Регулировка давления в системе водоснабжения частного дома

Система беспрерывной подачи воды в доме по нынешним временам должна расцениваться не как какое-то особое «удобство», а как одна из первейших жизненных необходимостей. В городских многоэтажках с этим проще – за водоснабжение отвечают специальные коммунальные службы. И в обязанностях хозяев квартир остается лишь поддержание в порядке своего участка водопровода да своевременная оплата за услуги. Сложнее владельцам домов «на земле», не подключенных к водопроводной сети. К сожалению, еще не искоренены окончательно «пережитки прошлого», и кое-где до сих пор остается актуальной доставка воды из близлежащего колодца ведрами. Но это не устраивает современного человека, и хозяева жилья ищут возможность обзаведения постояннодействующим источником.

В качестве источников чаще всего рассматриваются пробуренные скважины или выкопанные колодцы, реже – естественные водоёмы. В зависимости от типа источника используется то или иное насосное оборудование, способное перекачать воду с точки забора до точки потребления. Однако, только лишь такая простая перекачка — это ещё далеко не все. Никакого толку не стоит ждать от подобной автономной системы водоснабжения, если она не будет в состоянии обеспечить нужное давление (напор) воды на выходе и требуемый ее расход. У этих параметров, понятное дело, очень тесная взаимосвязь.

В настоящей публикации предлагается рассмотреть, для чего и как производится самостоятельная регулировка давления в системе водоснабжения. Задача непростая, но все же ее можно решить без привлечения специалистов.

Для чего требуется поддерживать в системе определенное давление?

Рекомендуемые значения напора в водопроводе

Итак, предположим, источник с хорошим дебетом найден, и есть возможности непрерывной передачи из него воды в дом. Казалось бы – задача решена! Отнюдь, все только начинается!

Вода в трубах должна постоянно находиться под некоторым избыточным давлением. Всё просто — она должна не просто истекать из открытых кранов тонкой струйкой, а бить под определённым напором, иначе даже простое умывание или мытье посуды превратятся в некую «пытку». Принять душ с недостаточным давлением воды – практически нереально, так как тугих тонких струй из душевой головки образовываться не будет. А у целого ряда сантехнических или бытовых приборов (например, многие душевые кабинки, джакузи, биде, стиральные и посудомоечные машины) и вовсе в их паспортах прописано, что для их корректной работы напор в системе требуется такой-то.

Какой напор считают нормальным?

Прежде всего, чтобы не возвращаться к этому далее, по ходу статьи, «наведем порядок» в единицах измерения напора воды. Дело в том, что активно используется сразу несколько единиц, и требуется понимать их взаимосвязь.

Так, одной из величин является метр водяного столба. Да, так и есть, это давление, задаваемое неподвижным столбом воды высотой в один метр. Величина хороша своей наглядностью, особенно при расчетах водопроводов с вертикальной подачей воды на высоту.

Другая величина – техническая атмосфера (часто называют просто – атмосфера, хотя это не вполне правильно). По соотношению с метрами водяного столба – очень удобно: 10 метров будут примерно равны одной атмосфере.

Еще одна внесистемная единица измерения – бар. С небольшой погрешностью (вполне допустимой) можно бар считать примерно равным атмосфере.

Системная единица – паскаль, и соотносится она с баром так: 105 Па = 1 бар. Надо сказать, что в кругу «сантехнической интеллигенции» должного признания она не заслужила. Мастера все более оперируют или метрами, или атмосферами (очками), или барами.

Еще раз:

1 т. атм. ≈ 1 бар ≈ 1кгс/см² ≈ 10 м вод. ст.

Идем дальше, и для этого не будем зацикливаться на нормативах, установленных для многоквартирных жилых домов. Останемся «ближе к земле», ведь наша цель — настроить автономную систему водоснабжения загородного частного дома.

Кстати, СНиП устанавливает нижнюю границу допустимого давления при подаче из центральных водопроводных сетей всего 0,3 бар (с верхней границей 6,0 бар). На интернет-форумах по этому показателю не оттоптался только ленивый. Практика показывает, что при таком напоре пользование водой превратится в мучение, а про подключение мощной бытовой техники можно даже не мечтать. И что обидно – все в рамках правил, то есть даже претензий к коммунальщикам не предъявишь!

