Правильный расчет и подбор насоса для обустройства водоснабжения в частном доме

Организовать включение в систему централизованного водоснабжения частного дома, дачи или коттеджа удается нечасто. Обычно их владельцам приходится решать вопрос об автономной системе водообеспечения своего жилища.

Но, даже если есть возможность подключения к проходящему рядом с домом городскому или поселковому водопроводу, иметь при этом на участке независимый источник воды — не самая плохая идея как с точки зрения экономической, например, используя его для полива, так и в качестве гарантии от внезапных отключений центральной системы.

Общая информация

Система автономного водоснабжения частного дома состоит из нескольких компонентов:

Водный источник:

Колодец — искусственная выработка‑шахта, выкопанная для сбора подземных грунтовых вод в поверхностном водоносном слое до глубины 10~15 м и укрепленная от осыпания.
Скважины. Выполняются методом бурения и бывают нескольких типов: Безнапорные: «на песок» — до 50 м, «на известняк» — до 150 м.
Артезианские — свыше 150 м.
Абиссинские и др.

Искусственные водоемы. Емкости для сбора талых, дождевых вод. При имеющемся поблизости ключе или роднике можно организовать углубленный отвод его русла.

Естественные водоемы. Ручьи, реки, озера.

Потребители воды на участке и в доме: мойки, раковины, ванны, сауны‑бани, бассейны, полив.
Система подачи и распределения: насосы, накопительные емкости, трубопроводы.

При проектировании автономной системы первым встает вопрос о подборе насоса для водоснабжения частного дома, как одной из самых ответственных и, если уж говорить о качестве работы и долговечности, наиболее дорогостоящей части гидротехнического оснащения. И выбор его обусловлен, прежде всего, типом источника воды на участке, а затем — выбранной схемой водоснабжения.

Конструкционные различия

Гидронасосы бывают следующих конструктивных типов:

Поршневые. Теперь уже практически не применяются для небольших насосных станций ввиду громоздкости, малого кпд, невысокого жизненного ресурса.

Центробежные. Одни из самых популярных и востребованных благодаря простоте конструкции, экономичности и высокой надежности.

Турбинные. Подобны центробежным, но не с боковым, а осевым расположением лопаток. Более мощные и производительные. Используются в основном на промышленных гидротехнических сооружениях.

Роторные или так называемые винтовые насосы. Отличаются малыми габаритами по диаметру, потому наиболее пригодны для подъема воды из скважин.

Вибрационные или мембранные. Дешевые, но малопроизводительные. Известны давно выпускающиеся для дачников модели «Ручеек», «Малыш».

Виды по типу размещения

По способу размещения водоснабжающие гидронасосы подразделяются на два класса:

Поверхностного типа. Располагаясь в стороне от источника воды, обеспечивают ее всасывание по опущенной в колодец или скважину трубе.
Погружные. Полностью опускаются в воду на некоторую глубину.

Иногда в отдельный класс выделяют насосные станции, которые по сути являются компактным самодостаточным водонапорным комплексом, состоящим из поверхностного насоса, накопительного мембранного бака‑гидроаккумулятора, реле давления воды и схемы управления.

Конструктивные особенности

На современном рынке можно встретить бытовые водяные насосы различных моделей, но все они работают по схожему принципу. Всасывание воды во внутреннюю камеру такого насоса осуществляется за счет разрежения воздуха, которое в ней создается основным рабочим органом устройства, а дальнейшее выталкивание жидкости через напорный патрубок происходит за счет повышения ее давления. По иному принципу работают винтовые и шестеренчатые насосы, в которых перекачиваемая жидкая среда, поступая во внутреннюю камеру, захватывается входящими в зацепление шестернями или винтом и перемещается от входного патрубка к напорному.

Напор, с которым поток жидкой среды выталкивается из внутренней камеры, определяет давление в трубопроводной системе. Последнее должно быть достаточным для того, чтобы обеспечить транспортировку воды на требуемое расстояние и ее подачу ко всем точкам водозабора.

Погружные насосы для чистой и грязной воды, оснащенные поплавковыми выключателями

Какой лучше выбрать?

Перед тем как выбрать водяной насос для дома, следует сравнить преимущества и недостатки двух их основных видов:

Поверхностные насосы	Погружные
Устанавливаются стационарно. Проще в обслуживании.	Для ремонтно‑профилактических работ требуют подъема из скважины или колодца на поверхность.
Нуждаются в двух трубопроводах: всасывающем и нагнетания.	Работают только на нагнетание.
Максимальная высота всасывания — 10 м. Реальная, с учетом потерь в трубопроводе и запаса на понижение уровня воды в колодце — не более 7~8 м.	Подъем с глубины ниже 10 м.
Нуждаются в заполнении жидкостью перед первым пуском или после ремонтных работ.	Готовы к работе сразу после погружения.
Существует опасность перегрева мотора при длительной работе.	Погруженный в воду насос охлаждается как наружной водой извне, так и прокачиваемой изнутри.
Необходимость консервации на зиму для летнего варианта водопровода.	На зиму достаточно слить воду из системы.
Работа сопровождается шумом.	Бесшумны.

