Квартирні регулятори тиску – особливості роботи

В. Поляков

Для чого власне встановлюють регулятор тиску в квартирі та які особливості його функціонування, які головні перестороги треба враховувати для установки такого приладу?

Квартирні редуктори тиску води встановлюють для забезпечення стабільного тиску у домашній мережі, спираючись, в першу чергу, на здатність редуктора якомога точніше підтримувати заданий тиск робочої рідини на виході після себе, незалежно від зміни витрати води та вхідного тиску. Ця властивість безпосередньо впливає на комфорт користувачів системи водопостачання у квартирі та деякою мірою, на довготривалу роботоспроможність трубопроводів, арматури та інших при-
ладів в цій локальній мережі – редуктор підтримує налаштований тиск також й у статичному режимі, тобто коли немає забору води.

Квартирні редуктори тиску виокремлені в особливу групу регулюючої арматури, вимоги до якої викладені в DIN EN 1567 «Арматура водопровідна для будинків. Редукційні та комбіновані редукційні клапани для води. Вимоги та випробування», а також в ДБН В.2.5-64:2012 «Внутрішній водопровід та каналізація. Частина І. Проєктування. Частина ІІ. Будівництво», додатково з деякими відповідними рекомендаціями, що містяться в п. 5.4.18.10 «Настанови по імплементації стандарту ДСТУ-Н Б B.3.2-3:2014 «Настанова з виконання термомодернізації житлових будинків»».

Принцип роботи квартирних редукторів тиску

Принцип роботи квартирних редукторів (регуляторів тиску), що працюють за схемою регулювання «після себе», можна пояснити доволі просто (див. рис. 1).

Рис. 1. Принципова схема регулятора тиску «після себе»

Коромисло з рівними плечима важеля та опорою в т. «О» врівноважено силами, що діють на поршні «а» і «b». Вхідний тиск Рвх. тисне на малий поршень «а» з силою F₁ = Р _вх. *S_а, де S_a– площа малого поршня. Тиск на виході Рвих. діє на більший поршень «b» з силою F₂ = Р_вх. * S_b, де S_b – площа великого поршня. Поршень «b» підважений пружиною F₃ = k ·х, где k – пружність, а х – стиснення пружини. Таким чином, сили F₂ і F₃ намагаються відчинити клапан, а сила F₂ – прагне його зачинити. У врівноваженій позиції коромисла через робочу щілину в квартирний трубопровід поступає вода з певною подачею. На роботу регулятора також впливають сили тертя в ущільненнях великого та малого поршнів (a і b), а також реактивні сили потоку, що намагаються прикрити щілину на сідлі поршня a ще більше у тому випадку, коли ця робоча щілина менше.

В мембранних редукторах замість поршня «b» використовується резинова мембрана.

Мембранні редуктори діють подібно поршневим, в них менше поверхонь та елементів для тертя, менше місць утворення шкідливих зусиль, тому вони зазвичай надійніші, витриваліші, дещо точніші, але й дорожчі.

На ринку пропонується доволі широкий модельний ряд поршневих та мембранних редукторів, що мають різну пропускну здатність, межі налаштувань, максимальні коефіцієнти редукції, додаткові можливості тощо.

Коли виникає потреба в редукторах тиску?

Випадків, коли квартирний редуктор тиску дійсно потрібен, власне є всього три:

• тиск у стояку водопроводу на рівні вводу у конкретну квартиру є вищим, аніж значення припустимого тиску;
• редуктор виконує роль обмежувача потоку в дану квартиру, щоб забезпечити достатній тиск перед водорозбірними приладами на інших поверхах будинку в цілому;
• істотна різниця в тиску гарячої та холодної води, що перешкоджає нормальній роботі змішувачів.

Розглянемо кожен з таких випадків окремо.

Тиск у стояку водопроводу вище припустимого

Припустимий тиск на вході у квартирний водопровід визначено положеннями ДБН В.2.5-64:2012 «Внутрішній водопровід та каналізація», а саме в п. 6.6: «Тиск води в системах питного та протипожежного водопроводу на відмітці найбільше низько розташованих санітарно-технічних приладів не повинен перевищувати 0,45 МПа, на відмітці вище розташованих приладів – за паспортними даними цих приладів, а за відсутності таких даних – не менше 0,2 МПа й не більше ніж 0,45 МПа на всіх інших поверхах…».

