Pompy i hydrofory w domu

W wielu jeszcze rejonach Polski brak instalacji wodociągowych i kanalizacyjnych zmusza do budowy własnych ujęć wody i samodzielnego odprowadzania ścieków. Konieczne wtedy staje się stosowanie specjalnych urządzeń pompowych (zarówno pomp jak i hydroforów), innych do wody czystej i innych do brudnej i ścieków.

Jaka pompa do wody czystej?

W zależności od medium, jakie będzie tymi pompami przetłaczane: woda pitna, deszczowa czy ścieki bytowogospodarcze, różnią się konstrukcją i materiałem, z jakiego są wykonane.

Na naszym rynku dostępne są pompy: ręczne (wyporowe) i elektryczne (wirowe). Pompy wyporowe to znane od dawna abisynki, w których elementem roboczym jest tłok lub membrana. Przeznaczone są tylko do czerpania wody ze studni. Zdecydowanie jednak częściej stosowane są pompy wirowe o napędzie elektrycznym.

W gospodarstwie domowym pompy i urządzenia z nimi współpracujące mogą tworzyć całkiem duży „park maszynowy” (rys. Bel System)

Pompy takie umożliwiają pobieranie wody ze studni przydomowej, kiedy posesja leży na terenie nieuzbrojonym w sieć wodociągową.

Pompę dobieramy w zależności od typu studni.

Wodę ze studni kopanej, głębokości kilku metrów, można czerpać za pomocą pompy odśrodkowej o osi poziomej, umieszczonej w wydzielonym pomieszczeniu (np. w piwnicy) i wyposażonej w rurociąg ssący, zapuszczony do studni i zakończony koszem ssawnym. Na rynku można spotkać tego typu pompy samozasysające i starszej konstrukcji wymagające zalewania wodą przed ich uruchomieniem.

Pompa samozasysająca umożliwia pobór wody ze studni

W zależności od mocowania są stacjonarne (mocowane do fundamentu i łączone z instalacją rurową na sztywno) oraz przenośne wyposażone w uchwyt i ustawiane swobodnie na podstawie. Pompy przenośne łączy się z instalacją za pomocą przewodów elastycznych (węży).

Niezależnie od zabudowy każda z pomp powinna być wyposażona w zawory odcinające na przewodzie ssawnym i tłocznym, a na przewodzie tłocznym dodatkowo w zawór zwrotny.

Mając studnię wierconą, w której zwierciadło wody znajduje się płytko pod powierzchnią terenu, można również wykorzystać pompę odśrodkową o osi poziomej. Kryterium w tym przypadku stanowi różnica wysokości między lustrem wody w studni, a króćcem ssawnym pompy. Należy przy tym pamiętać, że w czasie poboru wody zwierciadło to się obniża, stąd należy wziąć pod uwagę jego minimalny poziom.

Różnica ta, zwana dopuszczalną wysokością ssania, dla różnych pomp może wynosić od 3 do 8 m.Jeśli mamy pewność, że zwierciadło wody w studni nie obniży się poniżej tej wartości, można użyć pompy o osi poziomej. Przekroczenie bowiem dopuszczalnej wysokości ssania spowoduje przerwanie strumienia cieczy i w konsekwencji tzw. pracę pompy na suchobiegu, co bardzo niekorzystnie wpływa na trwałość pompy.

Innym szkodliwym zjawiskiem jest kawitacja. Polega ona na gwałtownym parowaniu wody w niskiej temperaturze wskutek podciśnienia w rurociągu ssawnym. Wydzielające się przy tym pęcherzyki pary w szybkim tempie niszczą materiał rurociągu, obudowy pompy oraz wirnika.

Jeśli jednak lustro wody w studni wierconej występuje zbyt głęboko, stosuje się wtedy pompę głębinową. Jest to pompa o specjalnej konstrukcji z wodoszczelnym silnikiem, którą umieszcza się w studni poniżej minimalnego poziomu zwierciadła wody. Ponad pompą powinien pozostawać przynajmniej jeden metr wody.

Korpus pompy stanowi tuleja stalowa, mosiężna lub żeliwna – z materiałów odpornych na korozję. Najniżej w tulei znajduje się silnik elektryczny, potem część ssawna z sitem wlotowym, wirniki i zawór zwrotny. Prąd doprowadzany jest do pompy za pomocą kabla, biegnącego od tablicy rozdzielczej. Silnik pompy ma zabezpieczenie przed brakiem fazy, przeciążeniem, spadkiem napięcia w sieci oraz suchobiegiem.

Ważne: Pompa głębinowa pracuje zawsze jako zatopiona, nie występuje problem wysokości ssania i kawitacji. Jest zatem ona pewniejsza w eksploatacji niż pompa o osi poziomej, jednak jest od niej droższa przy porównywalnej wydajności.

