Víz szóbeli tételek: 1. A víz fizikai, kémiai, biológiai tulajdonságai.
Fizikai tulajdonságok: o Halmazállapot: A víz a természetben a légköri viszonyok között mindhárom halmazállapotban előfordul. A halmazállapot-változásához az adott nyomáson megfelelő hőfokra és hőenergiára van szükség. Légköri nyomáson a víz fagyáspontja (tiszta állapotban, szennyezőanyagok nélkül): 273K (0°C) Fagyáshője azonos az olvadáshővel: 335 kJ/kg Légköri nyomáson a forráspontja: 373 K (100°C) Fajlagos párolgáshője: 2256 kJ/kg A forráspont és a párolgáshő függ a nyomástól. o Hőtágulás: A hőmérséklet növekedésének hatására a víz tágul. A víz köbös (térfogati) hőtágulási tényezője függ a hőmérséklettől, de a gyakorlatban egy közepes értékkel számolunk: b=4.3*10-4 1/K A tágult térfogatot kiszámolhatjuk: DV=V0*b*Dt (m3) Vt=V0*(1+b*DT) (m3) o
Fajlagos hőkapacitás (fajhő): A víz fajhője függ a hőmérséklettől, valamint befolyásolják az elnyelt gázok és az oldott ásványi anyagok. 0 és 100 °C között a víz közepes fajhője: 4186,8 J/kg*K. A gyakorlatban 4,19 kJ/kg*K.
o Sűrűség: A vegytiszta víz sűrűsége légköri nyomáson és +4°C-on r=1000 kg/m3 A víz sűrűsége nem állandó, függ a hőmérséklettől, benne oldott anyagoktól, az elnyelt gázoktól, valamint a nyomástól. +4°C-on a legnagyobb, más hőmérsékleten 1000 kg/m3-nél kisebb. Az oldott anyagok mennyisége növeli, az elnyelt gázok mennyisége csökkenti a víz sűrűségét. A hőmérsékletkülönbség miatti sűrűségváltozás felhajtóerőt hoz létre a víz belsejében, ami mozgásban tartja a vizet. A felhajtóerőt létrehozó nyomáskülönbség: Dp=(r2-r1)*h*g (Pa) r2 – T2 hőfokú víz r1 – T1 hőfokú víz h – a T1 T2 hőmérsékletű hely közötti magasságkülönbség o Összenyomhatóság: Az összenyomhatóság a folyadék térfogatának megváltozása egységnyi nyomásváltozás hatására. A vízellátási gyakorlatokban a víz térfogatát állandónak vesszük, mivel nagyon kicsi (ötvenmilliomodnyi).
-1-
o Viszkozitás: A viszkozitás a folyadékrészek közötti elemi belső súrlódás. A viszkozitás miatt tapad a folyadék a csővezeték falához, és emiatt a folyadék mozgatásához bizonyos nagyságú erőhatás szükséges. Kétféle viszkozitást különböztetünk meg: - dinamikus viszkozitás, (nyugalomban lévő folyadékok és gázok), jele h (éta) mértékegysége: Pa*s - kinematikai viszkozitás, (mozgásban lévő folyadékok és gázok), jele n (nű) mértékegysége: m2/s A két viszkozitás közötti összefüggés: n=h/r (m2/s) o Hajszálcsövesség (kapillaritás): A víz nedvesíti az edény falát, ezért ha egy vékony csövet mártunk vízbe a csövön belül magasabb lesz a vízszint, mint a cső körül. Minél kisebb a rés annál magasabb a vízszint a résen belül.
