Выбор насоса для подачи воды в загородный дом

Чтобы определиться, какой насос будет поднимать воду из скважины в дом, нужно иметь общее представление о самих скважинах. В практике водоснабжения частных домов есть два распространённых типа скважин и, соответственно, два варианта насосного оборудования для них. Первый тип скважин имеет несколько названий — абиссинский колодец, скважина «игла», забивная, или фильтровая, скважина. Строго говоря, это даже не скважина, а трубчатый колодец. По Закону о недрах, на него не нужно разрешения и лицензии — при условии, что бурение идёт до первого водоносного слоя, не являющегося «общественным». Это так называемая зона аэрации, область безнапорных грунтовых вод. Скважину забуривают ниже водоупорного слоя глины, до водоносного песка. Поэтому так и говорят — скважина «на песок». Воду из неё поднимают бытовыми вакуумными насосами.

Даже если вода, находящаяся в песчаном слое, окажется непригодной для питья, её можно будет использовать в технических нуждах, для полива. Но в этом случае для питьевого водоснабжения потребуется устройство другой скважины — «на известняк». Другое её название — артезианская. Её глубина, как правило, пятьдесят и более метров. Водоносный слой, до которого бурится артезианская скважина, находится под гидростатическим давлением. Чтобы качать воду из артезианской скважины, нужны специальные глубинные насосы.

Для устройства артезианской скважины необходимо получать лицензию, а само бурение вести по проекту, согласованному с Рос­потребнадзором. Готовая скважина получает паспорт и ставится на кадастровый учёт. Вокруг обязательно организуют санитарную зону.

Насос для абиссинского колодца

НАСОС ДЛЯ АБИССИНСКОГО КОЛОДЦА

Преимущество этого типа скважины в том, что пробурить её можно быстро, в стеснённых условиях и компактным оборудованием. Стоимость строительства такой скважины намного меньше, чем артезианской.

Шнековое бурение и монтаж труб с фильтром занимает порядка трёх часов. Когда пробурена сама скважина, на место шнеков монтируют трубы на резьбе, внизу заканчивающиеся сетчатым фильтром. Скважину прокачивают до визуально чистой воды. Наиболее чистый водоносный слой определяют в ходе бурения по цвету и размерности песка. Чем светлее песок, тем чище вода. Чтобы дебит скважины был достаточным, нужно найти песок максимально крупной фракции. В таком песке вода быстрее восполняется при отборе.

Если насос устанавливают в кессоне или в самом здании, то трубы применяют относительно небольшого диаметра — как правило, это один дюйм (25 миллиметров). Они обеспечивают достаточно высокий столб воды.

Поднять воду из такой скважины способны вакуумные насосы как с ручным включением, так и автоматические насосные станции, оборудованные пусковым реле по датчику давления. Если нет электричества, используют ручной механический насос, так называемый альвеер.

Устройство абиссинской скважины возможно только в определённых геологических условиях. Нужна песчаная водонасыщенная прослойка на отметке не менее 12 метров от поверхности. Бытовые насосы, вибрационные и центробежные, рассчитаны на подъём воды именно с такой глубины. Поэтому, если грунт до отметки 10 метров складывается из глины, суглинков или каменистых скальных пород, бурить такую скважину не имеет смысла.

В песчаных грунтах дебит абиссинской скважины составляет примерно два кубометра воды в час. Дебит — это объём жидкости, стабильно поступающей в единицу времени.

От дебита напрямую зависит выбор насоса. Чем дебит выше, тем больше может быть производительность насоса. Чтобы определить дебит, всю воду выкачивают мощным насосом в большую мерную ёмкость. После этого величину интенсивности, с которой вода откачана при замере (кубический метр в час), делят на статический уровень, определённый для скважины, отстоявшейся в течение суток, и умножают на высоту водяного столба. Полученный результат будет дебитом скважины, на его основании и подбирают насос.

А ту высоту, на которой при откачке уровень воды снижается и останавливается на определённой отметке, называют динамическим уровнем. Вода на нём прибывает с той же скоростью, с какой откачивается насосом. На динамическом уровне дебит и производительность насоса уравниваются. Производительность измеряется в объёме воды, выкачиваемой за единицу времени. Обычно указываются метры кубические в час.

