Woda w kranie na żądanie. Zestawy hydroforowe



Zapewnia intensywny strumień wody w każdym kranie, stabilizuje ciśnienie w instalacji, chroni pompę przez zbyt częstym włączaniem i wyłączaniem się. Tak działa zestaw hydroforowy, nazywany też hydroforem.


Zestaw hydroforowy składa się z pompy, zbiornika wodno-powietrznego (hydroforu) i przekaźnika ciśnieniowego. Współpracy tych trzech elementów zawdzięczamy odpowiednio wysokie i stabilne ciśnienie w domowej instalacji wodociągowej. Hydrofor jest potrzebny w instalacji zaopatrywanej w wodę z własnej studni – ale może też okazać się przydatny wtedy, gdy jest ona podłączona do wodociągu – albo do pobierania wody ze zbiorników bezciśnieniowych, na przykład z deszczówką.
Ze studni. Woda jest pobierana i tłoczona do instalacji przez pompę. Ponieważ pobór nie jest ciągły ani równomierny, pompa automatycznie włącza się podczas jego trwania i wyłącza po zaprzestaniu. Najprostszym sposobem sterowania nią jest wyłącznik ciśnieniowy reagujący na spadek ciśnienia w instalacji w momencie odkręcania kranu z wodą. Z instalacji wodnych w domach mieszkalnych, zwłaszcza jednorodzinnych, woda jest pobierana często, lecz krótko i w małych ilościach. Sterowanie powoduje zbyt częste włączanie pompy na krótki czas i długie okresy postoju, co nie jest obojętne dla jej trwałości. Każda pompa zależnie od konstrukcji ma ściśle określoną dopuszczalną liczbę cykli pracy (pojedynczych czasów pracy i postoju) w ciągu godziny. W przypadku pomp do instalacji zaopatrujących w wodę domy jednorodzinne jest ich zwykle 20-30 na godzinę. Jeśli pompa będzie się włączała częściej, jej silnik przedwcześnie się zużyje. Można temu zapobiec przez ograniczenie liczby włączeń, czyli wydłużenie okresów postoju między nimi. To właśnie zadanie dla zestawu hydroforowego, w którym „akumuluje” się ciśnienie i gromadzi zapas wody wystarczający do pokrycia zapotrzebowania na nią podczas przerw w pracy pompy. Typ pompy dobiera się zależnie od tego, skąd jest czerpana woda. Najczęściej pobiera się ją ze studni:
- kopanej lub wierconej ze zwierciadłem dynamicznym na głębokości nieprzekraczającej 7 m;
- głębinowej – pompą głębinową, współpracującą ze zbiornikiem membranowym.
Jeśli pompy używa się do tylko poboru wody ze studni do podlewania ogrodu, nie ma sensu montować zestawu hydroforowego. Pompa pracuje wówczas dłuższy czas ze stałą wydajnością i nie ma problemu z jej zbyt częstym włączaniem.
Z wodociągu. Woda powinna dopływać do punktów poboru bez pomocy żadnych dodatkowych urządzeń. Zdarza się jednak, że ciśnienie w miejscu podłączenia jest zbyt niskie i wówczas niektóre z punktów poboru, zwłaszcza położone na najwyższej kondygnacji, nie mogą być zaopatrzone w dostateczną ilość wody. Dodatkowe ciśnienie wytworzone dzięki zestawowi hydroforowemu umożliwia usunięcie tej niedogodności. Pompę wirową ze zbiornikiem ciśnieniowym podłącza się bezpośrednio do sieci (jest to tak zwane ssanie z nadciśnieniem lub napływem). Pompa może mieć silnik o regulowanych obrotach, co pozwala zapewnić w domu stałe ciśnienie wody, niezależnie od wielkości poboru.
Z bezciśnieniowego zbiornika (na przykład gromadzącego deszczówkę) wodę pobiera się pompą samozasysającą lub ssąco-tłoczącą (trzeba zapewnić stały dopływ wody do zbiornika). Pompa współpracuje ze zbiornikiem membranowym. Są takie gotowe zestawy.


