboru zbiornika membranowego, specyfikę montażu i podłączenia. Przedstawione do rozważenia informacje uzupełniliśmy przydatnymi ilustracjami, schematami i poradnikami wideo.

Charakterystyka zamkniętych zbiorników wyrównawczych

Hydrofor (lub hydroakumulator, zbiornik wyrównawczy) to metalowy, hermetyczny zbiornik, który służy do utrzymywania stabilnego ciśnienia w wodociągu oraz tworzenia rezerw wody o różnej objętości.

Na pierwszy rzut oka wybór i montaż tego urządzenia nie powinien sprawić trudności – w każdym sklepie internetowym można zobaczyć wiele modeli, które tylko nieznacznie różnią się kształtem i objętością, ale nie różnią się znacząco pod względem funkcjonalności.

Wcale tak nie jest. W budowie zbiornika wyrównawczego i zasadzie jego działania jest wiele niuansów.

Cechy budowy i konstrukcji

Różne modele zbiorników wyrównawczych mogą mieć ograniczenia dotyczące sposobu użytkowania — niektóre są przeznaczone wyłącznie do wody technicznej, inne mogą być stosowane do wody pitnej.

Ze względu na konstrukcję hydroakumulatory dzieli się na:

• zbiorniki z wymienną gruszką;
• zbiorniki ze stałą membraną;
• zbiorniki hydroforowe bez membrany.

Z jednej strony zbiornika z wymienną membraną (w przypadku zbiornika z dolnym przyłączem — na dole) znajduje się specjalny kołnierz z gwintem, do którego mocowana jest gruszka. Z drugiej strony znajduje się nyplek do pompowania lub odpowietrzania powietrza/gazu. Jest przystosowany do podłączenia do zwykłej pompy samochodowej.

W zbiorniku z wymienną gruszką woda jest pompowana do membrany, nie stykając się z powierzchnią metalową. Wymiana membrany odbywa się przez odkręcenie kołnierza, który jest utrzymywany przez śruby. W dużych zbiornikach, w celu stabilizacji napełniania, tylna ścianka membrany jest dodatkowo przymocowana do nyplu.

Żywotność wymiennej gruszki zależy od ustawień ciśnienia powietrza w komorze gazowej hydroakumulatora. Czasami, aby stworzyć większy zapas wody, użytkownik zmniejsza ilość powietrza i zwiększa ilość wody w gruszce. Prowadzi to do dotykania membrany do ściany zbiornika i staje się przyczyną szybkiego ścierania.

Przestrzeń wewnętrzna zbiornika ze stałą membraną jest przez nią podzielona na dwie komory. W jednej znajduje się gaz (powietrze), do drugiej dopływa woda. Wewnętrzna powierzchnia takiego zbiornika jest pokryta farbą odporną na wilgoć.

Najczęściej zbiorniki ze stałą membraną są używane do systemów ogrzewania. Ponieważ membrana jest elementem, który ulega awarii znacznie szybciej, żywotność takiego zbiornika jest krótsza niż urządzenia z wymienną gruszką.

Istnieją również zbiorniki hydroforowe bez membrany. W nich komory na wodę i powietrze nie są niczym oddzielone. Zasada ich działania również opiera się na wzajemnym ciśnieniu wody i powietrza, ale przy takiej otwartej interakcji dochodzi do mieszania się tych dwóch substancji.

Zaletą takich urządzeń jest brak membrany lub gruszki, które są słabym ogniwem w typowych hydroakumulatorach.

Zewnętrznie zbiorniki wyrównawcze można podzielić jedynie na modele poziome i pionowe, ale ich parametry robocze mogą być bardzo różne

Dyfuzja wody i powietrza wymusza dość częstą obsługę zbiorników. Około raz na sezon trzeba dopompować powietrze, które stopniowo miesza się z wodą. Znaczne zmniejszenie objętości powietrza, nawet przy normalnym ciśnieniu w zbiorniku, powoduje częste włączanie pompy.

