Příspěvek se zabývá vlivem vodojemu za spotřebištěm na hydraulické parametry a kvalitu vody v síti. V závislosti na uspořádání situačním a výškovém, vodojem za spotřebištěm může mít kladný vliv na stabilitu tlaku v síti, ovšem prodlužuje dobu zdržení vody v síti a současně dochází k větším změnám směru proudění v síti. V závislosti na uspořádání sítě také mohou vodovodní sítí putovat “kapsy” novější vody střídané vodou starší. Z hlediska vylepšení kvality vody je proto lepší, pokud je to možné, přestavět vodovodní síť tak, aby takový vodojem fungoval jako vodojem před spotřebištěm...
Vodojem za spotřebištem
Ing. Lubomír Macek, CSc., MBA,
Aquion, s.r.o., Praha 7
Úvod
Při plánování rozvoje systému zásobování vodou potřebujeme vzít do úvahy všechny možné faktory, které souvisejí se zlepšením funkce vodovodu v souvislosti s jeho rozvojem. Rádi bychom měli systém, který je stabilní, má pozitivní vliv na kvalitu vody i na hydraulické parametry zásobování vodou. Současně je ideální, pokud novým rozvojem – úpravami vodovodní sítě zajistíme svému spotřebišti větší spolehlivost v dodávce vody. Základní schéma zásobování vodou je vodní zdroj – s případnou úpravou vody, a dopravou vody do vodojemu a zásobování spotřebiště vodojemem před spotřebištěm nebo čerpání přímo do sítě.
Rozvoj vodovodů většinou zaměřujeme na plošný rozvoj, tj. zvětšování sítě a připojování dalších zákazníků nebo se zabýváme prostou obnovou jednotlivých vodovodních řadů. Méně se zabýváme rozvojem v rámci již vybudované sítě, zvlášť pokud máme pocit, že zásobování vodou funguje. V některých lokalitách byly vybudovány vodovody s vodojemem za spotřebištěm. Vodojem za spotřebištěm přispívá sice k hydraulické stabilitě systému, především ke stabilitě tlakových poměrů, ale ne ke stabilitě, co se týká kvality vody. Vodojem za spotřebištěm, kdy část dne probíhá zásobování vody z vodojemu nebo čerpací stanice před spotřebištěm a část dne je spotřebiště společně napájené z vodojemu za spotřebištěm a zdroje vody před spotřebištěm, přispívá k prodloužení doby zdržení vody ve vodovodu a dochází i k častějším změnám směru proudění vody. Pokud je voda do vodojemu za spotřebištěm dodávána čerpací stanicí podle potřeby s přestávkami, může se v rozvodné síti promíchávat nová a stará voda, eventuálně procházejí potrubní sítí dávky „mladé“ a „staré“ vody.
Prodloužení doby zdržení vody v rozvodné síti může negativně ovlivňovat kvalitu vody. Prodlužuje se čas, kdy je voda uzavřená v potrubí a dobíhají v ní reakce s úpravy vody. V některých případech může docházet díky uspořádání s vodojemem za spotřebištěm k zvyšování teploty dodávané vody. Míchání staré a nové vody v potrubí také může přinášet výskyt nežádoucích reakcí v potrubí. V souvislosti s použitým oxidantem pro dezinfekci a hygienické zabezpečení vody mohou podobné reakce přispět až k téměř úplnému zaplnění potrubí inkrustacemi.
Porovnání funkce vodovodní sítě s vodojemem před a za spotřebištěm
K porovnání funkce vodovodní sítě při uspořádání s vodojemem před spotřebištěm a za spotřebištěm jsme použili náš vzorový model vodovodu, který slouží jako etalon pro analýzy různých variant provozu vodovodní sítě, proplachování apod. Podrobný popis tohoto modelu najdete v časopise Vodní hospodářství – viz Macek, Škripko (2015). Tento model, který představuje idealizované město s pravidelnou čtvercovou sítí ulic, používáme proto, abychom z výsledků modelování odfiltrovali pro daný případ méně podstatné faktory, jako je konfigurace vodovodní sítě podle nepravidelné sítě ulic a výškové poměry. Díky tomu jsou výsledky modelování jasnější a můžeme lépe studovat vliv vybraného faktoru na provoz sítě a její hydraulické parametry a parametry kvality vody.
