Zasada działania i budowa typowej stacji pomp wodociągowych

Proszę mi wierzyć, dom jednorodzinny można urządzić z tak wysokim poziomem komfortu, że mieszkanie w nim stanie się znacznie wygodniejsze niż w mieszkaniu w mieście. W każdym razie z wodociągu można korzystać z nie mniejszą wygodą. Podobnie, aby uzyskać wodę, wystarczy odkręcić kran, co na razie nie jest zbyt kompatybilne z infrastrukturą podmiejską, prawda?

A przecież to wcale nie jest „tęczowe” marzenie. Aby zrealizować zamysł, wystarczy włączyć do schematu wodociągu przepompownię. Wykona ona za właścicieli ogromny zakres ciężkiej pracy fizycznej. Prawdą jest, że do jej prawidłowego podłączenia i eksploatacji trzeba dobrze znać budowę urządzenia.

Oferujemy Państwu cenne informacje na temat specyfiki użytkowania wspomnianego urządzenia. Nasz artykuł pomoże zrozumieć zasadę działania przepompowni oraz zapozna z zasadami instalacji. Przedstawione przez nas informacje są uzupełnione bardzo przejrzystymi schematami, zestawieniami zdjęć i wideoporadnikami.

Budowa stacji dostarczania wody

Do organizacji wodociągu w domu jednorodzinnym sklepy oferują przepompownie w postaci kompaktowego modułu z hydrozbiornikiem, modułem automatyki i pompą elektryczną. Można też podobną instalację dostarczania wody zmontować z oddzielnych części i urządzeń.

Oba warianty są do przyjęcia, ale lepiej wybrać gotowy zestaw z gwarancją producenta. Będzie to tańsze i bardziej praktyczne w dalszej eksploatacji.

Podstawowe elementy robocze

Pod względem budowy przepompownia wodociągowa zmontowana w warunkach fabrycznych różni się od pompy powierzchniowej obecnością systemu sterowania według wartości ciśnienia.

W skład wchodzą następujące elementy funkcjonalne:

1. Pompa elektryczna powierzchniowa.
2. Hydroakumulator z nyplem i wewnętrzną gumową „gruszką”.
3. Manometr.
4. Presostat.
5. Armatura łącząca.

Do poboru wody podłącza się do niej rurę ssawną z zaworem zwrotnym i filtrem siatkowym. Do otworu wyjściowego urządzenia podłącza się przewód główny transportujący pompowaną ciecz do punktów poboru. Jeśli stacja ma wbudowany filtr i zawór, to wąż ssawny nie wymaga dodatkowego wyposażenia.

Stacja pompowa to zestaw urządzeń obejmujący hydrozbiornik, presostat, manometr i bezpośrednio powierzchniową pompę elektryczną. Jeśli istnieje ryzyko pracy agregatu w stanie “suchego biegu”, zaleca się zakup pomp automatycznych wyposażonych w kontroler przepływu i blok automatyki (+).

Hydrauliczny zbiornik membranowy w połączeniu z pompą odśrodkową jest w stanie utrzymać w instalacji wodociągowej domku ciśnienie 1,5 atmosfery. To w pełni wystarcza do stabilnej pracy całego sprzętu AGD, który jest instalowany w domach prywatnych. Co więcej, większość modeli hydroakumulatorów jest zaprojektowana na maksymalne ciśnienie 4,5 atmosfery, czego z nadmiarem wystarcza nawet dla domku o dwóch–trzech kondygnacjach.

Stacja automatyczna jest kompaktowa i nie wymaga ciężkiego betonowania podłoża pod urządzeniem. Jej największym elementem jest zbiornik gromadzący wodę. Jednak do jej instalacji wymagane jest osobne pomieszczenie ze względu na hałas generowany podczas pracy. Najczęściej cały zestaw montuje się na parterze lub w piwnicy, gdzie najwygodniej go eksploatować i serwisować.

