НЕЗАМЕРЗАЮЩИЙ ВОДОПРОВОД

Хочу поделиться опытом строительства зимнего водопровода для периодически отапливаемого садового (дачного) дома. Эксплуатация моего водопровода зимой 2012/13 г., когда температура опускалась до минус 35°С, показала его высокую надёжность. Схема водопровода представлена на рис. 2. Трубы водопровода проложены на глубине всего 30 — 40 см, но не требуют подогрева. Уровень заглубления определяется соображениями трудозатрат и созданием минимального уклона (примерно 2 см на один метр трубы) в направлении от дома к колодцу.

В основу работы водопровода положен принцип «сухих труб», заключающийся в том, что при неработающем насосе подводящие трубы от поверхности воды в колодце до точки подсоединения обратного клапана, который находится внутри помещения (рис. 2, точка А), всегда находятся без воды, то есть они «сухие».

Рассмотрим водопровод, изображённый на схеме (рис. 2). Вода из колодца 1 подается насосом 3 через гибкий шланг 2, трубу 4, обратный клапан 5 в гидроаккумулятор 12 и от него -к потребителям (на рисунке это кран мойки 11). Кроме этого, вода стремится заполнить рессивер 7, который подключён на входе обратного клапана. Схема контроля давления воды в водопроводе и управления насосом состоит из манометра 9 и реле давления 10. При первом включении насоса вода, двигаясь по трубам, сжимает воздух, находящийся в трубах. Этот воздух стремится поступить в рессивер и гидроаккумулятор. В полости гидроаккумулятора предварительно создано такое воздушное давление, которое препятствует заполнению гидроаккумулятора поступающими из трубы воздухом, а затем и водой, до заполнения воздухом рессивера. После заполнения рессивера воздухом в него начинает поступать вода, сжимающая находящийся в нём воздух, а также начинается поступление воздуха и воды в гидроаккумулятор.

При достижении требуемого давления в гидроаккумуляторе, которое определяется необходимым запасом воды в нём, реле давления отключит насос. Как только насос отключится, сжатый воздух из рессивера вытолкнет воду из труб в колодец. При этом вода и воздух за обратным клапаном останутся в гидроаккумуляторе и трубах. После нескольких разборов воды воздух из гидроаккумулятора стравится в атмосферу. При последующих включениях насоса работа водопровода до точки А останется такой же, как было описано выше, а после точки А в гидроаккумулятор будет закачиваться только вода (без воздуха). Кран 6 служит для слива воды из системы, минуя обратный клапан. При этом необходимо открыть краны всех потребителей. При длительной эксплуатации водопровода количество воздуха в магистрали до точки А может уменьшиться за счёт поглощения его водой, что приведёт к неполному выталкиванию воды из труб. Поэтому периодически, примерно раз в четыре-пять дней необходимо открывать кран 8 при неработающем насосе для полного удаления воды из рессивера. Чтобы насос при этом не включился, желательно рядом с краном 8 расположить дополнительный выключатель электропитания насоса.

Рис. 1. Общая схема подвода воды в дом:

1 — ствол колодца; 2 — внутренний утеплитель; 3 — внешний утеплитель; 4 — входной фланец; 5 — приямок; 6 — защитная труба; 7 — стена дома; 8 — сезонно отапливаемое помещение

Рис. 2. Устройство домашнею водоснабжения:

1 — колодец; 2 — гибкий шланг; 3 — погружной центробежный насос без обратного клапана; 4 — труба; 5 — обратный клапан; 6-кран; 7-ресивер; 8 — кран; 9 — манометр; 10 — датчик давления; 11 — кран холодной воды потребителя; 12 — гидроаккумулятор; 13 — электрокабель насоса

Рис. 3. Ввод труб в колодец:

1 — штуцер металлический из латуни или бронзы под шланг диаметром 0,5″; 2 — полипропиленовый уголок 0,5″; 3 — полипропиленовая труба 0,5″; 4 — дюритовый шланг 0,5″; 5 — ствол колодца (бетон); 6 — прокладка (силиконовый герметик); 7 — фланец (сталь3); 8 — уплотнитель (силиконовый герметик); 9 — цанговая муфта для полиэтиленовых труб диаметром 0,5″; 10 — стальная труба 0,5″

Рассмотрим работу водопровода на конкретном примере (рис. 2): расстояние от дома до колодца — 10 метров; максимальное расстояние от точки подсоединения гибкого шланга к трубе до поверхности воды — 3 метра; подводящие к дому трубы и шланг имеют внутренний диаметр — 16 мм. Определим минимальный объём рессивера \/_Pмин. Максимальный объём воздуха в шланге и трубах до обратного клапана \/в определяется по известной формуле:

V_в = (πD2/4)L, (1),

где D — внутренний диаметр шланга и трубы, L — расстояние от поверхности воды до обратного клапана (10+3)х102 (см — для удобства расчётов).