Hydrauliczne akumulatory w systemach wodociągowych zmniejszają prawdopodobieństwo wystąpienia uderzeń hydraulicznych, chronią pompy przed zbyt częstym włączaniem, pozwalają na utworzenie zapasu wody i utrzymanie ciśnienia w obiegu

Zasada działania hydroakumulatora

Zamknięte hydrozbiorniki do wodociągów działają według następującego schematu: pompa podaje wodę do gruszki, stopniowo ją napełniając, membrana powiększa się i następuje sprężenie powietrza, które znajduje się między gruszką a metalową obudową.

Im więcej wody wpływa do gruszki, tym bardziej naciska ona na powietrze, a to z kolei dąży do wypchnięcia jej ze zbiornika. W rezultacie w zbiorniku wzrasta ciśnienie, co prowadzi do wyłączenia pompy.

Przez pewien czas, gdy w systemie następuje pobór wody, sprężone powietrze utrzymuje ciśnienie. Wypycha ono wodę do wodociągu. Gdy jej ilość w membranie zmniejszy się na tyle, że ciśnienie spadnie do dolnego limitu, zadziała przekaźnik, ponownie włączając pompę.

W hydrozbiorniku zachodzi stałe oddziaływanie wody i gazu, oddzielonych od siebie gumową membraną. Objętość cieczy wewnątrz urządzenia jest regulowana ilością gazu (jego ciśnieniem) (+)

Klasyfikacja według zakresu zastosowania

Nie należy mylić zbiorników do wodociągów i do systemu grzewczego, dlatego przy wyborze trzeba poznać ich przeznaczenie. Dla wyraźnej identyfikacji producenci malują hydroakumulatory do ogrzewania na czerwono, a do wodociągów na niebiesko.

Jednak niektórzy nie trzymają się takiego oznakowania, dlatego cechą wyróżniającą urządzeń mogą być następujące dane:

• dla wodociągów maksymalna temperatura użytkowania hydroakumulatora wynosi do 70 °C, dopuszczalne ciśnienie może osiągać 10 barów;
• urządzenia przeznaczone dla systemu grzewczego mogą wytrzymywać temperaturę do +120 °C, ciśnienie robocze zbiornika wyrównawczego często nie przekracza 1,5 bara.

Wszystkie najważniejsze parametry są podane na ozdobnej nakrętce (tabliczce znamionowej), która zakrywa nyplek.

Urządzenie przeznaczone dla systemu grzewczego, służy jako dodatkowy zbiornik, umożliwiający swobodne rozszerzanie się czynnika grzewczego podczas ogrzewania. Bez niego system jest skazany na zniszczenie.

Lista funkcji, które pełni hydrofor w systemie zimnej wody (ZW), jest znacznie szersza:

• Utrzymywanie równego i stałego ciśnienia w instalacji wodociągowej. Dzięki ciśnieniu powietrza, ciśnienie jest utrzymywane przez pewien czas nawet po wyłączeniu pompy, dopóki nie spadnie do ustawionego minimum i pompa nie włączy się ponownie. W ten sposób ciśnienie w systemie jest zachowane nawet przy jednoczesnym korzystaniu z kilku urządzeń sanitarnych.
• Zapobieganie zużyciu urządzeń pompowych. Zasoby wody zawarte w zbiorniku pozwalają przez pewien czas korzystać z instalacji wodociągowej bez włączania pompy. Zmniejsza to liczbę załączeń pompy na jednostkę czasu i wydłuża jej żywotność.
• Ochrona przed uderzeniami hydraulicznymi. Nagły skok ciśnienia w instalacji wodociągowej przy włączaniu pompy może osiągnąć 10 i więcej atmosfer, co negatywnie wpływa na wszystkie elementy systemu. Zbiornik membranowy przyjmuje uderzenie, wyrównując ciśnienie.
• Tworzenie zapasów wody. W przypadku awarii zasilania elektrycznego system wodociągowy, choć nie na długo, nadal będzie dostarczać wodę przez pewien czas.

Do podłączenia podgrzewacza wody stosuje się zbiorniki wyrównawcze, które mogą wytrzymywać wysokie temperatury.