Если разница между динамическим и статическим уровнями составляет метр и больше, значит, можно установить насос с большей производительностью. Однако, когда дебит скважины равен или даже меньше производительности насоса, уровень воды при откачке падает быстрее, чем восполняется.

Глубина абиссинской скважины может быть от 5 до 25 метров. Несмотря на то, что вакуумный насос способен поднять воду с глубины 8–10 метров, при высоком статическом уровне и достаточном дебите вода способна держаться в трубе на глубине всего 3–5 метров от уровня земли. То есть в рабочей зоне насоса.

Если абиссинской скважиной пользоваться постоянно, не допуская высыхания и заиливания труб и фильтра, то при правильно подобранном насосе такая конструкция прослужит десятилетия.

Кессонная камера

МЕСТО ДЛЯ НАСОСА

Ближайшее к скважине место — кессонная камера. Так называют утеплённый приямок глубиной чуть ниже уровня промерзания (для средней полосы это около двух метров). Следует учитывать, что напор насоса складывается из высоты вертикального столба подъёма воды и примерно десятой части длины горизонтальных участков. Поэтому, если от водоносного слоя до места установки насосной станции по вертикали и горизонтали суммарно больше 15 метров, возможно, потребуется установка промежуточного повысительного насоса, в зависимости от рабочих характеристик насоса, пьезометрического графика местности и объективных потерь на трение и местное сопротивление.

У каждого насоса есть максимальная высота всасывания (от фильтра на дне скважины до всасывающего патрубка насоса) и высота нагнетания (от нагнетательного патрубка насоса до самого высокого водоразборного крана). Со стороны нагнетания, если считать напор в метрах водяного столба, также теряется примерно одна десятая длины горизонтальных участков.

При использовании поверхностных центробежных насосов появляется ещё один аргумент в пользу кессонной камеры. Дело в том, что при пониженном дебите скважины возможно перегорание двигателя на сухом ходу. Способы защиты от сухого хода бывают разные. Самый простой — поплавковый датчик опорожнения, применяемый для колодезных насосов.

Кабель поплавка включается в разрыв фазы, питающей насос. Когда уровень перекачиваемой жидкости опускается ниже минимального уровня, контакты поплавка размыкают фазу, насос останавливается. Для самого насоса эта защита не прямая и не всегда надёжная. Сигналом к отключению в данном случае является всего лишь произвольно установленный уровень крепления поплавка. Также эта схема конструктивно неприменима для узких скважин.

Более надёжной защитой служит реле давления со срабатыванием по нижнему уровню, который заведомо ниже рабочего давления насоса. Этот способ используется при работе насоса совместно с вакуумным баком.

Следующей разновидностью защиты от сухого хода будет реле потока. Оно включает насос при уменьшении давления в системе до величины, установленной при настройке. Как только прекращается водоразбор, жидкость перестаёт проходить через реле и насос отключается. Встроенный в реле датчик протока регистрирует расход жидкости и её отсутствие. Отключение насоса происходит с задержкой по времени, после регистрации сухого хода.

Реле давления в сборе с манометром

Насосную станцию необходимо устанавливать на ровном горизонтальном основании, по уровню. Только так насос будет работать на максимальной производительности. Если это подтопляемый подвал или кессонная камера скважины, под насосом должно быть железобетонное основание выше возможного уровня затопления. В подвале жилого дома желательно установить виброоснование. Ведущие производители насосов предлагают для своего оборудования специальные виброгасящие опоры. Для электробезопасности насосную станцию заземляют.

Устанавливать насосную станцию в кессонной камере нужно ниже отметки промерзания земли, с обязательным утеплением. При возможности — проложить термошнур по всей длине водопроводного ввода, от кессона до дома. Это предупредит замерзание и разрыв трубы при сильных морозах и нерегулярном использовании водопровода.

Бак-аккумулятор в сборе с реле давления и распределительной гребенкой

Ёмкость аккумуляторного бака насосной станции подбирают с учётом количества проживающих в доме либо числа водоразборных точек. Обязательно учитывается часовая неравномерность потребления — на утреннее и вечернее время приходится максимум водоразбора. Также не стоит забывать о запасе воды на случай перебоев с электричеством. Долгое время выдерживать частые перепады давления позволит мембрана бака из прочного, но эластичного материала. Корпус бака должен противостоять коррозии и известковым отложениям.