Jak działa zestaw hydroforowy
Zbiornik hydroforowy nazywany jest niekiedy wodno-powietrznym. To dlatego, że nad zwierciadłem zgromadzonej w nim wody znajduje się poduszka sprężonego powietrza. Kiedy odkręcamy kran podczas postoju pompy, woda jest pobierana ze zbiornika. Towarzyszy temu rozprężanie się poduszki powietrznej, które powoduje wypchnięcie wody do instalacji. Ciśnienie w zbiorniku spada aż do momentu, gdy osiągnie minimalną ustaloną wartość. Wtedy włącza się pompa i pompuje wodę ze studni tak długo, aż sprężające się pod naporem wody powietrze osiągnie ustalone ciśnienie maksymalne. Wówczas pompa się wyłącza. Włączaniem i wyłączaniem pompy steruje wyłącznik ciśnieniowy zamontowany na przewodzie połączonym z częścią powietrzną zbiornika hydroforowego. Ciśnienie, przy którym następuje uruchomienie bądź zatrzymanie pompy, jest ściśle określone przez jej producenta. Ma gwarantować ekonomiczną pracę pompy, czyli pracę z najwyższą sprawnością. Praca pompy jest niezależna od cykli poboru wody, a liczba jej włączeń na godzinę zależy od zakresu ciśnienia powietrza nastawionego na wyłączniku.

Jak jest zbudowany
Produkowane są dwa rodzaje hydroforów: tradycyjne, w których woda ma bezpośredni kontakt ze zgromadzonym w nich powietrzem, oraz nowszej konstrukcji – z całkowicie szczelną membraną oddzielającą wodę od poduszki sprężonego powietrza. W rzeczywistości woda znajduje się w worku gumowym i nie ma kontaktu ze ścianami zbiornika. Tradycyjne hydrofory mają zbiorniki w kształcie walca, pionowe, stojące, o pojemności co najmniej 100 l. Najczęściej współpracują z pompami wirowymi samozasysającymi. Hydrofory wytrzymują ciśnienie robocze 0,6 MPa, więc pompy powinny być tak dobrane, aby wytwarzały ciśnienie nieprzekraczające tej wartości. Jeśli pompa może wytworzyć ciśnienie większe od dopuszczalnego, to zgodnie z przepisami Urzędu Dozoru Technicznego (UDT) na zbiorniku lub na przewodzie tłocznym pompy należy zamontować zawór bezpieczeństwa z odpływem podłączonym do kanalizacji. Nowoczesne zbiorniki membranowe mają zwartą (kompaktową) budowę, są znacznie mniejsze od tradycyjnych, mają zwykle pojemność od 20 do 60 l, choć bywają i większe – 80- i 100-litrowe. Są zwykle stosowane w zestawie z pompami samozasysającymi, mają przewód łączący pompę ze zbiornikiem oraz łącznik ciśnieniowy. Są mniej hałaśliwe podczas pracy i gwarantują wysoki komfort użytkowania. Zbiorniki o mniejszej pojemności są przeważnie zamontowane na pompie lub pod nią, większe są wolno stojące. Powłoka zbiornika oraz materiał membrany mogą być różne. Zależy to od producenta. W niektórych zbiornikach membrany są wymienne, w innych nie. Materiał membrany i powłoka wewnętrzna zbiornika muszą mieć atest Państwowego Zakładu Higieny dopuszczający je do kontaktu z wodą pitną.