Принцип работы насосов

Принцип работы насоса
Перед выбором необходимо вообще разобраться всем, как устроен этот прибор. Вам потребуется именно перекачивающее устройство, которое работает под воздействием электродвигателя. При его запуске сразу появляется вакуум внутри камеры. Именно туда и начинает проникать жидкость из-за пониженного давления. Постепенно идет двигательный процесс в сторону выходящего патрубка. Далее струя следует в водопроводную трубу или в закрепленный шланг. У водяного насоса давление определяют через силу выталкивания воды. Оно должно быть сильнее, чем сопротивление гидравлики.

Пример расчета

Основные необходимые данные для выбора подходящей модели поверхностного насоса для водоснабжения дома:

Максимальное значение расхода жидкости в л/мин или м³/ч.
Высота всасывания — разность уровней впускного патрубка насоса и поверхности воды в источнике.
Высота нагнетания — разность уровней наивысшей точки трубопровода и выпускного патрубка насоса.
Начальное давление, для безнапорной скважины или колодца равное атмосферному.
Конечное — требуемое давление в домашней системе водопровода.
Потери давления в трубопроводах зависят от расхода жидкости и качества поверхностей внутренних стенок трубопроводов, создающих трение ее движению.

Высота всасывания гидронасосов поверхностного типа не может превышать 10,33 м — высоты водяного столба, создающего равное атмосферному давление.

Для упрощения расчетов ее округляют до 10 м, а создаваемое давление приравнивают одной технической атмосфере, 1 ат = 1 кГс/см², или примерно 1 бару ~ 0,98 ат.

Высота нагнетания, или напор, определяется техническими параметрами и мощностью агрегата.

Часто значение напора путают с давлением, называя одно другим. Эти величины эквивалентны, но в точности не равны друг другу. Давление на выходе насоса зависит только от его технических характеристик, а напор — от совокупности внешних условий: скорости потока и расхода жидкости, ее температуры, высоты над уровнем моря и пр.

При расчете все величины давлений системы в паскалях, барах, атмосферах и других единицах приводят к эквивалентным значениям напора в метрах.

Приведем пример, приняв геодезический уровень размещения насосной станции за нулевой:

Расход жидкости, обеспечиваемый гидронасосом — 40 м³/ч. Это вполне достаточное значение потребления для нужд домашнего хозяйства.
Уровень воды в колодце ниже нулевого на 4 м.
Верхняя точка подъема воды на 15 м выше его.
Суммарные потери во впускном и выходном трубопроводах можно найти в таблицах для конкретного типа труб, но обычно их рассчитывают исходя из того, что на каждых 10 м трубопровода теряется 1 м напора, потому примем их равными (15 м + 4 м) / 10 = 1,9 м.
Конечное давление в верхней точке примем равным 1 бару ~ 9,87 м.

Если водонасосная станция устанавливается не в расположенном рядом с колодцем кессоне, а в доме, следует также учесть потери напора на длине подводящего трубопровода.

Для каждого насоса существует эксплуатационная характеристика, показывающая падение напора в зависимости от расхода и имеющая примерно такой вид:

Выбирая конкретную модель насоса, следует сообразовывать расчетные величины параметров с паспортными значениями для выбранного экземпляра агрегата в требуемой рабочей точке.

Для нашего примера получим: 2,725 x 40 x 30,77 = 3,354 кВт.

Подробнее о расчете и подборе насоса для водоснабжения загородного дома смотрите в этом видео:

Сравнительная шкала технических характеристик водяного давления в насосах различных типов

Мировые производители насосов используют для напорных характеристик насосов разных типов следующие единицы измерения давления воды:

Для быстрых примерных бытовых расчетов подходит приблизительные соотношения этих величин:

На практике, для нормальной эксплуатации бытовой гидротехники с автоматикой, пользования кранами расхода и работы санузлов, работы газовых колонок и котлов достаточно поддерживать давления воды в трубопроводах в пределах 2-4 бар для всех основных моделей бытовых водных устройств.

Включение в систему водоснабжения

Как говорилось выше, более других удобны в установке и эксплуатации готовые насосные станции, технические характеристики которых пригодны для водообеспечения небольшого дома на семью из 2~3 человек или дачи.

Подключение их сводится к нескольким простым шагам:

Выбор места размещения.
Подготовка надежного основания.
Подведение необходимых трубопроводов.
Всасывающую трубу, опускаемую в колодец, необходимо оборудовать сетчатым фильтром и обратным клапаном. Опустить ее следует на глубину не выше 1 м от поверхности воды.
Подключение электрической сети и защитного заземления.

Слабые места насосных станций и основные поломки

Выпускающиеся промышленностью насосные станции, или так называемые самовсасывающие насосы, привлекают:

доступной ценой, меньшей, чем при отдельном приобретении всех комплектующих;
компактными размерами;
удобством установки и обслуживания;
готовностью к эксплуатации сразу после приобретения.

