Hydrofory i zestawy hydroforowe

Tradycyjne hydrofory

Zadaniem hydroforu (układu hydroforowego) jest zapewnienie stałego ciśnienia wody w sieci lub instalacji wodociągowej przy jednoczesnym zmniejszeniu liczby załączeń i wyłączeń pomp.

Hydrofory i zestawy hydroforowe występują w różnych wielkościach. Zależą one przede wszystkim od wielkości obsługiwanej sieci (instalacji), a także od zużycia wody przez odbiorców podłączonych do sieci i korzystających z instalacji. Prawidłowo zaprojektowany i eksploatowany hydrofor utrzymuje jednakowe ciśnienie we wszystkich punktach odbioru obsługiwanej instalacji wodociągowej.

W przypadku mniejszej instalacji (np. domowej) stosowanie hydroforu jest ważne z punktu widzenia eksploatacji pomp – jeśli są rzadziej włączane i wyłączane, wpływa to korzystnie na niezawodność i trwałość tych urządzeń, a także ogranicza koszty zużywanej przez nie energii elektrycznej. Natomiast przy obsłudze większych sieci ważnym zadaniem hydroforu jest magazynowanie wody i kompensacja strat hydraulicznych, a także zapobieganie wzrostom ciśnienia (uderzeniom hydraulicznym) – dzięki temu unika się uszkodzeń sieci.

Na hydrofor składają się następujące elementy:

• zbiornik ciśnieniowy, w którym akumulowane jest ciśnienie i gromadzony zapas wody wystarczający na zużycie podczas postoju pompy, mający za zadanie niwelowanie różnicy między natężeniem przepływu w czasie zasilania i poboru wody;
• pompy w liczbie odpowiedniej do wielkości obsługiwanej sieci (instalacji) – w większych zestawach często występuje dodatkowa pompa rezerwowa (na wypadek awarii);
• presostat (czujnik różnicy ciśnienia z przekaźnikiem) lub wyłącznik ciśnieniowy, który steruje włączaniem pompy (po spadku ciśnienia w zbiorniku poniżej zadanego poziomu) i jej wyłączaniem;
• zawory: odcinający, zwrotny (odpowiedzialny za przepływ wody tylko w jednym kierunku), zawór bezpieczeństwa.

Hydrofor może działać dzięki utrzymywaniu w zbiorniku odpowiedniego ciśnienia. Pompy obsługują zatem ten zbiornik – nie muszą się włączać za każdym razem, gdy otwierany jest zawór poboru wody w instalacji (np. kran kuchenny czy łazienkowy). Zadaniem pomp staje się zapewnienie odpowiedniego ciśnienia w zbiorniku hydroforowym.

Zbiornik jest częściowo napełniony wodą, nad której powierzchnią znajduje się powietrze. Kiedy do zbiornika pompowana jest woda, powietrze jest sprężane i w zbiorniku rośnie ciśnienie. Woda jest pompowana aż do momentu, w którym ciśnienie osiągnie określoną zadaną wartość. Przy tej wartości presostat powoduje wyłączenie pompy.

Kolejne uruchomienie pompy następuje, kiedy ciśnienie spadnie poniżej określonej wartości minimalnej. Wartość tę wyznacza się dla każdego zestawu hydroforowego w wyniku obliczeń uwzględniających szereg czynników dotyczących konkretnej sieci lub instalacji.

Przy doborze hydroforu należy uwzględnić wydajność pompy – musi ona pokryć maksymalny spodziewany pobór wody – oraz jej wysokość podnoszenia, czyli możliwość zapewnienia odpowiedniego ciśnienia wody. „Odpowiednia” wysokość podnoszenia pozwoli:

• pokonać różnice ciśnienia wynikające m.in. z różnic wysokości wodociągu (lub lustra wody w studni), pompy i punktów poboru wody;
• skompensować straty ciśnienia w samej instalacji (wynikające z przepływu wody przez rury oraz kształtki, np. kolana i trójniki, oraz urządzenia w instalacji, np. wodomierz lub zawory);
• zapewnić wymagane ciśnienie we wszystkich punktach odbioru.

Natomiast wielkość zbiornika musi być dobrana do rzeczywiście zużywanej ilości wody – tak, by pompa włączała się i wyłączała niezbyt często. Odpowiednia wielkość zbiornika sprawia, że pompa pracuje w najlepszym dla siebie trybie pracy.