Jak duży zbiornik, jakie ciśnienie
Wielkość zestawu hydroforowego zależy od zapotrzebowania na wodę (wydajności) i wysokości podnoszenia pompy. Pojemność (objętość) zbiornika ciśnieniowego można dobrać z tabeli producenta. Zasady doboru mogą być różne u różnych producentów. Ciśnienie pracy hydroforu trzeba dostosować do określonych przez producenta wymagań urządzenia podgrzewającego wodę (kotła dwufunkcyjnego lub jednofunkcyjnego z zasobnikiem, podgrzewacza prze-pływowego albo zasobnikowego).
Zapotrzebowanie na wodę (wydajność) to ilość wody zużywana w domu w jednostce czasu. Do obliczeń przyjmuje się:
- mniej więcej 2 m³/h – w niewielkim domu zamieszkanym przez czteroosobową rodzinę;
- 6-7 m³/h w rozległej rezydencji.
W rzeczywistości zapotrzebowanie na wodę zależy od wydajności punktów poboru, czyli wielkości domu i liczby osób, które korzystają z wody, ich trybu życia oraz liczby i jakości urządzeń, do których trzeba ją doprowadzić (zmywarki, pralki, prysznica, wanny zwykłej lub z hydromasażem, instalacji do podlewania ogrodu itp.). Dla czteroosobowej rodziny mieszkającej w niewielkim domu zapotrzebowanie to wynosi 12-15 m³/miesiąc, ale ponieważ nie czerpie się wody jednocześnie ze wszystkich kranów, nie wystarczy proste działanie matematyczne polegające na podzieleniu zużycia wody przez dni i godziny, ale trzeba się posługiwać wartościami ustalonymi doświadczalnie.
Wysokość podnoszenia pompy to ciśnienie, pod jakim woda musi być dostarczona do instalacji, aby w najwyższym punkcie poboru wypływała pod odpowiednim ciśnieniem. Podaje się je w metrach słupa wody, a oblicza, dodając do siebie trzy wielkości:
- geometryczną wysokość podnoszenia;
- straty hydrauliczne;
- wartość ciśnienia przed najwyżej położonym punktem czerpalnym (kranem lub innym odbiornikiem).
W instalacji podłączonej do wodociągu i wyposażonej w zestaw hydroforowy zamiast wysokości podnoszenia pompy ustalamy minimalne wymagane do jej prawidłowej pracy ciśnienie w punkcie podłączenia zestawu (orientacyjnie można przyjąć 0,1 MPa). Musimy sprawdzić w zakładzie wodociągowym, czy zapewnia takie ciśnienie, a jeśli nie, podłączyć dodatkowy zbiornik bezciśnieniowy, który będzie się napełniał wodą w godzinach, kiedy pobór wody jest najmniejszy (zwykle nocą).

Czy wiesz, że...

...geometryczna wysokość podnoszenia
to odległość między rzędną poziomu dynamicznego lustra wody (należy uwzględnić zapas mniej więcej 1 m) a rzędną najwyżej położonego punktu poboru.
...straty hydrauliczne to opory liniowe powstające w wyniku tarcia wody o wewnętrzną powierzchnię rur podczas jej przepływu przez rurociągi oraz miejscowe – spowodowane przez zmianę średnicy lub trasy rur oraz przez zawory, filtry, wodomierze i inną armaturę. Orientacyjnie przyjmuje się, że w domowej instalacji wynoszą one od 0,015 do 0,2 MPa (1,5-2 m słupa wody), w rurze łączącej instalację z pompą głębinową lub w przewodzie ssawnym pompy samozasysającej – mniej więcej 0,003 MPa/m.
...minimalne ciśnienie przed najwyżej położonym punktem czerpalnym w instalacji wodnej w domu jednorodzinnym powinno wynosić od 0,2 do 0,25 MPa (25 m słupa wody). Nie może być mniejsze, niż jest wymagane do prawidłowej pracy urządzeń, które są zainstalowane w domowej instalacji. Wartość wymaganą dla konkretnego urządzenia podaje jego producent. Możemy ją znaleźć w instrukcji technicznej. Przykładowo dla przepływowego podgrzewacza wody wynosi ona 0,1 MPa, dla baterii z biczami wodnymi – 0,3 MPa, a dla układu zraszaczy ogrodowych – 0,3-0,5 MPa.

Dla bezpieczeństwa użytkowników
Zgodnie z przepisami obowiązującymi w Unii Europejskiej (a więc także w Polsce) wszystkie zbiorniki hydroforowe o wartości iloczynu ciśnienia i pojemności powyżej 0,005 MPa·m³ (na przykład zbiornik o pojemności 25 l i nadciśnieniu 0,2 MPa) podlegają przepisom Urzędu Dozoru Technicznego. Przed dopuszczeniem do sprzedaży muszą otrzymać dokument poświadczający, że są zbudowane zgodnie z przepisami UDT. Pompy hydroforowe o mocy poniżej 2,5 kW, niezmontowane w gotowe zestawy, oraz gotowe zestawy hydroforowe o iloczynie poniżej 0,03 MPa·m³ muszą mieć Znak Bezpieczeństwa „B”, a membrana oraz powłoka wewnętrzna zbiornika – atest Państwowego Zakładu Higieny.