Materiały do urządzeń hydropneumatycznych

Membrana zbiornika wyrównawczego jest wykonana z różnych materiałów, które podczas eksploatacji wytrzymują różny zakres temperatur.

W hydroforach stosuje się:

• Gumę naturalną kauczukową — NATURAL. Materiał może mieć kontakt z wodą pitną, stosowany do akumulacji zimnej wody. Z czasem może zacząć przepuszczać wodę. Wytrzymuje temperaturę od -10 do 50 °C powyżej zera.
• Gumę syntetyczną butylową — BUTYL. Najbardziej uniwersalna, nieprzepuszczalna dla wody, stosowana do stacji wodociągowych, odpowiednia do wody pitnej. Temperatura eksploatacji może wahać się od -10 do 100 °C.
• Gumę syntetyczną z etylenowo-propylenową — EPDM. Bardziej przepuszczalna dla wody niż poprzednia, może mieć kontakt z wodą pitną. Zakres dopuszczalnych temperatur — od -10 do 100 °C.
• Guma SBR stosowana wyłącznie do wody technicznej. Temperatura użytkowania taka sama jak w przypadku poprzednich typów.

Do organizacji zimnego wodociągu należy wybierać zbiorniki z gruszką wykonaną z gumy spożywczej o ulepszonych właściwościach elastycznych, które pozwalają lepiej tłumić uderzenia hydrauliczne i utrzymywać stabilne ciśnienie wody w systemie.

Korpus zbiornika najczęściej wykonywany jest ze stali stopowej odpornej na korozję, pokrytej zewnętrznie powłoką lakierniczą. W sprzedaży można również spotkać zbiorniki ze stali nierdzewnej, bardzo wytrzymałe, ale drogie.

Obliczanie objętości zbiornika przed wyborem

Do sprzedaży trafiają zbiorniki o pojemności od 24 do 1000 l. Który wybrać, podpowiedzą obliczenia, których wynik należy zaokrąglić w górę. Wybierając zbiornik z wymienną membraną, należy pamiętać, że objętość wody stanowi 30% całkowitej pojemności, czyli w 100-litrowym zbiorniku zapas wody wyniesie około 30 litrów.

Tabela przedstawia zależność parametrów ciśnienia powietrza w komorze gazowej hydroakumulatora od ustawień przekaźnika i wielkości zbiornika (+)

Cechą małych zbiorników jest to, że często nie mają one zaworu do odpowietrzania gumowej gruszki. Może to powodować niedogodności podczas użytkowania. Duże zbiorniki mają taki zawór i oprócz tworzenia większego zapasu wody lepiej radzą sobie z utrzymaniem stabilnego ciśnienia w systemie.

Obliczenie całkowitej objętości zbiornika hydraulicznego dla zamkniętego systemu wodociągowego wykonuje się według wzoru:

Vt=K*Amax*((1+Pmax)*(1+Pmin))/(Pmax-Pmin)*(1+Ppow.),

gdzie:

• Vt — całkowita objętość zbiornika hydraulicznego;
• Amax – maksymalne możliwe zużycie wody na minutę, litr;
• K – współczynnik (patrz tabela) zależny od mocy pompy;
• P_max – ustawienia przekaźnika przy wyłączaniu urządzenia, bar;
• P_min – ustawienia przekaźnika przy uruchamianiu urządzenia, bar;
• P_pow. – ciśnienie w zbiorniku hydraulicznym (w jego komorze gazowej), bar.

Współczynnik K można określić według następującej tabeli:

Tabela współczynnika K zależnego od mocy pompy do obliczania całkowitej objętości zbiornika hydraulicznego zamkniętego typu dla wodociągu

Niektórzy producenci obliczają objętość zbiornika hydraulicznego w inny sposób:

Firma Dżileks, zajmująca się produkcją szerokiej gamy urządzeń do systemów wodociągowych i grzewczych, oferuje jeszcze jeden wzór do szybkiego określania objętości zbiornika hydraulicznego

Orientacja pozioma i pionowa

Wybór między zbiornikiem pionowym a poziomym zależy od specyfiki pomieszczenia. Jeśli pomieszczenie jest małe lub pojemność zbiornika jest imponująca, to aby nie zajmować dużo miejsca, instaluje się zbiornik pionowy.