Можно встретить массу таблиц, в котором расписывается достаточный напор для различных сантехнических приборов. И по этим «источникам информации» практически все из них должны работать при минимальном значении в 0,3 бар. Поверьте, или, если сомневаетесь – проверьте, как будет работать смеситель в ванной, кухонная мойка, душ при таком напоре. Одни слезы…

Поэтому лучше отталкиваться от более реальных величин. Так, принято считать, что бесперебойную корректную работу подавляющего большинства сантехнического оборудования обеспечит давление в одну атмосферу. Для более мощной техники требуется и побольше:

• Для стиральной машины — порядка 2 бар.
• Для посудомоечной машины – до 1.5 бар.
• Если подключается хозяйственный кран, обслуживающий, например, систему полива участка – желательно не менее 3.5 бар.
• Для ванны или душа с гидромассажем — может требоваться и до 4 бар, но для такой техники нередко устанавливаются индивидуальные насосы повышения давления.

Итак, понятно – для среднестатистического домашнего хозяйства, для повседневного потребления воды в комфортных условиях, требуется поддержание примерного напора в две атмосферы (бара) или 20 метров водяного столба.

Всё? Да нет еще!

Дело в том, что нельзя еще забывать потерях давления в системе.

Откуда берутся потери напора в системе

Речь вовсе не идет о каких-то протечках на соединениях или кранах. Такой системе, с протечками, вообще не стоит уделять внимания до тех пор, пока она не будет приведена в полный порядок. Потери же имеются в виду – совсем иного свойства.

Если загородный домик компактный, всего несколько комнат на одном уровне, протяженность водопроводных труб небольшая, то, скорее всего, эти потери будут настолько несущественны, что не повлияют на настройку системы.

Однако, бывают хозяйства с довольно сильно раскинутой системой водопровода, причем как по высоте, так и по горизонтали. Например, двухэтажный дом, да еще и с жилой мансардой, где планируется установить, скажем, умывальник или даже полноценный совмещенный санузел. А насосная станция расположена в подвальном помещении. То есть превышение достигает десятка или даже более метров, а это – уже минимум одна потерянная атмосфера!

Да к тому же хозяйственные краны, допустим, вынесены в гараж и в мастерскую, расположенные в пристройках или даже на некотором отдалении от дома. А даже горизонтальные участки водопровода дают снижение давления за счет гидравлического сопротивления труб. И эти потери зависят от многих факторов – от материала и диаметра труб, от общей протяженности участка, от его насыщенности всевозможной сантехнической арматурой и фурнитурой – кранами, клапанами, фильтрами, тройниками и отводами, переходами на другой диаметр и т.п.

В итоге получается, что на «точке раздачи» будет, например, 2.5 бар, а на дальнем кране или в самой высокой точке – едва доходить до 0,5, чего уже может оказаться недостаточно.

Поэтому имеет смысл обязательно просчитать каждый участок, особенно к далеко расположенным точкам потребления воды, на потери напора. А помочь в этом вопросе сможет онлайн-калькулятор, предлагаемый ниже.

Рекомендуем для начала ознакомится с интерфейсом программы и прочитать расположенные под ней примечания. Это поможет провести расчеты легко и без ошибок.

Калькулятор расчёта потерь напора воды в водопроводе

Перейти к расчётам

Пояснения по выполнению вычислений

В системе водоснабжения должна «царить гармония» — перед ее созданием стремятся рассчитать и сбалансировать все параметры, так как они теснейшим образом взаимосвязаны. «Три кита», на которых базируется отлаженная система – это нужный напор, достаточная производительность и оптимальная скорость воды в трубах.

Все это сказывается на материалах, используемых для монтажа водопроводной домашней сети. Зная, к чему надо стремиться, несложно просчитать оптимальный диаметр труб. А почему это важно – да просто потому, что от диаметра в значительной степени зависит и количество потерь давления. Чем тоньше труба – тем сильнее в ней гидравлическое сопротивление, и на длинных участках плохо спроектированных систем вообще могут случиться застойные явления. Поэтому проводить расчеты возможных потерь – дело обязательное.