Однако в их использовании имеются и недостатки:

Ограниченная 7~8‑ю метрами высота всасывания. Ее можно увеличить на пару метров, расположив агрегат в заглубленном кессоне рядом с колодцем.
Необходимость оборудования специального утепленного звукоизолированного помещения.
Небольшая емкость гидроаккумулятора 20~50 л.
Шум при работе.

Неисправности насосных станций могут быть вызваны следующими причинами:

Внезапное отключение электроэнергии часто сопровождается гидроударом, способным нанести непоправимые повреждения.
Загрязненность и низкое качество воды приводят к повышенному износу лопаток центробежного гидронасоса и заиливанию бака.
Несоответствие условий эксплуатации техническим параметрам.

Например, одна из распространенных поломок связана с завышенным водопотреблением, когда частота включения/выключения станции значительно превышает паспортную. Это приводит к разрыву мембраны в баке‑гидроаккумуляторе.
Станция при этом не может создать требуемое давление в системе и частота включений еще больше увеличивается. Проверяется нажатием ниппеля на обратной стороне бака: если оттуда потекла вода — мембрана требует замены.

Еще одной распространенной неисправностью является поломка или неправильная регулировка реле давления, которая приводит к непрерывной работе станции без отключений.

Жители городских домов или квартир нечасто задумываются о том, что, подходя к крану на кухне либо в ванной и просто открывая его, они включают в работу отточенную для ее создания столетиями научных открытий, изобретений и инженерных решений огромную и сложную систему добычи водных ресурсов, их доставки и распределения.

Те же, кому приходится создавать для своего жилища такую систему в миниатюре, по‑настоящему дорожат ценностью этого поистине незаменимого источника жизни — воды.

Как вам данная статья?

Вихревые

В вихревых погружных насосах забор и выталкивание воды происходит с помощью одного рабочего колеса с лопатками, которое расположено в верхней части вертикально подвешенного корпуса рядом с выходным патрубком. Для снижения гидравлических потерь в конструкции предусмотрено очень малое расстояние между боковой гранью диска вихревого колеса и рабочей камеры — это делает невозможной работу вихревых устройств в среде с частицами песка.

Особенность вихревых видов, используемых в промышленности — возможность перекачки жидкостей с высоким содержанием газов, КПД бытовых агрегатов редко превышает 50%.

Устройства вихревого типа обладают неплохими напорными характеристиками (высота подъема жидкости достигает 100 м.) и средними объемами прокачки (около 5 м.куб./ч.).

Хотя вихревые электронасосы редко используются в быту, на рынке встречаются модели Беламос ТМ, Sprut, Вихрь, NeoClima, Pedrollo Davis.

Рис. 7 Насос погружной для водоснабжения вихревой – конструкция и внешний вид

Центробежные

Центробежные виды являются безусловными лидерами в бытовом использовании среди других типов электронасосов, практически все поверхностные модели имеют центробежный принцип действия, они входят в состав бытовых насосных станций.

Такого распространения центробежные устройства добились благодаря следующим свойствам:

Их коэффициент полезного действия (КПД) — наивысший из всех аналогов, в крупногабаритных промышленных агрегатах он достигает 92%, в бытовых моделях доходит до 70%.
Конструктивно рабочая камера выполнена таким образом, что жидкость поступает в центральную часть центробежного колеса, а выталкивается наружу через боковой патрубок. Это позволяет делать многоступенчатые центробежные устройства, в которых выталкиваемая жидкость подается на ось следующего колеса, еще больше повышающего ее давление. Благодаря использованию нескольких центробежных колес с отдельными рабочими камерами (ступенями), удается получить в системе параметры напора, в разы превышающие показатели другого насосного оборудования, (в бытовых моделях напор не превышает 300 м).
Центробежные виды способны прокачивать жидкость в больших объемах при высоком напоре, при бытовом использовании данный показатель редко превышает 20 м.куб./ч.
Агрегаты центробежного типа менее подвержены воздействию мелких частиц песка на рабочий механизм, их повсеместно используют в песчаных скважинах, выбирая модель для работы с подходящим размером частиц, указанном в паспорте.
Существенным преимуществом центробежных видов является высокая оснащенность автоматикой, ведущие мировые производители насосного оборудования (Grundfos, Pedrollo, Speroni, Dab) снабжают свои приборы блоками с частотным регулированием скорости вращения рабочего колеса. Данная инновация позволяет не только существенно сэкономить электроэнергию при эксплуатации электронасоса (до 50%), но и значительно увеличить срок его службы.

Если перечислять всех производителей центробежных насосов, представляющих свою продукцию на отечественном рынке, список будет довольно объемным, поэтому ограничимся ведущими мировыми производителями, указанными выше. Из отечественных брендов наибольшую известность получили Водолей, Джилекс Водомет, Вихрь, Беламос, Калибр, Unipump.

Рис. 8 Центробежные погружные насосы – конструкция и материалы изготовления на примере Grundfos SBA