Upload
others
View
6
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
Prof. Ing. Jozef Kriš, PhD., Katedra zdravotného a environmentálneho inžinierstva, Stavebná Fakulta Slovenskej Technickej Univerzity, Radlinského 11 813 68 Bratislava
ANALÝZA TLAKOVÝCH POMEROV VO VEREJNÝCH VODOVODOCH
Bratislava, 08.12.2005 Prof. Ing. Jozef Kriš, PhD.
2
Úvod Analýzou tlakových pomeroch vo verejných vodovodoch bola vyžiadaná Úradom pre
reguláciu sieťových odvetví so sídlom Bajkalská 27, 820 07 Bratislava. Na základe dohody
o vykonani práce zo dňa 30.10.2005, termín vykonania práce bol učený na 10.12.2005.
V dohode na analýzu tlakových pomerov vo verejných vodovodoch bolo určené členenie
úlohy, ktorá sa úplne nedala striktne dodržať, lebo niektoré súvislostí sa vzájomne prepájajú
a sa navzájom ovplyvňujú. V analýze sú ale uvedené a následne spracované.
1. Vymedzenie základných pojmov vodovod
súbor objektov a zariadenia, spravidla zahrňujúci odberný vlastný objekt, čerpaciu stanicu,
úpravňu vody, vodojemy, vodovodné skupiny a vodovodnú sieť zabezpečujúcu zásobovanie
vodou pre rôznych odberateľov
verejný vodovod (vodovod pre verejnú potrebu)
vodovod určený k hromadnému zásobovaniu vodou obyvateľstva a iných odberateľov
súkromný vodovod (vodovod pre individuálnu potrebu)
vodovod zásobujúci vodou jednu alebo viac nemovitosti, spravovaný jeho majiteľom
spotrebisko
lokalita ( obec, sídlisko, priemyslový závod a pod.) zásobovaná vodou
skupinový vodovod
vodovod dodávajúci vodu odberateľom niekoľkých spotrebísk
strata vody vo vodovode
množstvo vody, ktoré uniká pri prevádzke vodovodných zariadení pri ich obsluhe, údržbe, pri
poruchách a ktoré nemôžu byť použite k určenému účelu
vodné
poplatok za vodu dodanú z verejného vodovodu
voda určená na realizáciu
zahŕňa množstvo vyrobenej vody vo vlastných vodárenských zariadeniach po pripočítaní
množstva vody prevzatej a odpočítaní množstva vody odovzdanej
fakturovaná voda
voda dodávaná odberateľom za poplatok
voda nefakturovaná
3
rozdiel vody medzi množstvom vody vyrobenej na realizáciu a množstvom vody
fakturovanej. Zahŕňa straty v potrubnej sieti, na úseku merania ale aj straty vody, ktoré sa
spotrebujú v procese úpravy, čistení dopravných systémov a akumulácie ale aj vodu použitú
na požiarne účely, atď.
doprava samospádom
doprava vody z vyššej nadmorskej výšky na nižšiu pretlakom vyvolaným rozdielom
nadmorskej výšky alebo doprava vody po voľnej hladine
doprava čerpaním
doprava vody pretlakom vyvolaným čerpadlom
charakteristika potrubia
vzťah medzi prietokom vody v potrubí a príslušnou tlakovou stratou; znázorňuje sa obvykle
graficky
charakteristika čerpadla
vzťah medzi dopravovaným množstvom tekutiny a manometrickou dopravnou výškou
tlakové pásmo; zásobovacie pásmo
časť spotrebiska samostatne zásobovanou vodou, v určitom rozmedzí pretlaku
prevádzkový pretlak
hydrodynamický pretlak v rozvodnej vodovodnej sieti, ktorého okamžitá hodnota kolísa
podľa veľkosti odberu a prevádzkových podmienok
najvyšší pretlak
najvyšší pretlak dosahovaný vo vodovodných radoch počas prevádzky
najvyšší dovolený pretlak
najväčšia prípustná hodnota prevádzkového pretlaku vody v potrubí, vrátane hydraulických
razov, ktorá je určená normami potrubného materiálu, armatúr a ostatného zariadenia
najmenší pretlak
najmenší prípustný prevádzkový pretlak v rozvodnej vodovodnej sieti stanovený pre
napojenie vodovodnej prípojky (podľa STN 75 5401) – Vodárenstvo. Navrhovanie
vodovodných potrubí
tlaková skúška potrubia
skúška vodovodného potrubia skúšobným pretlakom prevádzkovaná pre zistenie
nepriepustnosti potrubia a odolnosti proti vnútornému pretlaku
skúšobný pretlak
pretlak predpísaný pre tlakovú skúšku vodovodného potrubia
podtlaková skúška potrubia
4
skúška potrubia podtlakom na vzduchotesnosť
navrhovaný pretlak
najvyšší prevádzkový tlak systému alebo tlakového pásma stanovený projektantom so
zreteľom na budúci rozvoj, ale s vylúčením hydraulických rázov
hydrostatický pretlak (HTS)
pretlak dosahovaný vo vodovodnom systéme v čase pokoja (prietok sa rovná 0; rýchlosť
prúdenia sa rovná 0)
hydrodynamický pretlak (HDP)
pretlak dosahovaný v systéme počas prevádzky (HST – straty trením)
Verejný vodovod sa dá ďalej charakterizovať, ako súbor objektov a zariadení slúžiacich
verejnej potrebe, umožňujúcich hromadné zásobovanie obyvateľstva a iných odberateľov
vody. Hromadným zásobovaním vodou sa rozumie zásobovanie viac ako 50 osôb alebo
zásobovanie, ktorého priemerná denná produkcia je viac ako 10 m3 vody.
2. Súvisiace základné právne predpisy 1. Zákon NR SR č. 442/2002 Z.z. o verejných vodovodoch a verejných komunikáciách
a o znení doplnení zákona č. 276/2001 z.z. o regulácií v sieťových odvetviach, ako i v znení
neskorších predpisov a doplnení niektorých zákonov, Zákon č. 230/2005 Z.z. ktorým sa mení
a dopĺňa zákon o verejných vodovodoch a verejných kanalizáciách a o zmene a doplnení
zákona č. 272/2001 Z.z. o regulácií v sieťových odvetviach v znení neskorších predpisov
a o zmene a doplnení niektorých zákonov.
V uvedených zákonoch sa bytostne riešenej problematiky najviac dotýkajú následovne
paragrafy zákona.
§ 2 - vymedzenie základných pojmov
§10 - všeobecné technické požiadavky
§15 - povinnosti vlastníka verejného vodovodu
§ 32 – prerušenie alebo obmedzenie dodávky vody
2. STN 75 5401:1989, Navrhovanie vodovodných potrubí. K riešenej problematike ide
o následovné paragrafy: I 7, I 13, I 14, I 17, I 19, I 10.
5
3. STN EN 805 (75 5403):2001. Vodárenstvo. Požiadavky na systémy a súčasti
vodovodov mimo budov. Ide o následne paragrafy: 3.1, 3.2, 3.6, 8.32, 8.4.5, 9.7.4, 11.3,
Príloha A, ale aj iné.
4. STN 921 04 00:2005, Požiarna bezpečnosť stavieb. Zásobovanie vodou na hasenie
požiarov. Jedná sa o nasledujúce paragrafy: 4.1, 4.2, 4.4, 4.7, 5.12, ale aj iné.
5. Ďalšia literatúra je uvedená v závere tejto analýzy.
3. Odporúčane minimálne a maximálne pretlaky vody, pre privádzacie /transportné/ potrubie a na vodovodných zásobovacích a rozvádzacích potrubiach
Tlakové pomery pri doprave vody (tlakové pásma)
V systémoch zásobovania vodou sa využíva tlakový systém dopravy vody v potrubí. Pretlak
v potrubí je dôležitý pre:
• zabezpečenie dostatočného tlaku na vodovodných prípojkách pre potreby spotrebiteľa • dopravu vody zo zdrojov a objektov vodovodu do miest spotreby • zabezpečenie dostatočného tlaku pre požiarne účely, ak vodovod preberá aj funkciu
požiarneho vodovodu
Odporúčame min. a max. pretlaky vody v zásobovacích a rozvodných radoch, v jednotlivých
krajinách sa nie veľmi líšia, obecne povedané. Dôvodom sú rovnaké používané materiály na
vodovodnú sieť a ich vlastnosti (spoje, pevnosť), resp. používanie spotrebičov
v domácnostiach (výtokové armatúry, zariadenia na práčky, bojlery, umývačky riadov a pod.).
Tieto podmienky limituje max. a min. pretlak na sieti a sú určované v jednotlivých krajinách
národnými predpismi. Výťah týchto údajov z viacerých krajín je následovný:
Slovensko a Česká republika
Vzhľadom na históriu majú tieto dve krajiny doposiaľ temer rovnaké technické podmienky
pri doprave vody pre verejné zásobovanie. Ide o následovné údaje:
Tlak na vodovodných prípojkách v spotrebisku musí zodpovedať technickým požiadavkám
v zmysle platných predpisov (STN 75 5401, STN EN 805, STN 92 0400). Na prípojke
v mieste pripojenia na verejný vodovod musia tlaky v potrubí spĺňať nasledovné podmienky:
- maximálny tlak 0,6 MPa (v odôvodnených prípadoch 0,7 MPa)
- minimálny tlak 0,25MPa (prípadne 0,15 lebo 0,1 MPa)
6
Podmienka maximálneho pretlaku 0,6 MPa t.j. 60 m v rozvodnej sieti je daná maximálnou
hodnotou tlaku pre armatúry na prípojke a v domových rozvodoch. Platí pre potrubie, na
ktorom sú prípojky. Pre prívodné, alebo zásobné potrubia, na ktorých nie sú pripojení
spotrebitelia môže tlak dosiahnuť hodnotu, ktorú predpisuje výrobca použitého potrubia.
Potrubia a spoje na potrubí sa vyrábajú z rôznych materiálov v rôznych tlakových radách
a niektoré môžu zniesť tlak aj cez 2,0 MPa (200 m v. stĺpca). Maximálny tlak v rozvodnom
potrubí vodovodnej siete vzniká v čase najmenších odberov (v nočných hodinách), kedy sa
tlaková hydrodynamická čiara blíži čiare hydrostatického tlaku. Pri výpočtoch tlaku vo
vodovodnom potrubí sa neuvažuje s ojedinelými výškovými budovami. V týchto objektoch sa
spravidla zriaďujú posilňovacie stanice, ktoré nie sú súčasťou verejného vodovodu.
