Подбор оборудования

Расчёт объёмов гидроаккумуляторов

Гидроаккумуляторы применяются в различных системах водоснабжения. В данной работе рассмотрим методы их подбора для индивидуальной системы водоснабжения. Кроме традиционных душа и крана на кухне, современные дома могут быть оснащены ванной, биде, канализацией, стиральной машиной и другим оборудованием, для работы которого необходима вода. Помимо оборудования, различным может быть количество людей, находящихся в доме. Это объективные факторы, но при выборе размеров гидроаккумулятора приходится учитывать и субъективные.

Например, сколько раз в час можно включать насос и заполнять гидроаккумулятор? Что случится, если сразу несколько человек будут пользоваться водой? Что будет, если в это время работает стиральная машина?

Для правильного расчёта параметров мы предлагаем методику подбора объёма гидроаккумулятора, в основу которой положен международный метод расчёта UNI 9182, разработанный итальянскими инженерами.
Начнем с того, что если в вашем доме только кран для воды, душ и кран для полива, то ничего считать не надо. Вам нужна стандартная установка водоснабжения с 24-литровым гидроаккумулятором. Смело покупайте её. Она оптимальна в тех случаях, когда рассматривается оборудование для небольшого дома (дачи) и при непостоянном использовании. 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 гидроаккумулятор объёмом 24 л. Если дом без канализации, но с количеством точек разбора воды более трех, то в любых случаях вам достаточно гидроаккумулятора объёмом 50 л.
Методика расчёта предназначена для индивидуальных домов, оснащенных канализацией (септиком), с ванными и другим оборудованием, потребляющим значительное количество воды, и состоит из нескольких пунктов
1. Следует определите суммарный коэффициент потребления воды Су. Для этого составьте перечень точек водоразразбора в вашем доме и укажите количество каждого вида оборудования. 

Таблица 2 Частный дом

ПользователиСу
Раковина 1
Биде 1
Ванна 2
Душ 2
Унитаз 3

Таблица 3 Коммунальный дом

ПользователиСу
Раковина 2
Биде 2
Ванна 4
Душ 4
Унитаз 5
Смыв 10
Кухонная раковина 4
Раковина для ног 2
Питьевой фонтан 0,75
⅜ кран 2
½ кран 4
¾ кран 6
1 кран 10
  1. Заполните табл. 4. В её второй колонке представлены коэффициенты частоты использования каждого вида оборудования (Сх). В третьей колонке укажите количество устройств каждого вида оборудования в вашем доме (ni). В правой колонке таблицы умножьте значение Сх на ni. Сложив значения этой колонки, получите суммарный коэффициент потребления воды в вашем доме.
    Суммарный коэффициент
    Су =——————————

Таблица 4 Определение суммарного коэффициента Су

Вид оборудованияКоэффициент использования СхКоличество каждого вида niПроизведение Сх х ni
Туалет 3    
Душ 2    
Ванная 2    
Кран в раковине 6    
Биде 1    
Кран в кухне 2    
Стиральная машина 2    
Машина для мытья посуды 2    
Кран для полива 2    

 

  1. В зависимости от полученного значения суммарного коэффициента Су определите значение максимального расхода воды Qмакс, необходимого для вашего дома. Эти значения представлены в табл. 5.
    Например, если у вас в доме туалет, душ, кран в раковине, кран на кухне (каждого устройства по одному), то коэффициент потребления

Су =3 + 2 + 6 + 2 = 13.

Ближайшее значение Су в табл. 5 равно 12. Этому значению соответствует максимальный расход воды для вашего дома: Qмакс = 36 л/мин.

СуQл/минСуQл/минСуQ, л/мин
6 18 100 189 1250 930
8 24 120 219 1500 1050
10 30 140 234 1750 1128
12 36 160 255 2000 1230
14 40,8 180 276 2250 1320
16 46,8 200 297 2500 1410
18 51 225 321 2750 1470
20 55,8 250 345 3000 1560
25 67,8 275 366 3500 1680
30 78 300 387 4000 1830
35 87,6 400 468 4500 1950
40 97,2 500 540 5000 2070
50 114 600 600 6000 2280
60 132 700 660 7000 2460
70 144 800 714 8000 2640
80 159 900 774 9000 2820
90 174 1000 828 10 000 3000
  1. Для определения объёма 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 нагружению мембраны гидроаккумулятора на растяжение-сжатие, а общее количество таких нагружений 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 (Pмин и Pмакс). Нижний порог Pмин для двухэтажных домов обычно равен 1,5 бар, а верхний порог Рмакс — 3 бар. Тогда, для определения объёма гидроаккумулятора надо воспользоваться следующей формулой:

где V-полный объём гидроаккумулятора, л; Qмакс — максимальное значение потребного расхода воды, л/мин; а — количество пусков системы в час;
Pмин – нижний порог давления при включении насоса, бар;
Pмин — верхний порог давления при выключении насоса, бар; P0 – начальное давление газа в гидроаккумуляторе, бар.
Например, если Qмакс = 36 л/мин, а = 15, Pмин =1,8 бар, Pмакс = 3,0 бар,
Р0 = 1,5 бар, то полный объём гидроаккумулятора:

Ближайшим 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 объёма 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 Р0 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 Р0 = 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:
а) определить нижний порог давления включения насоса;
б) к полученному значению прибавить 1,5 бар;
в) 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.