Розглянемо для прикладу стояк ХВП у будівлі с 25-ма поверхами (рис. 2).

Рис. 2. Схеми стояка ХВП 25-поверхового будинку:
а) без редукторів; б) редуктори на 4,5 бар; в) редуктори на 2,7 бар

Якщо висота поверху 3,0 м та лінійні втрати по стояку 500 Па/п.м., тиск на рівні водорозбірного пристрою першого поверху має складати 9,56 бар. Лише за цих умов тиск на рівні 25-го поверху досягатиме необхідного значення 2,0 бар. Тобто, до 17-го поверху рівні тиску перевищують нормовані ДБН значення тиску на вході, а саме 4,5 бар. Виходить, що лише на останніх 7 поверхах даної багатоповерхівки не треба встановлювати редуктори тиску на вводі води в квартиру.

Чим небезпечний підвищений тиск у квартирному водопроводі?

По-перше, більшість побутових водорозбірних пристроїв розраховано на тиск не більше 6 ÷ 10 бар, вони просто можуть не витримати вищого тиску.

По-друге, за умов підвищеного тиску суттєво підвищується вірогідність прискореного кавітаційно-абразивного зносу золотникової частини змішувачів та кранів. Це можна проілюструвати наступним чином (див. рис. 3).

Рис. 3. Рух води через вентиль змішувача

Припустимо, що на вхід квартири подається вода під тиском Р_вх.

Користувач налагоджує змішувач так, щоб тиск після нього складав Рвих. За цих умов перепад тиску на запірному елементі змішувача дорівнюватиме:

ΔР_зміш=Р_вх-Р_вих (1)

Коефіцієнт місцевого спротиву у золотника можна викласти формулою (2):

ζ=((S_вх/S_д·ε)-1)² (2),

де,

S_вх – площа отвору на вході; S_д – площа дроселюючого отвору; S_д=πD_зол.·H; D_зол. – діаметр золотника; H – висота підйому кромки золотника над сідлом; ε – коефіцієнт стискування струменя, для вентильних вузлів ε дорівнює 0,65.

Отже, перепад тиску на вентильному пристрої складе:

ΔP_вент.= ζ·Р_дин.=((S_вх/πD_зол.·H·ε)-1)²·½·ρ·V_вх ²) (4)

Оптимальну подачу через вентиль змішувачаможна прийняти G=0,1 л/с, що відповідає швидкості потоку у вхідному трубопроводі із сталевих труб ½” (при D_вх=15,7 мм; S_вх=193 мм²). Звідси швидкість води на вході:

Vвх=G·10^-3/S_вх·10^-6=(0,1·10^-3/193·10^-6)=0,52 м/с (5)

Тоді швидкість води в проточній частині запірного елементу золотника вираховується за формулою:

V_зол=G·10^-3/(πD_зол.·H·10^-6) (6)

Для наочності можна скласти таблицю залежності перепаду тиску на вентилі та швидкості потоку у проточній частині золотникового елементу від висоти піднімання золотника вентилю H (висоти циліндричного дроселюючого поясу, через який протискується вода при D_зол.= 12 мм).

Тиск Р_вил, що забезпечить подачу G=0,1 л/с через змішувач, можна розрахувати за формулою:

Р_вил=0,005·(4G/μπd²)=0.005·(4·0,1·10^-3)/(0,1·3,14·122·10^-6)=0,39 бар (7),

де μ – коефіцієнт витрати (для змішувачів з аераторами ванн та рукомийників μ=0,1); d – внутрішній діаметр виливу (приймаємо 12 мм).

Якщо проаналізувати таблицю 1, то можна зробити висновок, що чим вищим є тиск перед вентилем, тим меншою є зона (здатність) регулювання, тобто зміщення золотника лише на 0,1 мм призводить до суттєвої зміни показників подачі, що не дозволяє адекватно та коректно налаштувати потрібну кількість води, яка подається через змішувач (а для гарячої води – це впливає й на регулювання температури).

