Expanzná nádoba na vodovod: výber, konštrukcia, inštalácia a pripojenie

Samostatný vodovod, ktorý samostatne dodáva vodu k odberným miestam ako v mestskom byte, už dávno nie je vzácnosťou. Je to norma vidieckeho života, ktorú je potrebné správne navrhnúť, zostaviť a vybaviť zariadením schopným spúšťať a zastavovať systém podľa používania kohútikov.

Stabilnú prevádzku nezávislej siete zabezpečí expanzná nádoba na vodovod. Ochráni pred vodnými rázmi, výrazne predĺži životnosť čerpacej techniky, zaručí pravidelné plnenie systému vodou a zbaví potreby nosiť ju vo vedrách.

Sme radi, že vás môžeme zoznámiť s vlastnosťami zariadenia a princípom činnosti hydroakumulátora. Podrobne sme opísali pravidlá výberu membránovej nádrže, špecifiká inštalácie a pripojenia. Informácie určené na posúdenie sme doplnili užitočnými ilustráciami, schémami a videonávodmi.

Charakteristika uzavretých expanzných nádob

Hydraulická nádrž (alebo hydroakumulátor, expanzná nádoba) je kovová hermeticky uzavretá nádoba, ktorá slúži na udržiavanie stabilného tlaku vo vodovode a vytváranie rôznych objemových zásob vody.

Na prvý pohľad by výber a inštalácia tohto zariadenia nemali spôsobiť ťažkosti – v každom internetovom obchode možno vidieť množstvo modelov, ktoré sa len mierne líšia tvarom a objemom, ale podstatne sa nelíšia svojou funkčnosťou.

To vôbec nie je pravda. V zariadení expanznej nádoby a princípe jej činnosti je veľa detailov.

Vlastnosti zariadenia a konštrukcie

Rôzne modely expanzných nádrží môžu mať obmedzenia spôsobu použitia – niektoré sú určené len na prácu s technickou vodou, iné sa môžu používať na pitnú vodu.

Podľa konštrukcie sa hydroakumulátory rozlišujú:

• nádrže s vymeniteľnou hruškou;
• nádoby s pevnou membránou;
• hydrobaky bez membrány.

Na jednej strane nádrže s odnímateľnou membránou (pri nádrži so spodným pripojením – dole) je špeciálny prírubový závit, na ktorý sa upevňuje hruška. Na opačnej strane je vsuvka na nahustenie alebo vypustenie vzduchu, plynu. Je určená na pripojenie k bežnému automobilovému kompresoru.

V nádrži s vymeniteľnou hruškou sa voda čerpá do membrány, bez kontaktu s kovovým povrchom. Výmena membrány sa vykonáva odskrutkovaním príruby, ktorú držia skrutky. Vo veľkých nádobách je na stabilizáciu plnenia zadná stena membrány dodatočne pripevnená k vsuvke.

Životnosť odnímateľnej hrušky závisí od nastavenia tlaku vzduchu v plynovom priestore hydroakumulátora. Niekedy, na vytvorenie väčšej rezervy vody, používateľ zníži množstvo vzduchu a zvýši množstvo vody v hruške. To vedie k dotyku membrány so stenou nádrže a spôsobuje rýchle opotrebenie.

Vnútorný priestor nádrže s pevnou membránou je ňou rozdelený na dva oddelenia. V jednom je plyn (vzduch), do druhého vstupuje voda. Vnútorný povrch takejto nádrže je pokrytý vlhkostne odolnou farbou.

Najčastejšie sa nádrže s pevnou membránou používajú pre vykurovacie systémy. Keďže membrána je prvok, ktorý zlyháva oveľa rýchlejšie, životnosť takejto nádrže je kratšia ako u zariadenia s odnímateľnou hruškou.

Existujú aj hydrobaky bez membrány. V nich nie sú oddelenia pre vodu a vzduch nijako rozdelené. Princíp ich činnosti je tiež založený na vzájomnom tlaku vody a vzduchu, ale pri takejto otvorenej interakcii dochádza k miešaniu dvoch látok.