Sterowanie pompami do wody czystej

Pompa automatycznie włącza się podczas poboru wody i wyłącza przy jego zaprzestaniu. Najprostszym sposobem sterowania pompą jest wyłącznik ciśnieniowy reagujący na spadek ciśnienia w instalacji w momencie pobierania wody.

Charakterystyczne dla instalacji wodociągowej w domu mieszkalnym, zwłaszcza jednorodzinnym, są częste, lecz krótkotrwałe pobory małych ilości wody. Sterowanie takie powoduje zbyt częste załączanie pompy na krótki czas. Taki cykl pracy jest jednak zawsze szkodliwy dla pompy.

Przeciętnie pompa nie powinna załączać się częściej niż 20-30 razy na godzinę, głównie ze względu na funkcjonowanie wyłączników elektrycznych. Aby ograniczyć liczbę włączeń pompy na godzinę, stosuje się zbiorniki hydroforowe, które akumulują ciśnienie i jednocześnie gromadzą pewien zapas wody. Mogą one współpracować zarówno z pompą o osi poziomej, jak i pompą głębinową. Producenci pomp oferują zazwyczaj gotowe zestawy dla obu tych wariantów.

Zestawy hydroforowe

Zestaw hydroforowy ze sterownikiem (fot. KSB Pompy i Armatura)

Zestaw taki stanowi pompa i zbiornik wodno-powietrzny. W zbiorniku hydroforowym nad zwierciadłem wody znajduje się poduszka sprężonego powietrza.

W momencie rozpoczęcia poboru wody powietrze wypycha wodę ze zbiornika do instalacji. Jednocześnie następuje spadek wartości ciśnienia powietrza.

Po osiągnięciu minimalnej wartości ciśnienia, wyłącznik ciśnieniowy, połączony z częścią powietrzną zbiornika, uruchamia pompę. Jej praca powoduje dopełnianie zbiornika wodą i ponowne sprężenie powietrza aż do osiągnięcia maksymalnej wartości ciśnienia.

Praca pompy jest niezależna od cykli poboru wody, a liczba jej włączeń na godzinę uzależniona jest od zakresu ciśnienia powietrza nastawionego na wyłączniku. Producenci oferują zarówno tradycyjne hydrofory, jak i nowszej konstrukcji.

Hydrofory tradycyjne

Hydrofory tradycyjne mają postać walca o osi pionowej, zazwyczaj są dużej pojemności (nawet około 300 litrów).

Problemem eksploatacyjnym hydroforów jest ich rozregulowywanie się wskutek:

• niekontrolowanego zasysania powietrza, zwłaszcza przy poborze wody ze studni kopanej,
• ubytku powietrza spowodowanego jego stopniowym rozpuszczaniem się w wodzie.

Przyczyną występujących problemów z hydroforami jest bezpośredni kontakt powietrza z wodą w tych zbiornikach.

Hydrofor tradycyjny

Współczesne zbiorniki hydroforowe

Współczesne zbiorniki hydroforowe są pozbawione tych wad. Osiągnięto to wprowadzając wewnątrz zbiornika elastyczną membranę gumową, rozdzielającą przestrzeń wodną od powietrznej.

W istocie woda znajduje się w worku gumowym. Zbiorniki te są mniejsze niż tradycyjne – w większości przypadków ich pojemność wynosi maksymalnie 50-60 litrów. Całe zestawy sprzedawane są jako kompakty złożone ze zbiornika o osi poziomej z zamocowaną na nim pompą.

Wyposażone są ponadto w przewód łączący pompę ze zbiornikiem oraz wyłącznik ciśnieniowy. Taki zestaw wystarczy włączyć w instalację wodną i używać wody. Są one znacznie mniej hałaśliwe niż tradycyjne i gwarantują duży komfort użytkowania

Nowoczesny zestaw hydroforowy

Interesującą propozycją jest system hydroforowy, w którym pompa, zbiornik ciśnieniowy i regulator elektroniczny tworzą jedną zwartą jednostkę zwaną JetpaQ. Wymaga ona tylko 1/3 miejsca zajmowanego przez zwykły zestaw hydroforowy.

Unikalną cechą tej pompy jest zmienna szybkość obrotów, regulowana szybkością przepływu wody. Dzięki temu JetpaQ zawsze dostarcza wodę o stałym ciśnieniu, nawet przy bardzo małych przepływach.

Nie ma sensu montować zestawu hydroforowego, jeśli pompy używa się do poboru wody ze studni tylko do podlewania ogrodu. Pompa pracuje wówczas dłuższy czas ze stałą wydajnością i nie występuje problem zbyt częstego załączania pompy.

