Expanzní nádrž pro zásobování vodou: výběr, konstrukce, instalace a připojení

Samostatný vodovod, který samostatně dodává vodu k odběrným místům jako v městském bytě, dávno přestal být raritou. Je to standard venkovského života, který je třeba správně navrhnout, sestavit a vybavit zařízením schopným spouštět a zastavovat systém podle používání kohoutků.

Stabilní provoz nezávislé sítě zajistí expanzní nádrž pro vodovod. Chrání před vodními rázy, výrazně prodlužuje životnost čerpací techniky, zaručuje pravidelné plnění systému vodou a zbaví vás nutnosti nosit ji v kbelících.

Rádi vás seznámíme s konstrukčními zvláštnostmi a principem činnosti hydroakumulátoru. Pečlivě jsme popsali pravidla výběru membránové nádrže, specifika montáže a připojení. Informace, které vám předkládáme, jsme doplnili užitečnými ilustracemi, schématy a videonávody.

Charakteristika uzavřených expanzních nádrží

Hydroakumulátor (nebo hydroakumulátor, expanzní nádrž) je kovová hermetická nádoba, která slouží k udržování stabilního tlaku ve vodovodu a k vytváření zásob vody různého objemu.

Na první pohled by výběr a instalace tohoto zařízení neměly způsobit potíže – v každém internetovém obchodě můžete vidět mnoho modelů, které se liší jen mírně tvarem a objemem, ale podstatně se neliší svou funkcionalitou.

To vůbec není pravda. V zařízení expanzní nádrže a principu jejího fungování je mnoho nuancí.

Zvláštnosti zařízení a konstrukce

Různé modely expanzních nádob mohou mít omezení z hlediska způsobu použití – některé jsou určeny pouze pro práci s technickou vodou, jiné lze použít pro pitnou vodu.

Podle konstrukce rozlišujeme hydroakumulátory:

• nádrže s výměnnou hruškou;
• nádrže s pevnou membránou;
• hydraulické nádrže bez membrány.

Na jedné straně nádrže s odnímatelnou membránou (u nádrže s dolním připojením dole) je speciální příruba se závitem, na kterou se připevňuje hruška. Na opačné straně je ventil pro nahuštění nebo vypuštění vzduchu či plynu. Je navržen pro připojení k běžnému automobilovému čerpadlu.

V nádrži s výměnnou hruškou je voda čerpána do membrány, aniž by se dotýkala kovového povrchu. Výměna membrány se provádí odšroubováním příruby, kterou drží šrouby. U velkých nádrží je pro stabilizaci plnění zadní stěna membrány dodatečně připevněna k ventilu.

Životnost vyjímatelné hrušky závisí na nastavení tlaku vzduchu v plynném oddílu hydroakumulátoru. Někdy, pro vytvoření větší zásoby vody, uživatel sníží množství vzduchu a zvýší množství vody v hrušce. To vede k dotyku membrány se stěnou nádrže a způsobuje rychlé opotřebení.

Vnitřní prostor nádrže s pevnou membránou je jí rozdělen na dva oddíly. V jednom je plyn (vzduch), do druhého přitéká voda. Vnitřní povrch takové nádrže je pokrytý voděodolnou barvou.

Nejčastěji se nádrže s pevnou membránou používají pro topné systémy. Protože membrána je prvek, který selhává mnohem rychleji, je životnost takové nádrže kratší než u zařízení s výměnnou hruškou.

Existují také hydraulické nádrže bez membrány. V nich nejsou oddíly pro vodu a vzduch ničím odděleny. Princip jejich činnosti je rovněž založen na vzájemném tlaku vody a vzduchu, ale při takové otevřené interakci dochází k mísení obou látek.

Výhodou těchto zařízení je absence membrány nebo hrušky, která je slabým článkem běžných hydroakumulátorů.

Expanzní nádoby lze zvenčí rozdělit pouze na horizontální a vertikální modely, ale jejich pracovní parametry se mohou velmi lišit.

Difúze vody a vzduchu způsobuje, že je nutné nádoby poměrně často udržovat. Asi jednou za sezónu je třeba dofouknout vzduch, který se postupně mísí s vodou. Výrazné snížení objemu vzduchu, i při normálním tlaku v nádobě, vede k častému spínání čerpadla.

Hydraulické akumulátory v systémech zásobování vodou snižují pravděpodobnost vzniku vodních rázů, chrání čerpadla před příliš častým spínáním, umožňují vytvořit zásobu vody a udržovat tlak v okruhu.