Podmienka minimálneho pretlaku 0,25MPa t.j. 25 m (STN 92 0400, STN 75 5401) je daná
požiarnymi požiadavkami v prípade, ak vodovod zabezpečuje aj požiarnu potrebu. Ak
vodovod nezabezpečuje požiarnu potrebu, môže byť tlak na prípojke znížený na 0,15 MPa
v prípade max dvojpodlažnej zástavby, alebo až na 0,1 MPa ak prípojka je situovaná pod
zásobným vodojemom, alebo je v odľahlých miestach s max. dvojpodlažnou zástavbou.
Minimálny tlak v rozvodnej sieti vzniká v čase maximálnych odberov. V obytných zónach je
to vo večerných hodinách, kedy vznikajú najväčšie tlakové straty trením pri prúdení vody.
Ak sa spotrebisko nachádza vo výškovo členitom teréne, je možné požiadavku maximálnych
a minimálnych pretlakov splniť len pri rozdelení vodovodného systému na samostatné tlakové
pásma, ktoré potom spĺňajú hore uvedené podmienky.
Pre tlakové privádzacie rady neplatí ohraničujúca podmienka maximálneho tlaku 0,6 MPa a
ani minimálneho tlaku 0,25 MPa. Hraničné hodnoty tlaku v potrubí závisia od použitého
materiálu a spojov. Pri návrhu potrubia treba mať na zreteli aj tlak zvýšený pri tlakových
skúškach. Aj keď niektoré materiálu znesú vysoký tlak aj napr. 2 MPa, z prevádzkového
hľadiska je vhodné a bezpečnejšie tlak prerušiť. To sa týka rovnako gravitačných systémov
ako aj výtlačných.
Podmienka minimálneho tlaku na prívodných potrubiach je daná hydraulikou tlakového
prúdenia. Aby voda prúdila , musí byť najvyšší bod trasy potrubia pod jeho tlakovou čiarou.
Pri veľmi malom tlaku však môže dôjsť k zavzdušneniu vrcholových miest na potrubí, ktoré
sú najvyššie (miestne prevýšenie) a profil potrubia ostane neprietočný. Preto v takýchto
miestach je potrebné dodržať tlak minimálne 0,05 MPa, t.j. 5 m v.stĺpca. To platí tak pre
7
tlakový privádzač gravitačný ako aj výtlačný. V týchto vrcholových bodoch musí byť osadený
na potrubí vzdušník. Vyznačenie tejto podmienky je znázornené na obrázku 4.
V Anglicku a Walese požadovaný pretlak na sieti súkromných spoločností zásobujúcich
vodou mestá a obce určuje Úrad pre služby obyvateľstvu „Direction General of Water
Services (OFWAT) - Generálne riaditeľstvo pre služby obyvateľstvu v oblasti vody.
Kontrolný systém má 3 následovné hlavné kontrolne parametre na sledovanie kvality
služieb na distribučných systémoch.
• Hydraulické parametre
• Kontinuita zásobovania
• Kvalita vody
Hydraulické parametre definujú minimálne tlaky a prietoky na sieti. Odporúčaná je hodnota
minimálneho prietoku 9 l/min. na prípojke a tlaku 0,1 Mpa na prípojke na hranici pozemku.
Z praktického hľadiska (sledovanie tlakov) sa odporúča dodržať minimálny tlak 0,15 Mpa na
prívodnom (zásobnom) potrubí v mieste napojenia. V prípade, ak sú na jednu prípojku
napojené dve nehnuteľnosti tlakové pomery sú rovnaké len musí byť zabezpečený minimálne
dvojnásobný prietok vody. Pri zásobovaní väčšieho množstva nehnuteľností, resp. viacej
obyvateľov z jednej prípojky, ako je bežná domová prípojka, je nárast minimálneho tlaku
a množstva uvedený v národnom predpise (BS 67100) (tab. č. 1).
Tab. č. 1 Požadovaný pretlak na zásobovacom potrubí v závislosti na počte napojených nehnuteľností a na profile a dĺžke prípojky
Požadovaný pretlak na zásobovacom potrubí 1/2΄ potrubie 3/4΄ potrubie
Počet nehnuteľností napojených z jednej prípojky Krátka prípojka Dlhá prípojka Krátka prípojka Dlhá prípojka
2*
3 4 5 6 7 8 9
10
10 12 15 19 25 30 37 45 54
11 14 18 23 29 35 42 51 61
10 11 13 16 21 25 31 38 46
11 13 16 20 24 28 33 40 48
Poznámka: Ak nehnuteľnosť má vlastnú akumulačnú nádrž umiestnenú na najvyššom podlaží musí sa k uvedeným číslam pridať nie menej ako 3 m.
8
Obyčajne sa v Anglicku a Walese odporúča hydrodynamický pretlak 0,10 = 0,20 MPa na
hlavných distribučných potrubiach. Maximálny hydrostatický pretlak v nočných hodinách je
v rozmedzí 0,4 – 0,5 Mpa. Pre dopravné systémy, transport na väčšie vzdialenosti, je väčší
pretlak dovolený. Ak distribučný systém pozostáva zo starších potrubí maximálny
hydrostatický pretlak nesmie dosahovať hodnoty na aké sú stavané potrubné systémy. Menší
hydrodynamický pretlak, ako 0,1 Mpa, môže byť iba na výtokových stojanoch ak tieto sú
jedinými zdrojmi na zásobovanie vodou.
Kontinuita je meraná počtom prerušení, trvaním prerušení, okolnosťami prerušenia alebo
nedostatkom vody pri zásobovaní. Sleduje sa prerušenie dlhšie než 6, 12 a 24 hodín, pre
štyri kategórie:
• neplánované prerušenie, spôsobené poruchou na sieti
• plánované a avizované odstávkou pri údržbe, oprave a výmene
• neplánované prerušenie zapríčinené treťou stranou, napr. iná spoločnosť poškodila
vodovodné potrubie počas opravy jej sieti alebo poruchy (plyn, elektrika atď).
• neplánované prerušenie spôsobené zaplavením počas plánovaného alebo avízovaného
prerušenia.
Kvalita vody sa udržiava podľa národného štandardu a sleduje sa aj na výtoku
u spotrebiteľov. Zmeny sa pravidelne sledujú a zaznamenávajú sa na celom systéme.
Rakúsko
Rakúske štandardy určuje minimálne pretlaky požiarnej vody v sieti v závislosti na
počte podlaží, ako je to uvedené v tab. č. 2.
Tab. č. 2 Požadovaný pretlak požiarnej vody v závislosti na počte podlaží
Počet podlaží Posudzovaný pretlak v m do 3 17
4 22 5 27
6 a viac 32 USA Americké regulačné pravidlá na prevádzku a údržbu požaduje minimálny hydrodynamický
pretlak 20 psi, čo predstavuje hodnotu v SI jednotkách 138 kPa. V praktických podmienkach
obyčajne prevádzkový pretlak dosahuje hodnotu 0,4 – 0,5 MPa alebo nižšiu. Výškové budovy
9
sa riešia, ako to už bolo spomenuté samostatnými zosilňovacími stanicami (ATS), ktoré
dopravujú vodu do ďalších tlakových pásiem.
Indonézia
Indonézska legislatíva požaduje minimálny pretlak 0,1 MPa v mieste napojenia sa
spotrebiteľov na zásobovaciu sieť.
Ostatné okolité krajiny, ako sú: Poľsko, Maďarsko, Ukrajina ale aj iné, majú podobné
požiadavky na pretlaky v zásobovacích sieťach, aké boli uvedené pre Slovensko a Českú
republiku
4. Príčiny nedodržiavania predpísaných pretlakov vo vodovodných systémoch Príčin nedodržania predpísaných pretlakov vo vodovodnom systéme je viacero
a môžeme ich charakterizovať následne:
• úroveň a kvalita projektovej dokumentácie (nevhodne navrhnuté materiály, spoje
a pod.) a jej zhoda so skutočným stavom vodovodnej sieti (nedodržanie projektových
parametrov pri výstavbe)
• prevádzka (monitoring), kontrola funkčnosti, a podobne
• vybavenie obsluhy a systému technickými prostriedkami (meracia technika,
vodomery, tlakomery a podobne)
• kvalifikovanosť a pracovná schopnosť pracovníkov
• rýchlosť, identifikácia a odstraňovanie porúch, dlhá doba opráv na systéme
• časté poruchy a úniky vody (spôsobené nevhodný, materiálom, vekom potrubia)
• nevhodná regulácia pretlakov Zle navrhnutý alebo nastavený redukčný ventil
a podobne)
• vznik nestacionárneho prúdenia vody v systémoch, ktoré môže byť spôsobené
viacerými nevhodnými zásahmi
• vznik kavitácie na systéme
• iné.
Ako je uvedené, príčiny nedodržania predpísaných maximálnych a minimálnych pretlakov je
veľmi veľa. Je veľmi obtiažne charakterizovať tie hlavne. Ide zväčšia o súhru viacerých
10
z nich a musia sa individuálne charakterizovať prevádzkou systému. Ako ale ukazujú
doposiaľ známe výsledky, vyššie pretlaky na sieti ako aj kolísanie tlakov hrá významnú úlohu
pri stratách vody, ktoré vznikajú na vodovodných systémoch, ako to uvediem neskôr.
5. Tlakové pomery vo vodovodnom systéme a ich regulácia
Dôležitosť riadenia vodovodných systémov aj vo vzťahu tlaku vody v sieti sa začína chápať
ako základný aspekt určitej stratégie pri riešení otázok strát vody. Potvrdzuje sa, že
pochopenie vzťahu – tlaku vody a úniku vody je nutný pre kontrolu únikov vody.
Hoci je tlak vody jedným z najľahšie merateľných parametrov na vodovodnej sieti, štatistiky
o úniku vody sú takmer bez zmienky o vplyve tlaku vody na únik vody zo siete. Možno aj
nedostatok ľahko prístupných štatistík o tlakoch vedie prevádzkovateľov vodovodov k
nedoceňovaniu jeho vplyvu.
Kontrola tlaku vody, môže zahŕňať zvyšovanie ako aj znižovanie tlaku v rôznych časových
intervaloch. Vo všetkých prípadoch to má významný vplyv na ročný objem nezabrániteľných
i celkových ročných strát vody.