Pompy do wody brudnej i ścieków

Pompa zatapialna do ścieków konieczna jest, gdy instalacja kanalizacyjna położona jest powyżej poziomu przykanalika

Budowa pompy głębinowej (fot. Grundfos)

• wolno stojące- ze specjalnym stojakiem, wstawiane do zbiornika ze ściekami i połączone z instalacją przewodem elastycznym,
• stacjonarne- wówczas wprowadzane są do zbiornika na specjalnych prowadnicach i łączą się automatycznie ze sztywnym przewodem tłocznym poprzez tzw. stopę sprzęgającą.

Producenci oferują dwa rodzaje pomp zatapialnych – w zależności czy jest to woda brudna, czy ścieki. Woda brudna (zużyta) to woda z umywalek, zlewozmywaków, pralek, wanien. Nie może ona zawierać fekaliów, gdyż pompy do wody brudnej mają mały przelot swobodny – 10 do 50 mm – jest to najmniejsza średnica króćca tłocznego lub kanału wewnątrz wirnika pompy.

Pompy stacjonarne mogą być stosowane do odprowadzenia ścieków np. z pralni zlokalizowanej w piwnicy, leżącej poniżej poziomu sieci kanalizacyjnej w ulicy – umieszczane są wówczas w studzience zbiorczej zagłębionej w posadzce piwnicy. Zaś pomp w wykonaniu przenośnym można używać do odwadniania pomieszczeń piwnicznych zalanych wodą gruntową lub opadową.

Pompy zatapialne do ścieków (niekiedy określane jako pompy do wody brudnej z fekaliami) nadają się do wszelkiego rodzaju ścieków domowych. Stosowane są wszędzie tam, gdzie ze względu na różnicę wysokości lub odległość nie jest możliwe odprowadzenie ścieków domowych w układzie grawitacyjnym.

Pompy te są montowane poza budynkiem w studzienkach zbiorczych wykonanych z kręgów betonowych. Oferowane są też przez producentów w zestawie ze zbiornikiem z tworzywa sztucznego. Interesujące są tzw. zestawy kompaktowe ze zbiornikiem przeznaczonym do montażu wewnątrz budynku pod pojedynczym przyborem sanitarnym, na przykład – miską ustępową.

Przetłaczanie ścieków zawierających fekalia możliwe jest albo przez zwiększenie przelotu swobodnego pompy (większego niż 50 mm), albo wyposażenie pompy w rozdrabniacz części stałych (fekaliów, papieru, włosów itp.).

Szczególnym rodzajem pomp zatapialnych są pompy fontannowe, które służą do tłoczenia wody czystej. Wstawia się je do oczka wodnego w ogrodzie. Wymienne końcówki pozwalają na uzyskanie różnego kształtu strumienia wody w fontannie.

Sterowanie pompami zatapialnymi

Jest znacznie łatwiejsze niż pompami do wody czystej. Wyłącznik pływakowy, stanowiący zazwyczaj standardowe wyposażenie pompy, zapewnia automatyczne włączanie pompy przy maksymalnym poziomie ścieków w komorze zbiorczej i wyłączanie jej – przy osiągnięciu poziomu minimalnego.

Istotną sprawą jest również chłodzenie silnika pompy, od czego zależy ustawienie minimalnego oraz maksymalnego poziomu ścieków w zbiorniku.

Niektóre pompy są wyposażone w płaszcz chłodzący – zapewnia on przepływ tłoczonych ścieków wokół silnika i przez to jego chłodzenie. Pompa taka może pracować z wynurzonym silnikiem. Pompy bez płaszcza chłodzącego muszą pracować całkowicie zanurzone przez cały czas.

Dobór pompy

Pompa określana jest przez dwa parametry: wydajność Q (l/s lub m³/h) oraz wysokość podnoszenia H mierzoną w metrach słupa wody. Parametry te należy dobrać do: wielkości zapotrzebowania wody w domu (wydajność) oraz sumy strat hydraulicznych w instalacji (wysokość podnoszenia).

Najprościej jest zlecić dobór pompy wykwalifikowanemu specjaliście. Jeśli jednak chcemy sami to zrobić, możemy przyjąć orientacyjne wartości.

Zapotrzebowanie na wodę pitną zależy od liczby i rodzaju podłączonych odbiorników:

• dla małego domu (kuchnia, jedna łazienka, pralnia) – 0,69 l/s (2,5 m³/h);
• dla dużego domu (kuchnia, dwie łazienki, pralnia) – 0,84 l/s (3,0 m³/h).

