В Україні водопостачання сотень тисяч домогосподарств здійснюється із приватних свердловин. Обслуговування та конструювання таких систем водопостачання найчастіше здійснюють сантехніки, буровики, спеціалісти з водопідготовки, інсталятори насосного обладнання чи самі власники. Кожен із перерахованих фахівців має в кращому разі мінімальний рівень знань у суміжних областях, що не дозволяє узгодити роботу окремих компонентів системи водопостачання як єдиного комплексного механізму. Власники хочуть отримати тиск, продуктивність та прийнятну якість води, але надто часто залишаються незадоволеними роботою системи водопостачання загалом. Фахівці, здатні комплексно вирішувати проблеми водопостачання, цінуються на «вагу золота», а їх телефони передаються з рук до рук.

Продуктивність свердловини.

Продуктивність свердловини – це очікувана швидкість надходження води до свердловини з навколишнього водоносного пласта, яку можна попередньо оцінити на основі даних про продуктивність сусідніх свердловин однакової глибини. Однак фактична продуктивність Вашої свердловини може помітно відрізнятися від сусідніх і її можна буде визначити як об’ємну швидкість відбору води при стабільно утвореному рівні без спустошення свердловини та без виносу породи за тривалого часу роботи насоса. Прийнято вважати, що свердловина має низьку продуктивність, якщо об’єм відкачуваної насосом води не здатний забезпечити пікові потреби домогосподарства. Для сучасних домогосподарств пікова швидкість споживання води в середньому оцінюється на рівні 60…80 літрів за хвилину. При цьому продуктивність багатьох свердловин може виявитися значно нижчою від зазначених значень. Логічно поставити запитання – як вибрати насос та які можуть бути компромісні рішення?

Пошук компроміса.

Якщо є значна різниця між піковим споживанням води у домогосподарстві та продуктивністю свердловини вибір насоса здійснюється на основі компромісу. З одного боку, якщо вибрати насос, здатний перекачувати воду зі швидкістю 80 літрів за хвилину, а продуктивність свердловини лише 20 літрів за хвилину, логічно припустити, що свердловина може бути швидко відкачана, насос виявиться в аварійному режимі «сухого ходу» і водопостачання домогосподарства буде зупинено. З іншого боку, якщо насос буде обраний на основі продуктивності свердловини, ймовірно, його робота буде абсолютно нормальною, проте в системі водопостачання буде регулярно спостерігатися недолік як води, так і тиску. Власник такої системи водопостачання буде характеризувати її роботу фразами «низький тиск», «припиняється подача води» або «слабкий насос». Спроба виправити ситуацію встановленням більш «потужного» насоса створить іншу проблему – припинення подачі води та аварію по «сухому ходу». Як же бути?

 Гідроакумулятори.

На перший погляд, логічно було б припустити, що збільшення загального обсягу гідроакумуляторів здатне кардинально покращити ситуацію. Так часто і роблять власники в спробі подолати проблеми нестачі продуктивності в системі водопостачання – значно збільшують розмір гідроакумулятора або додають нові гідроакумулятори, сумуючи їх загальний обсяг. Можливо робота системи водопостачання і буде покращена, але далеко не кардинальним чином.

Уявіть собі, що Ви встановили гідроакумулятор об’ємом 1000 літрів із робочим об’ємом акумуляції води 350 літрів (в умовах нормальної експлуатації приблизно 1/3 загального об’єму гідроакумулятора може бути заповнено водою). Все виглядає добре на перший погляд, однак, є проблема – не існує ніякої можливості контролювати споживання цих акумульованих 350 літрів, а низькопродуктивний насос  так само не здатний підтримувати тиск у системі при прямій подачі води тоді, коли це потрібно – в години пік. Якщо в нічний час буде спожито 300 літрів води, то вранці, коли всі домочадці збираються на роботу і швидкість споживання води досягає максимуму, до моменту включення насоса залишиться лише запас 50 літрів води і Ви можете просто не встигнути нормально прийняти душ. Тиск у системі знову впаде і стара проблема повернеться, незважаючи на збільшений об’єм гідроакумулятора. Уявити подальшу ситуацію не складно – насос спробує забезпечити потребу води прямою подачею, а в системі при піковому споживанні пропаде тиск і вода.

Логічно припустити, що якщо встановлено досить потужний насос, свердловина повинна містити в обсадній трубі запас води не менше 350 літрів води для того, щоб закачати воду в гідроакумулятор типорозміром 1000 літрів і одночасно покрити поточну потребу у воді за рахунок притоку в свердловину. Якщо такого запасу немає і наповнення свердловини низьке, не буде можливості створити тиск, достатній для відключення реле тиску, рівень води критично знизиться і насос повинен бути відключений засобами контролю рівня, щоб уникнути перегріву і виходу з ладу. Доки свердловина не наповниться і система контролю рівня не дозволить повторне включення насоса, система водопостачання залишиться без води. Погодьтеся, таке «переривчасте» водопостачання може виявитися вкрай незручним – вода потрібна «тут і зараз». Як результат, додавання гідроакумуляторів не може повноцінно усунути проблему свердловини з низькою продуктивністю – проблема залишається. Так, є винятки, коли напірні гідроакумулятори великого об’єму та одночасно наявність великого статичного резерву води в обсадній трубі* все ж таки здатні «перекривати» короткочасні пікові витрати води в системі та підтримувати «безперервність» водопостачання.