Teda z hľadiska porúch na vodovodnom potrubí, a tým aj únikov vody zo siete, za významný
činiteľ treba považovať aj poruchy a straty vody spôsobované zmenami tlakov v potrubí. Je
zrejme, že zvyšovaním tlaku alebo účinkom náhleho kolísania tlaku sa výrazne zvyšujú aj
straty vody. Najčastejšie sa táto skutočnosť prejavuje vytlačením tesnenia rúrových hrdlových
spojov, no často dochádza k prasknutiu potrubia. Aj pri vzniku jamkovej korózie, pri malých
otvoroch vznikajú značné straty. V tabuľke č. 3 sú vypočítané straty vody, ktoré vznikajú pri
tlaku v potrubí 0,5 MPa v závislosti od veľkosti otvoru na potrubí.
Tab. č. 3 Straty vody vznikajúce v závislosti od veľkosti otvoru pri tlaku 0,5 MPa.
Otvor Straty vody
l.min-1 l.hod-1 M3.deň-1 m3.mesiac-1 m3.rok-1
1 mm 0,97 58 1,39 41 500
2 mm 3,16 190 4,56 136 1630
3 mm 8,15 490 11,75 351 4200
4 mm 14,80 890 21,40 640 7700
5 mm 22,30 1340 32,00 960 11500
6 mm 30,00 1800 43,20 1300 15600
11
Pri znížení prevádzkového tlaku napr. na 0,4 MPa sa hodnota straty vody zníži o 11 %, keď sa
zníži prevádzkový tlak na 0,3 MPa zníži sa hodnota strát vody o 23 %.
Opatrenia pomocou regulácie tlakových pomerov sa objavujú väčšinou v zahraničí, u nás
zatiaľ ojedinelo. Prax však potvrdzuje oprávnenosť ich uplatnenia. Ide o reguláciu tlaku
prostredníctvom inštalovaného regulačného ventilu na obtoku, ovládaného automaticky
čidlami tlaku alebo prietoku. Tieto sú umiestnené v riadiacich bodoch siete, a to buď pre
reguláciu tlaku v celej sieti alebo len v jej časti, alebo dôslednejším vytváraním viacerých
pásiem rozvodnej siete, reguláciou tlaku prostredníctvom prídavného zariadenia
automatických staníc a pod.
Teda prevádzkovatelia vodovodných sieti a systémov, ktorí hodlajú sledovať a využívať
systém tlakových pomerov vo vodovodnej sieti, ako trvalú súčasť svojich snáh o znižovanie
únikov – strát vody, nevyhnutne musia mať na pamäti a zároveň rešpektovať nasledovné
hlavné princípy:
1. nutnosť udržiavať stále rovnomerný tlak vody – teda s minimálnymi výkyvmi,
2. uvedomovať si, že existuje závislosť medzi maximálnym tlakom vody a výskytom
nových netesností a únikov vody,
3. rešpektovať skutočnosť, že jestvuje pomer medzi týmito dvoma faktormi,
4. vypracovať prognózu – predpoveď vplyvu opatrení na zníženie úniku vody vzhľadom
ku stupňu finančných úspor, respektíve určiť finančné príjmy zo získania platieb za
získanú vodu.
Časté náhle zmeny tlaku vody v sieti skracujú jeho priemernú životnosť. V extrémnych
prípadoch prerušovanej dodávky vody, môže byť častosť výskytu nových prasklín na potrubí
10 krát alebo viac, ako by sa dalo očakávať pri pravidelnej dodávke vody pri rovnakom
priemernom tlaku vody. Možno to dokumentovať na príklade prerušovanej dodávky vody do
vodovodnej siete v Košiciach zvlášť v rokoch 1985 – 1987, kedy pre nedostatok zdrojov
pitnej vody došlo k dennému prerušovaniu dodávky vody do siete. Tým sa stalo, že počas
obmedzovania dodávky vody a jej pravidelnému znovu obnoveniu dochádzalo denne 1 – 3
poruchám na sieti.
Z uvedeného možno urobiť záver, že maximálnou snahou prevádzkovateľa vodovodu musí
byť v predstihu zabezpečovať dostatok pitnej vody, zabraňovať častým výpadkom vody v
sieti, zamedziť zavzdušňovaniu siete a tým častým zmenám a kolísaniu tlaku vody v sieti.
Pokiaľ možno treba vodu čerpať priamo do vodojemu samostatným prívodom a odtiaľ do
vodovodnej siete. Časté náhle zmeny tlaku skracujú celkovú priemernú životnosť potrubia.
12
V prípade, ak nastane situácia, že na sieti sa vyskytujú väčšie pretlaky než boli uvedené (0,6
MPa , resp. 0,7 MPa), táto sa rozdelí na viacero tlakových pásiem v ktorých potom bude
dodržiavaný pretlak a ktoré sa prevádzkujú samostatne. Z technického hľadiska sú tieto
jednotlivé pásma prepojené pre prípad potreby (núdze), aby mohli najbližšie kooperovať
a navzájom si vypomáhať.
Tlakové pásma sú hydraulicky samostatné celky, ktoré k zabezpečeniu svojej funkcie
potrebujú mať aj príslušné objekty (napr. vodojem alebo čerpaciu stanicu). Preto pri návrhu
pásiem z dôvodu investičného i prevádzkového treba ich počet minimalizovať.
Sú rôzne možnosti delenia systému na tlakové pásma, súvisiace s terénnymi i technickými
možnosťami i s plošným rozložením spotrebiska, alebo viacerých spotrebísk. Nedá sa uviesť
presný vzorec na ich výpočet, pretože každý systém má iné predpoklady a vstupy.
K rozdeleniu vodovodnej siete na tlakové pásma sa využívajú nasledovné prvky:
• vodojemy
• prerušovacie komory
• čerpacie stanice
• automatické čerpacie stanice (ATS)
• redukčné ventily
Zmenu tlaku na privádzacích potrubiach je možné riešiť podobne, ako na rozvodných
a zásobných potrubiach. Na privádzacích radoch prerušovacie komory sa najčastejšie
používajú pri prerušení tlaku. Prerušovacia komora je nádrž, na odtoku ktorej je tlak
stabilizovaný na úrovni hladiny vody v nej. Tlak je prerušený na takej výškovej kóte, aby
nebol prekročený prípustný prevádzkový tlak predpísaný výrobcom použitého potrubného
materiálu a jeho spojov. Tiež je potrebné mať na zreteli, že minimálny tlak pri prekonávaní
terénnych nerovností je 5 m v. stĺpca. Príklad riešenia prívodného potrubia gravitačným
prívodom s tlakovým prúdením zo zdroja cez terénne prevýšenia je na obrázku č. 4.
Pri výtlačnom prívodnom potrubí zo zdroja do vodojemu sa v prípade veľkých výškových
rozdielov navrhuje kaskádovité čerpanie vody vo viacerých stupňoch, ktorých výška je daná
povoleným maximálnym tlakom určeným výrobcom použitého potrubia. Maximálne
dovolené pretlaky v potrubí sú udávané hodnotou PN (menovitý tlak) a sú uvedené výrobcom
u každého druhu potrubia.
Vodojemy pre samostatné tlakové pásma sú hydraulicky najlepším riešením delenia siete na
tlakové pásma. Rozdelenie vodovodnej siete na tlakové pásma vodojemami je možné
13
tlaková čiara
I.tlakové pásmo
vodojem
zdroj
tlaková čiara
vodojem
II.tlakové pásmo
napríklad v prípade zástavby v údolí s výškovým prevýšením nad 60m. Príklad takéhoto
riešenia je na obrázku 1. Horný vodojem zásobuje II. tlakové pásmo, nižší vodojem zásobuje
I. tlakové pásmo samostatnými prívodmi do samostatných tlakových pásiem. Vodojemy môžu
byť umiestnené na rôznych stranách spotrebiska. Výškový rozdiel medzi vodojemami je daný
rozdielom max. a min. tlaku v sieti (60-25) =35 m v.stl.
Obr. 1 Tlakové pásma tvorené samostatnými vodojemami
Prerušovacíe komory sú objekty s voľnou hladinou, v ktorých sa preruší tlak. Sú to
jednoduché nádrže a v porovnaní s vodojemami majú veľmi malý akumulačný objem.
Používajú sa hlavne na prerušenie tlaku na prívodných potrubiach zo zdroja do vodojemu.
V zásobovacej a rozvodnej sieti spotrebiska sa používajú len ojedinelo.
Čerpacie stanice je možné použiť na rozdelenie tlakových pásiem spolu s vodojemami
v prípadoch výtlačných vodovodných sietí, kde sa voda čerpá do rôzne výškovo položených
vodojemov. Príklad tlakových pásiem tvorených čerpacími stanicami je na obrázku 2.
Pri návrhu počtu tlakových pásiem pre výtlačné vodovodné systémy je potrebné venovať
pozornosť ekonomickým otázkam prevádzkových nákladov čerpania vody. Náklady na
čerpanie vody do systému, ktorý nie je delený na tlakové pásma, sú vyššie ako náklady na
čerpanie vody do vodojemov jednotlivých pásiem.
Tlakové pásma tvorené čerpaním vody môžu byť tvorené podľa zástavby paralelne, alebo
sériovo. Pri sériovom zapojení tlakových pásiem sa voda čerpá kaskádovito najprv do nižších
vodojemov a odtiaľ sa čerpá do vyšších vodojemov. Každé tlakové pásmo má samostatný
vodojem a čerpaciu stanicu.
Pri paralelnom zapojení tlakových pásiem sa voda čerpá z jednej čerpacej stanice, ale rôznymi
čerpadlami (rôznych charakteristík) samostatnými výtlakmi do dvoch rôzne výškovo
14
osadených vodojemov. V starších systémoch sa môžeme stretnúť aj s ekonomicky menej
výhodným čerpaním spoločným výtlakom do dvoch rôzne výškovo osadených vodojemov,
pričom nižšie položený vodojem musí mať škrtený prítok, pretože dopravná výška čerpadla je
stanovená pre vyšší vodojem.
Obr. 2 Tlakové pásma tvorené čerpacími stanicami a vodojemami (schéma situácie) a) paralelné zapojenie b)sériové zapojenie
Automatické tlakové stanice (ATS) sa používajú na zásobovanie vyššie položených častí
spotrebiska priamo výtlakom bez použitia vodojemu. ATS môže zvyšovať vstupný
neprerušený tlak zo siete a na výstupe do spotrebiska zabezpečuje stály tlak. ATS sa
používajú aj napr. na zvýšenie tlakov. pre lokalitu s vyššou zástavbou, čím sa tiež vytvorí
samostatné tlakové pásmo.