Zbiornik poziomy ma mniejszą pojemność, może być zawieszany na ścianie, a także służyć jako podpora do montażu pompy powierzchniowej. Do jego montażu przewidziano specjalne uchwyty. Duże zbiorniki są produkowane tylko w wersji pionowej i montowane na nóżkach.

Podsumowując wszystkie powyższe informacje, można zauważyć, że wybór hydroakumulatora będzie dokonywany między takimi charakterystycznymi właściwościami:

• ciśnienie robocze;
• kraj producenta;
• większa lub mniejsza pojemność;
• wymienna lub niewymienna membrana gumowa;
• membrana do wody technicznej lub pitnej;
• materiał obudowy – stal nierdzewna lub emaliowana.

Aby w przyszłości nie było trudności z wymianą komponentów, lepiej wybierać najpopularniejsze modele urządzeń. Gumowe gruszki do nich są zawsze dostępne w sprzedaży, więc w razie pilnej wymiany nie trzeba będzie długo czekać na dostawę.

Schematy podłączenia hydroforów

W systemie ciepłej wody użytkowej instalację zbiornika wyrównawczego przeprowadza się na odcinku magistrali cyrkulacyjnej, linii ssącej pompy, bliżej podgrzewacza wody.

Zbiornik jest wyposażony w:

• manometr, zawór bezpieczeństwa, odpowietrznik – grupa bezpieczeństwa;
• zawór odcinający z urządzeniem zapobiegającym przypadkowemu zamknięciu.

W systemie wodociągowym, w którym znajduje się sprzęt do podgrzewania wody, urządzenie przejmuje funkcje zbiornika wyrównawczego.

Schemat instalacji w systemie CWU: 1 – hydrozbiornik; 2 – zawór bezpieczeństwa; 3 – sprzęt pompowy; 4 – element filtracji; 5 – zawór zwrotny; 6 – kran odcinający

W systemie ZW główną zasadą przy instalacji hydroakumulatora jest montaż na początku obiegu, bliżej pompy.

W schemacie podłączenia obowiązkowo występują:

• zawór zwrotny i odcinający;
• grupa bezpieczeństwa.

Schematy podłączenia mogą być bardzo różne. Podłączony hydroakumulator normalizuje pracę urządzenia, zmniejszając liczbę włączeń pompy na jednostkę czasu, a tym samym wydłużając jej żywotność.

Schemat montażu w systemie zimnej wody z ujęciem studziennym: 1 – zbiornik; 2 – zawór zwrotny; 3 – zawór odcinający; 4 – przekaźnik regulacji ciśnienia; 5 – urządzenie sterujące pompą; 6 – grupa bezpieczeństwa

W schemacie z przepompownią jedna z pomp pracuje stale. Taki system instaluje się w domach lub budynkach o wysokim zużyciu wody. Hydroakumulator służy tu do neutralizacji skoków ciśnienia, a do gromadzenia wody montuje się zbiornik o jak największej pojemności.

Wykonanie montażu zbiornika wyrównawczego

Przed rozpoczęciem prac należy sprawdzić hydroakumulator pod kątem uszkodzeń. Urządzenie instaluje się w pomieszczeniu wygłuszonym, w dodatniej temperaturze. Aby mieć dostęp do kranu spustowego, zaworów odcinających itp., odległość od zbiornika do sufitu i ścian powinna wynosić co najmniej 0,6 m.

W pomieszczeniu należy również zapewnić możliwość napełnienia zbiornika i spuszczenia wody. Mocowania i miejsce montażu muszą wytrzymać 100% napełnienia zbiornika.