Pompy mają określoną liczbę cykli pracy w ciągu godziny (zwykle do 30) – jeśli załączają się częściej, niszczą się szybciej i trzeba je wymieniać. Optymalną wielkość zbiornika powinien dobrać projektant – jednym ze wskaźników, który uwzględni, jest średnie dobowe zużycie wody, przyjmowane na poziomie 140–160 l/osobę.

Od tradycyjnych hydroforów – zarówno domowych, jak i większych – powoli się odchodzi, m.in. ze względu na rozwój techniki pompowej i zmiany w dystrybucji wody.

Tradycyjnie hydrofor kojarzy się z koniecznością zagospodarowania odpowiednio dużego pomieszczenia (hydroforni), szczególnie w odniesieniu do dużych układów osiedlowych. Znane niektórym jeszcze z czasów dzieciństwa nieistniejące już hydrofornie dziś zmieniły się np. w punkty usługowe lub, jeśli pozwala na to budżet wspólnoty, otrzymują drugie życie dzięki rewitalizacji.

Podobne zjawisko – duże wymagania przestrzenne i inne ograniczenia praktyczne – w mniejszej skali dotyczy także zestawów dla domów jednorodzinnych.

Starszy typ zestawu hydroforowego, z dużym zbiornikiem (100–300 l) i wirowymi pompami samozasysającymi, wymaga dużego pomieszczenia (2,0×2,5 m w rzucie oraz 2,5 m wysokości), a także konserwacji i regulacji. Konieczne jest m.in. odpowietrzanie pompy, uzupełnianie poduszki powietrznej (ubywającej na skutek rozpuszczania tlenu w wodzie) czy opróżnianie zbiornika, w którym ze względu na długie przetrzymywanie następuje ryzyko zagniwania wody. Dlatego miejsce rozbudowanych układów o dużych wymaganiach przestrzennych w coraz większym stopniu zajmują zestawy hydroforowe, stanowiące kompletne i w pełni zautomatyzowane urządzenia, a jednocześnie nie tak wymagające pod względem koniecznej przestrzeni i konserwacji.

Zestawy hydroforowe – bez magazynowania, ale elastycznie

Z zestawów hydroforowych znika duży zbiornik pełniący funkcję magazynu i bufora oraz eliminujący częste włączanie i wyłączanie pompy. Rolę ochrony pomp i zwiększania ich żywotności w zestawie hydroforowym pełnią przetwornice częstotliwości i automatyka, odpowiednio regulująca ich pracę.

Zadaniem zestawów hydroforowych jest tłoczenie, podwyższanie i utrzymywanie ciśnienia wody. Stosuje się je coraz powszechniej w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej oraz w systemach przeciwpożarowych, do zraszania i nawadniania, w myjniach, pralniach i rolnictwie, a także w obiektach przemysłowych oraz w stacjach uzdatniania wody i pompowniach.

Domowe zestawy hydroforowe sprawdzą się w instalacji, w której ciśnienie nie jest wystarczające, aby zapewnić dostarczenie wody do wszystkich punktów poboru. Są zatem polecane np. dla:

• instalacji, w których może pojawić się problem niewystarczającego ciśnienia wody;
• instalacji zasilanych z własnych studni;
• instalacji zasilanych wodą pobieraną ze zbiorników bezciśnieniowych (np. zbiorników na deszczówkę);
• instalacji o dużej zmienności rozbioru (np. dla pensjonatów i podobnych obiektów turystycznych).

Dzięki „spięciu” układu – składającego się z pomp, małego zbiornika wyrównawczego i zaworów – za pomocą automatyki stałe ciśnienie w instalacji zapewniane jest na podstawie rzeczywistych potrzeb, co pozwala na optymalizację zużycia energii. Automatyka dla małych zestawów jednopompowych nie musi być zaawansowana – najczęściej pojawia się sterowanie wyłącznikiem ciśnieniowym.

Domowe zestawy hydroforowe są dużo bardziej komfortowe w używaniu niż hydrofory – są na tyle kompaktowe, że można umieścić je np. w szafce pod umywalką czy zlewozmywakiem. Są też dużo cichsze niż tradycyjne pompy przy hydroforach.