Výhodou takýchto zariadení je absencia membrány alebo hrušky, ktorá je slabým článkom v bežných hydroakumulátoroch.

Vonkajšie možno expanzné nádoby rozdeliť len na horizontálne a vertikálne modely, ale ich pracovné parametre môžu byť veľmi rozdielne.

Difúzia vody a vzduchu spôsobuje, že zásobníky je potrebné udržiavať pomerne často. Približne raz za sezónu treba dofúknuť vzduch, ktorý sa postupne mieša s vodou. Výrazné zníženie objemu vzduchu, aj pri normálnom tlaku v nádrži, je príčinou častého zapínania čerpadla.

Hydraulické akumulátory v systémoch zásobovania vodou znižujú pravdepodobnosť vzniku vodných rázov, chránia čerpadlá pred príliš častým zapínaním, umožňujú vytvoriť zásobu vody a udržiavať tlak v okruhu.

Princíp činnosti hydroakumulátora

Uzavreté hydrozásobníky na vodu fungujú podľa tejto schémy: čerpadlo dodáva vodu do gumového vaku, postupne ho napĺňa, membrána sa zväčšuje a dochádza k stlačeniu vzduchu, ktorý sa nachádza medzi vakom a kovovým plášťom.

Čím viac vody vstupuje do vaku, tým viac tlačí na vzduch, ktorý sa ju naopak snaží vytlačiť z nádoby. V dôsledku toho sa v nádrži zvyšuje tlak, čo vedie k vypnutiu čerpadla.

Po určitý čas, keď v systéme dochádza k spotrebe vody, stlačený vzduch udržiava tlak. Vytláča vodu do vodovodu. Keď sa jej množstvo v membráne zníži natoľko, že tlak klesne na dolnú hranicu, aktivuje sa relé a opäť zapne čerpadlo.

V hydrozásobníku dochádza k neustálej interakcii vody a plynu, oddelených od seba gumovou membránou. Objem kvapaliny v zariadení je regulovaný množstvom plynu (jeho tlakom) (+)

Klasifikácia podľa oblasti použitia

Nemožno zamieňať zásobníky pre zásobovanie vodou a pre vykurovací systém, preto pri výbere treba zistiť ich účel. Pre jasnú identifikáciu výrobci farbia hydroakumulátory pre vykurovanie na červeno, pre zásobovanie vodou na modro.

Niektorí sa však takejto značenia nedržia, preto rozlišovacím znakom zariadení môžu byť tieto údaje:

• pre zásobovanie vodou maximálna teplota použitia hydroakumulátora bude do 70 °C, prípustný tlak môže dosahovať 10 barov;
• zariadenia určené pre vykurovací systém môžu odolávať teplote do +120 °C, pracovný tlak expanznej nádoby často nie je vyšší ako 1,5 baru.

Všetky najdôležitejšie parametre sú uvedené na dekoratívnom kryte (štítku), ktorý zakrýva vsuvku.

Zariadenie určené pre vykurovací systém slúži ako dodatočný zásobník, ktorý umožňuje teplonosnej látke voľne sa rozťahovať pri zahrievaní. Bez neho je systém odsúdený na zničenie.

Zoznam funkcií, ktoré vykonáva hydraulická nádrž v systéme studenej vody (SV), je oveľa širší:

• Udržiavanie rovnomerného a stáleho tlaku vo vodovode. Vďaka tlaku vzduchu sa tlak určitý čas udržiava aj pri vypnutom čerpadle, kým neklesne na nastavené minimum a čerpadlo sa opäť nezapne. Týmto spôsobom sa tlak v systéme zachováva aj pri súčasnom používaní niekoľkých sanitárnych zariadení.
• Ochrana pred opotrebovaním čerpacieho zariadenia. Zásoby vody obsiahnuté v nádrži umožňujú určitý čas používať vodovod bez zapínania čerpadla. To znižuje počet spustení čerpadla za jednotku času a predlžuje jeho životnosť.
• Ochrana pred vodnými rázmi. Prudký nárast tlaku vo vodovode pri zapnutí čerpadla môže dosiahnuť 10 a viac atmosfér, čo negatívne ovplyvňuje všetky prvky systému. Membránová nádrž preberá náraz a vyrovnáva tlak.
• Vytváranie zásob vody. Pri výpadku elektriny bude systém zásobovania vodou ešte nejaký čas dodávať vodu, aj keď krátko.