Таблиця 1. Залежність показників редуктора від висоти підйому золотника над сідлом

Припустимо, тиск на вході Р_вх дорівнює 6 бар.

Для зменшення тиску до потрібних 0,39 бар золотник має розташуватися над сідлом на відстані лише 0,12 мм. При цьому швидкість у проточній частині на кромках запірного елементу досягатиме 22 м/с. Така велика швидкість окрім суттєвого шуму викликатиме абразивно-кавітаційне зношування сідла та металічного корпусу змішувача, що поруч із сідлом. Наявність у воді мікроскопічних абразивних часток ще більше посилює руйнівну здатність потоку та зношення приладу.

Установка фільтрів механічного очищення води не вирішує вповні проблему видалення абразивних часток, більше того, їх паспортна пропускна здатність не відповідає фактичній, особливо для значного дроселювання.

Для прикладу, що наводиться для стояка 25-поверхової будівлі, де на 18-му поверсі тиск на введенні до квартири перевищує 4,5 бар, необхідно кожен поверх від першого до 17 обладнати редукторами тиску на введенні до квартир, що налаштовані на тиск після себе 4,5 бар (див. рис. 1б). Поверхи з 18-го до 25-й таких приладів не потребують. Навіть якщо вони й змонтовані, то регулюючі золотники мають бути в них виведені в стан «повністю відкрито».

Редуктор тиску для обмеження потоку

Зважаючи на те, що для розрахунку витрат холодної та гарячої води спираються на ймовірнісні методи, то в час пікових потреб у воді не у всі квартири багатоповерхового будинку вода потрапляє з однаковими параметрами. До прикладу, у наведеній на рис. 1б схемі для 25-поверхового будинку, на верхні поверхи буде потрапляти замало води, або її зовсім не буде, навіть якщо всі редуктори будуть встановлені згідно із схемою.

Річ у тім, що існує різниця вхідного тиску із-за рівня (висоти) поміж першими та останніми поверхами. Підвищена подача води на нижніх поверхах призводить до нестачі води на верхніх поверхах. Щоб запобігти даній нерівномірності подачі подеколи використовують динамічні обмежувачі витрат води, які не впливають на налаштування статичного тиску, але в динаміці звужують прохід у трубопроводі, через який вода потрапляє в квартиру на нижньому поверсі, чим обмежують
подачу води споживачеві. Таким чином, води вистачає й на верхні поверхи.

Звичайний регулятор потоку являє собою регулятор тиску із встановленим за ним регульованим дроселем із гідравлічним зв’язком перед дроселем та після нього, заведеним у відповідні порожнини регулятора – як тільки тиск поза дроселем збільшується (тобто зменшується потік через нього), тиск піднімає через зворотній канал регулюючий золотник регулятора, у статиці підважений пружиною. Такий прилад досить складний, потребує налаштувань та може забруднюватися через неякісну воду та виходити з ладу.

Існують простіші конструкції обмежувача потоку для нижніх поверхів, наприклад, такі як показаний на рис. 4. Такий клапан нагадує зворотний та реагує на збільшення швидкісного напору, що супроводжує збільшення потоку води. Підважений зворотною пружиною золотник (1) повністю знаходиться у задньому положенні в статичному режимі, або коли швидкісний напір потоку є недостатнім, щоб перемістити регулюючу деталь вперед. В латунному корпусі із конічним сідлом розміщено рухливе звужене сопло (2) із додатковими отворами. При збільшенні потоку понад міру завдяки появі значного швидкісного напору на
сопло діє сила, що намагається стиснути пружину (3) та пересунути сопло з конусом ближче до конусного сідла, це зменшує живий перетин клапану та
обмежує подачу води. Поприпрості налаштування існує явний недолік пристрою – на деяких режимах такий клапан може входити в режим автоколивань. Другий недолік – нетривалий ресурс, що викликано відкладенням шламових забруднень на пружинному проміжку, особливо на лінії гарячої води, де можуть ще й відкладатися «солі жорсткості» води. Крім того, такі регулятори розраховані на тиск до 6 бар, отже, не скасовують потребу в установці редукторів, що можуть працювати при значеннях вхідного тиску більше ніж 6 бар.