Redukčný ventil sa na prerušenie tlaku a oddeleniu tlakových pásiem používa hlavne
v zastavanom území Je to armatúra osadená na potrubí, ktorá reguluje výstupný tlak na
nastavenú konštantnú hodnotu. Z prevádzkového hľadiska je spoľahlivejšie prerušenie tlaku
voľnou hladinou, ale nie všade je takéto riešenie možné. Hlavne na vodovodnej sieti
v zastavanom území je jednoduchšie na prerušenie tlaku použiť redukčný ventil umiestnený
v podzemnej šachte spolu s meraním vstupného a výstupného tlaku kontrolovaného cez
dispečing. Redukčné ventily je možné v ojedinelých prípadoch použiť aj na prípojke, ak nie je
možné v rozvodnej sieti zabezpečiť tlak menší ako 60 m v. stĺpca (napríklad v koncových
a)
b)
15
tlaková čiara
2.tlakové pásmo
redukčn
ý ventil
zdroj tlaková čiara
1.tlakové pásmo
tlaková čiara
zdroj
prerušovacia komora
tlaková čiara
tlaková čiara
vodojem
min
.5m
bodoch nižšie položenej zástavby). Príklad rozdelenia siete redukčným ventilom je na
obrázku 3.
Obr. 3 Tlakové pásma tvorené redukčným ventilom na potrubí
Obr. 4 Gravitačné prívodné potrubie s prerušením tlaku v prerušovacej komore
Regulácia výstupného tlaku v závislosti na spotrebe vody redukčným ventilom
Tlak vody, ktorý je potrebný v danej zásobovacej oblasti je obecne určený najvzdialenejším, v
niektorých prípadoch tiež súčasne i najvyšším položeným uzlom a stratou tlakovej výšky na
prietokovej dráhe. Pri súčasnom spôsobe regulácie bez obmedzovania výstupného tlaku,
vznikajú v dobe minimálnej spotreby, vplyvom malej straty tlakovej výšky, zbytočne vysoké
tlaky (obr. 5), ktoré majú za dôsledok veľké straty vody v netesných – porušených miestach
vodovodnej siete.
16
Pri regulácii výstupného tlaku v závislosti na spotrebe vody možno dostať spotrebiteľské
pásmo, v ktorom dochádza k zmenám tlaku pod čiaru tlaku pre maximálny prietok Qmax (obr.
6). V dobách malej spotreby vody sa tlak vody pod kontrolou redukuje, čím sa straty vody ,
ktoré vznikajú pri netesnostiach potrubí výrazne znižujú.
Obr. 5 Regulácia tlaku vody
Obr. č. 6 Regulácia tlaku vody – výstupného tlaku
ObrO
Obr. 6 Regulácia výstupného tlaku vody – nočné prietoky
17
Regulačné zaradenia pre zníženie tlaku vody sa spravidla otvárajú pri prekročení nastavenej
hraničnej hodnoty tlaku a pôsobia proti ďalšiemu nárastu tlaku tým, že odvedú z hlavného
prúdu (potrubia) prúd do odbočky (obr. 7). Typickými príkladmi použitia sú pretlakové
ventily v potrubí za redukčným ventilom a prepúšťacie ventily u čerpadiel.
Obr. 7 Regulačné zariadenie na privádzači vody do vodojemu
Novinkou pre riešenie tejto úlohy je elektronicko – hydraulické nastavovanie výstupného
tlaku membránového ventilu, ktorý je ovládaný tlakom v systéme.
Požadovanú hodnotu výstupného tlaku možno nastaviť podľa prietoku, alebo podľa profilu
potrubia v závislosti tlak – čas, ktorý sa upraví pre typicky denný priebeh spotreby vody.
Regulátory prietoku sú v podstate len mechanicky pôsobiace obmedzovače prietoku. Tlmiaci
účinok nastane vtedy, keď prietok vody prekročí nastavenú hodnotu.
Jednou z ciest vedúcich k zmenšeniu strát vody v sieti je zavedenie regulácie tlaku vo
vhodných miestach distribučnej – zásobovacej siete. Úspory vody, ktoré možno týmto
spôsobom dosiahnuť, možno dokumentovať teoreticky týmto príkladom:
uvažujeme gravitačný systém zásobujúci vodou niekoľko tlakových pásiem, označenými
poradovými číslami i = 1 až n (pozri obr. 8). Na tlakovej čiare Hi nech vyteká voda malým
otvorom (trhlinou), Zo zmeny potenciálnej energie vody na kinetickú energiu, možno odvodiť
z hydrauliky známy vzťah pre výtokovú rýchlosť kruhovým otvorom
18
νi = η . igH2 [m.s-1] (1.)
Výtoková rýchlosť vody rovnakým otvorom na tlakovej čiare Hi je po dosadení redukčného
ventilu o tlakovej strate ∆HR:
ν ( )Rii ∆HH2g −⋅⋅=η [m.s-1] (2.)
Prietok vody trhlinou na tlakovej čiare Hi bude:
iH2gSQ ⋅⋅⋅=η [m3.s- (3.)
Prietok vody trhlinou po dosadení regulačnej armatúry o tlakovej strate HR sa zmenší na
( )Ri ∆HH2gSQ −⋅⋅⋅=′ η [m3.s-1] (4.)
Úsporu vody na tlakovej výške Hi po osadení regulačnej armatúry možno vyjadriť vzťahom
zizi1 QQ∆Q ′−= v absolútnych jednotkách [m3.s-1] (5.)
alebo v pomere ku strate pri regulovanom tlaku v percentách
( )
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
⋅⋅⋅
−⋅⋅⋅−⋅=⋅
1
Ri
zi
i
H2gS∆HH2gS
1100Q∆Q100
η
η [%] (6.)
a po úprave vzťahu
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −−⋅=⋅
H∆HH1100
Q∆Q100 Ri
zi
i [%] (7.)
Ak chceme vysledovať závislosť úspory vody unikajúcej netesnosťami privádzača na rozdiele
nadmorských výšok regulačnej armatúry a výtokového otvoru, je účelné dosadiť do tohto
vzťahu výraz
19
iR1 ∆HHH += (8.)
potom tento vzťah dostaneme do tvaru
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
+−−⋅=⋅
iz
R
zi
i
∆HH∆H11100
Q∆Q100 [%] (9.)
Na tomto vzťahu už môžeme sledovať pokles strát pri úniku vody netesnosťami po zaradení
regulačnej armatúry v závislosti na rozdiele nadmorských výšok sledovaného pásma a
regulačnej armatúry, prípadne na redukcii tlaku v armatúre.
Po dosadení číselných hodnôt do tohto vzťahu dostaneme sústavu kriviek, z ktorých možno
odčítať úsporu strát vody netesnosťami v závislosti od konkrétnej polohy regulačnej armatúry,
pozorovaného pásma a od tlakovej straty vyvolanej regulačnou armatúrou, t.j. od nastavenia
armatúry.
Ak sa tým istým prívodným potrubím zásobuje viac tlakových pásiem možno taktiež pri
osadení regulačnej armatúry na prívode určiť percentuálne zníženie strát vody netesnosťami
podľa vzťahu (obr. 8)
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ ′−⋅=⋅∑∑
=
=n
1i z
n
1i z
z Q
Q1100
Q∆Q100 i = 1, 2, .... n [%] (10.)
alebo po úprave
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ −−⋅=⋅
∑∑
=
=n
1i
n
1i R1
z H
∆HH1100
Q∆Q100 i = 1, 2, .... n [%] (11.)
Vo vyššie uvedených vzťahoch boli použité nasledovné symboly:
g gravitačné tiažové zrýchlenie (m.s-2)
H tlaková výška (m.v.s)
HR tlaková výška regulačnej armatúry (m.v.s)
HR tlaková strata na regulačnej armatúre (m.v.s)
Hi stredná tlaková výška i-teho zásobovaného pásma (m.v.s)
Hi rozdiel tlakových výšok i-teho zásobovaného pásma a regulačnej armatúry(m.v.s)
P tlak (m.v.s) (Pa)
S plocha prierezu výtokového otvoru (m2)
Qz stratový prietok vody trhlinou (m3)
20
ν rýchlosť prúdenia vody (m.s-1)
η výtokový súčiniteľ (-)
Obr. 8 Zásobovací systém s viacerými tlakovými pásmami
Na základe týchto vzťahov možno pomerne jednoducho posúdiť vplyv tlakovej regulácie na
zníženie strát vody netesnosťami (únikmi vody) v regulovanom pásme.
Celkovo možno konštatovať, že na gravitačnom privádzači redukcia tlaku vody regulačnými
armatúrami eliminuje straty vody netesnosťami potrubia v závislosti od rozdielu tlakových
výšok armatúry a strednej tlakovej výšky sledovaného pásma a od veľkosti tlakovej straty
armatúry.
Z hľadiska obmedzenia strát vody je výhodné umiestniť armatúry čo najbližšie k zásobnému
pásmu. Uvedené vzťahy sú odvodené na základe statického tlaku vodného stĺpca, bez
uvažovania vplyvu dynamickej tlakovej straty v potrubí. Avšak pre gravitačné prívodné
potrubie s malou prietočnou rýchlosťou vody, kde sa môže zanedbať dynamická tlaková
strata, možno na základe uvedených vzťahov získať pomerne jednoduchú a rýchlu orientáciu
pri posudzovaní vplyvu regulačnej armatúry na elimináciu – obmedzenie strát vody.
Na znižovanie pretlaku v potrubí v zastavanom území ako to bolo aj uvedené sa
najčastejšie inštaluje redukčný ventil, ktorým je možné pri dobrej kontrole pomocou
21
elektrického ovládača znížiť tlaky a tým aj straty na sieti až o 50 %. Regulačný ventil na
znižovanie strát sa odporúča použiť vtedy, ak sa na zníženie strát na systéme nedajú použiť
akustické a korelačné metódy sledovania únikov ale aj vtedy, ak sú pomerne veľké úniky aj
pri nižších pretlakoch a ak je nízky pretlak v sieti výsledkom vysokých únikov vody.