Na zapojenie ohrievača vody sa používajú expanzné nádoby, ktoré dokážu odolávať vysokým teplotám.

Materiály pre hydropneumatické zariadenia

Membrána expanznej nádoby sa vyrába z rôznych materiálov, ktoré pri prevádzke odolávajú rôznemu rozsahu teplôt.

V hydroakumulátoroch sa používajú:

• Prírodný kaučuk — NATURAL. Materiál môže prísť do kontaktu s pitnou vodou, používa sa na akumuláciu studenej vody. Časom môže začať prepúšťať vodu. Odoláva teplote od -10 do 50 °C.
• Syntetická butylová guma — BUTYL. Je najuniverzálnejšia, vodotesná, používa sa pre vodárenské stanice, vhodná pre pitnú vodu. Prevádzková teplota sa môže pohybovať od -10 do 100 °C.
• Syntetická guma z etylén-propylénu — EPDM. Je priepustnejšia pre vodu ako predchádzajúca, môže prísť do kontaktu s pitnou vodou. Rozsah povolených teplôt je od -10 do 100 °C.
• Guma SBR sa používa len pre technickú vodu. Teplota použitia je rovnaká ako u predchádzajúcich značiek.

Pre organizáciu studenej vody je potrebné vyberať nádrže s hruškou vyrobenou z potravinárskej gumy so zdokonalenými elastickými vlastnosťami, ktorá umožňuje lepšie tlmiť vodné rázy a udržiavať stabilný tlak vody v systéme.

Teleso nádrže sa najčastejšie vyrába z legovanej ocele odolnej voči korózii, zvonku pokrytej náterom. V predaji možno nájsť aj nádrže z nehrdzavejúcej ocele, veľmi pevné, ale zároveň drahé.

Výpočet objemu nádrže pred výberom

Do predaja prichádzajú nádrže s objemom od 24 do 1 000 l. Ktorú presne vybrať, napovedia výpočty, ktorých výsledok by sa mal zaokrúhliť nahor. Pri výbere nádrže s odnímateľnou membránou treba pamätať na to, že objem vody zaberá 30 % celkového objemu nádoby, teda v 100-litrovej nádrži bude zásoba vody približne 30 litrov.

Tabuľka zobrazuje vzájomný vzťah parametrov tlaku vzduchu v plynovej časti hydroakumulátora s hodnotami nastavenia relé a veľkosťou nádrže (+)

Zvláštnosťou malých nádrží je, že často nemajú ventil na vypúšťanie vzduchu z gumovej duše. To môže spôsobiť nepríjemnosti pri prevádzke. Veľké nádrže majú takýto ventil a okrem vytvorenia väčšej zásoby vody lepšie zvládajú udržiavanie stabilného tlaku v systéme.

Výpočet celkového objemu hydroakumulátora pre vodovod uzavretého typu sa vypočíta podľa tohto vzorca:

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

kde:

• Vt – celkový objem hydroakumulátora;
• Amax – maximálna možná spotreba vody za minútu, liter;
• K – koeficient (pozri tab.), závislý od výkonu čerpadla;
• P_max – nastavenie relé pri vypnutí zariadenia, bar;
• P_min – nastavenie relé pri spustení zariadenia, bar;
• P_vozd. – tlak v hydroakumulátore (v jeho plynovej časti), bar.

Koeficient K je možné určiť z nasledujúcej tabuľky:

Tabuľka koeficientu K, závislého od výkonu čerpadla, pre výpočet celkového objemu hydroakumulátora uzavretého typu pre vodovod

Niektorí výrobcovia počítajú objem hydroakumulátora aj inak:

Spoločnosť Džileks, ktorá sa zaoberá výrobou širokej rady zariadení pre systémy vodovodu a vykurovania, ponúka ešte jeden vzorec na rýchle určenie objemu hydroakumulátora.