Итак, как проводятся вычисления:

• В первую очередь указывается тот напор, что ожидается в стартовой точке рассчитываемого участка. А под такой точкой могут фигурировать:

— сам насосный узел с гидроаккумулятором;

— точка ответвление от основной трубы в сторону отдельного участка трассы;

— водопроводный коллектор, расположенный, например, по центру дома и отвечающий за этаж;

— другая точка системы, давление в которой точно известно, и от которой можно провести расчет далее.

• Второе поле ввода запрашивает величину реального геометрического превышения конечного устройства водоразбора над стартовой точкой расчета. Указание ведется в метрах.
• Далее, все отрезки рассчитываемого участка оцениваются по дине и по типу используемых труб. На отдельной ветке иногда бывает так, что последовательно применяется сразу несколько диаметров труб. Возможна разница и в материале изготовления. Все это – имеет значение: как мы уже говорили, с уменьшением диаметра увеличивается гидравлическое сопротивление, и оно более выражено в стальных трубах, нежели в полимерных.

Длина для каждого диаметра указывается суммарно, то есть с учетом как горизонтальных, так и вертикальных отрезков трассы.

Кстати, обратите внимание, что трубы диаметром более дюйма в расчет не принимаются. Их гидравлическое сопротивление настолько незначительное, что его можно попросту игнорировать.

• Следующая большая группа полей предназначена для того, чтобы указать в ней количество элементов запорной арматуры или сантехнической фурнитуры для соединения труб.

Для удобства пользователя в калькуляторе уже перечислены наиболее часто используемые элементы. То есть задача – просто просчитать их на рассчитываемом участке и указать количество по каждому. Если тех или иных нет на участке – ставьте ноль.

Вот и все – нажатие на клавишу «РАССЧИТАТЬ» выведет на экран рассчитанное значение. А конкретно – каким же окажется давление на конечной точке рассматриваемого участка. И останется сравнить – удовлетворят ли этот показатель устанавливаемому здесь прибору.

Как можно поддерживать нужное давление в системе?

В многоэтажке хозяин квартиры об этом даже обычно не задумывается – напором в системе «руководит» коммунальная служба, которая поддерживать на требуемом уровне. А как быть владельцу автономного водопровода?

Значит, напрашивается решение, образно говоря, каким-либо образом «накапливать давление», чтобы расходовать его по мере необходимости, и регулярно автоматически пополнять этот запас. Да, примерно так можно кратко описать работу насосного узла домашней системы водоснабжения.

Итак, уже даже сейчас понятно, что в состав такой «умной схемы» должен входить, скажем так, нагнетатель, накопитель, и какое-то устройство, которое возьмёт на себя автоматическое управление процессом.

• С нагнетателем давления все ясно – это водяной насос. Существует огромное разнообразие специальных погружных насосов для скважин, для колодцев, отдельной категорией выступают поверхностные самовсасывающие насосы или насосные станции. Как видите, на нашем портале достаточно информации на эту тему. , поэтому в данной публикации мы углубляться в тему не будем. Тем более что тип насоса никак особо не влияет на настройку системы – принцип остается единым.
• Накопителем можно назвать обязательный гидроаккумулятор. Применяются и другие названия – гидрофор, расширительный бак, но суть одна.

Обычно это – довольно вместительный бак особой конструкции, разделенный внутри эластичной перегородкой на две изолированные камеры – воздушную и водяную. В воздушной заранее создается определённое избыточное давление. Заполнение бака водой при работе насоса приводит к уменьшению объёма воздушной камеры, то есть к росту давления в ней, через мембрану передаваемого и на воду. При достижении определенного пикового давления – заполнение прекращается.

Получается, что бак всегда содержит какой-то запас воды под нужным давлением. Стоит в любом месте системы открыть кран, как оттуда польется вода с хорошим напором.

Это – очень кратко, а на деле использование гидроаккумулятора придает автономному водопроводу еще немало полезных качеств. Очень важно – правильно подобрать объём бака, чтобы он соответствовал реальным параметрам создаваемой системы.