Dobre miejsce na hydrofor
Nie trzeba go wiele, jeśli jest nowoczesny –  o małych wymiarach i pojemności. Produkowane są zestawy tak niewielkie, że można je zmieścić nawet w szafce pod zlewozmywakiem. Nie powinno być także problemu z odgłosami pracy, ponieważ nie są one zbyt hałaśliwe. Są też takie zestawy hydroforowe, w których pompa, zbiornik ciśnieniowy i regulator elektroniczny tworzą jedną zwartą jednostkę zajmującą mniej więcej 1/3 miejsca przeznaczonego na zwykły zestaw hydroforowy. Pompa ma zmienną szybkość obrotów regulowaną intensywnością przepływu wody, dzięki czemu zawsze dostarcza wodę o stałym ciśnieniu, nawet przy bardzo małym przepływie. Na tradycyjny zestaw hydroforowy trudniej wygospodarować odpowiednie miejsce, nie tylko ze względu na większe wymiary zbiornika, ale także z powodu konieczności spełnienia wymagań, które znajdują się w przepisach i dotyczą:
wymiarów pomieszczenia – nie może być mniejsze niż: 2,0 x 2,5 m w rzucie i 2,2 m wysokości. Stojący zbiornik hydroforowy powinien być ustawiony w odległości co najmniej 0,6 m od ściany i mieć zapewniony swobodny dostęp do otworu kontrolnego. Pompa lub – gdy jest ustawiona na fundamencie – jej fundament muszą być odsunięte od ściany co najmniej 0,5 m;
wyposażenia w odpowiednie instalacje:
– elektryczną i oświetlenia – muszą być wodoszczelne;
– grzewczą – musi zapewnić minimalną temperaturę +5°C;
– wentylacyjną – powinna zagwarantować półtorakrotną wymianę powietrza w ciągu godziny. Sprawna wentylacja jest bardzo ważna ze względu na chłodzenie silnika pompy. W większości zestawów hydroforowych służy do tego wentylator umieszczony z tyłu silnika. Ponieważ pobiera on powietrze do chłodzenia z pomieszczenia, jego temperatura nie może być zbyt wysoka (nie powinna przekraczać 40°C);
– kanalizacyjną – zakończoną w pomieszczeniu wpustami kanalizacyjnymi umożliwiającmi odprowadzenie wody w razie awarii hydroforu. Ich przepustowość nie powinna być mniejsza niż maksymalna wydajność pompy. Posadzka w pomieszczeniu musi być ułożona z 1-procentowym spadkiem w kierunku wpustów, żeby woda mogła swobodnie spływać;
szerokości drzwi – powinna umożliwić wniesienie do pomieszczenia lub w razie potrzeby wyniesienie na zewnątrz największego elementu zestawu hydroforowego. Wadą zestawów hydroforowych, zwłaszcza tradycyjnych, są odgłosy ich pracy i drgania, które jej towarzyszą. W niektórych sytuacjach mogą one być uciążliwe dla domowników. Stąd pomysły umieszczenia zestawów poza domem, na przykład w podziemnym betonowym zbiorniku. Ściany i dno takiego zbiornika powinny być z betonu zbrojonego siatką, od zewnątrz zabezpieczone folią przeciwwilgociową przed wilgocią gruntową, a od wewnątrz (tylko ściany) ocieplone 5-centymetrową warstwą styropianu. Od góry zbiornik powinien być przykryty płytą żelbetową z otworem na właz o wymiarach umożliwiających dostanie się do wnętrza. Strop włazu należy zabezpieczyć, na przykład podwójną warstwą papy na lepiku, aby do zbiornika nie dostawała się woda deszczowa, a otwór zakryć wodoszczelną pokrywą. Na ścianie należy zamontować drabinę, po której będzie można bezpiecznie zejść do hydroforni. Trzeba do niej także doprowadzić instalację elektryczną do zasilania i oświetlenie. Utrzymanie temperatury powyżej +5oC może zapewnić grzałka elektryczna zamontowana pod hydroforem z czujnikiem temperatury, który automatycznie włączy ją, gdy wewnątrz temperatura spadnie poniżej wymaganej wartości. To powinno zapobiec zamarzaniu wody w hydroforze i zapewnić poprawną pracę urządzenia nawet w mroźne dni. Podobnie jak w hydroforni zlokalizowanej w domu tak i tu w podłodze należałoby zrobić wpust kanalizacyjny umożliwiający odprowadzenie wody w razie awarii hydroforu. Ze względu na zagłębienie komory z hydroforem może być jednak problem z podłączeniem go do kanalizacji, jeśli ta będzie przebiegała powyżej jej dna. Hydrofornię od góry przysypuje się warstwą ziemi. Z powierzchni jest więc widoczna tylko pokrywa włazu. Decydując się na takie rozwiązanie, trzeba jednak zdawać sobie sprawę z tego, że:
- zestaw hydroforowy nie jest zabezpieczony przed zalaniem (klasa ochrony silnika niższa niż IP 68), więc przedostanie się do zbiornika wody opadowej może być niebezpieczne dla użytkownika (groźba porażenia prądem);
- w podziemnym zbiorniku trudniej niż w innych warunkach zadbać o dobrą wentylację niezbędną do odpowiedniego chłodzenia silnika pompy samozasysającej;
- regularne czyszczenie hydroforu z zalegających w nim osadów związków żelaza, konieczne w przypadku pompowania wody o podwyższonej zawartości żelaza i manganu, będzie trudne.