Dla zbiorników wyrównawczych o pojemności do 30 litrów stosuje się mocowanie ścienne, większe pojemniki montuje się na nóżkach

Hydroakumulator nie powinien podlegać obciążeniom mechanicznym i statycznym, nie należy dopuszczać do oddziaływania na niego rur i agregatów. Zbiornik przykręca się do podłogi, stosując gumowe podkładki. Na wejściu do hydroakumulatora instaluje się zawór zwrotny oraz kran spustowy.

Wymienione kroki były potrzebne do montażu obwodnicy hydroakumulatora, którą wykonywano na powierzchni ziemi. Do dalszych działań należy przenieść się do kesonu.

Po wykonaniu końcowego montażu systemu pozostaje przeprowadzić testy kontrolne i uruchomić obwód wodociągowy.

Cechy regulacji hydroforu

Zbiorniki przeponowe do wodociągów sprzedawane są ze standardowymi ustawieniami producenta — często ciśnienie w komorze powietrznej jest już ustawione na poziomie 1,5 bara. Dopuszczalne ciśnienie jest zawsze podane na etykiecie, a producent nie zaleca odchodzenia od zadanych parametrów, szczególnie w kierunku zwiększenia ciśnienia.

Przed przystąpieniem do regulacji system odłącza się od sieci elektrycznej i zamyka zawory odcinające. Zbiornik membranowy całkowicie opróżnia się, spuszczając wodę – dokładny odczyt ciśnienia można zmierzyć tylko przy pustej komorze na wodę.

Następnie odczytuje się ciśnienie za pomocą dokładnego manometru. W tym celu z zaworka zdejmuje się dekoracyjną nakładkę i przykłada manometr. Jeżeli ciśnienie różni się od wymaganego, doprowadza się je do zgodności, pompując lub upuszczając nadmiar powietrza.

Biorąc pod uwagę, że producent jest przeciwny odchyleniom od zalecanych wartości ciśnienia, należy już na etapie projektowania wybrać odpowiednie urządzenie, którego parametry nie będą ze sobą kolidować.

Podczas regulacji ciśnienia w komorze gazowej zbiornika producent napełnia ją gazem obojętnym, na przykład osuszonym azotem. Zapobiega to korozji wewnętrznej powierzchni. Dlatego użytkownikom zaleca się również stosowanie do zwiększania ciśnienia azotu technicznego.

Ustawianie ciśnienia zbiornika w systemie wodociągowym

Ciśnienie w zbiorniku zamkniętym ustawia się zawsze nieco niższe (o 10%) niż poziom ciśnienia przy uruchamianiu pompy. Regulując ciśnienie w urządzeniu, można korygować ciśnienie wody. Im niższe będzie ciśnienie gazu w hydroforze (ale nie mniej niż 1 bar), tym więcej wody będzie on w stanie pomieścić.

Ciśnienie będzie wtedy nierównomierne – silne przy pełnym zbiorniku i coraz słabsze przy jego opróżnianiu. Aby zapewnić silny i równomierny przepływ wody, ustawia się ciśnienie w komorze z powietrzem lub gazem w granicach 1,5 bar.

Ciśnienie wody w wodociągu ustawia się za pomocą przekaźnika. Przy ustawianiu ciśnienia w komorze rozprężnej należy uwzględnić te wartości.

Regulacja hydroforu w obwodzie podgrzewacza wody

Zbiornik wyrównawczy stosowany do ciepłej wody użytkowej nie powinien początkowo zawierać wody. Ciśnienie w urządzeniu ustawia się na wartości o 0,2 większej niż górny próg wyłączenia pompy.

Na przykład, jeśli przekaźnik jest ustawiony na wyłączenie urządzenia przy ciśnieniu 4 bar, to ciśnienie w komorze gazowej zbiornika wyrównawczego powinno być ustawione na 4,2 bar.

Zainstalowany w instalacji podgrzewacza wody zbiornik nie służy do utrzymywania ciśnienia. Ma on kompensować rozszerzanie się wody podczas jej podgrzewania. Jeśli ustawi się w nim niższe ciśnienie, w zbiorniku będzie stale znajdować się woda.