Do skuteczniejszej regulacji przyczynia się też zastosowanie w zbiorniku ciśnieniowym membrany gumowej (z atestem PZH dopuszczającym do kontaktu z wodą pitną), która oddziela wodę od poduszki powietrznej. Elektroniczna regulacja eliminuje konieczność ręcznego ustawiania – wystarczy wpiąć układ do instalacji.

W zestawach hydroforowych stosowane są pompy różnego typu. Pompy ssąco-tłoczące mają ograniczenie co do położenia lustra wody – nie może ono znajdować się niżej niż 10 m (a w praktyce – niż 8 m) od pompy.

Dla lustra wody położonego niżej (np. w przypadku własnej studni głębinowej) zaleca się stosowanie pompy głębinowej umieszczonej w studni. Wówczas w budynku lokowany jest tylko zbiornik ciśnieniowy. W zestawach hydroforowych stosowane są także pompy samozasysające.

Większe zestawy hydroforowe, pozwalające na obsługę instalacji w dużych budynkach czy nawet sieciach (np. dla osiedla), składają się z kilku pomp. Pompy są odpowiednio zabezpieczone przed przenoszeniem drgań – przystosowane do montażu na ramie wyposażonej w elementy wibroizolacyjne oraz wyposażone w „miękkie” podłączenia do instalacji wodnej.

Takie rozwiązania zarówno wytłumiają drgania pompy, jak i ograniczają przenoszenie dźwięku pracujących urządzeń do pomieszczeń przeznaczonych na pobyt ludzi.

Pompy są również zabezpieczone przed tzw. suchobiegiem (pracą na sucho) – do tego celu stosuje się specjalne czujniki ciśnienia, wyłączniki pływakowe w zbiorniku zasilającym zestaw lub sondy konduktometryczne (dla każdej pompy lub zestawu pomp).

Dla energooszczędnej i bezpiecznej dla pomp pracy zestawu hydroforowego najważniejsze jest odpowiednie sterowanie i regulacja.

• Po pierwsze, regulacja dotyczy poszczególnych silników pomp. Dzięki regulacji przez przetwornik częstotliwości (falownik) startują one miękko i nie są narażone na ryzyko uszkodzeń mechanicznych i skoki ciśnienia, a ich wydajność może być płynnie regulowana zależnie od aktualnych potrzeb.
• Po drugie, sterowany jest cały układ. Polega to nie tylko na uruchamianiu kolejnych pomp zależnie od zapotrzebowania na wodę.
• Ważnym zagadnieniem jest też bilansowanie czasu pracy poszczególnych pomp, dzięki czemu pracują one i zużywają się równomiernie. Łagodne starty poszczególnych pomp, wynikające z regulacji przez falownik, przyczyniają się też do zwiększenia żywotności całej instalacji dzięki wyeliminowaniu uderzeń hydraulicznych poprzez płynny, a nie skokowy wzrost ciśnienia w instalacji.

Układ sterowania może też np. współpracować z wodomierzami, co pozwala monitorować pracę sieci wodociągowej.

Zastosowanie odpowiedniego oprogramowania pozwala m.in. na zbieranie danych o parametrach sieci (ciśnieniach, przepływach etc.) oraz rejestrowanie zdarzeń (zmian stanów pracy sterownika). Taki układ może też współpracować z urządzeniem zewnętrznym, np. komputerem.

Możliwe jest także przygotowanie układu sterowania wykonanego według indywidualnych wymagań inwestora.

Zestawy hydroforowe mogą być dostarczane przez producentów kompletujących rozwiązanie z podzespołów pochodzących od renomowanych dostawców. Często jednak są rozwijane przez producentów pomp, którzy koncentrują się na doskonaleniu konstrukcji tych urządzeń oraz poszerzaniu możliwości sterowania nimi. Drugim istotnym aspektem – szczególnie przy mniejszych zestawach hydroforowych – jest zmniejszanie rozmiarów („kompaktowość”) dające dużą dowolność przy montażu oraz poprawianie parametrów akustycznych, by ich praca była jak najmniej uciążliwa.

W ofercie producentów są też zestawy hydroforowe do zastosowań specjalnych – w tym dla cieczy o temperaturze wyższej niż 70°C lub o dużej gęstości (np. glikolu).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!