Этому важнейшему вопросу, выбору гидроаккумулятора для системы водоснабжения, на нашем портале посвящена отдельная очень подробная публикация, со встроенными калькуляторами расчета. Так что повторяться – особого смысла нет.

• Реле давления – обеспечивает автоматическое управление процессами включения и выключения насосного оборудования в нужный момент. Именно этот прибор мы будем учиться настраивать, чтобы в системе всегда поддерживался оптимальный напор.

Подробнее про устройство и принцип действия этого ключевого прибора будет рассказываться ниже.

• Прибор визуального контроля за уровнем давления в системе – обычный стрелочный гидравлический манометр, из числа тех, что довольно часто врезаются в систему водопровода или отопления.

• Чтобы связать все эти устройства в единую систему используется специальная сантехническая деталь, именуемая пятивыводным штуцером.

Внутри это пятивыводного штуцера нет никаких перемычек, перегородок, затрудняющих перемещение воды. То есть созданное давление совершенно одинаково распределяется на все выводы – это очень важно в данном случае.

Итак, смотрим на принципиальную схему автоматизированного насосного узла, разбираемся, как он работает.

И здесь, и ранее уже употреблялся термин «насосный узел». Вроде бы напрашивется «насосная станция», но тогда может возникнуть путаница. Дело в том, что под названием «насосная станция» чаще имеется в виду готовая система, в которой все ее приборы и детали уже собраны и готовы к настройке и работе.

Как правило, эта станция базируется на поверхностном самовсасывающем насосе. Но все равно – принцип сборки станции в единый «организм» — точно такой же, как мы рассматриваем. И настройка давления в системе водоснабжения тоже абсолютно ничем отличаться не будет.

А – пятивыводной штуцер. Имеет три выхода, обычно ½ дюйма —для подключения труб (показаны синими стрелками). А также два патрубка с внутренней и с внешней резьбой ¼ дюйма (зеленые пунктирные стрелки).

Б – насос, подключается трубой «по воде» к одному из выходов штуцера А. Этот же насос подключается к линиии питания 220 вольт с разрывом на реле давления (показано красной линией).

В – гидроаккумулятор, подключается трубой «по воде» к одному из выходов штуцера А. В зависимости от компоновки узла (станции) нередко пятивыводной штуцер и вовсе накручен на выходной патрубок гидроаккумулятора.

Г – на схеме показан водоразборный кран, но следует правильно понимать, что это – стилизация всей домашней сети водоснабжения. Иными словами, с одного из выходов штуцера А вода поступает непосредственно на потребление.

Д – реле давления. Для соединения со штуцером оно оснащено накидной гайкой, то есть устанавливается на патрубок с внешней резьбой ¼   дюйма.

Е – манометр, вкручивается в патрубок с внутренней резьбой ¼ дюйма. Показывает текущий уровень давления в этой общей для всех подключенных устройств точке —  в штуцере А. Удобно для настройки и визуального контроля корректности работы.

Как это работает?

У реле имеются две «точки настройки» — нижняя граница давления, и верхняя, пиковая. Именно в этом и заключается процесс регулировки системы – потребуется выставить эти два значения. Но об этом – чуть позднее.

• Итак, при первом запуске системы она заполняется водой, и далее, пока система работоспособна, она никогда не должна оставаться «сухой».
• При заполнении системы насос будет работать до тех пор, пока не достигается верхняя граница давления. Реле срабатывает на размыкание цепи – насос выключается.
• Если сейчас открыть где-нибудь воду, то давление в системе начнет постепенно снижаться. Однако, это не приводит к мгновенному включению насосного оборудования. Пока не выработан созданный «запас давления» — система работает исключительно за счет гидроаккумулятора.
• И только когда давление постепенно снизится до нижней границы – сработает реле на замыкание цепи, и вновь включится насос. И он будет нагнетать воду до тех пор снова не достигнет пикового значения давления. В дальнейшем выдерживается эта же цикличность.

Таким образом можно свести к разумному минимуму число включений насоса даже при практически постоянном расходовании воды. И в любой момент – на каждой точке водозабора хозяев встретит упругая струя воды под добротным напором.

Уточним, какое давление считать минимальным и максимальным

Не будем вдаваться в особые подробности – просто дадим несколько полезных советов.