Varianty pro výpočet
Pro analýzu vlivu vodojemu za spotřebištěm na parametry rozvodné sítě jsme použili tři modely: Model podle Macek, Škripko (2015) s přímým zásobováním ze zdrojového vodojemu vpravo – první varianta. Tento model jsme upravili tak, že jsme na hlavní osu modelu přidaly potrubí s vodojemem za spotřebištěm - druhá varianta. Třetí model, který současně představuje jednu z variant přebudování vodovodní sítě s vodojemem za spotřebištěm na vodovodní síť s vodojemem před spotřebištěm má navíc přiváděcí řad z vodojemu před spotřebištěm do vodojemu za spotřebištěm – třetí varianta.
Na obr. 1 je zobrazena modelová síť, kolečky jsou vyznačeny velkoodběry s konstantním odběrem 1l.s-1 u odběrných míst 1 až 4 a 2l.s-1 u odběrných míst 6 až 8
Obr. 2 Stáří vody v původním simulačním modelu vodovodní sítě (Macek, Škripko, 2015), maximální doba zdržení vody je cca 12 hodin.
Obr. 3. Stáří vody, vodojem za spotřebištěm. Doby zdržení v tomto okamžiku, kdy voda teče ze zdroje do sítě, odpovídají cca 15,6 hodiny. Ve skutečnosti doba zdržení závisí na poměru využívaného objemu vodojemu za spotřebištěm a odběru z tohoto vodojemu do přilehlých částí sítě. Voda ve vodojemu za spotřebištěm se vymění, pokud by docházelo k pístovému toku, jednou za dva dny.
Vzhledem k omezení software simulačního modelu je každá nádrž nebo vodojem, z kterého vytéká vody, brána jako začátek pro výpočet stáří vody. Ve skutečnosti ale voda po skončení večerní špičky odběru otočí směr proudění v části síti, přilehlé k vodojemu za spotřebištěm a natéká do tohoto vodojemu. To znamená, že skutečné stáří vody v části síti přilehlé k vodojemu za spotřebištěm závisí na objemu vody v tomto vodojemu a množství vody spotřebované v přilehlé části potrubí v okamžicích, kdy voda teče z vodojemu za spotřebištěm do sítě.
Obr. 4 Křivka průběhu stáří vody, vodojem za spotřebištěm přebudován na vodojem před spotřebištěm, v nejvzdálenějším místě, pravém horním rohu sítě – horní čára. Spodní čára odpovídá místu ve středu sítě. K ustálení výpočtu stáří došlo po 27 dnech a 20 hodinách.
U takto přebudované sítě, kdy se z vodojemu za spotřebištěm stal vodojem před spotřebištěm, dojde k prodloužení doby zdržení vody v celém systému o čas, potřebný pro dopravu vody do vodojemu a zdržení v tomto vodojemu. Vodovodní síť však není ovlivňována vyšší dobou zdržení ve vodojemu za spotřebištěm. Doba zdržení se v nejvzdálenějším bodě ustálila na 27 dní a 20 hodin.
Porovnání maximálních rychlostí
Na obr. 5 jsou zobrazeny maximální rychlosti v potrubí. Jedná se o okamžik odběrové špičky. Na obr. 6 jsou zobrazeny maximální rychlosti v potrubí ve vodovodní síti s vodojemem za spotřebištěm, kdy dochází k napájení sítě z obou vodojemů. Na obr. 6. b je zobrazen okamžik maximálního průtoku ze zdroje vody do vodojemu za spotřebištěm, což je okamžik, kdy je dosažena minimální hladina vody ve vodojemu za spotřebištěm. Rychlosti v třetí variantě, s přebudovaným vodojemem, jsou identické s první variantou (viz. obr. 5 a 6), pouze jsou obrácené.
V síti s vodojemem za spotřebištěm dochází pravděpodobně k více změnám směru proudění v potrubí rozvodné sítě.