Im większa pojemność zbiornika hydroakumulatora, tym rzadziej silnik pompy będzie musiał się włączać i tym mniejsze będzie jego zużycie (+).

Dość drogim, ale w zupełności rozsądnym rozwiązaniem dla umieszczenia urządzeń może być keson, w którym może znajdować się zarówno cały zespół agregatów, jak i pompa z automatyką bez zbiornika hydroforowego zainstalowanego w domu. Opcja budżetowa lokalizacji stacji na działce rekreacyjnej zakłada wykonanie osobnego pawilonu, chroniącego agregat przed negatywnymi warunkami atmosferycznymi.

Działanie i cechy modułu sterowania

Zadaniem automatyki sterującej stacją pompową jest monitorowanie ciśnienia w systemie oraz włączanie/wyłączanie silnika pompy hydraulicznej w miarę potrzeby. W tym celu blok sterowania zawiera manometr i przekaźnik. Pierwszy kontroluje bieżące ciśnienie, a drugi steruje pompą.

Podstawowe elementy przekaźnika to dwie sprężyny. Większa jest ustawiona na zamknięcie obwodu przy najniższym ciśnieniu w zbiorniku membranowym, gdy jest w nim mało wody. Mniejsza natomiast kontroluje maksymalne ciśnienie, rozwierając obwód po jego osiągnięciu.

Przekaźnik ciśnienia automatycznie uruchamia pompę stacji, gdy ciśnienie spadnie do np. 1,4 bara, i wyłącza po osiągnięciu maksymalnej wartości określonej przez producenta. Nie zaleca się zmiany ustawień fabrycznych przekaźnika, ponieważ są one dostosowane do możliwości armatury odcinającej.

Przy zakupie stacji pomp do pracy w obwodach z ryzykiem krótkotrwałej pracy bez wody należy zwrócić uwagę na obecność urządzenia kontrolera przepływu.

Jest przeznaczony do ochrony silnika przed przegrzaniem w przypadku braku wody w ujęciu. W takich urządzeniach blok sterowania jest zorientowany nie na wartości graniczne ciśnienia, ale na spadek przepływu.

W tym, jak właściwie dobrać stację pomp do zagospodarowania działki rekreacyjnej, pomoże zrozumieć zaproponowany przez nas artykuł. Oprócz cennych zaleceń dla kupujących urządzenia, zawiera on ranking najlepszych ofert na rodzimym rynku.

Współdziałanie pompy z hydroakumulatorem

Pojemność zbiornika membranowego dobierana jest w zależności od wielkości zużycia wody. Parze małżeńskiej wystarczy w zupełności wariant o pojemności 25–40 litrów, a dla rodziny składającej się z kilku osób trzeba będzie dobrać urządzenie o pojemności od 100 litrów.

Zbiorniki poniżej 15 litrów zaleca się kupować wyłącznie do użytku sezonowego na działce. Ze względu na ciągłe pompowanie wody, membrana w nich szybko się zużywa.

W początkowym stanie zbiornika hydraulicznego przez nyple (zawór powietrza) wtłoczone jest powietrze, które wytwarza ciśnienie 1,5 atm. Podczas pracy do membrany pod ciśnieniem wtłaczana jest woda, która ściska powietrzny “zapas”. Po otwarciu kranu sprężone powietrze wypycha wodę.

Uważa się, że im większa pojemność, tym dłużej posłuży wyposażenie pompy, ponieważ liczba cykli włączania/wyłączania się zmniejszy. Jednak zbiornik o dużej pojemności sporo kosztuje.

Zgodnie z zasadami zbiornik hydrauliczny dobiera się na podstawie obliczeń, opierając się na podanych przez producenta wartościach ciśnienia włączenia i wyłączenia, rzeczywistego zużycia wody przy jednocześnie włączonych punktach poboru wody.