Princip činnosti hydroakumulátoru

Zavřené hydroakumulátory pro zásobování vodou fungují podle tohoto schématu: čerpadlo dodává vodu do hrušky, postupně ji plní, membrána se zvětšuje a dochází ke stlačení vzduchu, který je mezi hruškou a kovovým tělem.

Čím více vody přitéká do hrušky, tím více tlačí na vzduch, a ten se naopak snaží vytlačit ji z nádoby. Výsledkem je zvýšení tlaku v zásobníku, což vede k vypnutí čerpadla.

Po určitou dobu, kdy v systému dochází ke spotřebě vody, stlačený vzduch udržuje tlak. Vytlačuje vodu do vodovodu. Když se její množství v membráně sníží natolik, že tlak klesne na spodní mez, sepne relé a znovu zapne čerpadlo.

V hydroakumulátoru dochází k neustálé interakci vody a plynu, oddělených od sebe pryžovou membránou. Objem kapaliny uvnitř zařízení je regulován množstvím plynu (jeho tlakem) (+)

Klasifikace podle oblasti použití

Není možné zaměňovat nádoby pro zásobování vodou a pro otopnou soustavu, proto je při výběru nutné znát jejich účel. Pro jasnou identifikaci výrobci natírají hydroakumulátory pro vytápění načerveno, pro zásobování vodou na modro.

Někteří se však takového označení nedrží, proto mohou být rozlišovacím znakem zařízení následující údaje:

• pro zásobování vodou bude maximální teplota použití hydroakumulátoru činit až 70 °C, přípustný tlak může dosahovat 10 bar;
• zařízení určená pro otopnou soustavu mohou odolávat teplotě až +120 °C, provozní tlak expanzní nádoby často nebývá vyšší než 1,5 bar.

Všechny nejdůležitější parametry jsou uvedeny na ozdobné krytce (štítku), který zakrývá vsuvku.

Zařízení určené pro topný systém slouží jako přídavný zásobník, který umožňuje nosiči tepla volně expandovat při ohřevu. Bez něj je systém odsouzen k destrukci.

Seznam funkcí, které plní hydraulický zásobník v systému studeného vodovodu (SV), je mnohem širší:

• Udržování rovnoměrného a stálého tlaku ve vodovodu. Díky tlaku vzduchu je tlak udržován ještě nějakou dobu i po vypnutí čerpadla, dokud neklesne na nastavené minimum a čerpadlo se opět nezapne. Tímto způsobem zůstává tlak v systému zachován i při současném používání několika sanitárních zařízení.
• Ochrana před opotřebením čerpadlového zařízení. Zásoby vody obsažené v nádrži umožňují po určitou dobu používat vodovod bez zapnutí čerpadla. To snižuje počet spuštění čerpadla za jednotku času a prodlužuje jeho životnost.
• Ochrana před vodním rázem. Prudký skok tlaku ve vodovodu při zapnutí čerpadla může dosáhnout 10 i více atmosfér, což negativně ovlivňuje všechny prvky systému. Membránová nádrž zachycuje náraz a vyrovnává tlak.
• Vytváření zásob vody. Při výpadku proudu bude vodovodní systém ještě nějakou dobu dodávat vodu, i když krátce.

Pro připojení ohřívače vody se používají expanzní nádoby, které snesou vysoké teploty.

Materiály pro hydropneumatická zařízení

Membrána expanzní nádoby se vyrábí z různých materiálů, které při provozu odolávají různému teplotnímu rozsahu.

V hydroakumulátorech se používají:

• Přírodní kaučuk — NATURAL. Materiál může přijít do kontaktu s pitnou vodou, používá se pro akumulaci studené vody. Časem může začít propouštět vodu. Odolává teplotám od -10 do +50 °C.
• Syntetický butylový kaučuk — BUTYL. Je nejuniverzálnější, nepropouští vodu, používá se pro vodárenské stanice, vhodný pro pitnou vodu. Provozní teplota se může pohybovat od -10 do 100 °C.
• Syntetický kaučuk z etylen-propylenu — EPDM. Je více propustný pro vodu než předchozí, může přijít do kontaktu s pitnou vodou. Rozsah přípustných teplot: od -10 do 100 °C.
• Kaučuk SBR se používá pouze pro technickou vodu. Teplota použití je stejná jako u předchozích typů.