Obr. 5. Maximální rychlosti v síti, v původním modelu. Nejvyšší rychlosti jsou 0,15 - 0,27 m.s-1 jsou soustředěny okolo hlavní osy spotřebiště a pak v místech, kde jsou velkoodběry.
Obr. 6. Maximální rychlosti v případě vodojemu za spotřebištěm v okamžiku nátoku do vodojemu za spotřebištěm po poklesu odběrové špičky. Nejvyšší rychlost je 0,7 m.s-1 na potrubí z vodojemu za spotřebištěm, na hlavní ose kolísá rychlost v závislosti na průměru potrubí od 0,4 – 0,7 m.s-1. Rychlost v síti se pohybuje v rozmezí 0,05 – 0,2 m.s-1. POZOR rozsah legendy je jiný než v předchozím obrázku.
Porovnání stáří vody u jednotlivých variant
V první variantě, napájení sítě rovnou ze zdroje, se nejvyšší stáří vody pohybuje okolo 12 hodin.
V druhé variantě, s vodojemem za spotřebištěm, se nejvyšší stáří v síti objevuje v čase 20:00 a dosahuje 15,6 hodin. V okamžiku, kdy voda proudí do sítě z obou stran, je tento čas o něco nižší, cca 14 hodin a vyskytuje se na čtvrtém uzlu zleva na horním a dolním okraji. Model nezapočítává do doby zdržení vody čas, který voda stráví ve vodojemu za spotřebištěm. Do tohoto vodojemu v modelu přiteče cca 128 m3 vody a voda kolísá v rozmezí 1,54 m s minimální hladinou v úrovni 1,4 m ode dna vodojemu. To znamená, že se při dokonalé výměně, vymění voda ve vodojemu zhruba za 2 dny. Otázkou je, jak dochází ke skutečnému stárnutí vody v tomto vodojemu. Při teoretických výpočtech, kdy jsme propojili zdrojový vodojem s vodojemem za spotřebištěm, potrubím velmi malého průtočného profilu, abychom ve vodojemu za spotřebištěm simulovali čas doby zdržení v síti shodné jako v případě bez tohoto propojovacího potrubí. Pouze v tomto vodojemu za spotřebištěm docházelo k postupnému stárnutí vody, stáří se neustálilo ani po 24 týdnech. Otázkou je, zda je to vlastnost pouze výpočetního modelu nebo může voda v koncovém vodojemu opravdu tak stárnout? Myslím, že je to dané uspořádáním simulačního modelu, kdy jsme se pokusili donutit výpočetní jádro, aby počítalo stáří vody ve vodojemu za spotřebištěm nevhodným způsobem.
Ve třetí variantě, kdy je vodojem za spotřebištěm přebudován na vodojem před spotřebištěm a je propojen novým přiváděcím řadem na zdrojový vodojem, došlo v nejvzdálenějších částech sítě (horní pravý roh) k ustálení vypočítaného času na hodnotě 27 dní a 20 hodin. Co se týká kolísání hladiny, a výměně vody za dokonalého míchání, je podobné jako v předchozím případě.
Závěr
Pokud je to možné, je vhodné zvážit, zda je možné vodojem za spotřebištěm přebudovat tak, aby fungoval jako vodojem za spotřebištěm. Při tom můžeme pro zvýšení spolehlivosti zachovat i možnost jeho původního napojení v případě potřeby. Díky tomu dojde ke stabilizaci funkce rozvodné vodovodní sítě, nebude docházet k tolika změnám směru proudění. Současně dojde ke zkrácení doby zdržení vody v síti. Na příkladech vzorového modelu vodovodní sítě jsme se pokusili ukázat vliv vodojemu za spotřebištěm na vybrané parametry zásobování vodou – stáří vody a rychlosti.
V případě pokusu spočítat pomocí simulačního modelu stáří vody ve vodojemu za spotřebištěm, aby nepředstavoval začátek výpočtu s nulovou dobou zdržení, je třeba hledat vhodnější způsob konfigurace simulačního modelu pro tento výpočet.
Literatura:
Macek, L. a Škripko, J. (2015): Jak nejlépe proplachovat vodovodní rozvodné sítě. Vodní hospodářství, 2015/7.