Horizontálna a vertikálna orientácia

Výber medzi vertikálnym a horizontálnym zásobníkom závisí od vlastností miestnosti. Ak je miestnosť malá alebo objem nádoby je veľký, aby nezaberala veľa miesta, inštaluje sa vertikálna nádoba.

Horizontálny zásobník má menšiu kapacitu, môže byť zavesený na stenu a tiež slúžiť ako opora pre inštaláciu povrchového čerpadla. Na jeho montáž sú určené špeciálne upevnenia. Veľké zásobníky sa vyrábajú iba vo vertikálnom prevedení a inštalujú sa na nožičky.

Zhrnutím všetkého uvedeného možno konštatovať, že výber hydroakumulátora sa bude musieť urobiť medzi nasledujúcimi odlišnými vlastnosťami:

• pracovný tlak;
• krajina výrobcu;
• väčší alebo menší objem;
• vymeniteľná alebo nevymeniteľná gumená membrána;
• membrána pre technickú alebo pitnú vodu;
• materiál telesa – nehrdzavejúca alebo smaltovaná oceľ.

Aby v budúcnosti nenastali problémy s výmenou komponentov, je lepšie vybrať najbežnejšie modely zariadení. Gumené hrušky k nim sú vždy voľne dostupné na predaj; ak bude potrebná urgentná výmena, nebudete musieť dlho čakať na doručenie.

Schémy pripojenia hydraulických nádrží

Pre systém teplej vody sa inštalácia expanznej nádoby vykonáva na úseku cirkulačného potrubia, sacieho potrubia čerpadla, bližšie k ohrievaču vody.

Zásobník je vybavený:

• manometrom, poistným ventilom, odvzdušňovačom – bezpečnostná skupina;
• uzatváracím ventilom so zariadením, ktoré zabraňuje náhodnému uzavretiu.

Vo vodovodnom systéme, kde je prítomné zariadenie na ohrev vody, toto zariadenie preberá funkcie expanznej nádoby.

Schéma inštalácie v systéme TUV: 1 – hydrozásobník; 2 – poistný ventil; 3 – čerpacie zariadenie; 4 – filtračný prvok; 5 – spätný ventil; 6 – uzatvárací ventil

V systéme studenej vody je hlavné pravidlo pri inštalácii hydroakumulátora – montáž na začiatku potrubia, bližšie k čerpadlu.

V schéme pripojenia musia byť prítomné:

• spätný a uzatvárací ventil;
• bezpečnostná skupina.

Schémy zapojenia môžu byť veľmi rôzne. Zapojený hydrozásobník normalizuje chod zariadenia, znižuje počet spustení čerpadla za jednotku času a tým predlžuje jeho životnosť.

Schéma inštalácie v systéme studenej vody so studňou: 1 – nádrž; 2 – spätný ventil; 3 – uzatvárací kohút; 4 – relé na reguláciu tlaku; 5 – zariadenie na riadenie čerpacieho zariadenia; 6 – bezpečnostná skupina

V schéme s posilňovacou čerpacou stanicou jedno z čerpadiel pracuje nepretržite. Takýto systém sa inštaluje pre domy alebo budovy s vysokou spotrebou vody. Hydrozásobník tu slúži na neutralizáciu tlakových rázov a na akumuláciu vody sa inštaluje nádrž čo najväčšieho objemu.

Vykonanie inštalácie expanznej nádoby

Pred začatím prác sa skontroluje hydroakumulátor na prítomnosť poškodení. Inštalácia zariadenia sa vykonáva v zvukovo izolovanej miestnosti pri kladnej teplote. Aby sa zabezpečil prístup k vypúšťaciemu kohútu, uzatváracím armatúram atď., vzdialenosť od nádrže po strop a steny ponechávajte aspoň 0,6 m.