6. Činitele ovplyvňujúce straty vody a ich analýza Za hlavné faktory, ktoré majú rozhodujúci vplyv na veľkosť a vývoj strát vody možno
označiť:
1. Technický stav vodovodného systému, predovšetkým netesnosť spojov potrubia, netesnosť
spojov armatúr, malá citlivosť vodomerov, netesnosť vodojemov, neúplné a nepresné meranie
vyrobenej vody, nepresné a neúplné určovanie dodávanej vody do siete (neevidované odbery,
krádeže vody, nevykazovaná a nemeraná vlastná spotreba vody a pod.). Priamy vplyv na
veľkosť vykazovaných strát majú hlavne tieto faktory: profil, dĺžka a materiál potrubia,
hustota armatúr a prípojok a vzdialenosť medzi zásobným potrubím a vodomerom, vek
materiálu a spojov rúr, mimoriadne mechanické a chemické vplyvy prostredia potrubia, čas
zabezpečovania opráv porúch a havárií a fyzicky opotrebovaných uzáverov. Sprostredkovane
pôsobia na veľkosť strát vody najmä tieto činitele: technické riešenie systému vodovodov,
stavebné vyhotovenia vodovodov, hornina, do ktorej sa rúry ukladajú a podobne.
2. Tlakové pomery v sieti – jednou z ciest ako bez veľkých finančných nákladov obmedziť
úniky vody spôsobované netesnosťami a trhlinami v distribučnej sieti je regulácia tlaku vody
v sieti v závislosti na spotrebe vody. Výhodou regulácie tlaku v sieti, jeho zníženia v dobe
nočného útlmu spotreby vody je, že sa dá v relatívne krátkom čase a s vynaložením pomerne
malých investičných nákladov dosiahnuť značné zníženie únikov vody spôsobených zlým
technickým stavom potrubia. Dotýka sa to prípadov, kedy je do siete zapojený vodojem.
Hydraulicky sa dá únik vody z potrubia charakterizovať ako výtok otvorom. Pri určitom
zjednodušení a zanedbaní tlaku zeminy v mieste výtoku vody z potrubia, platí pre výtok vody
malým otvorom z tlakového potrubia do voľného priestoru vzťahu:
hg2SQ ⋅⋅⋅⋅=η (26.)
kde Q je výtok otvorom [m3.s-1]
η výtokový súčiniteľ
S plocha výtokového otvoru [m2]
h tlaková výška v ťažisku otvoru [m vodného stĺpca]
22
Teoreticky pri znížení tlaku o 0,1 MPa sa zníži výtok otvorom o cca 8,70 %.
V praxi sa zistilo, že nočný prietok sa vplyvom poklesu tlaku zníži o 11 %. Meranie sa môže
brať len orientačne, lebo záleží na veľkosti zníženia tlaku. Riadenie tlaku má vplyv aj na
množstvo fakturovanej vody, z dôvodov menších výtokov vody z potrubí.
Regulácia tlaku vody vo vodovodných privádzačoch, resp. vetvách regulačnými armatúrami
obmedzuje straty vody netesnosťami v závislosti na rozdiely tlakových výšok armatúry a
strednej tlakovej výšky pozorovaného pásma a na veľkosti tlakovej straty armatúry
Vysoký tlak pri zásobovaní môže zvyšovať počet miest únikov a teda znamená vyššiu stratu.
Pri rovnakej geometrii otvoru sa únik vody zvyšuje. Tak napríklad tlak 5 barov spôsobuje pri
rovnakej geometrii otvoru zvýšenie výtoku vody o 23 % oproti tlaku 3 barov [5, 6, 7].
Poruchy potrubia sa účinkom tlaku vody v potrubí alebo účinkom náhleho kolísania tlaku
(vodný ráz potrubí) najčastejšie prejavia vytlačením tesnení rúrových spojov, niekedy
dochádza aj k prasknutiu stien potrubia. Pri častejšom výskyte vodných rázov a kavitácii sa
výraznejšie prejavia aj poruchy vplyvom únavy materiálu.
Vplyv nestacionárneho prúdenia v tlakovom potrubí na poruchy potrubia Okrem prevádzkového tlaku vody v potrubí pre vznik porúch na potrubí majú veľký význam
rovnomerné nároky sietí voči vnútornému tlaku. Tlakové rázy takmer vždy vedú k nárastu
porúch na potrubí.
Náhla zmena prietokovej rýchlosti vody v tlakových potrubiach najčastejšie môže nastať
otváraním alebo zatváraním uzáverov, zapínaním alebo vypínaním čerpadiel, resp. rýchle
vyprázdňovanie systému a nasávanie vzduchu do systému vedie k podstatným tlakovým
zmenám, pretože vodnej hmote v potrubí sa odoberá alebo pridáva tlaková energia. Tieto
tlakové zmeny sa šíria v dôsledku malej pružnosti vody ako aj rúrových materiálov veľkou
rýchlosťou a spôsobujú veľké pretlaky, prípadne aj podtlaky, ktoré môžu viesť k poškodeniu
potrubí (spôsobenie netesností rúrových spojov pretlakovou alebo podtlakovou vodou,
prípadne prasknutia potrubia od pretlaku alebo zmäknutia potrubia od podtlaku).
Tlakové zmeny sa šíria v podobe tlakových vĺn (podobne ako zvukové vlny) od miesta
rozruchu, t.j. od bodu, kde sa vodnej hmote privedie alebo odvedie tlaková energia, až ku
koncu vodnej hmoty. Tam sa tlakové vlny odrazia a bežia v opačnom zmysle.
Ak sa zväčší rýchlosť vodnej hmoty, potom sa primárne vyvolá od miesta rozruchu proti
smeru toku vody podtlaková vlna, v smere toku vody pretlaková vlna. Tieto tlakové vlny po
odraze na konci potrubia bežia späť ako sekundárne tlakové vlny v obrátenom zmysle.
23
Sekundárne tlakové vlny sa v mieste vzniku znova odrazia a bežia znova v pôvodnom zmysle
ku koncu potrubia. Vodná hmota, ktorá sa nachádza v potrubí, v dôsledku toho sa pohybuje
tak dlho sem a tam, kým sa prebytočná energia nespotrebuje trením a nevznikne znova
rovnovážny stav.
Ak sa zmenší rýchlosť vodnej hmoty v potrubí, potom vzniká od miesta rozruchu
vychádzajúc proti toku vody v potrubí pretlaková vlna a v smere toku vody podtlaková vlna.
Tieto primárne tlakové vlny sa tak isto odrážajú a vzniká v podstate taký istý jav ako pri
zväčšení rýchlosti vodnej hmoty. Takto uniknuté pretlaky a podtlaky môžu dosiahnuť
zväčšenie rýchlostí vodnej hmoty pri ktorých môžu vzniknuté pretlaky resp. podtlaky na sieti
dosahovať 3 – 5 násobné hodnoty prevádzkového tlaku a spôsobovať poruchy na sieti.
Postupová rýchlosť tlakovej vlny
Pri výpočte veľkosti rázu vody v potrubí treba v prvom rade poznať postupovú rýchlosť
tlakovej vlny, ktorá je daná rovnicou
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅+
=
pt E1
sd
E1γ
gc [m.s-1] (12.)
kde
c postupová rýchlosť tlakovej vlny [m.s-1]
g gravitačné tiažové zrýchlenie [m.s-2]
γ merná tiaž tekutiny [kp.m-3]
Et modul pružnosti tekutiny [kp.m-2]
pre vodu 2,07·108 kp.m2
d priemer potrubia [m]
s hrúbka steny potrubia [m]
Ep modul pružnosti rúrového materiálu [kp.m-2]
pre oceľ 2,1·1010 kp.m-2
šedú liatinu 7,2·109 kp.m-2
betón 2,0·109 kp.m-2
drevo 1,0·109 kp.m-2
24
Ak do rovnice pre postupovú rýchlosť tlakovej vlny sa dosadí zvuková rýchlosť vo vode c´
danú výrazom
1425γEgc´ t =⋅
= m.s-1 (13.)
dostávame
p
t
EE
sd1
1425c⋅+
= [m.s-1] (14.)
Z rovnice vyplýva, že postupová rýchlosť tlakovej vlny môže dosiahnuť v krajnom prípade
najviac hodnotu zvukovej rýchlosti vo vode c´= 1425 m.s-1. Pri obvyklých hrúbkach stien
potrubí zvykne vychádzať pri oceľových, liatinových a betónových potrubiach postupová
rýchlosť tlakovej vlny okolo c = 1000 m.s-1.
Upravením poslednej rovnice dostávame pre vodovodné tlakové potrubia v Allieviho tvare
Sdk348
9,900c+⋅
= [m.s-1] (15.)
V tejto rovnici znamená p
10
E10k = súčiniteľa závislého od materiálu potrubia. Jeho hodnota sa
udáva nasledovne: k = 0,5 pre oceľové potrubia
k = 1,0 pre liatinové potrubia
k = 4,4 pre azbestocementové potrubia
k = 5,0 pre betónové a olovené potrubia
k = 10,0 pre drevené potrubia
k = 16,0 až 20,0 pre potrubia z plastických hmôt.
Pri potrubiach z armovaného betónu sa berie hodnota súčiniteľa k = 5,0, pričom sa fiktívna
hrúbka stien potrubia počíta z rovnice
ba s101ss += [mm] (16.)
kde
sa myslená hrúbka steny kovového potrubia, ktoré má rovnaký prierez ako
armatúra v potrubí [mm]
sb hrúbka betónovej steny potrubia [mm]
25
Správnosť tohto postupu možno dokumentovať numerickým príkladom: Treba vypočítať
postupovú rýchlosť tlakovej vlny v oceľovom vodovodnom potrubí DN 300/316 mm
hrúbka steny 82
316300s =−
= mm
pre oceľové potrubie k = 0,5 z rovnice (17.)
070,1
83000,548,3
9,900c =⋅+
= m.s-1
Doba reflexie tlakovej vlny T a doba uzatvárania resp. otvárania prítoku To
Pod dobou reflexie tlakovej vlny T treba rozumieť dobu prebehnutia jednej tlakovej vlny od
miesta vzniku až po odrazový bod a späť t.j.
c
2LT = [s] (18.)
kde
L dĺžka potrubia od miesta vzniku rozruchu až po odrazový bod (vodojem,
tlaková vzduchová nádrž alebo miesto, kde je voľná hladina) [m]
c postupová rýchlosť tlakovej vlny [m.s-1]
Ak by bolo tlakové potrubie zložené z úsekov o dĺžkach li a o postupových rýchlostiach
tlakových vĺn ci, potom sa doba reflexie počíta z rovnice
∑=i
i
cl2T (19.)