Ilość ścieków jest nieco większa, ponieważ na jej określenie ma wpływ największa wydajność pojedynczego przyboru – w praktyce miski ustępowej. Ilość ścieków można zatem przyjąć odpowiednio:

• dla małego domu – 1,54 l/s (5,54 m³/h),
• dla dużego domu – 1,94 l/s (6,98 m³/h).

Dobowe zapotrzebowanie na wodę (oraz jednocześnie dobowa ilość ścieków) wynosi przeciętnie ok. 150 litrów na osobę na dobę.

Wysokość podnoszenia określa się przez sumę wysokości geometrycznej, na jaką należy przetłoczyć wodę lub ścieki, oraz oporów hydraulicznych rurociągu.

W praktyce dla wody można przyjąć sumę:

Jeśli hydrofor ma wspomagać niedostateczne ciśnienie w sieci wodociągowej, od sumy ciśnienia na wlocie do baterii i oporów hydraulicznych należy odjąć faktyczne ciśnienie w sieci.

Dla ścieków przyjąć można sumę:

Praktyczne uwagi

Dobierając pompę dla wody należy pamiętać, że wydajności pomp są większe od chwilowego poboru wody, stąd zawsze konieczny jest zbiornik hydroforowy. Dobierając wielkość zbiornika należy kierować się wytycznymi producenta. W przypadku pompy ściekowej jej wydajność nie może być mniejsza od największego jednostkowego odpływu z przyboru. Z kolei pojemność zbiornika należy tak dobrać, aby pompa uruchamiała się co najmniej raz na dobę.

Niespełnienie tego warunku prowadzi do zalegania osadów w zbiorniku i w konsekwencji do zagniwania ścieków. Pociąga to za sobą konieczność czyszczenia zbiornika z osadów, które normalnie są unoszone wraz ze ściekami, oraz do powstawania nieprzyjemnych zapachów.

Każda pompa ma charakterystykę, czyli określony przez producenta wykres zależności między wydajnością Q i wysokością podnoszenia H – znaleźć go można w katalogu pomp, gdzie na jednym diagramie zebrane są charakterystyki całego typoszeregu.

Określając wymaganą wydajność pompy i wysokość podnoszenia ze względu na zapotrzebowanie wody (lub zrzut ścieków) oraz opory hydrauliczne konkretnej instalacji wyznaczamy punkt pracy pompy, który należy nanieść na wykres charakterystyk pomp i odnaleźć tę najbliższą punktu pracy (przebiegająca przez niego lub tuż ponad nim).

Zbyt mała pompa nie zapewni przetłoczenia medium na odpowiednią wysokość lub nie da dostatecznej wydajności. Zbyt duża zaś będzie zużywała nadmierne ilości energii elektrycznej ze względu na większą moc silnika, a jednocześnie będzie pracować w bardzo krótkim cyklu włączenia-wyłączenia, co obniży jej żywotność.

O czym jeszcze trzeba pamiętać?

Dostępne na rynku pompy zasilane są napięciem 230 V lub 400 V. W większości przypadków dla domu jednorodzinnego wystarczające są pompy z zasilaniem jednofazowym, tj. 230 V. Nie ma zatem potrzeby montażu instalacji trójfazowej, należy jednak odpowiednio dobrać bezpieczniki i przekroje kabli zasilających.

Wymaganą moc pompy warto znać już przed rozpoczęciem budowy domu, aby móc uwzględnić ją przy uzyskiwaniu warunków technicznych podłączenia domu do sieci energetycznej. Praktycznie moc domowych pomp do wody i ścieków nie przekracza 2,5 kW. Pompy takie podlegają obowiązkowej certyfikacji na znak bezpieczeństwa „B”.

Ponadto zbiorniki hydroforowe, dla których iloczyn ciśnienia i objętości przekracza 0,005 MPa•m³, muszą mieć świadectwo Urzędu Dozoru Technicznego. Kupując hydrofory należy się więc upewnić, czy ma on wymagane certyfikaty. Pompy i zestawy hydroforowe dla wody pitnej muszą ponadto mieć stosowny atest higieniczny Państwowego Zakładu Higieny.

Urządzenia bez takiego atestu mogą być wykonane z materiałów pogarszających smak i zapach wody, jak również uwalniających szkodliwe dla zdrowia związki – przykładowo pompy dopuszczone dla wody pitnej nie mogą mieć elementów wykonanych z brązu, uwalniającego do wody ołów.

Najpewniejszą drogą zakupu pompy lub hydroforu jest zakup u autoryzowanego dystrybutora. Zapewni on fachowe doradztwo, profesjonalny dobór wielkości urządzenia oraz serwis gwarancyjny i pogwarancyjny z dostępem do części zamiennych.

Kupując zestaw pompowy powinniśmy otrzymać do niego instrukcję obsługi zawierającą między innymi:

Jan Helak