V miestnosti je tiež potrebné zabezpečiť možnosť naplnenia nádrže a vypustenia vody. Upevnenie a miesto montáže musia vydržať 100% naplnenie nádoby.

Pre expanzné nádoby s objemom do 30 litrov sa používa nástenné upevnenie, väčšie nádoby sa inštalujú na nožičky.

Hydroakumulátor by nemal byť vystavený mechanickému a statickému zaťaženiu, nežiaduce je dovoliť pôsobenie rúr a agregátov. Nádrž sa priskrutkuje k podlahe pomocou gumových podložiek. Na vstupe do hydrozásobníka sa inštaluje spätný ventil a vypúšťací kohút.

Uvedené kroky boli potrebné na zhotovenie potrubnej armatúry tlakovej nádoby, ktorá sa vykonávala na dennom povrchu. Pre ďalšie činnosti je potrebné presunúť sa do kesónu.

Po vykonaní finálnej montáže systému zostáva vykonať kontrolné skúšky a spustiť okruh vodovodu.

Vlastnosti regulácie hydroakumulátora

Expanzné nádoby pre vodovod sa predávajú so štandardným nastavením výrobcu – často je tlak vo vzduchovom priestore už nastavený na hodnotu 1,5 baru. Prípustný tlak je vždy uvedený na štítku a výrobca neodporúča odchýliť sa od stanovených parametrov, najmä v smere jeho zvýšenia.

Pred začatím nastavovania sa systém odpojí od elektrickej siete a uzavrú sa uzatváracie ventily. Membránová nádoba sa úplne vyprázdni vypustením vody – presný údaj tlaku možno merať len pri prázdnom vodnom priestore.

Ďalej sa odčítajú hodnoty tlaku pomocou presného manometra. Za týmto účelom sa z ventila odstráni ozdobný kryt a priloží sa prístroj. Ak sa tlak líši od požadovaného, upraví sa na požadovanú hodnotu dofukovaním alebo vypustením prebytočného vzduchu.

Vzhľadom na to, že výrobca je proti odchýlkam od odporúčaných hodnôt tlaku, je potrebné už v štádiu projektovania vybrať vhodné zariadenie, ktorého parametre nebudú navzájom kolidovať.

Pri nastavovaní tlaku v plynovom priestore nádoby ho výrobca plní inertným plynom, napríklad sušeným dusíkom. Tým sa zabráni korózii vnútorného povrchu. Preto sa používateľom odporúča na zvýšenie tlaku používať technický dusík.

Nastavenie tlaku nádrže v systéme zásobovania vodou

Tlak v uzavretej nádobe sa vždy nastavuje o niečo nižší (o 10%) ako je úroveň tlaku pri spustení čerpadla. Nastavením tlaku v zariadení je možné upraviť tlak vody. Čím nižší bude tlak plynu v tlakovej nádobe (ale nie menej ako 1 bar), tým viac vody pojme.

Tlak sa potom stane nerovnomerným – silným pri naplnenej nádrži a čoraz slabším pri jej vyprázdňovaní. Aby sa zabezpečil silný a rovnomerný prietok vody, nastavuje sa tlak v komore so vzduchom alebo plynom na hodnotu 1,5 baru.

Tlak vody vo vodovode sa nastavuje pomocou relé. Pri nastavovaní tlaku v expanznej komore je potrebné zohľadniť tieto hodnoty.

Regulácia hydraulickej nádrže v okruhu ohrievača vody

Expanzná nádoba, ktorá sa používa pre teplú vodu, by na začiatku nemala obsahovať vodu. Tlak v zariadení sa nastavuje na hodnotu, ktorá je o 0,2 vyššia ako horná hranica vypnutia čerpadla.

Napríklad, ak je relé nastavené na vypnutie zariadenia pri tlaku 4 bary, potom by sa tlak v plynovej komore expanznej nádoby mal nastaviť na hodnotu 4,2 baru.

Nádoba inštalovaná v okruhu ohrievača vody neslúži na udržiavanie tlaku. Je určená na kompenzáciu expanzie pri ohreve vody. Ak sa tlak v nej nastaví na nižšiu hodnotu, v nádobe bude neustále voda.