Dobu reflexie tlakovej vlny T treba poznať preto, lebo k výpočtu tlakového poklesu, prípadne
tlakového stúpnutia treba vedieť, či doba uzatvárania uzáverového orgánu (resp. doba
zastavenia čerpadla) je väčšia alebo menšia ako doba reflexie.
Ak je doba uzatvárania prítoku To menšia alebo práve rovná dobe reflexie t.j. To ≤ T, potom
narazí tlaková vlna na práve zatvorený uzáver. Tlakový ráz dosiahne potom maxima a môže
spôsobiť veľké hmotné škody na potrubí a armatúrach. Za stavu To ≤ T hovoríme o priamom
(direktnom) ráze a pri t > T o nepriamom (indirektnom) ráze.
26
Výpočet veľkosti priameho rázu t.j. pri To = T
Hodnotu zvýšenia tlaku pri priamom hydraulickom ráze možno odvodiť na základe vety o
impulze a hybnosti
f.t = m.a.t = m.v (20.)
kde
f veľkosť sily
t doba, za ktorú sila pôsobí
f.t silový popud alebo impulz
m hmota
a zrýchlenie, ktoré sa udeľuje hmote
v rýchlosť pohybu hmoty
m.v hybnosť
Možno to dokumentovať príkladom: Ak má pokojná hmota m nadobudnúť rýchlosť v, treba
na ňu pôsobiť silou f za určitú dobu t.
Ak sa aplikuje táto veta na tekutinu pretekajúcu potrubím vyznačeným na obr. 9 v okamžiku
zatvárania uzáveru sa hodnota hybnosti tekutiny bude rovnať
m.v = ρ. F.L.v (21.)
kde
ρ - merná tiaž tekutiny (k.m-3)
F - prierezová plocha potrubia (m)
L - dĺžka potrubia (m)
v - rýchlosť vody v potrubí. (m.s-1)
Po uplynutí časového úseku cLt = , t.j. sa všetka tekutina v potrubí zastaví a rýchlosť sa bude
rovnať nule, bude aj hybnosť rovná nule m.v = 0. Podľa toho teda za dobu cLt = bude
prírastok hybnosti m.v = ρ. F.L.v.
V priebehu tej istej doby cLt = pôsobili na tekutinu v potrubí nasledujúce sily
v reze A –A sila p1F
v reze B –B sila p2F
tiaž tekutiny.
27
Obr. 9 Aplikácia ak hmota „m“ nadobudne rýchlosť „v“
Prvé dve sily sú horizontálne, tretia vertikálna. Priemet impulzov týchto síl v smere pôsobenia
hybnosti, t.j. do horizontálnej osi bude rovný
( ) ( )cLFpp
cLFpFptf 2121
⋅−=−=⋅ (22.)
Dosadením odvodených hodnôt do rovnice o impulze a hybnosti dostaneme:
( )cLFppvLFρ 21⋅
−=⋅⋅⋅− (23.)
( )21 ppcvρ −=⋅⋅− (12.)
cvρpp 12 ⋅⋅+= (13.)
Z rovnice vyplýva, že v reze B – B je tlak pri hydraulickom ráze vyšší ako hydrostatický tlak
o veličinu
∆p = ρ·v·c [kp.m-2] (14.)
Keď tento prírastok tlaku sa vyjadrí v metroch vodného stĺpca dostane sa
g
cvgρ
∆p∆H ⋅±=
⋅=
⋅
[MPa] (24.)
28
Rovnicu možno písať s dvomi znamienkami (+,-), pretože podľa nej možno vypočítať nielen
hodnotu pretlaku ale aj podtlaku.
Ak do odvodenej rovnice sa dosadí za postupovú rýchlosť tlakovej vlny približne c = 1000
m.s-1 a za gravitačné zrýchlenie g = 9,81 = 10 m.s-2, potom vyjde
v100v10
1000∆H ⋅=⋅=⋅
a pre rýchlosť vody v potrubí v = 1 m.s-1 je
∆H = 100 m vodného stĺpca
Z tohto príkladu vidieť, že pri priaznivom ráze dosahuje zvýšenie, resp. zníženie tlaku veľmi
vysokú hodnotu. Podmienkou vzniku priameho rázu, ako som to už vyššie uviedol však je,
aby uzáverová resp. otváracia doba uzáverového orgánu spôsobujúceho rozruch bola rovná
alebo menšia ako doba reflexie. Ak sa rozruch privodí zapnutím alebo vypnutím čerpadla,
potom sa musí počas doby reflexie celý nábehový výkon dosiahnuť, resp. priškrtiť. V snahe
čo najviac zamedziť možnosti vzniku vysokých hodnôt zvýšenia resp. zníženia tlakov treba
voliť konštrukciu uzáverových orgánov ako aj spôsob zapínania čerpadiel taký, aby priame
rázy nemohli vznikať. Tým dosiahneme, že sa veľká časť priameho rázu odbúra trením v
potrubí a v uzáverových orgánoch.
Ak je doba uzatvárania prítoku To práve rovná dobe reflexie T, t.j. pri To = T, priamy rez je
priebeh tlakového prírastku resp. úbytku lineárny. Maximálna hodnota tlakového prírastku
resp. úbytku je v mieste vzniku rozruchu a minimálne v mieste odrazu. Hodnota tlakovej
zmeny vo vzdialenosti x od miesta rozruchu je
L
xL∆H∆Hx−
= (25.)
Kavitácia
Kavitácia je jav pri ktorom sa vytvárajú v exponovaných miestach bubliny pary
spôsobujúce pokles tlaku pri pohybe kvapaliny pod hodnotu parciálneho tlaku pár pri danej
teplote. Exponované sú najmä časti na vstupnej a výstupnej časti čerpadlá alebo turbíny
v blízkosti stien, ale môže ovplyvňovať aj celé potrubie. Prúd vody potom odnáša bubliny pár
do oblasti s vyšším tlakom, kde dochádza k ich impulzii, t.j. ku okamžitej kondenzácii. Pri
tomto jave potom vznikajú v okolí tlakové vlny s amplitúdou radové 100 MPa. Takéto účinky
vedú k tomu, že dochádza ku kavitačnej erózií. Tento proces má tiaž podstatný vplyv na
29
zmenu pretlakov vo vodovodnom systéme a zároveň môže spôsobovať väčšie úniky straty
vody v systéme.
7. Riadenie únikov vody pomocou tlakov
Najjednoduchším spôsobom ako znížiť straty vody je aktívny management tlaku.
Doposiaľ sa tento aktívny management robil iba v máloktorých krajinách sveta. Spôsobené je
to aj spôsobom ako spoločnosti, ktoré prevádzkujú vodovodné systémy zohľadňujú tlakové
pomery pri analýze údajov a únikov, buď pri porovnaní výkonov alebo pri stanovení
výkonnostných cieľov. Doterajšie skúsenosti potvrdili skutočnosť, že na znížení objemu
nefakturovanej vody má najlepšiu prax tlakový management vytvorený v merateľných
okrskoch aj v tých s nízkym tlakom.
Je preukázané, že ak sa znížia pretlaky na sieti
• zníži sa rýchlosť prietoku vody z existujúcich únikov
• znížia sa niektoré zložky spotreby ak je to potrebné
• zníži sa frekvencia nových únikov a prirodzený nárast únikov
• predĺži sa životnosť infraštruktúry.
Vplyv tlaku na prietok vody je známy a je uvedený v rovnici č. 27, kde sa uvádza, že
výtok vody je hlavne závislý na ploche príslušného pretlaku, výtokovom koeficiente
a gravitačnom zrýchlení. Na základe výsledkov, ktoré robila IWA (International Water
Association) sa pri praktickom výpočte vzťahov medzi tlakom a rýchlosťou únikov
preukázalo, že platí: množstvo únikov sa mení s tlakom P a že platí:
L1 / Lo = (P1 / Po) N1 ; (27. )
Je treba poznamenať, že v tejto rovnici je rozhodujúci tlak pomerov (P1/Po) a nie ich
rozdiel. Hodnota exponentu N1 sa určuje na základe nočných skúšok pri zníženom tlaku
a merania vstupného prítoku a primeraného tlaku v zóne. Boli zistené hodnoty exponenta N1
blízke 0,5 pre úniky na kovových pružných potrubiach ale boli určené aj hodnoty N1 1,5
a viac pre pružné nekovové potrubia. Exponent na základe meraní môže mať hodnotu v zóne
od 0,5 do 2,5. U veľkých systémoch s potrubným materiálom sa pomer priemerný tlak
k rýchlosti únikov zvyčajne blíži k lineárnej závislosti. (N1 = 1), ako je to znázornené na obr.
č. 10 .
30
Obr. 10 Obecný vzťah medzi tlakom a únikmi založený na použití exponentu N1
1. Pomer tlakov P1/ Po
2. Pomer únikov vyjadrený L1/Lo
Obr. 11 Reynolsovo číslo vo vzťahu k hodnote N1 (Exponent N1 vo vzťahu k /Re/ pre 1,1 mm otvor na medenom potrubí)
31
Ďalej treba poznamenať, že existuje vplyv tlaku na niektoré zložky spotreby, na
frekvenciu nových únikov, kde sú známe výsledky sledovania únikov vody na systémoch
s prerušovanou prevádzkou, ktoré mali 10-20 krát vyšší ročný počet nových únikov ako
systémy prevádzkované za stáleho tlaku.
Na základe sledovania strát tlakov vody pracovná skupina IWA pre odporučila
používať viacero technických ukazovateľov pre skutočné straty vody v potrubí. Medzi
odporúčanými indexmi, ktoré sa určujú aj na základe priemerného tlaku v zóne je index ILI.
Infraštruktúrny index strát (Infrastructure Leakage Index) ILI
Infraštruktúrny index strát (ILI) je bezrozmerný ukazovateľ definovaný ako podiel
CARL/UARL (podiel skutočných strát vody a teoreticky nevyhnutných skutočných strát
vody). Hodnota tohto indexu ukazuje, koľkokrát sú skutočné straty vyššie ako nevyhnutné
straty. Pri stanovovaní ILI (resp. UARL) je problematický spôsob stanovenia priemernej
hodnoty tlaku v systéme s rôznymi tlakovými pásmami a pri zmenách v priebehu dňa. IWA
odporúča používať a sledovať ILI pre jednotlivé vodárenské systémy resp. pre každé tlakové
pásmo samostatne.