Rezerwa cieczy w zbiorniku hydraulicznym zwykle wynosi około jednej trzeciej całkowitej pojemności. Cała pozostała przestrzeń jest przeznaczona na sprężone powietrze, które jest potrzebne do utrzymania stałego ciśnienia wody w rurach.

Jeśli hydroakumulator jest wbudowany w system wodociągowy w celu zminimalizowania ryzyka związanego z uderzeniami hydraulicznymi, to zbiornik można dobrać o niewielkich rozmiarach. W tym przypadku ważna jest nie pojemność, ale obecność membrany i powietrza za nią. To one w razie potrzeby przyjmą uderzenie, łagodząc jego skutki.

Wydajność pompy powinna odpowiadać pojemności zbiornika membranowego (dla pojemności 20–25 l zaleca się wziąć pompę hydrauliczną o wydajności 1,5 m3/h, dla 50 litrów – 2,5 m3/h, a dla zbiornika o pojemności 100 l – nie mniej niż 5 m3/h).

Automatyczna stacja pomp działa w dwóch cyklach:

1. Najpierw do hydroakumulatora wtłaczana jest woda za pomocą pompy z ujęcia wody, wytwarzając w nim nadciśnienie powietrza.
2. Po otwarciu kranu w domu zbiornik membranowy opróżnia się, po czym automatyka ponownie uruchamia wyposażenie pompy.

Budowa hydroakumulatora dla stacji pomp wodociągowych jest niezwykle prosta. Składa się on z metalowej obudowy i hermetycznej membrany, która dzieli całą przestrzeń wewnątrz na dwie części. W pierwszej z nich znajduje się powietrze, a do drugiej wtłaczana jest woda.

Pompa wtłacza ciecz do zbiornika membranowego tylko wtedy, gdy ciśnienie w systemie spada do wartości około 1,5 atm, a po osiągnięciu zadanej maksymalnej wartości ciśnienia, stacja wyłącza się (+).

Po napełnieniu hydroakumulatora przekaźnik wyłącza pompę. Otwarcie kranu w umywalce powoduje, że woda wypierana przez nacisk powietrza na membranę zaczyna stopniowo przepływać do systemu wodociągowego. W pewnym momencie zbiornik opróżnia się do tego stopnia, że ciśnienie słabnie. Następnie pompa włącza się ponownie, uruchamiając cykl pracy stacji pomp od nowa.

Przy pustym zbiorniku przegroda membranowa ugina się i dociska do kołnierza rury wlotowej. Po włączeniu pompy hydraulicznej membrana prostuje się pod wpływem ciśnienia wody, ściskając część powietrzną i zwiększając w niej ciśnienie powietrza. To właśnie oddziaływanie gaz-ciecz przez zmieniającą się barierę stanowi zasadę działania zbiornika membranowego stacji pomp.

Kryteria wyboru sprzętu

Stacje pomp w układzie fabrycznym są wyposażone w powierzchniową pompę hydrauliczną, często z wewnętrznym lub zewnętrznym eżektorem. Jednak hydroakumulatory można również stosować z zatapialnym sprzętem pompującym, ale przypisuje się im nieco inny termin techniczny: “system pompowy”.

W przypadku pracy w tandemie ze stacją zbiorniki membranowe mogą mieć mniejszą pojemność niż hydrozbiorniki dla systemów z pompami zatapialnymi. Wynika to z faktu, że w zatapialnych agregatach pompujących dopuszczalna liczba załączeń/wyłączeń na godzinę jest mniejsza niż w powierzchniowych maszynach pompujących.

Stacje pomp, w pełni przygotowane do pracy w zakładzie produkcyjnym, wystarczy jedynie podłączyć do odpowiednich rurociągów i zasilania elektrycznego (+)

Pompy powierzchniowe z wewnętrznym eżektorem mają poważne ograniczenia co do głębokości poboru wody. Są w stanie podnieść wodę tylko z 7–8 metrów. Jednak wytwarzają silny ciśnienie wody na wyjściu o słupie wody 40–60 metrów (4–6 barów).