Kémiai tulajdonságok: A víz vegyjele: H2O 1 kg tömegű vízben található: - 2/18 = 0,111 kg hidrogén, - 16/18 = 0,889 kg oxigén. A természetben nincs vegytiszta víz, nagy az oldóképessége, ezért a vele érintkező oldható vegyületeket feloldja. Az oldóképesség a hőmérséklettel és az idővel arányosan növekszik. A víz gázelnyelő képessége is jó (abszorpció). A hidrogén kivételével minden gázt elnyel. Az elnyelőképesség a hőmérséklettel fordítottan arányos. o pH-érték: A pH-érték az oldatok kémhatását jellemzi. A használati vizek pH-értéke 6,8 és 8 között változik, de inkább lúgos kémhatásúak, azaz pH-értékük 7 feletti. A 6,5 pHértékű vizet, már nem tekintjük ivóvíznek. o Keménység: A víz keménységét a benne oldott kalcium és magnézium-vegyületek okozzák, melyek melegítés hatására a vízből kiválnak, és az edény falára rakódnak, vízkő és kazánkő formájában. A keménység értékének meghatározására hazánkban a német keménységi fok jelölést használjuk. Jele: nk° 1 nk° az a víz, melynek 1 literében 10 mg kalcium-oxidnak megfelelő mennyiségű keménységet okozó vegyület van. Használati vizek osztályzása keménység alapján: ⎯ 0-4 nk° nagyon lágy ⎯ 4-8 nk° lágy ⎯ 8-11 nk° közepesen kemény ⎯ 11-18 nk° meglehetősen kemény ⎯ 18-30 nk° 30 kemény ⎯ 30 nk° felett nagyon kemény A keménység növekedésével nő a víz károsító hatása a vele érintkező felületekre. -2-
Agresszivitás, CO2-tartalom: A víz agresszivitását a benne levő CO2 okozza. A vízben lévő CO2 lehet kötött, vagy szabad állapotú. A szabad CO2 tartalom megtámadja a vízzel érintkező fémeket, betont és meszet. Vas- és mangántartalom: A vas ártalmatlan az emberi szervezetre, az ipari felhasználást viszont nehezíti. A mangántartalom nagyobb mennyiségben már mérgező hatású. A vas és a mangán a vizet zavarossá teszi. Mennyiségük külön-külön 0,02 mg/l lehet 1 liter vízben, de együttesen 0,03 mg/l lehetséges. E felett a víz íze kellemetlen, és egyéb káros hatása van. Vízben található egyéb anyagok: A vízben található még nitrit, nátrit, ammónia, és nyomokban különböző fémek. (ólom, arzén, szelén, króm, kadmium). Ezek a víz kémiai tulajdonságait és a felhasználhatóságát befolyásolják.
Biológiai tulajdonságok: A természetben található vizek mindig tartalmaznak baktériumokat, vírusokat. A vizet egészségügyi szempontból a koli-liter alapján minősítik. A koli-liter az a legkisebb vízmennyiség milliliterben, amiből a koli-baktérium kitenyészthető. Minél nagyobb ez a vízmennyiség, annál nagyobb a víz tisztasága. Ha 1 koli-baktérium található: - 100 ml vízben, a víz tiszta, - 10 ml vízben, a víz elég tiszta, - 1 ml vízben, a víz gyanús, - 0,1 ml vízben, a víz fertőző, nem fogyasztható.
1. Víznyerési módok A víz előfordulása szerint a következő víznyerési lehetőségek vannak: -csapadékvíz, -felszíni vizek (vízfolyás, tavak, tározók), -felszín alatti vizek (talajvíz, artézi víz, források, karsztvíz). Csapadékvíz: A csapadékvíz a legtisztább természetes víz. Jelentős mennyiségű oldott gázt és porszennyeződést tartalmazhat. Ott van jelentősége, ahol más módon nehéz vízhez jutni. Ivásra közvetlenül nem használható. Hazánkban vízellátási szempontból nincs jelentősége. Beton, vasbeton medencékben ún. ciszternákban gyűjtik össze. A medence térfogatát a csapadékmentes idő vízszükséglete határozza meg. Vízkivétel, szivattyúzással, vagy gravitációs úton lehetséges. Víz tisztítása a benyúló vezeték végére szerelt szűrővel, illetve a szívócső köré helyezett kavicshomok szűrőréteggel lehetséges. A nagyobb sűrűségű szennyeződés a fenéken ülepszik le. Felszíni vizek: A felszíni vizek sok szerves és szervetlen anyagot, valamint oldott levegőt tartalmaznak. Felszíni vizek: folyóvíz, természetes és mesterséges tóvíz. A -3-
