Расчёт мембранного бака для систем водоснабжения

Мембранный бак представляет собой специализированное устройство, которое эффективно применяется для компенсирования увеличения объема воды, которая расширяется под воздействием температурного изменения в инженерских системах питьевого водоснабжения и отопления

Как устроен мембранный бак?

1. Газовый клапан (на корпусе сверху)
2. Азотная подушка
3. Сменная EPDM мембрана
4. Стальной бак
5. Расширяющаяся вода
6. Крепление мембраны
7. Опоры
8. Подключение системы

Область применения

Мембранные баки находят широкое применение в различных инженерных системах для поддержания стабильного давления и защиты оборудования от гидроударов. Основные области применения мембранных баков включают:

• Системы водоснабжения — обеспечивают стабильное давление воды в частных домах, на предприятиях и в сельском хозяйстве. Мембранные баки помогают поддерживать постоянный поток воды, предотвращая частое включение насоса и продлевая его срок службы
• Отопительные системы — используются в системах отопления для компенсации теплового расширения жидкости при нагреве, что позволяет избежать избыточного давления в системе и защищает от возможных повреждений труб и радиаторов
• Системы горячего водоснабжения — компенсируют увеличение объема воды при нагреве, предотвращая избыточное давление и снижая риск повреждений в системе
• Системы пожаротушения — мембранные баки помогают поддерживать постоянное давление воды, что важно для обеспечения немедленного и стабильного потока в случае срабатывания системы пожаротушения
• Промышленные системы — используются для компенсации изменений давления в промышленных процессах, где требуется постоянный уровень давления в трубопроводах и гидравлических системах
• Системы орошения и капельного полива — применяются для поддержания давления в системах полива, обеспечивая равномерное распределение воды по всей территории и снижая нагрузку на насосное оборудование

Заполнение

• При понижении давления в системе до уровня, выставленного автоматикой, насос включается
• Если расход воды из системы меньше подачи насоса, давление повышается и вода начинает поступать в мембранную полость бака
• Объем газа в воздушной камере уменьшается на величину поступающего объема воды, давление газа увеличивается

Работа

• При повышении давления в системе до уровня, выставленного автоматикой, насос выключается
• При открытии водоразбора вода начинает поступать в систему из мембранной полости бака
• Вода будет выходить из бака до тех пор, пока давление в системе не понизится до уровня включения насоса

Поддержание правильного давления в мембранных баках важно для стабильной работы системы водоснабжения и предотвращения поломок оборудования. На следующих график визуально видно показатели насосов с постоянным числом оборотов и с изменяемым числом оборотов

Поддержание давления насосами с постоянным числом оборотов

Поддержание давления насосами с изменяемым числом оборотов (с ПЧ)

• А - стандартное прямое подключение к системе без протока
• В - оборудован вставкой для организации протока через бак (до 9,5 м3/ч)
• С – с двойным подключением для организации протока через бак (до 27 м3/ч)

P.S: Тип B,C - это европейские стандарты (изготовлено по европейским нормам DIN/DVGW)

A B C

После насосной установки

исключает колебания давления в системе, уменьшает число пусков насоса, создает запасы воды

Перед насосной установкой

исключает негативное влияния на наружную сеть при включении/выключении насосов

Для корректной и технически- правильной работы оборудования, необходимо понимать нормативные правила использования. Свод правил устанавливает требования к изготовлению элементов трубопровода, методам их сборки и сварки, а также условиям выполнения монтажных работ. Он также определяет стандарты контроля качества трубопроводов, изготовленных из разных материалов

С технической точки зрения мембранный бак выполняет следующие функции:

• Снижает амплитуду колебаний давления, возникающих при включении и выключении насосов, открытии и закрытии арматуры, поддерживая стабильное давление в заданном диапазоне
• Сокращает частоту срабатывания насоса
• Обеспечивает запас воды для подачи потребителям, что особенно важно в периоды максимального водоразбора или при полном отключении насосов в аварийной ситуации

Стоит обратить пристальное внимание на правильные варианты расчетов объема гидробаков, ведь, неправильно подобранные характеристики могут вызвать перегревание или кавитацию, как следствие - выход оборудования из строя. Обратимся к двум формулам (хоз-питьевые установки):

• 2 зона: Qсут =99,25 м3/сут Qч =7,52 м3/ч Q = 3,08 л/с Н=95 м
• 1 зона: Qсут =99,25 м3/сут Qч =7,50м3/ч Q = 3,07 л/с Н=56 м

Под входным давлением насоса подразумевается давление в точке подключения всасывающего трубопровода к насосу. Это давление формируется либо за счёт давления, подаваемого водопроводной системой, либо давления, создаваемого системой повышения давления при подаче воды из буферной емкости

Общая схема с точками подключения

Какое давление воздуха должно быть в баке

Норматив DVGW, DIN

Рекомендуется установка мембранного бака, если не соблюдается одно из следующих условий на стороне всасывания:

• Разность скоростей в подводящем трубопроводе при запуске и отключении одного насоса не должна превышать 0,15 м/с
• Разность скоростей в подводящем трубопроводе при остановке всех насосов не должна превышать 0,5 м/с
• Суммарная скорость в подводящем трубопроводе при работе всех насосов должна составлять не более 2 м/с

Производительность установки V (max p) - ≤ 7, ≤ 7-15, ≤ 15 м3/ч

Общий объем мембранного бака на стороне всасывания V (v)- 0,3, 0,5, 0,75

Последовательная схема использования

В последовательной схеме использования насосных установок с частотным преобразователем существует риск появления автоколебаний. Рекомендации для предотвращения автоколебаний:

• Избегать каскадных схем (не допускается согласно СП30.13330)
• Использовать первую по ходу воды подкачивающую насосную установку без частотного преобразователя
• Использовать первую по ходу воды подкачивающую насосную установку без частотного преобразователя

Норматив DVGW, DIN Последовательная схема применения Москва-Сити, Башня Федерация (1) Москва-Сити, Башня Федерация (2)

Мембранный бак WB 900L 10B G2" BASE

• WB - обозначение мембранного расширительного бака 900L - объём в литрах
• 10В - давление в барах (10 бар, 16 бар, 25 бар и др.)
• G2" подсоединение резьбовое 2" (1”,1/4” и др.)
• ВАЅЕ - модификация с опорами
• Другие возможные обозначения: Н — горизонтально располагаемый бак, Ѕ - бак сферической формы

Особенности/преимущества продукции:

• Материал мембраны EPDM
• Температура жидкости -10...+110°С
• Мембрана пригодна для питьевой воды
• Отверстие на опорах для крепления к фундаменту 14 мм
• Возможно использовать водо-гликолевую смесь в качестве теплоносителя с концентрацией менее 50%

Установка мембранных баков после насосов в системе водоснабжения с динамичным переменным расходом НЕ требуется, если:

• используются насосы Wilo COR-…/SKW-R (с ПЧ) для расхода в Л/С

Установка мембранных баков после насосов в системе водоснабжения с динамичным переменным расходом обязательна, если:

• насосы подбираются на расход в Л/С без использования ПЧ
• насосы подбираются на расход, меньший Л/С (с ПЧ или без него)

Объем бака рассчитывается по СП30.13330.2020 (раздел 14)

Установка мембранных баков между насосами в системе водоснабжения с динамичным переменным расходом обязательна в случае:

• последовательного (каскадного) размещения насосных установок. В этом случае бак устанавливается между насосами, и его объем должен составлять не менее 300 литров