Infraštruktúrny index strát sa vypočíta podľa vzťahu:
ILI = CARL / UARL (28.)
kde
CARL (Current annual losses) je aktuálna hodnote strát vody v litroch/deň
UARL (Unavoidable Annual Real Losses) - Nevyhnutné skutočné straty v litroch/deň
Návrh aplikácie ukazovateľa ILI v závislosti od priemerného tlaku vody v potrubí je v tabuľke č. 4.
Podľa veľkosti jednotkových únikov na prepočítanú dĺžku je možné zaradiť vodovodný
systém do kategórii podľa tabuľky č. 5.
32
Tab. 4 Kategórie hodnôt ILI na posudzovanie strát vody (IWA)
l / prípojku / deň (TIRL)
pri priemernom tlaku v systéme od Technické Kategórie
ILI
20 m 30 m 40 m 50 m
A 1 – 2 < 50 < 75 < 100 < 125
B 2 – 4 50 – 100 75 – 150 100 – 200 125 – 250
C 4 – 8 100 – 200 150 – 300 200 – 400 250 – 500
D > 8 > 200 > 300 > 400 > 500
Kategórie v tabuľke č. 4 opisujú potrebu znižovania strát vody nasledovne:
A – ďalšie znižovanie strát vody môže byť neekonomické
B – je možné uvažovať o zlepšení, potrebné je zvážiť kontrolu tlaku v sieti, vylepšiť aktívnu
kontrolu strát a údržbu siete
C – úroveň strát je tolerovateľná iba ak je dostatok zdrojov vody a voda je lacná, ináč je
potrebná analýza príčin a intenzívne znižovanie strát
D – neefektívne využívanie zdrojov vody - je nutné zaviesť prioritný program na redukciu
strát
Tab. 5 Kategórie hodnotenia vodovodných systémov podľa jednotkových únikov [38] Kategória Jednotkové úniky Charakteristika systému
M3.km-1.rok-1
I. 0 – 4200 vyhovujúci
II. 4200 – 6000 podmienene vyhovujúci
III. 6000 – 7800 nevyhovujúci
IV. 7800 - Zlý stav
Index ILI na základe analýzy IWA udáva teoretické nevyhnutné straty v závislosti na hustote
prípojok za daného prevádzkového tlaku. Príklad teoretických strát vody v závislosti na
hustote prípojok a daného prevádzkového tlaku je uvedený v tab. č. 6.
33
Tab. 6 Teoretické straty vody (l/príp./deň) v závislosti na hustote prípojok za daného prevádzkového tlaku Hustota prípojok Priemerný prevádzkový tlak vo vodárenskej sieti (KPA
Počet prípojok na km 200 400 600 800 1000
20 34 68 112 146 170
40 25 50 75 100 125
60 22 44 66 88 110
80 21 41 62 82 103
100 20 39 59 78 98
Kvôli určitému zjednodušeniu pracovná skupina IWA vytvorila tabuľku na určenie
teoretických strát vody v závislosti na hustote prípojok pre tlak 0,4 MPa (Tab. 7).
Pri komplexnom hodnotení siete z hľadiska rizík únikov vody hrá významnú úlohu, ako to
už bolo uvedené. Hľadisko hydrostatického tlaku (HST) v potrubí a hľadisko kolísania
hydrostatického a hydrodynamického tlaku (HDT). Na základe analýz, ktoré vykonala
(Šenkapoulová 2005), ale aj iní, pri hodnotení rizika únikov vody z hľadiska hydrostatického
tlaku v potrubí rozdelili vodovodné siete v závislosti na HST následovne (tab.. 8.)
Pri posudzovaní technického stavu v potrubí sa vychádzalo s maximálneho hydrostatického
tlaku (HST), ktorý je aj u nás predpísaný technickým predpisom hodnotou 0,6 MPa
v odôvodnených prípadoch 0,7 MPa (60 resp. 70 m vodného stĺpca) a minimálnym
hydrodynamickým tlakom, tiež predpísaným technickým predpisom hodnotou 0,25 MPa (ako
požiarne minimum) v odôvodnených prípadoch, pri stavbe do dvoch nadzemných podlaží
stačí pretlak 0,15 MPa resp. 0,25 m resp. 15 m vodného stĺpca. Je žiadúce prevádzkovať
vodovodnú sieť v hodnotách nižších blízkych povolenému minimálnemu tlaku, lebo zo
zvyšujúcim sa tlakom hrozí zvýšené riziko únikov vody v dôsledku väčšej poruchovitosti.
Nemenej dôležitým faktorom pri sledovaní únikov v potrubí je hľadisko kolísania
hydrostatického a hydrodynamického tlaku. Veľké kolísanie tlaku v sieti v priebehu dňa
negatívne ovplyvňuje technický stav potrubia a je príčinou častejších porúch potrubí a únikov
vody. Najviac ohrozené bývajú napr. pri gravitačnom potrubí koncové úseky sietí. Tlak od
čerpadiel na výtlaku je vždy súčasťou výpočtov a tlakové pomery v uzloch sú známe.
34
Tab. 7 rčenie teoretických strát vody v závislosti na hustotu prípojok pre tlak Jt 0,4 MPa
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 17 70,70 70,61 70,52 70,43 70,34 70,25 70,16 70,07 69,98 69,89 18 69,80 69,71 69,62 69,53 69,44 69,35 69,26 69,17 69,08 68,99 19 68,90 68,81 68,72 68,63 68,54 68,45 68,36 68,27 68,18 68,09 20 68,00 67,91 67,82 67,73 67,64 67,55 67,46 67,37 67,28 67,19 21 67,10 67,10 99,92 66,83 66,74 66,65 66,56 66,47 66,38 66,29 22 66,20 66,11 66,02 65,93 65,84 65,75 65,66 65,57 65,48 65,39 23 65,30 65,21 65,12 65,03 64,94 64,85 64,76 64,67 64,58 64,49 24 64,40 64,31 64,22 64,13 64,04 63,95 63,86 63,77 63,68 63,59 25 63,50 63,41 63,32 63,23 63,14 63,05 62,96 62,87 62,78 62,69 26 62,60 62,51 62,42 62,33 62,24 62,15 62,06 61,97 61,88 61,79 27 61,70 61,61 61,52 61,43 61,34 61,25 61,16 61,07 60,98 60,89 28 60,80 60,71 60,62 60,53 60,44 60,35 60,26 60,17 60,08 59,99 29 59,90 59,81 59,72 59,63 59,54 59,45 59,36 59,27 59,18 59,09 30 59,00 58,91 58,82 58,73 58,64 58,55 58,46 58,37 58,28 58,19 31 58,10 58,01 57,92 57,83 57,74 57,65 57,56 57,47 57,38 57,29 32 57,20 57,11 57,02 56,93 56,84 56,75 56,66 56,57 56,48 56,39 33 56,30 56,21 56,12 56,03 55,94 55,85 55,76 55,67 55,58 55,49 34 55,40 55,31 55,22 55,13 55,04 54,95 54,86 54,77 54,68 54,59 35 54,50 54,41 54,32 54,23 54,14 54,05 53,96 53,87 53,78 53,69 36 53,60 53,51 53,42 53,33 53,24 53,15 53,06 52,97 52,88 52,79 37 52,70 52,61 52,52 52,43 52,34 52.25 52,16 52,07 51,98 51.89 38 51,80 51,71 51,62 51,53 51,44 51,35 51,26 51,17 51,08 50,99 39 50,90 50,81 50,72 50.63 50,54 50,45 50,36 50,27 50,18 50,09 40 50,00 49,97 49,94 49,91 49,88 49,85 49,82 49,79 49,76 49,73 41 49,70 49,67 49,64 49,61 49,58 49,55 49,52 49,49 49,46 49,43 42 49,40 49,37 49,34 49,31 49,28 49,25 49,22 49,19 49,16 49,13 43 49,10 49,07 49,04 49,01 48,98 48,95 48,92 48,89 48,86 48,83 44 48,80 48,77 48,74 48,71 48,68 48,65 48,62 48,59 48,56 48,53 45 48,50 48,47 48,44 48,41 48,38 48,35 48,32 48,29 48,26 48,23 46 48,20 48,17 48,14 48,11 48,08 48,05 48,02 47,99 47,96 47,93 47 47,90 47,87 47,84 47,81 47,78 47,75 47.72 47,69 47,66 47,63 48 47,60 47,57 57,54 47,51 47,48 47,45 47,42 47,39 47,36 47,33 49 47,30 47,27 47,24 47,21 47,18 47,15 47,12 47,09 47,06 47,03 50 47,00 46,97 46,94 46,91 46,88 46,85 46,82 46,79 46,76 46,73
35
Tab. 8 Hodnotenie vodovodného potrubia z hľadiska hydrostatického tlaku v potrubí Hydrostatický tlak
v potrubí (m. vod. stĺpca)
Klasifikácia
Body
do 30 m Veľmi dobra 1
30 - 40m Dobra 2
40 – 50 m Priemerná 3
50 – 60 m Kritická 4
nad 60 m Veľmi kritická 5
Veľkým rizikom z hľadiska kolísania tlaku vo výtlačných radoch sú ale razy (nestacionárne
prúdenia) v sieti. Ak nie je urobený výpočet siete proti razom odporúča sa, aby všetky úseky
kde sú predpoklady vzniku rázov (výtlaky bez protirázovej ochrany) sa klasifikovali ako
veľmi kritické z hľadiska strát vody. Hodnotenie rizikov úniku vody z hľadiska kolísania HST
je uvedené v tab. č. 9.
.
Tab. 9 Hodnotenie vodovodného potrubia z hľadiska kolísania hydrostatického a hydrodynamického tlaku
Kolísanie HST a HDT m. vod. stĺpca
Klasifikácia Body
do 50 m veľmi dobré 1
4 – 10 m dobré 2
10 – 15 m priemerne 3
15 – 20 m kritické 4
nad 20 m veľmi kritické 5
Managementy riadenia tlaku ak chcú znižovať straty vody bez väčších finančných nákladov
budú musieť postupné preberať uvedenú metodiku znižovania strát a hľadať ďalšie
nenáročné spôsoby určovania strát a únikov vody v sieti a hlavne ich odstraňovania. Ďalšie
príklady pomeru tlaku ku frekvencií únikov ja na obr. č. 12.