Таким образом,

V_в=0,8×1,62x13x102см³≈2,6х103 (см³, или примерно 2,6 литра). Следовательно, объём рессивера должен быть более 2,6 литра. В качестве рессивера использованы два последовательно соединённых корпуса от фильтров «Аквафор» (или можно «Гейзер») без картриджей. В этом случае объём рессивера равен примерно трём литрам.

Определим минимальную величину предварительно создаваемого давления в гидроаккумуляторе Р_Амин.

Как отмечалось ранее, это давление должно быть больше минимального давления в рессивере Р_Pмин, созданного при полном вытеснении воздуха из шланга и труб, т.е.:

Р_Амин ≥ Р_Рмин (2).

Известно, что произведение давления газа на его объём в замкнутом пространстве есть величина постоянная, т.е.

VxP = CONST (3).

Из этого следует:

5,6×1 =3хР_Рмин,

где: 5,6 л (3+2,6) — общий объём воздуха в ресивере и в трубах до сжатия, 3 л — объём сжатого воздуха в ресивере без воды.

Таким образом, Р_Рмин ≈1,6 атм. Учитывая (2), примем Р_Pмин ≈ 1,8 атм.

3. Определим номинальное давление в гидроаккумуляторе P_Аном.

Р_Аном — это такое давление, при котором в гидроаккумулятор закачен необходимый объём воды (например, 2 литра). Используем промышленный гидроаккумулятор, объёмом V_A= 8 литров. Из формулы (3) следует:

Р_Pминх8= Р_Аминх6,

где 6 — объём воздуха в гидроаккумуляторе после закачки в него двух литров воды. Таким образом, Р_Аном ≈ 2,4 атм., принимаем Р_Аном ≈ 2,6 атм. Итак, рассчитав значения Р_Амин и Р_Аном, мы определили величины пороговых значений срабатывания датчика давления. Давление, при котором произойдёт отключение насоса, должно быть 2,6 атм, а для включения насоса — 1,8 атм. Следовательно, гистерезис настройки давления составляет величину Δ = 0,8 атм. Настройки датчика давления выполняются по заводской инструкции на него, при этом контроль осуществляется по манометру 9 (рис. 2). Из приведённых расчётов следует, что в этом водопроводе нужно использовать насос, способный создать давление воды более чем 2,6 атм. Такими насосами могут быть, например, «Водолей» или «Ручеёк», способные поднять воду на высоту 30 метров и выше. При большем расстоянии от колодца до дома и большем диаметре подводящих труб (в отличие от рассмотренных) очевидно, что объём воздуха в трубах увеличится, следовательно, необходимо увеличить и объём рессивера.

Далее рассмотрим некоторые особенности конструкции моего водопровода. Для предотвращения замерзания верхнего слоя воды в колодце, а значит и образования ледяной пробки в шланге, ствол колодца утеплён от поверхности земли до оголовка двумя слоями вспененного полиэтилена толщиной 8 мм (рис. 1). Верхняя часть оголовка накрыта пенопластом толщиной 50 мм. Ввод труб в дом и другие элементы конструкции изображены на рис. 3.

Рис. 4. Рессивер:

1 — труба от насоса; 2 — обратный клапан; 3 — кран для слива воды из системы в обход обратного клапана; 4 — манометр; 5 — рессивер; 6 — кран для полного удаления воды из труб; 7 — труба на вход гидроаккумулятора.

Рис. 5. Гидроаккумулятор:

1 — ниппель для создания избыточного давления; 2 — гидроаккумулятор; 3 — регулировка разности давлений отключения и включения насоса (гистерезис); 4 — регулятор величины давления, при которой отключается насос; 5 — труба обратного клапана

Ориентировочные размеры фланца приведены на рис. 3. Уголок для шланга изготовлен следующим способом: штуцер 1 нагревался до температуры ≈ 150°С, после чего резьбовой частью вплавлялся в уголок 2. Полипропиленовые детали соединены пайкой. Трубы от колодца до ввода в отапливаемое помещение дома утеплены стандартными вспененными трубчатыми утеплителями и помещены в канализационные трубы из полиэтилена диаметром 110 мм. Кроме того, для удобства монтажа, фланец размещён в приямке, выложенном кирпичом и закрытом деревянной крышкой. Разводка водопровода в доме выполнена также полипропиленовыми трубами диаметром 0,5″. Краны 6 и 8 — шаровые.

При монтаже в доме различных потребителей использованы гибкие подводки. При этом особое внимание было уделено недопущению образования так называемых «сифонов», препятствующих гарантированному сливу воды из подводок при отключении водопровода.

Для подстраховки на случай непредвиденного замерзания подводящих труб мною использован саморегулирующийся греющий кабель от тёплого пола мощностью 150 Вт. Кабель крепится к трубам внутри теплоизоляции алюминиевым скотчем и может быть включён при возникновении аварийной ситуации вручную. Однако, за полтора года эксплуатации такой необходимости не возникало.

В. ИВАНОВ