Pro organizaci studeného vodovodu je nutné vybírat nádrže s hruškou vyrobenou z potravinářské pryže se zdokonalenými elastickými vlastnostmi, která umožní lépe tlumit hydraulické rázy a udržovat stabilní tlak vody v systému.

Těleso nádrže se nejčastěji vyrábí z legované oceli odolné proti korozi, z vnější strany opatřené nátěrem. Na trhu jsou k dostání také nádoby z nerezové oceli, velmi pevné, ale drahé.

Výpočet objemu nádrže před výběrem

Do prodeje přicházejí nádrže o objemu od 24 do 1000 l. Kterou přesně vybrat, napoví výpočty, jejichž výsledek je třeba zaokrouhlit nahoru. Při výběru nádrže s vyjímatelnou membránou je třeba pamatovat na to, že objem vody zabírá 30 % celkového objemu nádoby, tedy ve 100litrovém zásobníku bude zásoba vody přibližně 30 litrů.

Tabulka ukazuje vzájemný vztah parametrů tlaku vzduchu v plynovém oddílu hydroakumulátoru s hodnotami nastavení relé a velikostí nádrže (+)

Zvláštností malých nádrží je, že často nemají ventil na vypouštění vzduchu z gumové baňky. To může způsobit nepříjemnosti při provozu. Velké nádrže mají takový ventil a kromě vytvoření větší zásoby vody lépe zvládají udržování stabilního tlaku v systému.

Výpočet celkového objemu hydroakumulátoru pro uzavřený typ vodovodu se provádí podle tohoto vzorce:

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

kde:

• Vt – celkový objem hydroakumulátoru;
• Amax – maximální možná spotřeba vody za minutu, litr;
• K – koeficient (viz tab.), závislý na výkonu čerpadla;
• P_max – nastavení relé při vypnutí zařízení, bar;
• P_min – nastavení relé při spuštění zařízení, bar;
• P_vzduch – tlak v hydroakumulátoru (v jeho plynové dutině), bar.

Koeficient K lze určit podle následující tabulky:

Tabulka koeficientu K, závislého na výkonu čerpadla, pro výpočet celkového objemu hydroakumulátoru uzavřeného typu pro vodovod

Někteří výrobci také počítají objem hydroakumulátoru jinak:

Společnost Džileks, zabývající se výrobou široké řady zařízení pro systémy vodovodu a vytápění, nabízí další vzorec pro rychlé určení objemu hydroakumulátoru

Horizontální a vertikální orientace

Volba mezi vertikálním a horizontálním zásobníkem závisí na vlastnostech místnosti. Pokud je místnost malá nebo je objem nádrže impozantní, aby nezabírala mnoho místa, instaluje se vertikální nádrž.

Horizontální zásobník má menší kapacitu, může být zavěšen na stěně a také sloužit jako podpora pro instalaci povrchového čerpadla. Pro jeho montáž jsou k dispozici speciální upevnění. Velké zásobníky se vyrábějí pouze ve vertikálním provedení a instalují se na nohy.

Shrneme-li vše výše uvedené, můžeme poznamenat, že výběr hydroakumulátoru bude probíhat mezi následujícími odlišnými vlastnostmi:

• Pracovní tlak;
• země výrobce;
• větší nebo menší objem;
• vyměnitelná či nevyměnitelná pryžová membrána;
• membrána pro technickou nebo pitnou vodu;
• materiál tělesa – nerezová nebo smaltovaná ocel.

Aby v budoucnu nebyly potíže s výměnou součástek, je lepší volit nejoblíbenější modely zařízení. Pryžové hrušky k nim jsou vždy volně v prodeji, pokud je nutná urgentní výměna, nebudete muset dlouho čekat na doručení.

Schémata připojení hydroakumulátorů

Pro systém teplé vody se instalace expanzní nádoby provádí na úseku cirkulačního potrubí, sacím potrubí čerpadla, blíže k ohřívači vody.

Zásobník je vybaven:

• manometrem, pojistným ventilem, odvzdušňovačem – skupina bezpečnosti;
• uzavíracím ventilem se zařízením, které zabraňuje náhodnému uzavření.

Ve vodovodním systému, kde je přítomno zařízení na ohřev vody, zařízení přebírá funkce expanzní nádoby.

Schéma instalace v systému teplé vody: 1 – hydrozásobník; 2 – pojistný ventil; 3 – čerpací zařízení; 4 – filtrační prvek; 5 – zpětný ventil; 6 – uzavírací kohout.

