Пневматическая воденапорно-регулирующая установка переменного давления имеет два герметически закрытых стальных котла — воздушный и водяной, соединенных трубой. Водяной котел с помощью питательной трубы присоединен к напорному водоводу. Если подача насосов превышает потребление воды, ее избыточное количество поступает по питающему трубопроводу в водяной котел, сжимая находящийся в нем воздух и перегоняя его постепенно в воздушный котел. Когда в водяном котле вода достигает максимально допустимого уровня, ее подача в котел прекращается автоматически действующим поплавковым клапаном, при этом воздух в пневматической установке будет занимать минимальный объем, а давление в системе достигнет максимальной величины. В часы, когда водопотребление будет превышать подачу воды насосами, вода будет поступать из водяного котла в систему по питающей трубе, уровень воды в нем будет понижаться, давление в системе уменьшаться. Когда уровень воды достигнет минимально допустимой отметки, другой автоматический поплавковый клапан перекроет выход из водяного котла в питающую трубу, чтобы предотвратить попадание воздуха^ в распределительную сеть. К этому моменту воздух в установке будет занимать максимально возможный объем, а давление в системе будет минимальным. В отличие отобычной системы водоснабжения с башней в пневматической системе изменение степени наполнения водяного котла адекватно сопряжено со значительным изменением давления.
Большую часть времени пневматическая система работает под давлением выше требуемого, что является основным недостатком рассматриваемых пневматических установок, так как использование их требует повышенных напоров на насосной станции, в связи с чем наблюдаются перерасход электроэнергии и значительные колебания давлений во всей системе. Для создания в системе необходимого Давления, а также для периодического пополнения убыли воздуха требуется устанавливать компрессор. Обычно компрессор работает всего 1—2 раза в неделю в короткие промежутки времени, поэтому расход энергии на его работу весьма незначителен. При пневматических установках переменного давления насосы приходится подбирать исходя из условий работы в широком диапазоне колебаний напоров, вследствие чего насосы значительную часть времени работают при КПД, существенно отличающихся от оптимальных.
Если в водяном котле предполагается хранение пожарного или аварийного запаса воды, то его следует учитывать при определении необходимого объема котлов для обеспечения требуемого давления, которое должно быть проверено на случай сработки пожарного или аварийного запаса.
Соотношение между объемами водяного и воздушного котлов зависит от принятого при расчете диапазона колебаний давлений в системе.
Значение диктуется требованием обеспечения определенных напоров в сети, а значение Vb определяется в соответствии с принятыми режимами водопотребления и работы насосов. Оба эти значения при расчете собственно пневматической установки являются фактически заданными. Следовательно, основными расчетными величинами являются е и р.
Нетрудно видеть, что значение е теоретически может колебаться в пределах от 1 до со; при этом чем ближе е к единице, тем меньше диапазон давлений и избыточный напор, создаваемый насосами, а также перерасход энергии при эксплуатации установки. Одновременно с уменьшением е возрастает значение р, т. е. возрастает объем воздушного котла V3 (при заданной величине VB) и, следовательно, увеличивается строительная стоимость установки.
На основании технико-экономической оценки влияния значения е на стоимость строительства и эксплуатации пневматических установок могут быть определены наивыгоднейшие значения е. Они будут зависеть от ряда экономических факторов и, в частности, от стоимости электроэнергии. На основании опыта проектирования можно считать, что оптимальное значение е лежит примерно в пределах 1,33—2, чему соответствуют значения р от 3 до 1. Таким образом, экономически оправданный объем воздушного котла (котлов) может превышать объем водяного котла обычно не более чем в 3 раза.
В пневматических установках постоянного давления на трубе, соединяющей воздушный котел с водяным, устанавливают редукционный клапан, который при понижении уровня воды в водяном котле перепускает в него воздух под постоянным заданным давлением. При повышении уровня воды в водяном котле воздух из него удаляется через предохранительный клапан, открывающийся при определенном давлении. Благодаря этому в водяном котле поддерживается постоянное давление, что позволяет рационально подобрать насосы и обеспечить их работу при оптимальных значениях КПД.
Пневматические установки постоянного давления требуют сложной регулирующей и предохранительной аппаратуры, а также обеспечения непрерывной работы компрессора для восстановления сбросов воздуха при каждом наполнении водяного котла. Дополнительный расход энергии на работу компрессоров в системах постоянного давления обычно превышает перерасход энергии, затрачиваемой на работу насосов под избыточными напорами в системах переменного давления. Системы постоянного давления менее экономичны и используются в редких случаях, когда не допускается колебание напора в сети, например в некоторых системах производственного водоснабжения, где изменение напора влечет недопустимые колебания расходов воды.