növekvő vízigény miatt egyre nagyobb a jelentősége. Vízhozam évszaktól függetlenül közel állandó, de helytől és időtől függően erősen szennyezettek (ipartelepek, mezőgazdasági területek miatt). Vízellátás szempontjából elsőrendű fontosságú folyóvizeink: Duna, Tisza, Maros, Dráva, Szamos; másodrendű fontosságú: Rába, Sajó, Sió, Hernád, Bodrog, Körösök. Természetes vizeink: Balaton, Velencei-tó. Mesterséges tavakat ott létesítenek, ahol a vízjárás nem egyezik meg szükséglettel (Rakaca, Kiskörei-víztároló). Fontosabb szempontok a vízkivételi berendezések telepítésénél: ¾ Ismerni kell a legalacsonyabb és a legmagasabb vízszintet, hogy mindig azonos mennyiségű vizet tudjunk kinyerni, ¾ Ismerni kell a víz biológiai, kémiai, fizikai, szennyezettségét, a tisztítás miatt, ¾ Ismerni kell a víz hőmérsékletének változásait. Kisebb vízmennyiséget vízkivételi csővel termelünk ki, ha a napi vízigény több tízezer köbméter, akkor a parton, vagy a mederben vízkivételi művet létesítenek. Egyenes partszakaszon, a település, vagy az ipartelepek fölött helyezkedhet el. A kitermelő csövet úgy kell elhelyezni, hogy a legkisebb vízállásnál is 2 m-rel legyen a víztükör alatt, a fenék felett pedig 1 m-rel, hogy iszapot ne tudjon beszívni. Felszín alatti vizek: A lehullott csapadék egy része a földbe szivárog. A beszivárgás sebessége függ a felszín alatti gyűjtő terület alakulásától, és a földkéreg vízáteresztő képességétől. A kőzetek vízáteresztő képesség szempontjából lehetnek: ¾ Tömött kőzetek (bazalt, gránit), - víznyerés szempontjából jelentéktelenek ¾ Üreges, járatos kőzetek (mész. dolomit) - víznyerés szempontjából jelentősek - ezekből nyerjük a karsztvizeket, ¾ Porózus, áteresztő kőzetek (homok, kavics) - legjelentősebb a víznyerés szempontjából, ¾ Porózus, át nem eresztő kőzetek (agyag, márga). A felszín alatti vizeket nyerhetjük kutakból, galériákból, forrásokból. VERT KÚT (NORTON KÚT): Kisebb üdülők, családi házak időszakos vízigényének kielégítésére alkalmas. Elhelyezése egyszerű, de csak ott használható, ahol a talajvízszint a felszíntől 2-5 m-re van. Két fő részből áll: a perforált szívócsőből és a kútfejből. ÁSOTT KÚT: Alkalmazása: 5-15 m mélyen elhelyezkedő víztartó réteg esetében, ha a vízigény nem túl nagy. Általában 1 m belső átmérőjű betongyűrűkből készítik a kutat, amiket egymásra helyeznek, és így süllyesztik le a munkagödörbe a kívánt mélységig. AKNAKÚT: Alkalmazása: ha a tervezett vízmennyiséget csak nagy kútfelület esetén lehet kitermelni (kicsi a víz belépési sebessége a kútnál). Egy kör alaprajzú henger, - betonból, vasbetonból - amit süllyesztéssel juttatnak le a kívánt mélységbe, és a helyszínen építik meg. CSŐKÚT: Kis vízigény (300-600 m3/d) esetén alkalmazható, olcsón elkészíthető fúrt kútfajta. Élővíz mellé telepítik, kútsort alkotnak belőle, tengelye merőleges a talajvíz áramlására. FÚRT KÚT: Kézi vagy gépi fúrással mélyítik, egy vagy több víztartó rétegből nyeri a vizet, mélysége 2000 m is lehet. Ha a vizet rétegvízből nyerjük, artézi kútnak nevezzük. Az artézi víz a légköri nyomásnál nagyobb nyomás alatt áll. Pozitív artézi kút - a víz feljön a felszínre; negatív - ha nem.