Wewnętrzny eżektor nie boi się zapowietrzeń. Na początku przepompowuje powietrze bez żadnych negatywnych konsekwencji dla siebie, a następnie zaczyna tłoczyć do systemu samą wodę ze studni.

Główną wadą stacji z wewnętrznym eżektorem jest wysoki poziom hałasu podczas pracy. Jeżeli te modele urządzeń pompowych do autonomicznego zaopatrzenia w wodę planowane są do instalacji w prywatnym domu, należy je montować wyłącznie w pomieszczeniach gospodarczych z dobrą izolacją akustyczną.

Zastosowanie eżektora zewnętrznego pozwala na pobór wody z głębokości do 50 metrów. Pompy te są bardziej ekonomiczne, ale mają niską sprawność (nie więcej niż 40%). Za to generują znacznie mniej hałasu niż odpowiedniki z wbudowanym eżektorem.

Wybór rodzaju agregatu pompowego dla stacji zależy od właściwości jakościowych medium przeznaczonego do przepompowania:

Określenie miejsca dla stacji wodociągowej

Wybierając lokalizację dla stacji pomp, należy kierować się charakterystyką pompy hydraulicznej. Każde dziesięć metrów poziomej rury między źródłem wody a pompą zmniejsza jej zdolność ssania o 1 m.

Jeśli przewiduje się ich rozstawienie na odległość większą niż dziesięć metrów, model agregatu pompowego należy dobierać z większą głębokością ssania.

Automatyczną stację systemu autonomicznego zaopatrzenia w wodę można umieścić:

• na zewnątrz w kesonie przy studni;
• w specjalnie wzniesionym dla urządzeń pompowych ocieplonym pawilonie;
• w piwnicy domu.

Stacjonarna wersja zewnętrzna przewiduje wykonanie kesonu i ułożenie od niego rury tłocznej do rezydencji poniżej poziomu przemarzania gruntu. Podczas wykonywania rurociągu eksploatowanego przez cały rok jego ułożenie poniżej głębokości sezonowego przemarzania jest obowiązkowe.

Podczas wykonywania tymczasowych letnich magistrali na okres zamieszkania w domku letniskowym rurociąg nie jest zagłębiany poniżej 40 – 60 cm lub układany na powierzchni.

Ciepła, wentylowana piwnica z izolacją akustyczną jest idealnym miejscem do montażu stacji pomp, tam ona i rury wodociągowe zimą na pewno nie zamarzną (+)

Jeśli zamontujemy stację w cokole lub piwnicy, nie trzeba będzie obawiać się zamarznięcia pompy zimą. Wystarczy ułożyć rurę ssawną poniżej granicy przemarzania gruntu, aby nie zamarzła podczas silnych mrozów.

Często studnię wierci się bezpośrednio w domu, co znacznie skraca długość rurociągu. Ale nie w każdym domku takie wiercenie jest możliwe.

Instalacja stacji pomp wodociągowych w osobnej konstrukcji jest możliwa tylko w przypadku eksploatacji urządzenia w okresie dodatnich temperatur. Jednak dla regionów z bardzo niskimi temperaturami zimowymi taki wariant, przeznaczony do pracy przez cały rok, należy ocieplić lub zainstalować system ogrzewania. Lepiej od razu zamontować stację pomp bezpośrednio w ogrzewanym domu.

Przy wyborze miejsca dla lokalizacji stacji wodociągowej należy uwzględnić granice temperatur podane w jej karcie gwarancyjnej przez producenta:

Parametry ciśnienia w hydroakumulatorze

Do prawidłowej pracy domowych urządzeń sanitarnych w instalacji wodociągowej domku konieczne jest utrzymanie ciśnienia na poziomie 1,4–2,6 atmosfer. Aby membrana hydroakumulatora nie zużywała się zbyt szybko, producenci zalecają ustawienie w nim ciśnienia o 0,2–0,3 atm wyższego niż w instalacji wodociągowej.