Problemy podczas eksploatacji
Ubytek powietrza w zbiorniku. Dotyczy tradycyjnych zestawów hydroforowych ze zbiornikiem bez membrany i jest spowodowany stopniowym rozpuszczaniem się tlenu w wodzie. Powoduje częste włączanie się pompy i może się przyczynić do jej wcześniejszego zużycia. Trzeba więc często uzupełniać poduszkę powietrzną.
Głośna praca pompy. Jest przeważnie objawem zapowietrzenia się przewodu ssawnego i wymaga interwencji serwisanta.
Roszenie się zbiornika. Może być spowodowane niewłaściwą wentylacją pomieszczenia, w którym jest ustawiony hydrofor. Jest szczególnie uciążliwe w przypadku dużych zbiorników. Aby je zminimalizować, trzeba zapewnić intensywną wentylację pomieszczenia hydroforni.
Drgania. Mogą się przenosić na elementy konstrukcji budynku i są wtedy bardzo nieprzyjemne dla mieszkańców. Ich uciążliwość można ograniczyć, wkładając gumowe podkładki pod podstawę hydroforu.
Zasysanie powietrza. Podobnie jak ubytek powietrza, dotyczy tradycyjnych zestawów hydroforowych (bez membrany). Dochodzi do niego, kiedy w czasie awarii, na przykład spowodowanej brakiem prądu, zbiornik w niekontrolowany sposób opróżni się z wody, a powietrze ucieknie do pompy i instalacji wewnętrznej, ponieważ między zwierciadłem wody a poduszką powietrzną nie ma przegrody. W rezultacie tego zestaw hydro-forowy całkowicie się rozreguluje i zacznie bardzo głośno pracować. Może również dojść do uszkodzenia pompy. Niebezpieczeństwo zassania powietrza może wystąpić również wtedy, gdy poziom zwierciadła wody w studni, na przykład w wyniku jej wyczerpania, spadnie poniżej kosza ssawnego pompy. Pompa będzie wówczas zasysała powietrze i jeżeli nie ma czujnika termicznego, jej silnik się przegrzeje, a nawet może się przepalić.
Gnicie wody w zbiorniku. Zdarza się w tradycyjnych zestawach hydroforowych, gdy woda zawiera związki humusowe (najczęściej, gdy pochodzi ze studni kopanych) i jest długo przetrzymywana w zbiorniku. Taka sytuacja może się zdarzyć na przykład wtedy, gdy zestaw hydroforowy pełni funkcję rezerwowego zbiornika zasilającego instalację podczas przerw w dostawie wody z sieci. Aby woda nie gniła w zbiorniku, trzeba go często opróżniać i czyścić.