-4-
CSÁPOS KÚT: Egy nagyméretű aknából és az aknából kihajtott szűrőcsőből csápból - áll. Folyók partjára telepítik, vízhozama: 6000-12000 m3/d. PARTI GALÉRIA: A felszíni vízzel párhuzamosan, attól 15-20 m-re építik, a szűrőcső merőleges a talajvíz áramlására. A gyűjtőaknából szivattyúzzuk a vizet. MEDERGALÉRIA: Ha a parton nem létesíthető galéria, de a medertérben alkalmas kavicsréteg van, akkor célszerű építeni. A víz ún. szivornyával emelhető a parton lévő gyűjtőaknába. Szűrőkavics réteggel fedik a szivornyát, ezért a szűrés nem kielégítő →elsősorban ipari vízként hasznosítható. További tisztítás esetén →ivóvíz. KARSZTAKNA: Ritka, mert nagyon költséges (Borsodban használják). FORRÁSFOGLALÁS: A források vizét összegyűjtő létesítmények a forrásfoglalások. A források vize legtöbb esetben tisztítás nélkül, közvetlenül felhasználható. De csak olyan forrásra szabad építeni, amelynél hosszú megelőző vizsgálatokkal, mérésekkel meggyőződtek a víz összetételéről, vízhozamáról. Úgy kell megvalósítani, hogy a víz a lehető legkisebb ellenálláson keresztül jusson a létesítménybe. A duzzasztást kerülni kell. Az összegyűjtött víz gravitációs csővezetékkel elvezethető.
2. Vízellátási rendszerek kialakítása (egyéni, közműves). Víztárolás, víztározók, vízkezelés, víztisztítás Közműves vízellátási rendszerek: A kitermelt és kellően megtisztított vizet el kell juttatni a fogyasztóhoz. A csőhálózat a vizet kifogástalan minőségben és kellő mennyiségben juttatja a fogyasztási helyre. A csővezeték részei: o fővezeték →(fő tápvezeték) a víznyerés helyétől az ellátási terület széléig (átfolyómedencéig, szivattyútelepig) haladó vezeték, a teljes vízmennyiséget szállítja. o főnyomócső →az ellátási területen belül a legnagyobb vízmennyiséget szállító csővezeték, bekötővezetéket általában nem kötnek rá. o elosztóhálózat →elosztja a vizet a fogyasztók felé. A vezetékek kialakítása háromféle lehet: o ágas:
Ha a település és a fogyasztók szétszórtan helyezkednek el, a főnyomócsövet a nagy fogyasztású területen vezetik, és ebből ágaztatják le a fogyasztókat ellátó elosztóvezetékeket. Az elosztóvezetékek vakon végződnek. Hátrányai: - sérülés esetén nagy területek maradnak víz nélkül (tűz); - nagy a nyomásingadozás, nagy vízkivétel esetén; - az ágvezetékekben vízlökések keletkezhetnek, amelyek károsak a csővezetékre, tömítésekre, berendezési tárgyakra. -5-
o összekapcsolt rendszer:
Ha az ágas elrendezés vakvégződéseit összekapcsoljuk, akkor jön létre az előbbinél gazdaságosabb, és kedvezőbben üzemeltethető összekapcsolt rendszer. Az előbb felsorolt hátrányok részben kiküszöbölhetőek. A nagyobb távolságban lévő vakvégződések összekötését kerülni kell → gazdaságtalan lenne a fektetése o körvezetékes rendszer:
Nagyobb településeken, városokban alkalmazzák ezt a rendszert. A főnyomócső kör vagy ehhez hasonló alakzatban halad a fogyasztási területen és önmagába tér vissza. A külső közműhálózat vezetékeit a fagyveszély miatt legalább 1,20 m mélyen helyezik el a talajban, és 1-3 % lejtéssel a teljes leüríthetőség és légzsákképződés elkerülése érdekében. Egyéni vízellátási rendszerek: A közmű nélküli helyeken is gyakran építkezünk, és itt is szükség van vízellátásra. Minden olyan épületet, amelyben huzamosabb ideig ember tartózkodhat, legfeljebb 250 m-es körzeten belül el kell látni olyan