Ciśnienie w instalacji wodociągowej domu parterowego wynosi zazwyczaj 1,5 atm. Od tej wartości należy zacząć przy regulacji hydrozbiornika. Ale dla większych budynków mieszkalnych ciśnienie należy zwiększyć, aby woda dotarła do wszystkich najdalej położonych od pionu kranów. Tutaj potrzebne są bardziej skomplikowane obliczenia hydrauliczne z uwzględnieniem długości i konfiguracji rurociągów, a także liczby i rodzaju urządzeń sanitarnych.

W uproszczeniu można obliczyć wymagane ciśnienie dla wewnętrznej instalacji wodociągowej według wzoru:

(H+6)/10,

gdzie «H» to wysokość od pompy do najwyższego punktu podawania wody do armatury sanitarnej na najwyższym piętrze domu.

Jeżeli jednak obliczony wskaźnik ciśnienia w autonomicznej instalacji wodociągowej będzie przekraczał dopuszczalne parametry istniejących urządzeń sanitarnych i domowych, to przy ustawieniu takiego ciśnienia urządzenia te ulegną awarii. W takim przypadku należy dobrać inny schemat rozprowadzenia rur wodociągowych.

Regulacja ciśnienia w części powietrznej hydroakumulatora odbywa się przez zaworek poprzez spuszczanie nadmiaru powietrza lub jego pompowanie za pomocą pompki samochodowej

Możliwe usterki w działaniu instalacji

Jeśli pompa włącza się zbyt często i natychmiast wyłącza, należy natychmiast sprawdzić ciśnienie powietrza w hydroakumulatorze. Przy zbyt niskich wartościach trzeba go dopompować. Ale rozwiązanie problemu w ten sposób będzie możliwe tylko wtedy, gdy membrana i obudowa zbiornika nie są uszkodzone. W takiej sytuacji pozostaje jedynie kontakt z centrum serwisowym do serwisantów.

Nypel do pompowania powietrza najczęściej znajduje się po przeciwnej stronie zbiornika od wlotu wody, ale możliwe są również warianty z boku

W przypadku pojawienia się kropel wody na nyplu zaworu powietrznego hydroakumulatora należy natychmiast odłączyć go od instalacji wodociągowej. Jest to bezpośredni objaw uszkodzenia membrany. W takiej sytuacji nie da się obejść bez jej wymiany. Powietrze nie powinno przedostawać się do instalacji wodociągowej domu jednorodzinnego przez zbiornik membranowy.

Jeśli pompa w ogóle nie chce się włączyć, warto przyjrzeć się regulacji przekaźnika ciśnienia. Zdarzają się przypadki, gdy jest on ustawiony na zbyt wysokie ciśnienie. Możliwy jest również wariant z przedostaniem się powietrza do węża ssącego, co powoduje zadziałanie zabezpieczenia przed suchobiegiem.

Zalety zespołu pompowego z hydrozbiornikiem

Zestaw pompowy jest nieodłączną częścią autonomicznego systemu zaopatrzenia w wodę. Zapewnia on dostarczanie wody ze studni głębinowej lub kopanej, a jej dalsza dystrybucja w domku jednorodzinnym odbywa się dzięki pracy samej pompy, wykorzystaniu zbiornika ciśnieniowego lub zastosowaniu hydroakumulatora.

Hydropneumatyczny agregat podnoszący wodę oraz zbiornik ciśnieniowy są przeznaczone do utrzymywania stałego ciśnienia w wewnętrznej instalacji wodociągowej domu

Używanie tylko jednej pompy do dystrybucji wody w domku jednorodzinnym wiąże się z wieloma problemami. Przy takiej konfiguracji autonomicznego zaopatrzenia w wodę urządzenia pompowe zmuszone są do ciągłego włączania/wyłączania, przez co ich żywotność gwałtownie się skraca. A w sytuacji odłączenia zasilania elektrycznego dom pozostaje zupełnie bez wody.