Uwaga – zawory zwrotne!
Przewody ssawny (czerpiący wodę ze studni) i tłoczny (tłoczący wodę do instalacji) muszą być uzbrojone w zawory zwrotne. Zestaw hydroforowy z pompą samozasysającą wymaga zwykle przed pierwszym rozruchem zalania wodą. Na końcu przewodu ssawnego w studni jest kosz ssawny z zaworem zwrotnym, który w trakcie eksploatacji zabezpiecza przed opróżnieniem się przewodu ssawnego i pompy. Uszkodzony zawór zwrotny uniemożliwia ponowne zassanie cieczy przez pompę. Szczególnie wrażliwe są pompy o małej liczbie stopni (wirników) i dużej wysokości ssania. W przypadku zestawów podłączonych do sieci wodociągowej zadaniem zaworu zwrotnego na przewodzie ssawnym jest zabezpieczenie przed cofaniem się wody z instalacji do sieci. Zamontowania takiego zaworu wymagają zakłady wodociągowe. Jeśli między pompą a najwyżej położonym punktem czerpalnym jest duża różnica wysokości, zawór zwrotny zamontowany na przewodzie tłocznym pompy zabezpieczy ją przed uderzeniami wodnymi.

Zbiornik hydroforowy i pompa głębinowa
Producenci pomp głębinowych załączają do nich tabele do doboru zbiornika membranowego, z których – zależnie od wydajności (Qmax.) i wysokości podnoszenia (pmin. ) – odczytuje się minimalną pojemność zbiornika, tak zwane ciśnienie wstępne (pwst.) oraz ciśnienie załączania (pzał.) i wyłączania na wyłączniku ciśnieniowym (pwył.).

Przykład:Dla wydajności Qmax. = 2,5 m3/h i wysokości podnoszenia pmin. = 45 m z tabeli producenta odczytano:
 – minimalną pojemność zbiornika – 33 l
 – ciśnienie wstępne pwst. – 40,5 m
 – ciśnienie załączania pzał. – 46 m
 – ciśnienie wyłączania pwył. – 60 m


A – wysokość podnoszenia + straty ciśnienia pomiędzy dynamicznym poziomem lustra wody a membranowym zbiornikiem ciśnieniowym
B – straty ciśnienia pomiędzy membranowym zbiornikiem ciśnieniowym a najwyżej położonym odbiornikiem
C – ciśnienie minimalne przed najwyżej położonym odbiornikiem

Uwaga! Ciśnienie może być mierzone i podawane w różnych jednostkach: MPa, barach, metrach słupa wody. Ciśnienie słupa wody o wysokości 10,2 m jest równe 0,1 MPa (1 bar).

Poza domem
Głośny hydrofor wraz z pompą można wyjątkowo umieścić w betonowym podziemnym zbiorniku poza domem, pamiętając, by spełniał on wymagania, jakie są przewidziane dla pomieszczenia z hydroforem.

Zestaw hydroforowy na raty
Elementy nowoczesnych zestawów hydroforowych są zunifikowane i dzięki temu nie trzeba od razu kupować wszystkiego. Podczas budowy można korzystać z pompy głębinowej lub samozasysającej wyposażonej jedynie w łącznik ciśnieniowy, pamiętając jednak, że każdy pobór wody będzie powodował jej włączenie. Resztę, czyli zbiornik hydroforowy, można dokupić po zakończeniu budowy i zamontowaniu instalacji wodociągowej. Liczba włączeń pompy zostanie wówczas automatycznie ograniczona. Taką rozbudowę trzeba jednak wcześniej zaplanować, ponieważ pompa powinna być od razu dobrana do docelowego zapotrzebowania na wodę. Nie w każdych warunkach takie rozwiązanie jest korzystne z finansowego punktu widzenia. Jeśli zapotrzebowanie na wodę do budowy jest niewielkie (dużo mniejsze niż docelowe), a przewidywany czas jej trwania długi, kupiona od razu duża pompa będzie niepotrzebnie zużywała znacznie więcej energii elektrycznej. W takiej sytuacji korzystniejsze może się okazać kupno mniejszej pompy, a potem jej wymiana na większą.

Poznaj swoją przyszłość

Jedna z najlepszych wróżek w Polsce Wróżka Mira Elżbieta Sobczyk odpowiada na pytania na swoim Facebooku  lub przez e-mail. Problemy ze zdrowiem lub w sprawach "miłosnych" ? A może interesują Cię kwestie finansowe?  Sprawdź swoją przyszłość. Jej odpowiedzi pomogły już tysiącom ludzi w Polsce. Można się z nią skontaktować Jej profil na Facebooku lub http://twojawrozka24.pl
Podobne posty