víznyerő hellyel, amelyből emberi fogyasztásra alkalmas víz nyerhető. Ha 200 m-en belül van közműszerű vízellátási vezeték, az épületet kötelező abba bekapcsolni. Víztárolók: A vízellátás folyamatossága víztárolók alkalmazásával valósítható meg. Célja: ⎯ a vízfogyasztás és termelés közötti különbség kiegyenlítése, ⎯ a csőhálózat nyomásingadozásának kiegyenlítése, ⎯ víztartalék képzése, ⎯ gazdaságos üzemmenet megvalósítása, ⎯ lehetővé tenni a kutak egyenletes szivattyúzását, ⎯ tűzoltóvíz tartalékolása. A víztárolás megoldható földbe süllyesztett medencével vagy víztoronv létesítésével. Medence esetén kerülni kell a víz pangását - a vízbevezetés és a vízkivétel nem lehet egymás mellett -, ezért terelőfalakat építenek be, és ezzel a vizet áramlásra kényszerítik. Víztornyot akkor létesítenek, ha nincs természetes magasság a fogyasztási területen,- a víztorony lényegében egy toronyszerű tartószerkezet, melynek tetején van a medence A víztorony nemcsak tárolja a vizet, hanem kiegyenlíti csőhálózati nyomásingadozásokat is. -6-
Víztisztítás: A vizek szennyeződése az emberi tevékenység miatt egyre növekszik, ezért a vizek tisztításának egyre nagyobb a jelentősége. A víz tisztításán több egymás után végzett műveletet értünk, melynek végén a víz megfelel az egészségügyi vagy technológiai előírásoknak. A tisztítás során nem az összes műveletet végzik el, hanem csak az adott vízben lévő szennyeződések eltávolításához szükségeseket. Mechanikai tisztítók: I. Durva szűrés: A vízben úszó, lebegő nagyobb és szilárd szennyeződéseket lehet eltávolítani. Főként felszíni vizeknél szükséges. A szűrést az ún. gereb végzi, felfogja a vízen úszó faágakat, állati tetemeket, jégtáblákat. II. Középszűrés: A kisebb méretű úszó, lebegő szennyeződések eltávolítása, eszközei a dob- vagy szalagszűrők. A tisztítást egy keretre erősített szitaszövet végzi. Dobszűrőt állandó vízszintnél; szalagszűrőt változó vízszintnél használunk. III. Ülepítés: A vízben lebegő szennyezőanyagokat vegyszer adagolása nélkül, gravitációs úton távolítjuk el. IV. Derítés: Vegyszeradagolással együtt járó, különleges ülepítési folyamat, minek során az igen finom lebegő anyagok is eltávolíthatók. Alumínium-szulfátot, nátrium-aluminátot, vagy vas-kloridot használnak. V. Finom szűrés: Az ülepítés és derítés után még a vízben maradt szennyeződések eltávolítása. A nyersvizet kvarchomok szűrőrétegen vezetik keresztül. Lehet lassú (0,05-05 m/h, nyitott medence) vagy gyors (2,5-15 m/h, nyitott vagy zárt medence). Oldott szennyezők eltávolítása: A vízben lévő szén-dioxid, vas- és mangánvegyületek, a kellemetlen ízt és szagot adó oldott szennyeződések eltávolítása I. Gáztalanítás: A természetes vizekben, de főleg a talajvizekben lévő gázok eltávolítása. Legegyszerűbb módja a csörgedeztetés. Hatékonyabb és kevésbé fertőzésveszélyes, ha zárt tartályban végzik ún. levegőztetéssel. Kémiai gáztalanítás- a vízben lévő agresszív CO2 lekötése. - az ún. márványszűrés. II. Vas- és mangántalanítás: A gáztalanításhoz hasonló tartályban végzik levegőztetéssel, szűrőréteg alkalmazásával. Szagok és ízek eltávolítása: A felszíni vizek íz- és szagtartalmát szerves eredetű bomlástermékek okozzák. Ezeket megszüntethetjük: o levegőztetéssel, o aktív szenes kezeléssel, o oxidációval. Levegőztetéssel az oldott gázok távolíthatóak el. Az aktív szenes kezelés lényege, hogy a szén nagy felülete abszorbeálja azokat az anyagokat, amelyek a kellemetlen ízt és szagot okozzák. Biológiai tisztítás: Az algásodás és kagylósodás megszüntetése. Ellenszerük a termikus kezelés. 