*1 метр обсадної труби 125мм містить запас води обсягом близько 10 літров!

Гідроакумулятори та  «блек-аути».

Усі ми пам’ятаємо осінь 2022 року, коли через масовані удари по енергетичній інфраструктурі власники домогосподарств вперше зіткнулися із ситуацією тривалої відсутності електроенергії та, відповідно, відсутності водопостачання, яке забезпечувалося свердловинними насосами. Запустити «потужні» насоси свердловин від доступних на той момент малопотужних інверторів з акумуляторами AGM або бензинових генераторів виявилося проблематичним. Без можливості генерувати або акумулювати прийнятну кількість електроенергії, логічно було думати, що ситуацію виправить створення достатнього запасу води під тиском. Перше, що я зробив – додав у свою систему гідроакумулятор, збільшивши загальний об’єм зі 100 до 300 літрів. І прямо зіткнувся з труднощами контролю акумульованого запасу води – на момент відключення електроенергії гідроакумулятори часто залишалися в «напівпорожньому» стані. Довелося екстрено оснастити свердловинний насос пристроєм плавного пуску, забезпечивши роботу від наявного малопотужного інверторного генератора, і вручну періодично заповнювати гідроакумулятори. Як мінімум, таке рішення водопостачання з генератором було “робочим”, але “некомфортним”. Пізніше я встановив гібридний інвертор з акумуляторами LiFePo4 та сонячними панелями, що дозволило акумулювати електроенергію, планувати та контролювати її споживання, забезпечити автоматичну роботу свердловинного насоса через пристрій плавного пуску.

У результаті наявність гідроакумуляторів, джерела безперебійного живлення для всього домогосподарства, сонячних панелей, резервного генератора для «закачування» електроенергії в акумулятори за необхідністю і  плавного пуску для безударного запуску насоса від джерела обмеженої потужності остаточно стабілізували роботу системи водопостачання. Спочатку, сам собою акумулятор великого обсягу дозволяв рідше запускати генератор протягом доби, але показав очевидну проблему – складність контролю залишкового запасу води. Цей запас не можна було використовувати за потреби – запас завжди використовувався в першу чергу. Я міг прокинутися вранці без електроживлення і запас води в гідроакумуляторі міг перебувати на «неприємному» мінімумі – замість максимальних 100 літрів у запасі було лише 10 літрів. У результаті, напірні гідроакумулятори самі по собі не вирішували проблему водопостачання і не робили водопостачання будинку «безперервним» – потрібно було мати досить потужне і «зручне» джерело альтернативної електроенергії для періодичного запуску насоса.

Динаміка свердловини.

Два фактори, які обмежують надходження води – час використання та продуктивність свердловини. При включеному насосі швидкість зниження рівня пропорційні швидкості відбору води. Чим більше ми відкачуємо воду, тим більше надходить у свердловину, але в будь-якому випадку, швидкість надходження води до свердловини обмежена значенням її продуктивності. Після вимкнення насоса обсадна труба за рахунок перепаду тиску заповнюється до початкового (статичного) рівня, на якому перепад тиску дорівнює нулю і надходження води до свердловини припиняється. Продуктивність свердловини при роботі насоса обмежена,  свердловини більшу частину доби не експлуатуються і надходження води при відсутності експлуатації дорівнює нулю.

Рівень води у свердловині змінюється і залежить від об’ємної швидкості споживання води та тривалості циклів споживання. Продуктивність свердловини наближається до свого максимального значення при зниженні рівня води. Чим нижчий рівень у свердловині порівняно з початковим (статичним) рівнем, тим більший перепад тиску і тим швидше вода надходитиме у свердловину з водоносного пласта. Якщо вода зі свердловини з низькою продуктивністю довго відкачується, зниження динамічного рівня стає значним, що в свою чергу змінює характеристики насоса. Насос генерує лімітовану кількість енергії, яка розподіляється у певній пропорції на створення тиску та подачу води. Чим більше енергії витрачається подолання висоти підйому, тим менше енергії залишиться на подачу. Якщо подавати воду в будинок безпосередньо з низькопродуктивної свердловини, ми спостерігатимемо зниження потоку води та тиску в залежності від тривалості роботи насоса.

 Альтернативні системи.