V systému studené vody je hlavním pravidlem při instalaci hydroakumulátoru montáž na začátku potrubí, blíže k čerpadlu.

Ve schématu zapojení musí být přítomny:

• zpětný a uzavírací ventil;
• skupina bezpečnosti.

Schémata zapojení mohou být velmi různá. Připojený hydroakumulátor normalizuje provoz zařízení, snižuje počet spuštění čerpadla za jednotku času a tím prodlužuje jeho životnost.

Schéma montáže v systému studené vody se studnou: 1 – nádrž; 2 – zpětný ventil; 3 – uzavírací kohout; 4 – relé pro regulaci tlaku; 5 – zařízení pro řízení čerpadla; 6 – bezpečnostní skupina

Ve schématu s přečerpávací čerpací stanicí pracuje jedno z čerpadel nepřetržitě. Takový systém se instaluje pro domy nebo budovy s vysokou spotřebou vody. Hydroakumulátor zde slouží k neutralizaci tlakových rázů a pro akumulaci vody se instaluje nádrž co největšího objemu.

Provedení instalace expanzní nádrže

Před zahájením prací zkontrolujte hydroakumulátor, zda není poškozen. Instalace zařízení se provádí v odhlučněné místnosti při kladné teplotě. Aby byl přístup k vypouštěcímu kohoutu, uzavíracím armaturám atd., ponechte vzdálenost od nádrže ke stropu a stěnám alespoň 0,6 m.

V místnosti je také třeba zajistit možnost plnění nádrže a vypouštění vody. Upevnění a místo montáže musí vydržet 100% naplnění nádoby.

Pro expanzní nádrže o objemu do 30 litrů se používá nástěnný úchyt, větší nádrže se instalují na nožičky.

Hydroakumulátor nesmí být vystaven mechanickému a statickému zatížení, je nežádoucí, aby na něj působily trubky a agregáty. Nádrž se přišroubuje k podlaze s použitím gumových podložek. Na vstupu do hydroakumulátoru se instaluje zpětný ventil a vypouštěcí kohout.

Uvedené kroky byly potřebné pro zařízení armatur tlakového akumulátoru, které se prováděly na denním povrchu. Pro další úkony je třeba přesunout se do kesonu.

Po provedení finální montáže systému zbývá provést kontrolní zkoušky a spustit okruh vodovodu.

Zvláštnosti nastavení hydroakumulátoru

Expanzní nádoby pro vodovod se prodávají s výrobcem nastavenými standardními parametry – často je tlak ve vzduchovém prostoru již nastaven na hodnotu 1,5 baru. Přípustný tlak je vždy uveden na štítku a výrobce nedoporučuje odchylovat se od nastavených parametrů, zejména směrem k jeho zvýšení.

Před započetím nastavování se systém odpojí od elektrické sítě a uzavřou se uzavírací ventily. Membránová nádrž se zcela vyprázdní vypuštěním vody – přesný údaj tlaku lze změřit pouze při prázdném oddílu pro vodu.

Dále se odečtou hodnoty tlaku pomocí přesného manometru. Za tím účelem se sejme ozdobný kryt z ventilku a přiloží se přístroj. Pokud se tlak liší od požadovaného, upraví se na odpovídající hodnotu nafouknutím nebo vypuštěním přebytečného vzduchu.

Vzhledem k tomu, že výrobce je proti odchylkám od doporučených hodnot tlaku, je nutné již ve fázi návrhu zvolit vhodné zařízení, jehož parametry nebudou vzájemně kolidovat.

Při nastavování tlaku v plynovém prostoru nádrže výrobce plní nádrž inertním plynem, například suchým dusíkem. Tím se zabrání korozi vnitřního povrchu. Proto se uživatelům také doporučuje používat pro zvýšení tlaku technický dusík.

Nastavení tlaku nádrže v systému vodovodu

Tlak v nádrži uzavřeného typu se nastavuje vždy o něco nižší (o 10 %) než úroveň tlaku při spuštění čerpadla. Úpravou tlaku v zařízení lze korigovat tlak vody. Čím nižší bude tlak plynu v hydroakumulátoru (ne však nižší než 1 bar), tím více vody pojme.

Tlak se tím stane nerovnoměrným – silný, když je nádrž plná, a stále slabší, když se vyprazdňuje. Aby byl zajištěn silný a rovnoměrný proud vody, nastavuje se tlak ve vzduchové nebo plynové komoře v rozmezí 1,5 bar.