Pravidlá údržby hydraulickej nádrže

Plánovaná kontrola expanznej nádoby spočíva v kontrole tlaku v plynovej komore. Je potrebné tiež skontrolovať ventily, uzatváracie armatúry, odvzdušňovač, skontrolovať činnosť manometra a tlakového relé vody. Na overenie celistvosti nádoby sa vykonáva vonkajšia kontrola.

Počas preventívnej údržby by sa mal merať tlak v hydrobaku a v prípade potreby upraviť.

Napriek všetkej jednoduchosti zariadenia nie sú expanzné nádoby pre vodovod večné a môžu sa pokaziť. Typické príčiny sú pretrhnutie membrány alebo strata vzduchu cez vsuvku. Známky porúch možno rozpoznať podľa častého spínania čerpadla, výskytu hluku vo vodovodnom systéme. Pochopenie princípu činnosti hydroakumulátora je prvým krokom k správnej údržbe a odstraňovaniu porúch.

Montáž hydraulickej nádrže otvoreného typu

Zariadenie otvoreného typu sa používa čoraz menej, pretože vyžaduje neustály zásah používateľa do svojej činnosti. Otvorená expanzná nádoba je netesná nádoba, ktorá slúži na vytváranie tlaku vo vodovode, akumuláciu vody a tiež slúži ako expanzná komora.

K nádobe sa pripájajú: kohút na vypúšťanie, prípojky pre recirkulačné a prívodné potrubie, kontrolné a prepadové potrubie.

Nádrž sa inštaluje nad najvyšší sanitárny bod, napríklad na povale, voda vteká do systému samospádom. Každý meter, o ktorý sa zariadenie zdvihne, zvyšuje tlak vo vodovode o 0,1 atmosféry.

Aby sa automatizoval proces zásobovania vodou, nádrž sa vybaví plavákovým spínačom a nainštaluje sa automatické relé, ktoré bude zapínať a vypínať čerpadlo.

Nádrž sa montuje v nezamŕzajúcej miestnosti, prikryje sa vekom proti prachu a nečistotám, steny sa obalia minerálnou vlnou alebo inou izoláciou.

Takýto spôsob organizácie zásobovania vodou vyžaduje pravidelnú kontrolu používateľa, inak môže voda pri negatívnych teplotách zamrznúť (ak miestnosť nie je vykurovaná). Kvapalina sa bude odparovať, preto bude potrebné ju neustále dopĺňať.

Okrem toho je taká nádrž objemná a neestetická, pre ňu je nevyhnutné mať v dome podkrovnú miestnosť. Hlavnou nevýhodou zariadenia je, že nádrž nie je prispôsobená na prácu v podmienkach vysokého tlaku vody v systéme.

Závery a užitočné video k téme

Video #1. Všetko o expanzných nádržiach – klasifikácia, určenie, nastavenie a príznaky porúch:

Video #2. Nesprávna činnosť čerpacej stanice je často spojená s poruchami hydroakumulátora:

Video #3. Nuansy výberu hydronádrží pre zásobovanie vodou:

Už vo fáze plánovania a vývoja vodovodného systému musíte premyslieť všetky zásadne dôležité body a vypočítať všetky parametre. Ak si nie ste istí neomylnosťou svojich výpočtov a správnym výberom hydronádrže pre zásobovanie vodou, je lepšie obrátiť sa na odborníkov.

Väčšina firiem, ktoré predávajú profesionálne zariadenia, poskytuje konzultácie alebo dokonca vykonáva výpočty bezplatne. To vám pomôže vyhnúť sa chybám a zbytočným výdavkom.

Čakáme na vaše komentáre s príbehmi o vlastných skúsenostiach s používaním expanznej nádrže, s otázkami, ktoré vznikli počas oboznamovania sa s uvedenými informáciami. Zaujímajú nás vaše pripomienky a prípadné návrhy. Materiál môžete okomentovať v bloku umiestnenom nižšie.