Принципово немає складності в тому, щоб забезпечити споживання будинку з піковою швидкістю 80 л/хв зі свердловини з дебітом 5 л/хв або навіть менше, за умови, що Ви зробите незалежними процеси накопичення та споживання води. Так, ймовірно, такий «поділ» буде пов’язаний з додатковими капіталовкладеннями і з необхідністю в додатковому просторі для розміщення обладнання. Якщо раніше система водопостачання грунтувалася лише на одній насосній системі, то для «поділу» знадобиться додатково ще 2 компоненти: проміжна атмосферна ємність для накопичення запасу води та насосна система «другого підйому» (для подачі води в будинок, у т.ч. з піковою швидкістю). Атмосферна ємність може розглядатися як складовий компонент системи водопідготовки і забезпечувати при необхідності окислення заліза, видалення сірководню, корекцію рН (аерація) та дезінфекцію (як правило, додаткове хлорування або озонування ємності).

Накопичення в проміжну ємність базуватиметься на продуктивності свердловини та здійснюватиметься насосом «першого підйому», а водопостачання будинку здійснюватиметься з атмосферної проміжної ємності насосом «другого підйому». Якщо свердловина здатна забезпечити достатній добовий об’єм води для постачання всіх потреб домогосподарства, робота системи водопостачання не буде обмежена.

У таблиці нижче показано, що для сім’ї з 4 осіб з добовим споживанням 500 літрів на людину та загальним добовим споживанням домогосподарства 2000 літрів свердловина з продуктивністю 5 літрів на хвилину здатна забезпечити для домогосподарства виробництво достатнього об’єму води за умови її експлуатації протягом 6,5 годин на добу! Звичайно, якщо в системі присутня атмосферна накопичувальна ємність для створення достатнього запасу води.

Потреба домогосподарства у воді		Доступний обсяг надходження води на основі продуктивності свердловини
Число домочадців	Потреба у воді min/max, л	Продуктивність свердловини, л/хв	Добовий обсяг надходження, л
1	300 – 500	0,5	720
2	600 – 1000	1	1440
3	900 – 1500	2	2880
4	1200 – 2000	3	4320
5	1500 – 2500	5	7200
6	1800 – 3000	8	11520
7	2100 – 3500	10	14400

Логічно припустити, що протягом години зі свердловини з продуктивністю 5 л/хв можна відкачати 300 літрів води в накопичувальну ємність без помітного зниження рівня, використовуючи лише значення нормального притоку води. Використовуючи таймер і статичний запас води в обсадній трубі, також можна відбирати воду більш продуктивним насосом зі швидкістю, наприклад, 50 л/хв, обмеживши роботу насоса значенням 6 хвилин на годину або 3 рази по 2 хвилини на годину з рівними проміжками або будь-яким іншим прийнятним інтервалом. Зупинка накопичення води в атмосферній ємності та робота насоса «першого підйому» автоматизується за допомогою простого поплавкового вимикача. Замість простого таймера, насос «першого підйому» може бути автоматизований системою контролю рівня на основі датчиків (електродів) рівня з функцією затримки включення насоса. Датчики рівня фізично задають допустимий діапазон роботи насоса залежно від рівня води у свердловині. Нижній датчик забороняє роботу насоса нижче заданого рівня (відкачано весь допустимий статичний об’єм води в обсадній трубі). Верхній датчик дозволяє повторне увімкнення насоса при відновленні статичного запасу води в свердловині. Система контролю рівня активує затримку часу для запобігання надто частим пускам.

Продуктивність системи водопостачання. Визначайте диктуючі умови.

Ми часто стикаємося з ситуаціями, коли, наприклад, відкритий змішувач на першому поверсі призводить до низького тиску і неможливості прийняти душ на другому поверсі. Під час проектування системи водопостачання важливо бачити загальну картину. Коли в систему водопостачання встановлюється водоочисне обладнання, для його періодичного промивання може знадобитися значно більша продуктивність, ніж при штатному споживанні будинку. Будинок з трьома санвузлами вимагатиме більшої продуктивності в порівнянні з будинком з одним або двома санвузлами, навіть якщо в такому будинку наразі проживає лише 1 або 2 особи. Потрібно розуміти, що будинок, який здатний забезпечити комфортне проживання для 6 осіб, в якийсь день може отримати ці 6 осіб. Якщо встановити насосне та водоочисне обладнання, що не відповідають проектному розміру системи, у майбутньому може виявитися надто складним «повернути»  системі водопостачання коректну продуктивність.

Висновки.

У багатьох випадках домовласники так і не одержують очікуваної якості водопостачання, оскільки більшість людей ставляться до води зі свердловини так само, як до води з муніципального водопроводу ( необмежена кількість, достатній тиск, прийнятна якість і т.д.). Свердловини з низькою продуктивністю створюють проблеми, які не вирішуються посиленням систем водопостачання додатковими напірними гідроакумуляторами. Розуміння обмеженості свердловин та насосних систем з гідроакумуляторами, можливість створення альтернативних варіантів на основі накопичення та зберігання води в проміжних атмосферних ємностях з організацією подачі води насосом підвищення тиску, дозволяє забезпечити власникам низькопродуктивних свердловин необхідний тиск, об’єм та створити передумови для покращення якості води в системі водопостачання.