Tlak vody ve vodovodu se nastavuje pomocí relé. Při nastavování tlaku v expanzní komoře je třeba tyto hodnoty zohlednit.

Seřízení hydroakumulátoru v zapojení ohřívače vody

Expanzní nádoba, která se používá pro teplou vodu, by zpočátku neměla obsahovat vodu. Tlak v zařízení se nastavuje na hodnotu, která je o 0,2 vyšší než horní mez vypnutí čerpadla.

Například, pokud je relé nastaveno na vypnutí zařízení při tlaku 4 bar, pak by měl být tlak v plynovém prostoru expanzní nádoby nastaven na hodnotu 4,2 bar.

Nádoba instalovaná v zapojení ohřívače vody neslouží k udržování tlaku. Je určena ke kompenzaci expanze při ohřevu vody. Pokud je v ní nastaven nižší tlak, bude v nádobě trvale voda.

Pravidla údržby hydroakumulátoru

Plánovaná prohlídka expanzní nádoby spočívá v kontrole tlaku v plynovém prostoru. Je také nutné zkontrolovat ventily, uzavírací armatury, odvzdušňovač, prověřit funkci manometru a tlakové relé vody. Pro ověření neporušenosti nádoby se provádí vnější prohlídka.

Během preventivní údržby by se měl měřit tlak v hydroakumulátoru a v případě potřeby upravit.

Přes veškerou jednoduchost zařízení nejsou expanzní nádoby pro vodovod věčné a mohou se porouchat. Typické příčiny – prasknutí membrány nebo ztráta vzduchu přes vsuvku. Příznaky poruch lze rozpoznat podle častého spínání čerpadla, výskytu hluku v potrubí. Pochopení principu činnosti hydroakumulátoru je prvním krokem ke správné údržbě a odstraňování závad.

Montáž hydroakumulátoru otevřeného typu

Zařízení otevřeného typu se používá stále méně, protože vyžaduje neustálý zásah uživatele do své činnosti. Otevřená expanzní nádoba je netěsná nádrž, která slouží k vytváření tlaku ve vodovodu, akumulaci vody a také jako expanzní komora.

K nádobě se připojují: vypouštěcí kohout, hrdla pro recirkulační a přívodní potrubí, kontrolní a přepadové potrubí

Nádrž se instaluje nad nejvyšší sanitární bod, například na půdě, voda do systému přitéká samospádem. Každý metr, o který je zařízení zvednuto, zvyšuje tlak ve vodovodu o 0,1 atmosféry.

Pro automatizaci procesu zásobování vodou je nádrž vybavena plovákovým spínačem a je instalováno automatické relé, které bude zapínat a vypínat čerpadlo.

Nádoba se montuje v místnosti neohrožené mrazem, přikryje se víkem proti prachu a nečistotám, stěny se obalí minerální vatou nebo jinou izolací.

Takový způsob organizace zásobování vodou vyžaduje pravidelnou kontrolu uživatele, jinak může voda při záporných teplotách zamrznout (pokud místnost není vytápěna). Kapalina se bude odpařovat, proto bude nutné ji neustále doplňovat.

Kromě toho je taková nádoba objemná a neestetická, pro ni je nutné mít v domě půdní prostor. Hlavní nevýhodou zařízení je, že nádrž není přizpůsobena pro práci v podmínkách vysokého tlaku vody v systému.

Závěry a užitečné video k tématu

Video #1. Vše o expanzních nádržích – klasifikace, účel, nastavení a známky závad:

Video #2. Nesprávný provoz čerpací stanice je často spojen s poruchami hydroakumulátoru:

Video #3. Nuance výběru hydroakumulátorů pro zásobování vodou:

Již ve fázi plánování a návrhu vodovodního systému je třeba promyslet všechny zásadně důležité body a vypočítat všechny parametry. Pokud si nejste jisti neomylností svých výpočtů a správným výběrem hydroakumulátoru pro zásobování vodou, je lepší obrátit se na odborníky.

Většina firem, které prodávají profesionální zařízení, poskytuje konzultace nebo dokonce provádí výpočty zdarma. To pomůže vyhnout se chybám a zbytečným výdajům.

Těšíme se na vaše komentáře s příběhy o vlastních zkušenostech s používáním expanzní nádrže, s dotazy, které vznikly při seznámení s předloženými informacemi. Zajímají nás vaše připomínky a případné návrhy. Materiál můžete komentovat v bloku níže.