Рис. 4. Динамічний обмежувач потоку

Дуже часто використовується схема за рис. 1 в, за якою на всі поверхи (окрім 2-х верхніх, де регулятори взагалі не потрібні) встановлюються регулятори, налаштовані трохи нижче середини робочого діапазону налаштувань для квартирного регулятора на 6 бар – на 2,7 бар. Це дає змогу всюди по стояку досягти тиску та подачі води, якої достатньо для нормальної роботи всіх водорозбірних пристроїв та змішувачів.

Загальні вимоги до місця регуляторів тиску та особливості їх монтажу визначені у ДБН В.2.5-64:2012 «Внутрішній водопровід та каналізація. Частина I. Проєктування. Частина II. Будівництво».

Проте нерідко буває, що споживач самовільно втручається в роботу системи та переналаштовує редуктор, чим перебирає на себе більшу подачу води, водночас подача води до інших квартир зменшується. Щоб запобігти цьому рекомендовано встановлювати редуктори в недосяжних для споживача місцях, або такі, які не мають зовнішнього доступу до налаштувань (чи доступ до налаштувань є суттєво обмежений).

Для прикладу таких редукторів можна згадати вироби, наведені на рис. 5 та 6.

Редуктор вирівнює тиск між гарячою та холодною водою

Не завжди холодна та гаряча вода потрапляє в квартиру багатоповерхового дому з однаковим тиском або з однаковою подачею. Змішувачі дещо вирівнюють цю ситуацію, але сучасні змішувачі нормально працюють, якщо різниці тиску поміж лініями подачі води не перевищує 10% (паспортні дані). Ще гіршою ситуація стає, коли в одній із ліній суттєво знижений тиск через нерівномірний водорозбір в інших квартирах. Слід пам’ятати, що редуктор не може підвищувати тиск в лінії, а лише знижує його. Якщо в одній із ліній регулярно тиск є нижчим, аніж налаштування регулятора, то таку ситуацію можна виправити лише за допомогою установки насоса, який підвищує тиск на тій лінії, де він з якихось причин є об’єктивно недостатнім. Наприклад, квартирний насос, який підвищує тиск Valtec VT.VRS 12/8G з реле протоку здатен підвищити тиск на 9 мв.ст. та працювати при температурі до 110°C.

Про перетікання

Часом буває, що гаряча вода з’являється одразу у гарячому, та в холодному трубопроводі. Подекуди вважають, що це відбувається тому, що не були встановлені регулятори тиску.

Головною причиною «перетоку» гарячої води у холодний трубопровід дійсно є різниця тиску в трубах. Але яким чином гаряча вода потрапляє в холодний трубопровід? Ось головні випадки, коли це трапляється:

1. Наявність арматури з попереднім змішуванням. Якщо у когось із мешканців будинку встановлений змішувач для біде, гідромасажна ванна чи душ, то дана квартира є потенційним джерелом перетікання. В цих приладах потоки гарячої та холодної води попередньо з’єднуються незалежно від того, чи відкритий кран, чи ні.
2. Ємнісний водонагрівач, який мешканці встановлюють в якості запасного джерела гарячої води, не має на вході зворотного клапану (або такий клапан несправний).
3. Абразивне зношування керамічної регулюючої пластини «однорукого» змішувача (робочий орган якого зміщується поперек потоку, див. рис. 7).
4. Помилкове вмикання душового перемикача у середню позицію. В такому разі вода не потрапляє зовсім, або помалу потрапляє в лійку та вилив змішувача, проте обидва канали подачі холодної та гарячої води виявляються з’єднаними поміж собою (рис. 8). В такому разі вода з тієї лінії, де тиск більший, може потрапляти в іншу магістраль, якщо на вході у квартиру такої лінії (як зазвичай) не встановлено зворотного клапану.

Інколи наявність редуктора дійсно спроможна дещо поліпшити ситуацію щодо «перетікань» із лінії в лінію. По-перше, редуктор майже вирівнює тиск у лініях. По-друге, сам редуктор може відігравати роль зворотного клапану, але це не є розрахунковим режимом його роботи. По-третє, якщо тиск від «перетікання» поруч з клапаном виявиться вищим, аніж налаштоване значення тиску після клапану, то клапан буде відкритий для перетоку.