Если вода железистая или сильно кальцинирована, содержит твёрдые включения, то до насоса нужно установить фильтр или целую фильтрующую станцию с агрегатами очистки, смягчения и обезжелезивания воды. Это в разы увеличит срок службы насоса. Поэтому при подборе насоса придётся учесть потери давления в фильтрах.

АВТОМАТИЗАЦИЯ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

Давление в городском водопроводе обеспечивают мощные сетевые насосы. Для частного дома, который снабжается водой от собственной скважины, недостаточно установки только насоса. Конечно, можно включать его напрямую, закачивая воду в ёмкость, но для организации водоразбора через краны нужно автоматизировать подачу воды, одновременно обеспечив нужный напор. Для этой цели служит вакуумный бак­-аккумулятор, где давление поддерживается на нужном уровне. Реле давления срабатывает по нижнему и верхнему пределу, установленному для бак-а­аккумулятора при настройке.

Автоматическая насосная станция Metabo HWWI 3500/25 Inox | HWWI 4500/25 Inox

Конечно, можно сэкономить на баке-­аккумуляторе и подключить насос к водоразбору напрямую, только через реле давления. Однако в этом случае намного увеличится износ насоса и, соответственно, сократится срок его службы. Кроме того, производители насоса часто указывают в сопроводительной документации максимально возможное число включений агрегата за короткое время. Если нарушить это ограничение, двигатель насоса просто выйдет из строя.

Для плавного и экономного изменения оборотов двигателя (а следовательно, производительности насоса) служит частотный преобразователь. Манометр ничего не регулирует, но показывает исправность бака-­аккумулятора, находящегося под давлением, и служит для настройки и регулировки реле. Необходимый элемент разветвлённой системы водоснабжения — «гребёнка» (распределительный коллектор), на каждом ответвлении которой может быть установлен отдельный балансировочный клапан. Это регулятор, работающий без электроэнергии по принципу «прямого действия» — за счёт измерения давления в трубе через импульсные трубки — «до себя» или «после себя».

КАКОЙ НАСОС ЛУЧШЕ?

Для водопроводных скважин используются как погружные, так и поверхностные насосы. Важнее не место расположения, а принцип действия. Погружные вибрационные насосы типа «Малыш», «Ручеёк» получили большое распространение, потому что относительно дёшевы и просты в эксплуатации. Но они часто выходят из строя, так как клапанно-­поршневая система быстро изнашивается, резиновая манжета со временем теряет эластичность, обмотка двигателя перегорает. Вибрация насоса не лучшим образом сказывается на целостности скважины. Насос можно расположить и в скважине, и в кессонном колодце, и на удалении от источника воды. Выбор типа источника и насосного агрегата зависит от конкретных условий и их влияния друг на друга.

Предпочтение следует отдать центробежным погружным насосам. У них выше КПД, так как вращательное движение лопастей экономичнее возвратно­-поступательного движения вибрационных поршней. Корпусы насосов изготавливают из более дорогих, но долговечных износостойких материалов, не подверженных коррозии, — полимеров или нержавеющей стали. При необходимости их никелируют. Приёмные отверстия защищены фильтром, предохраняющим крыльчатку от твёрдых частиц. Погружные насосы не предназначены для работы на воздухе.

Насосы с мокрым ротором и защищённым статором малошумны, экономно потребляют электроэнергию. Многие насосы оснащаются устройством частотного регулирования. При снижении расхода воды в системе переключаются обмотки двигателя, уменьшается число оборотов крыльчатки, напор и подача снижаются. В пиковое время водоразбора производительность, наоборот, повышается. Если насос не имеет встроенного частотного преобразователя, его можно приобрести отдельно.

Корпус насоса и двигателя должен быть изготовлен из устойчивой к коррозии стали. На входных и выходных патрубках предпочтительнее резьба, а не штуцер под шланг. Лучшие подшипники — из металлокерамики. Современные скважинные насосы имеют плавный пуск, встроенную защиту от колебаний напряжения, перегрузок, перегрева и «сухого хода». При небольших размерах у них высокий КПД.