Aby zmniejszyć zużycie pomp i zabezpieczyć dom na wypadek awarii sieci elektrycznej, w systemie wodociągowym domu instaluje się dodatkowy zbiornik. Może to być zbiornik ciśnieniowy na strychu, z którego woda spływa grawitacyjnie do armatury sanitarnej, albo hydroakumulator (zwany także zbiornikiem membranowym lub hydrobakiem), który sztucznie utrzymuje ciśnienie w sieci.

W obu przypadkach pompa włącza się w celu wytworzenia zapasu wody w zbiorniku. Tylko w drugim przypadku zapas jest tworzony automatycznie przez system sterowania na podstawie parametrów ciśnienia. Przy tym zbiornik magazynujący pozwala na stworzenie rezerwy wody na wypadek braku energii elektrycznej, natomiast system z hydrobakiem bez energii elektrycznej w ogóle nie będzie działał.

Jednakże zbiornik w stanie napełnionym ma niemałą wagę, a przy instalacji na strychu wymaga wzmocnienia stropu i izolacji termicznej.

Wariant ze zbiornikiem membranowym jest wygodniejszy i bardziej praktyczny. Zasada działania systemu wodociągowego z taką stacją pompową opiera się na sztucznym utrzymaniu ciśnienia wody w rurach. Sama pompa, pobierająca wodę z ujęcia, włącza się tylko w celu napełnienia zbiornika. Następnie woda jest dostarczana do systemu za pomocą sprężonego powietrza.

Pompa hydrauliczna stacji pomp instalowanej w piwnicy działa na zasadzie ssania, co pozwala na jej użycie tylko w przypadku płytkich warstw wodonośnych lub w studniach z naturalnym ciśnieniem wody.

W przeciwieństwie do wariantu ze zbiornikiem wyrównawczym, instalacja hydropneumatyczna jest bardziej kompaktowa. Dodatkowo zastosowanie hydroakumulatora membranowego gwarantuje brak uderzeń hydraulicznych w sieci oraz stałe ciśnienie w rurach wodociągowych, a także upraszcza konserwację systemu zaopatrzenia w wodę dla odbiorców w domu jednorodzinnym.

Jedyną wadą stacji pomp z hydroakumulatorem jest zależność od energii elektrycznej. Zbiornik magazynujący wodę często ma niewielkie rozmiary – 25–50 litrów. Pompa musi często włączać się, aby go napełnić, a w przypadku braku prądu zapas wody nie wystarcza na zbyt długo. Aby wyeliminować takie sytuacje, warto zaopatrzyć się w autonomiczny generator.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Film #1. Z jakich głębokości urządzenia pompowe są w stanie podnieść wodę:

Film #2. Jak samodzielnie złożyć stację pomp z domowej pompy odśrodkowej:

Film #3. Wszystko o zasadzie działania hydroakumulatora wchodzącego w skład stacji pomp:

Automatyczne autonomiczne systemy zaopatrzenia w wodę umożliwiają, mieszkając w domu na wsi, nie trudzić się noszeniem wody w wiadrach. Dzięki prostemu urządzeniu stacje pomp są łatwe w montażu i konserwacji.

Z ich instalacją poradzi sobie praktycznie każdy. Na szczęście istnieje wiele konfiguracji urządzeń pompowych różnego typu z hydroakumulatorami, więc dla każdego domku można dobrać optymalne rozwiązanie.

Czy chciałby Pan/Pani podzielić się własnym doświadczeniem w użytkowaniu stacji pomp, pojawiły się pytania lub dostrzegł(a) Pan/Pani nieścisłości w artykule? Prosimy pisać komentarze w bloku poniżej.