Таким чином, запобігти появі перетікання можна лише завдяки зворотному клапану, що й рекомендовано у ДБН В.2.5-64:2012, п. 9.13: «На вводах у квартиру систем холодного та гарячого водопостачання в житлових та громадських будинках, які проєктують згідно з ДБН В.2.2-24, рекомендується встановлювати зворотні клапани для унеможливлення перетікання води з холодної мережі в гарячу та навпаки у зв'язку із використанням різноманітного сантехнічного обладнання з електронним керуванням (для душових кабін, біде та інших приладів)».

Робоча точка редуктора

Для правильної роботи водопостачальної системи необхідно вибрати редуктор тиску, що відповідає умовам роботи та має відповідні проточні характеристики. Треба мати на увазі, що всі міркування, які стосувалися того, що регулятор має працювати в середині зони, на яку він розрахований. При дуже великому ступені регулювання в регуляторі відбувається значне дроселювання, що призводить до появи шуму, автоколивань, прискореному абразивно-кавітаційному зношуванню
сідла та корпусу.

Аби запобігти таким негативним явищам, для вибору редуктору на вході в квартиру треба притримуватися деякий практичних рекомендацій, наведених нижче.

1. Швидкість робочої рідини на вході в редуктор не має перевищувати 1,5 м/с, тобто подача через редуктор не має бути більше:

• для 1/2" – 0,29 л/с;
• для 3/4" – 0,52 л/с;
• для 1" – 0,86 л/с;
• для 1 1/4" – 1,52 л/с.

2. Зниження тиску від налаштованого значення при розрахунковій подачі не має перевищувати 1,2 бар. «Налаштованим» є тиск, який було отримано в умовах відсутності подачі, тобто найменша поява потоку зменшує значення тиску, що й зображено у проточних діаграмах, які зазвичай наводяться в паспортах приладів.
З них видно, що для більшості редукторів виконання першої умови зазвичай гарантовано призводить до виконання другої.

3. Співвідношення вхідного тиску з налаштованим (коефіцієнт редукції) не має перевищувати 2,5. Наприклад, якщо тиск на вході дорівнює 16 бар, то налаштовувати такий редуктор можна на тиск, не менший за 16:2,5=6,4 бар, незалежно від вказаного в паспорті значно більшого діапазону допустимих налаштувань. Налаштування на тиск, що є менший від рекомендованого нижнього рівня, призведе до появи шуму та передчасного зношування приладу.

4. Можна також розбити систему на декілька рівнів по висоті (для приватного будинку з декількома поверхами), щоб знизити тиск до прийнятного тиску, чи послідовно встановити ряд пристроїв для зменшення тиску (див. рис. 9 - а, б).

Рис. 9. Способи зниження тиску перед редуктором

Наприклад, можна послідовно встановити два редуктори, на виході яких буде витримуватися рекомендоване співвідношення для тиску (2,5) (див рис. 9 а). Інший спосіб – встановити перед редуктором зворотний клапан та дросельну шайбу, яка знижуватиме в динаміці тиск перед редуктором, але це не працює в статичному режимі (див. рис. 9 б).

Несправності квартирних редукторів

Найбільш виявленою вадою квартирних редукторів вважається відмова від утримання налаштованого статичного тиску. Тобто, за відсутності витрати води в квартирі, тиск після редуктора починає перевищувати налаштоване значення. Здебільшого це пов’язане з потраплянням твердих нерозчинних часток забруднень на сідло золотника, внаслідок чого золотник нещільно перекриває канал для води й тиск за редуктором починає поступово зростати, тобто редуктор перетворюється в звичайний дросель. Таку несправність можна усунути прочищенням. Якщо саме сідло не ушкоджене, то після прочистки клапан відновлює свою працездатність.

Інколи спостерігається неприпустиме зростання тиску за редуктором, встановленого на холодному трубопроводі, що має іншу причину. Холодна вода з температурою, що є значно нижчою за кімнатну, за відсутності витрати води (наприклад, вночі) нагрівається в квартирній системі до кімнатної температури та розширюється. Якщо об’єм води у кімнатній системі доволі значний, то загальне зростання тиску може бути відчутним. Для усунення цього явища достатньо встановити після редуктора мембранний демпфер коливань тиску та усунення гідроударів Valtec VT.CAR19 чи VT.CAR20, що побічно виконує роль розширювального бака. Пневмокамера демпфера компенсує розширення води та завадить тиску вийти за налаштовані межі.