При вращении крыльчатки центробежного насоса её лопасти поднимают воду по приёмной камере к нагнетательному патрубку. Водяная рубашка двигателя предотвращает его перегрев. Насос имеет блок управления, к которому можно подключить поплавковые датчики уровня для автоматической остановки и включения. Насосной станцией управляет реле давления. Оно отключает насос, когда давление в системе достигает верхнего предела настройки, и включает при достижении нижнего значения — когда давление воздуха в «сухой» части бака-­аккумулятора превышает давление воды в отсеке бака, отделённом эластичной мембраной.

Погружные насосы опускают на прочном капроновом тросе по обсадной трубе скважины до той глубины, что указана в техническом руководстве насоса. Главное — нельзя устанавливать насос на самом дне скважины, иначе внутрь затянет грунт и мелкие камешки. Оптимальная высота установки фильтра — метр выше дна.

Сначала к насосу подводят посадочный шланг, подключают электрокабель. Потом крепят водопроводный шланг и на посадочном тросе опускают насос до нужной глубины. Посадочный трос должен пересекать центр скважины. Только в этом случае насос будет работать стабильно. Водопроводный шланг соединяют с трубопроводом, подающим воду в дом. После этого остаётся лишь убедиться в герметичности выполненных соединений.

Диаметр погружного насоса должен быть на 30 см меньше диаметра горловины. Это нужно для отвода тепла от насоса.

Даже если у скважины хороший дебит, при выборе насосного агрегата следует также ориентироваться на возможности электросети. Чем выше производительность насоса — тем больше киловатты его двигателя. Если насос создаст перегрузку в сети, может случиться короткое замыкание.

Скважинный насос Grundfos SQ с кабелем

В узких скважинах устанавливают тонкие вертикальные насосы центробежного действия. А если источник водоснабжения — простой колодец открытого типа, то в нём допустим как поверхностный насос со всасывающим шлангом, так и погружной агрегат, способный поднимать воду с глубины свыше 8 метров. В первом случае нужно следить, чтобы насос не перегрелся. Во втором случае насос охлаждает себя сам. Погружной насос для широких колодцев, как правило, уже имеет в конструкции поплавковый датчик верхнего и нижнего уровня откачки и отключается, когда его корпус оказывается выше воды. При этом насос нельзя опускать ниже чем на метр ото дна, иначе его лопасти будут захватывать грунт и песок. Над насосом также должен быть пласт воды толщиной не меньше метра.

Поверхностные насосы устанавливают на горловине скважины в кессонной камере. Допустимо также устанавливать их на некотором удалении от скважины — в подвале, в отапливаемой пристройке к дому. Достоинства поверхностных насосов в том, что ими разрешается выкачивать воду из узких скважин, куда нельзя опустить погружной агрегат. Поверхностный насос всегда под контролем, можно оперативно устранять возникающие неисправности, а при необходимости быстро его заменить. Однако такой насос более шумный за счёт воздушного охлаждения двигателя. При подборе поверхностного насоса нужно учитывать потери не только со стороны нагнетания, но и со стороны всасывания.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ АРТЕЗИАНСКОЙ СКВАЖИНЫ

Артезианская скважина обеспечивает дом наиболее чистой водой. Глубина скважины может быть от 50 до 250 метров. Для подъёма такого столба воды требуется погружной насос, который способен работать на большой глубине. Тип и рабочие характеристики насоса определяют исходя из нескольких факторов.

Насос вибрационного типа «Малыш» и ему подобные способны поднимать воду с глубины до 40 метров. Есть модификации «Малыша» с верхним всасыванием, что уменьшает забор донного песка. Однако вибрация насоса всё равно приводит к подъёму осадка. Как следствие, поступает мутная вода. Если такой насос застрянет в трубе, то работы по восстановлению скважины окажутся на порядок дороже стоимости насоса.

Артезианская скважина служит приблизительно пятьдесят лет. Поэтому основные требования к насосу — надёжность и долговечность. Для подъёма воды лучше использовать глубинные центробежные насосы.