• Давление в воздушной камере гидроаккумулятора (Pgaz) – накачивается заранее. Его значение не должно быть больше минимального напора воды в системе. Но и слишком малым делать – тоже не полезно.

Оптимальным видится такое соотношение – давление в воздушной камере на 0,2 атмосферы меньше, чем нижний порог настройки системы. То есть если планируется нижней границей сделать 1,5 атмосферы, то бак преднакачивается до 1.3.

• Минимальное давление (Pmin), то есть тот уровень, при котором произойдет срабатывание системы на пополнение запаса воды. Как правило, это тот минимальный уровень напора, который, с учетом прогнозируемых потерь, обеспечит корректную работу большинства сантехнических приборов.

На практике в большинстве случаев бывает достаточно настройки на 1,5 атмосферы. Иногда, правда, может потребоваться и несколько больше – для этого мы и считали потери напора в системе.

• Максимальное давление (Pmax) — то уровень при котором работа насоса прерывается. Четких рамок нет, и велик соблазн задрать этот показатель повыше! Но:

1. Во-первых, не рекомендуется нагружать домашнюю систему напорами в 4,5 ÷ 5 атмосфер. Это не дает никаких преференций, а риск прорыва или появления протечек – резко возрастает. Кроме того, нет гарантии, что все ваши сантехнические приборы рассчитаны на такую барическую нагрузку.
2. Во-вторых, повышается вероятность разрыва мембраны (баллона) в гидроаккумуляторе, а замена этой детали – дело и дорогое, и очень муторное.
3. В-третьих, это самостоятельное, рукотворное снижение комфорта пользования водой. Да, именно так! Представьте, вы зашли в душ, открыли воду и наслаждаетесь струями, бьющими с напором в четыре атмосферы. Но спустя несколько минут напор снижается до двух бар и даже меньше. Вроде бы – не критично, но по сравнению с началом процедур ощущение такое, что вода еле капает, хотя напор все еще вполне приличный.
4. И в-четвертых – не надо «покупаться» на желание создать максимально большой запас воды в гидроаккумуляторе. Вода не должна застаиваться! Если она не будет постоянно полностью заменяться – вскорости хозяева почувствуют это на вкус и запах.

Так что разница между верхним и нижним порогом срабатывания реле не должно быть слишком высокой. Обычно укладываются в ΔР ≈ 1,5÷2 атмосферы.

Кстати, можно встретить такие реле давления, в которых регулируется исключительно нижний порог срабатывания. А разница между Pmin и Pmax уже заложена в кинематическую схему прибора, равна 1,5 атмосферы, и никаким регулировкам вообще не поддается.

Устройство и принцип действия реле давления

Перейдем ближе к «главному герою» сегодняшней публикации. Это, как уже, наверное, понятно – реле давления.

Существует несколько популярных моделей, но разница между ними несущественная, и принцип работы – сохраняется.

Итак, начнем с устройства реле.

1 – корпус, точнее, съемная крышка реле. Снимется для регулировки, а затем возвращается обратно для обеспечения безопасности эксплуатации. Для фиксации сверху имеет обычный поворотный стопор.

2 – входы для кабелей – от сети 220 вольт и от насоса. Такие окошки позволяют выполнить герметизацию прохода кабелей, что очень важно для прибора, постоянно работающего в обстановке повышенной влажности.

3 – накидная гайка с уплотнением – для герметичного присоединения реле к пятивыводному штуцеру.

4 – гидравлическая камера реле. Впрочем– она невелика, и вся «гидравлика» ею и ограничивается. Что находится под металлической крышкой – будет показано ниже.

5 – клеммы подключения проводов:

5а – кабель от силового щитка.

5б – кабель питания, идущий от насоса

5в – колодка для коммутации проводов заземлении обоих кабелей.

Контакты 5а коммутируются соответствующими контактами 5б при срабатывании реле на замыкание цепи. Контакты 5в соединяются стразу при первом подключении.

Срабатывание реле обеспечивает движение коромысла (поз. 6): коромысло переместилось вверх – цепь замкнута, опустилось вниз – цепь разомкнута. У коромысла может быть только две фиксированных позиции, без каких бы то ни было промежуточных, и чуть ниже будет показано, чем это достигается.