Ще однією поширеною причиною відмов поршневих редукторів є зношування ущільнювальних кілець великого чи малого поршнів. На появу такого явища суттєво впливає якість очищення та ступінь мінералізації води, що потрапляє у систему через редуктор. Нерозчинні частки тут виступають у якості абразивних агентів, що стирають окрайку ущільнювача. Облаштування перед входом в квартирну систему фільтрів механічного очищення води дещо допомагає завадити цьому, але не усуває проблему повністю. Фільтри механічного очищення, що монтуються перед редуктором, а також вбудовані фільтри з розміром отворів сітки 300 ÷ 500 мкм не можуть вповні захистити арматуру від дисперсних абразивних мікрочастинок. Ситуація ще більше погіршується, коли шток із золотником та поршнями редуктора встановлено в горизонтально. В цьому випадку нерозчинні частки збираються в нижній частині поршневої камери та прискорюють вихід з ладу ущільнювачів. На зношування ущільнювачів вказує поява крапель води у вентиляційному отворі камери з пружиною (див. рис. 10).

Рис. 10. Поява крапель води, що просочуються з камери пружини через зношені ущільнювачі

Зазвичай більшість сучасних квартирних редукторів пристосовані для ремонту, тому для усунення протікань достатньо замінити кільця на поршні, прочистити редуктор від відкладень осаду, після чого прилад відновлює свою працездатність. Треба пам’ятати, що після розбирання приладу слід поміняти всі ущільнювальні елементи, включно з усіма прокладками між нерухомими частинами.

Набагато більшу небезпеку становить хибний вибір редуктора за режимом витрати. Коли подача через редуктор починає перевищувати максимально припустиму величину, що наведена в табл. 1, а коефіцієнт редукції (співвідношення тиску на вході та на виході) перевищує 2,5, тоді в місці розташування сідла можлива поява кавітації. Сильне дроселювання потоку та раптове місцеве падіння тиску викликають виділення з води пухирів пари, які потім раптово захлопуються, чим створюють «вибухове» локальне підвищення тиску до декількох тисяч бар. Окрім того, кавітація ще викликає підвищений шум, також вона може повністю зруйнувати сідло та прилеглу до нього зону чи навіть стінку корпусу редуктора (див. рис. 11. та рис. 12).

Деякі виробники інтегрують в сідло клапана кільце із неіржавіючої сталі та запевняють, що таке рішення дозволяє уникнути руйнування редуктору від кавітації. Але дана конструктивна зміна аж ніяк не захищає зону, прилеглу до сідла та стінок корпусу редуктора.

Аби надійно захистити квартирний редуктор від появи кавітації, треба суворо дотримуватись правил його вибору, які наведені у табл. 2, складеної відповідно до вимог DIN EN 1567 для швидкості потоку до 2 м/с. Тут треба нагадати, що регламенти вимагають, щоб швидкість потоку води в квартирних мережах не перевищувала 1,5 м/с:

• проток через редуктор не має перевищувати значення, наведеного у табл. 2. Дана таблиця розрахована для швидкості потоку 2 м/с;
• робоча точка редуктора за співвідношенням тиску на вході та виході має бути в зоні діаграми кавітації (див. рис. 13);
• зменшення тиску на редукторі відносно до налаштованого статичного тиску не має перевищувати 1,2 бари.

Таблиця 2. Нормовані характеристики згідно з DIN EN 1567

Правильний вибір та монтаж редуктора тиску значно подовжить термін експлуатації як самого редуктора, так й водорозбірної арматури чи побутових пристроїв. Крім того, це позбавить мешканців від небажаного шуму.

Рис. 13. Діаграмакавітації

Ну й ще одна звичайна, але завжди актуальна порада, якою ніколи не варто нехтувати – звертайтеся до професіоналів, дотримуйтеся їхніх порад та використовуйте тільки надійне якісне обладнання від надійних виробників, що піклуються про свою репутацію.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok.  Долучайтесь!

Переглянуто: 3 859