Zasady obsługi hydroforu

Planowy przegląd zbiornika wyrównawczego polega na sprawdzeniu ciśnienia w komorze gazowej. Należy również sprawdzić zawory, armaturę odcinającą, odpowietrznik, działanie manometru oraz przekaźnik ciśnienia wody. Aby upewnić się co do integralności zbiornika, przeprowadza się oględziny zewnętrzne.

Podczas przeglądu konserwacyjnego należy zmierzyć ciśnienie w hydroforze i w razie potrzeby je skorygować.

Mimo całej prostoty konstrukcji, zbiorniki wyrównawcze do zaopatrzenia w wodę nie są wieczne i mogą ulec awarii. Typowe przyczyny to pęknięcie membrany lub utrata powietrza przez zaworek. Objawy usterek można rozpoznać po częstym załączaniu się pompy, pojawieniu się hałasu w instalacji wodociągowej. Zrozumienie zasady działania hydroakumulatora to pierwszy krok do prawidłowej obsługi i usuwania usterek.

Montaż hydroforu typu otwartego

Urządzenie typu otwartego jest stosowane coraz rzadziej, ponieważ wymaga ciągłej ingerencji użytkownika w jego działanie. Otwarty zbiornik wyrównawczy to nieszczelny pojemnik, który służy do wytwarzania ciśnienia w wodociągu, gromadzenia wody, a także pełni funkcję komory rozprężnej.

Do zbiornika podłącza się: kran spustowy, króćce do rury recyrkulacyjnej i zasilającej, rurę kontrolną i przelewową.

Zbiornik instaluje się powyżej najwyższego punktu sanitarnego, na przykład na strychu, woda w systemie płynie grawitacyjnie. Każdy metr, na który podnosi się urządzenie, zwiększa ciśnienie w wodociągu o 0,1 atmosfery.

Aby zautomatyzować proces dostarczania wody, zbiornik wyposaża się w przełącznik pływakowy i instaluje automatyczny przekaźnik, który będzie włączać i wyłączać pompę.

Zbiornik montuje się w pomieszczeniu niezamarzającym, przykrywa pokrywą przed kurzem i zanieczyszczeniami, owija ścianki wełną mineralną lub innym izolatorem.

Taki sposób organizacji wodociągu wymaga regularnej kontroli użytkownika, w przeciwnym razie woda przy ujemnych temperaturach może zamarznąć (jeśli pomieszczenie nie jest ogrzewane). Ciecz będzie parować, dlatego trzeba będzie stale ją uzupełniać.

Ponadto taki zbiornik jest nieporęczny i nieestetyczny, do niego koniecznie trzeba mieć w domu pomieszczenie strychowe. Ale główną wadą urządzenia jest to, że zbiornik nie jest przystosowany do pracy w warunkach wysokiego ciśnienia wody w systemie.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Film #1. Wszystko o zbiornikach wyrównawczych — klasyfikacja, przeznaczenie, regulacja i objawy usterek:

Film #2. Nieprawidłowa praca stacji pomp często związana jest z awariami hydroakumulatora:

Film #3. Niuanse wyboru hydrozbiorników do wodociągów:

Już na etapie planowania i opracowywania systemu wodociągowego należy przemyśleć wszystkie zasadniczo ważne kwestie i obliczyć wszystkie parametry. Jeśli nie ma pewności co do nieomylności swoich obliczeń i prawidłowego wyboru hydrozbiornika do wodociągu, lepiej zwrócić się do specjalistów.

Większość firm sprzedających profesjonalny sprzęt udziela porad, a nawet przeprowadza obliczenia bezpłatnie. To pomoże uniknąć błędów i zbędnych wydatków.

Czekamy na Państwa komentarze z opowieściami o własnych doświadczeniach w użytkowaniu zbiornika wyrównawczego, z pytaniami, które pojawiły się podczas zapoznania się z przedstawionymi informacjami. Interesują nas Państwa uwagi i ewentualne propozycje. Skomentować materiał można w bloku znajdującym się poniżej.