36
Obr. 12 Priemerný tlak na sieti vo vzťahu k frekvencii únikov (porúch) na veľkom
systéme vo Walese
1. Priemerný tlak (m) 2. Frekvencia únikov na 1000 km za rok
8. Dopady poklesu a stúpnutia pretlaku vo vodovodnom systéme
Pokles alebo stúpnutie pretlaku vo vodovodných systémoch je pomerne často sa
opakujúci jav na systémoch gravitačných aj výtlačných. Oba prípady zmien tlaku môžu mať
negatívny vplyv ku vzťahu k zákazníkovi alebo na výrobné procesy. Nízky pretlak vody
spôsobuje nedodanie zmluvne uzavretého množstva vody, (nízky tlak - menšie prietoky),
resp. vyradenie z prevádzky spotrebiče, ako sú: práčka, umývačka riadu, bojlery na teplú
vodu u vlastníkov nehnuteľnosti, resp. zastavenie výrobných procesov v prevádzkach, ktoré
vyžadujú určitý pretlak vody k výrobným procesom. Nízke tlakové pomery môžu spôsobiť na
vyšších podložiach nedostatok vody. Tieto sa dajú dlhodobejšie riešiť zosilovacími stanicami,
ktoré zabezpečia vodu aj pre vyššie podložia. Obdobným spôsobom sa dá riešiť voda
a zvyšovanie pretlaku pre výrobné procesy. Vysoké tlaky spôsobené najčastejšie rázmi,
naopak môžu spôsobiť škodu na horeuvedených výrobných zariadeniach a spotrebičoch,
v prípade, ak nie sú na takúto situáciu prispôsobené (inštalované regulátory tlaku a pod.).
37
Tlakové pomery na vodovodnej sieti má sledovať management tlaku, ktorý si
vybuduje systém sledovania na vytvorených samostatných okrskoch distribučného systému.
Tato najlepšie posúdi možné alternatívy vzniky min. a max. pretlakov, ako aj s tým
spôsobené straty vody. Systém sa má zaznamenávať, vyhodnocovať a na základe získaných
údajov robiť príslušné opatrenia na reguláciu pretlaku na vodovodnej sieti. Ďalšie príklady
charakterizujúce νp pretlak na frekvenciu porúch sú uvedené na obr. 13 a 14.
Inde
x ún
ikov
„IL
I“
Priemerný nočný tlak zóny (m)
Obr. 13 Typický zónový pretlak vody k indexu ILI
38
Poče
t por
úch
na 1
000
m z
a ro
k
Priemerný nočný tlak vody v zóne
Obr. 14 Vzťah medzi priemerným nočným tlakom (pretlakom) v zóne (ANZP) a frekvenciou porúch z údajov UK spoločností
Rýchlosť presakovania v distribučných systémoch je funkciou tlaku vytvoreného čerpadlami
(tlakový systém) alebo gravitačným spádom. Existuje tu vzťah medzi prietokovou rýchlosťou
priesakov a tlakom, ktorý bol dokázaný laboratórnymi testmi a skúškami v podzemných
systémoch. Praskliny v potrubiach sú tiež funkciou tlaku. Tento vzťah a jeho kvantifikácia nie
je ešte pochopená v takom rozsahu ako vzťah medzi tlakom a prietokovou rýchlosťou.
Napriek tomu je zrejmé, že výskyt prasklín súvisí so zmenami tlaku.
Riadenie tlakov je jedným zo základných prvkov dobre organizovanej stratégie pre riadenie
priesakov. Malo by byť súčasťou stratégie, lebo má vplyv na ďalšie prvky systému.
• ak sa zníži tlak, znížia sa aj priesaky; preto je potrebné ovplyvniť úroveň detekovania
zdrojov priesakov
• prietoková rýchlosť vo všetkých priesakových cestách (praskliny, trhliny) sa zníži ako
je uvedené v grafe č. 10
• pri zavádzaní riadenia tlakov by sa mali prehodnotiť údaje pre výpočet cieľov
a ekonomických úrovní súvisiacich s priesakmi
• zníženie tlaku môže sťažiť hľadanie priesakov, lebo nie sú tak hlučné, alebo
nepresakujú na povrch
39
• zníženie tlaku môže znížiť niektoré druhy spotreby vody; pri každej spotrebe zo
zariadení priamo napojených na potrubie s daným tlakom bude znížená prietoková
rýchlosť pri zníženom tlaku
Dobre navrhnuté a udržiavané riadenie tlakov ponúka viacero výhod v porovnaní len s málo
nevýhodami. Prínosy riadenia tlaku sú zhrnuté nižšie.
Zníženie výskytu prasklín
Údaje z jednej vodárenskej spoločnosti vo Veľkej Británii (obr. č. 14) znázorňujú zníženie
výskytu prasklín pred a po zavedení riadenia tlakov. Súbor dát je obmedzený rozsahom, ale
naznačuje, že jednotkové zníženie tlaku zníži výskyt prasklín 3 až 4-krát, napríklad zníženie
tlaku z 80 m na 40 m (zníženie 2:1) zníži výskyt prasklín zo sedem na100 zariadení za rok na
jednu na 100 zariadení. Samozrejme tu existuje mnoho iných faktorov, ktoré ovplyvňujú
výskyt prasklín v potrubí. Preto je zložité získať kvalitné údaje na dokázanie vzťahu medzi
týmito položkami. Výskyt prasklín je pravdepodobnejší na väčších územiach, napr. v
zásobovacej zóne, ale v tejto mierke je ťažšie urobiť výraznejšie zmeny v tlaku.
Zabezpečenie plynulejšej dodávky pre odberateľov
Bez riadenia tlakov bude tlak u odberateľov funkciou tlaku vody v miestach, kde vstupuje do
distribučného systému, menšieho ako strata tlaku v podzemnej sieti potrubí. Dobre
organizované režimy riadenia tlakov v potrubí umožnia lepšie pochopenie faktorov
ovplyvňujúcich tlak u odberateľov a umožnia systémom udržiavať tlak bez obmedzenia.
Zvýšená schopnosť protipožiarnej ochrany
Podobne ako v predošlom, chýbajúce riadenie tlakov môže vyústiť do nedostatočných zásob
vody pre požiarne hydranty. Veľa vodárenských spoločností sa vyhýba riadeniu tlakov,
pretože sa obávajú, že to zníži dostupnosť vody na protipožiarnu ochranu, čo potom vyúsťuje
do sporov s hasičskými zbormi. S modernou technológiou a metódami je možné znižovať
tlak a pritom zabezpečiť adekvátne zásoby vody pre protipožiarnu ochranu.
Ochrana dlhej životnosti zariadení
Denné zmeny tlaku sú záťažou pre potrubné siete. Môžu sa poškodiť spoje, armatúry
a vytvoriť trhliny na niektorých typoch potrubia. Poškodenie môže vzniknúť v dôsledku
únavy materiálu počas dlhého obdobia prevádzky. Čím sú väčšie a častejšie zmeny tlaku, tým
40
väčšia šanca, že dôjde k poškodeniu potrubia. Riadenie tlakov by mohlo vyriešiť problém so
zmenami tlaku, čím by sa predĺžila životnosť zariadení.
9. Záver Záverom treba konštatovať, že problematika znižovania strát vody a s tým spojený
problém pretlaku a jeho vplyv na prevádzku a straty vody v sieti sú z uvedeného zrejmé.
Tento proces, ale nie je celkom vyjasnený a zaslúžil by si, k vôli zníženiu strát a šetreniu
finančných prostriedkov, byť predmetom neustáleho sledovania a bádania i overovania
priamo v prevádzkových podmienkach. Záverom ešte určité zhrnutie riešených problémov. Bolo by vhodné uvažovať pre vidiecke prostredie nenavrhnúť distribučný systém aj na
požiarne účely. V týchto podmienkach sú vhodné aj iné spôsoby zabezpečovania požiarnej
vody než cez distribučnú sieť dopravujúcu pitnú vodu.
Literatúra:
• Gas Waser: Bereistellung von löschwasser durch diuew wasserversorgung –
stunternehmen W 77 märz 2000
• Trow. S., Farlay. M: Deverloping a strategy for leakage management. In Water
Distribution system, Water sience and Technology; Water Supply. Vol. 4, No 2
2004. pp. 149-168
• Šenkapaulova. L.: Strategické hodnocení úrovně strát vody u vodárenských
subjektů, Dizertační práce Stavební fakulta VÚT Brno 07.2005-12-05
• STN 75 5401:1989, Navrhovanie vodovodných potrubí
• Zákona č. 272/2001 Z.z. o regulácií v sieťových odvetviach
• Zákona č. 276/2001 z.z. o regulácií v sieťových odvetviach, ako i v znení
neskorších predpisov a doplnení niektorých zákonov
• Zákon č. 230/2005 Z.z. o verejných vodovodoch a verejných kanalizáciách
• Zákon NR SR č. 442/2002 Z.z. o verejných vodovodoch a verejných
komunikáciách
• STN EN 805 (75 5403):2001. Vodárenstvo. Požiadavky na systémy a súčasti
vodovodov mimo budov
• STN 921 04 00:2005, Požiarna bezpečnosť stavieb. Zásobovanie vodou na hasenie
požiarov
• Ryša.L.: Straty vody vo vodovodných systémoch a spôsoby ich znižovania,
Doktorandská dizertačná práca, stu, Stavebná fakulta, Bratislava 2002
41
• Kriš.J. a kol.: Vodárenstvo I. (Zásobovanie vodou) Vysokoškolská učebnica, ES
STU Bratislava 2006 (v tlači)
• Gullick.R; Lechevalier.M; Case.J; Wood.D; Funk.J; Friedman.M; application of
pressune monitoring modelling to detect and minimase low pressure event in
distribution system. JWS: Reasearch and Technology – AQUA, IWA Publisting
2005 pp. 65 – 81.
• Water Voice; Best Practice Register; Water and sewerage Com panies in England
and Wales; August 2005 – Domestic and Busines Customer Shin. E, Park H, Park
C, Hyun I.:
• A Case stady of leajage management in the city of busan Korea
• Conference proceedings, Leakage in Jakarta, Indonesia Conference Proceeding
Leakage 2005, Halifax Canada, seprember 2005. pp. 253-261
• Twort,A.; Ratmajaka,D; Brant,M; Water supply. Sth Edition IWA publishing.
Arnold London, 2000 s. 676
• Martoň, J., Čermák, O.: Vodárenstvo. ES SVŠT (STU), Bratislava 1991
V Bratislave 08.12.2005 Prof. Ing. Jozef Kriš, PhD.