Если глубина скважины не более 100 метров, а водопотребление не более 5 м3/ч, то можно выбрать однофазный насос. Некоторые модели выпускаются только с трёхфазным двигателем, независимо от подачи и напора, а это требует отдельного ввода электросети.

Диаметр эксплуатационной колонны должен быть таким, чтобы между насосом и стенкой трубы оставался зазор. Фильтр на артезианскую скважину, как правило, не устанавливается. В отличие от песчаного горизонта вода артезианского слоя не требует дополнительной очистки.

Независимо от конкретной модели, все глубинные насосы имеют похожую конструкцию — закреплённые на валу рабочие колёса, находящиеся в корпусе из нержавеющей стали, и приводной электродвигатель. Рабочие колёса — основной элемент насоса. Их изготавливают из чугуна, нержавеющей стали или износостойкого пластика. Несмотря на то, что артезианская вода практически чистая, имеет смысл подстраховаться и приобрести насос, который позволяет перемещать воду с небольшими песчаными примесями, порядка 50–150 г/м3.

Глубинные насосы обеспечивают системой термозащиты. При перегреве насос автоматически отключается. Скважинные насосы снабжают внешними или внутренними пусковыми устройствами. Чаще всего они выполняются как отдельная конденсаторная коробка, что предохраняет от короткого замыкания.

Погружные скважинные насосы обычно имеют диаметр корпуса 100 мм. Поэтому обсадная колонна скважины должна выполняться из труб следующего большего диаметра. По сортаменту это трубы условным диаметром 125 и 150 мм. Труба 125 мм «катается» в основном под заказ, поэтому проще бывает купить и установить обсадную диаметром 150 мм.

Также при подборе насоса нужно обращать внимание на качество воды. Не все марки скважинных насосов имеют встроенный фильтр на водоприёмном устройстве.

Если насос эксплуатируется как дачный несколько месяцев в году, то подойдёт недорогой агрегат. Для круглогодичного использования лучше приобрести дорогую, но качественную модель.

Насос Grundfos MQ 3–35

РАСЧЁТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И НАПОРА НАСОСА

Независимо от того, является источником водоснабжения неглубокий трубчатый колодец или полноценная артезианская скважина, действуют общие принципы подбора насосного оборудования. Ибо конечная задача любого насоса — обеспечить здание водой и создать такое давление в водопроводной сети, при котором будут нормально функционировать все водоразборные устройства.

Все насосы подбирают по номограммам исходя из требуемого напора (метры водяного столба) и подачи (метры кубические в час). Рабочая характеристика насоса — это две кривые, показывающие зависимость напора от подачи. Они определяются на стендовых испытаниях насосов при постоянном числе оборотов. На пересечении этих линий находится рабочая точка насоса. Производительность насоса не должна быть выше производительности скважины. После бурения всегда делают опытную откачку, которая демонстрирует, сколько воды реально выкачать из скважины.

Насосная станция Wilo Jet

Чтобы определить необходимую подачу воды насосом, нужно знать суммарный расход всех потребителей в доме. Потребители в данном случае — это не люди, а водоразборные точки. Смесители в ванной и на кухне, унитаз, стиральная и посудомоечная машины и т. п.

Конкретные цифры расхода воды каждым таким потребителем даны в Приложении А «Расчётные расходы воды» СП 30.13330.2012. «Свод правил. Внутренний водопровод и канализация зданий». Эта таблица составлена уже с учётом часовой неравномерности потребления. При расчёте также необходимо учитывать запас в 10–15 процентов.

Второй важный параметр — высота подъёма воды. Она складывается из геометрической высоты от отметки установки погружного насоса или низа фильтра до отметки душевой сетки на самом верхнем этаже, а также свободного напора в 7 метров водяного столба. Учитываются и потери на трение и местное сопротивление в элементах водопроводной системы — трубах, регулирующих клапанах, фильтрах и водомере (при его наличии). И снова не забываем про запас в 10–15 процентов. Если его не учесть, то насосная станция будет работать на износ, на пределе возможности.

Ликбез опубликован в объединённом выпуске «Весна 2017»
журналов «Инструменты» + «Всё для стройки и ремонта» + «GardenTools»
серии «Потребитель»

Архив всех выпусков в pdf-формате смотрите здесь