7 – суппорт 9станина) — металлическая неподвижная пластина, являющаяся основанием для всего механизма реле.

8 – качающаяся платформа, шарнирно соединенная со станиной. Таким образом, в области соединения (поз. 9) создана «ось вращения», а с противоположного края платформа может радиально перемещаться относительно этой «оси».

Аналогично, когда идёт опускание платформы вниз пружина в определенной позиции сработает на мгновенное опускание коромысла и разрыв цепи.

Кстати, упомянутая «мгновенность» — это чрезвычайно важное условие работы исправного реле. В противном случае начинается искрение на контактах, их перегрев, плавление пластика, и вскорости – выход прибора из строя. Так что мощная пружина, резко изменяющая положение коромысла – обязательная деталь.

11 – регулировочный механизм для установки нижнего порога давления. Состоит из закрепленной на станине шпильки, пружины, тарельчатой шайбы и гайки. Позволяет искусственно менять силу прижима платформы книзу.

12 – регулировочный механизм, позволяющий устанавливать разницу между нижним и верхним порогами давления. Устройство очень схожее, но детали помельче —  и шпилька, и пружина, и шайба. Вот гайка – такая же.

Осталось посмотреть, что под крышкой «гидравлики». Там надо выкрутить четыре винта – и откроется вот такая картина:

Итак, под снятой крышкой расположилась эластичная мембрана (поз. 13). То есть через нее передается давление воды в системе – мембрана перемещает круглый металлический поршень (поз. 14). А на самом поршне имеются да выступа-зуба, которые через имеющиеся окошки в станине проходят внутрь механизма и упираются снизу в качающуюся платформу. То есть именно здесь ( и больше нигде) находится точка приложения силы, перемещающей платформу вверх.

А теперь давайте на более наглядных анимированных 3-D иллюстрациях посмотрим, как все же работает реле.

Итак, полученной информации уже должно быть вполне достаточно, чтобы с полным пониманием дела разобраться с процессом самостоятельной регулировки давления в системе водоснабжения.

Точная настройка реле давления насосной станции —  пошагово

Несмотря на то что настройка довольно подробно изложена в прилагаемом к реле давления руководстве, и на то, что советов по этому поводу в интернете – больше чем достаточно, при отладке системы впервые начинающие мастера часто допускают ошибки. Не из-за непонимания, кстати, а просто из-за неправильной последовательности действий. А это – имеет значение.

В итоге настройка порой превращается в судорожное попеременное вращение настроечных гаек в стремлении поймать ту степень сжатия пружин, что поводит реле срабатывать точно на верхней и нижней границе напора воды. А именно это и ожидается от прибора.

Предлагаемая ниже в таблице-инструкции методика сделает процесс отладки максимально простым и понятным, полностью исключит вероятность «фэйла». Доходчивость алгоритма должна удовлетворить любого владельца дома, вне зависимости от наличия у него опыта подобных работ.

Итак, предполагается, что система практически смонтирована – осталось наполнить ее водой и настроить. Вот этим сейчас и займемся.

Второе условие – владелец ома уже провел все необходимые предварительные расчеты, уточнил, какое давление у него будет считаться в системе минимальным (Рmin), до какого уровня поднимется верхний порог напора (Рmax), и какое давление должно быть заранее создано в воздушной камере гидроаккумулятора (Рgaz).

В предлагаемом примере исходные параметры были следующими:

Рgaz = 1.3 бар

Рmin = 1.5 бар

Рmax = 3.0 бар

Итак, начинаем работать…

Вот теперь настройка полностью завершена – рекомендуется провести еще одну проверку, а затем реле можно закрывать защитным кожухом, чтобы обеспечивалась безопасность эксплуатациям. Всё, система по давлению полностью настроена и готова к работе.

*  *  *  *  *  *  *

Завершим публикацию видеосюжетом, в котором показана весьма «симпатичная» система водоснабжения частного дома. Показ сопровождается очень дельными комментариями авторов ролика.

Видео: Хороший пример автономной системы водоснабжения загородного дома