30-60 percig a vizet 50-60 °C-ra melegítik. Vízkezelés: ¾ Fertőtlenítés: Az emberi szervezetre káros mikroorganizmusok elpusztítása. ⎯ Klórozás: A leggyakrabban végzett fertőtlenítési eljárás. Többnyire klórgázzal végzik. A klórgázt nem közvetlenül a vízbe juttatják, hanem nagy töménységű klóros vizet adagolnak a tisztítandó vízhez. -7-
⎯ Ózonkezelés: Az eljárás nagy hatékonyságú, hátránya, hogy az ózon nem tárolható, ezért az adagolás helyén kell előállítani. Az előállításhoz villamos áram szükséges ezért csak ott gazdaságos, ahol a villamos energia olcsó. ⎯ Ibolyántúli sugarakkal való kezelés: Még drágább, mint az ózonkezelés. ¾ Fluorozás: A fogak zománcának védelme érdekében egyes helyeken a vízbe nátrium-fluoridos oldatot adagolnak. Nagy koncentrációban viszont az egészségre ártalmas. ¾ Vízlágyítás: A vízben keménységet okozó kalcium- és magnéziumsók eltávolítása. Épületgépészetben nagy a jelentősége. Vízkő kicsapódik a melegítés hatására és a kazán oldalán lerakódik (kazánkő). Rossz hővezető, lerontja a hőátbocsátási viszonyokat. Vízlágyító lejárások: ⎯ termikus eljárás, ⎯ vegyszeres eljárás, ⎯ ioncserélős eljárás, ⎯ fordított ozmózis eljárás. Termikus eljárás: Megvalósítható melegítéssel, (keménység nem változik) elpárologtatással,(lágy vizet kapunk) fagyasztással. Rendkívül drága, ezért épületgépészetben ritkán alkalmazzuk. Vegyszeres lágyítás: Mésztejes lágyítás. A lágyítandó vízhez meszet adagolnak. Ez az eljárás csak a változó keménységet csökkenti, az állandó keménység (karbonátkeménység) nem változik. Ioncserés lágyítás: A kemény vizet olyan szűrőanyagon vezetik át, amelyben a keménységet okozó sók ionjai a szűrőanyagon lévő ionokkal cserélődnek fel. Mivel az állandó és a változó keménységet is megszünteti, ezért igen hatásos. (a víz 0,1 nk°-ig lágyítható) Fordított ozmózis eljárás: Lényege egy 1-10 Ǻngstrom áteresztő képességű membrán. Az ennél nagyobb szennyeződéseket kiszűri, teljesen sótlan vizet enged át. A berendezés nagy ellenállása miatt egy szivattyú beépítése szükséges Egyéb lágyítási eljárások: Mágneses és elektromos erőtérben történő lágyítás, csak tiszta hideg vízben alkalmazhatóak.
3. Különféle létesítmények vízigényének meghatározása. A vízfogyasztók vízfelhasználása változó. A változás a napok, hetek és évszakok függvénye. A település jellegétől is függ: - lakó,- ipari,- mezőgazdasági,- üdülő,szabadidő. A vízellátás módja lehet vízvezetékes (qn=80-350l/fő*d); vagy közkifolyóról (qn=30-50 l/óra) való vízhordás. A lakások típusa szerint lehet:- belső vízvezeték nélkül, közös csapolóhellyel;- belső vízvezeték, különféle komfortfokozattal;- lakósság szociális helyzete és kultúráltsága szerint;- földrajzi helyzet, éghajlati viszonyok, országok szokásai. -8-
Az épületgépészeti méretezéshez meg kell határoznunk az épületek napi, órai és csúcsfogyasztását. Napi vízigény: Az egy főre eső napi vízfogyasztást fejadagnak, vagy fajlagos vízfogyasztásnak nevezzük. Lakóépület esetén: qd=n*qn [l/d, m3/d] qd=napi vízigény, n=vízfelhasználók száma, qn=fajlagos vízigény [l/fő*d; m3/fő*d; táblázatból]. Ipari épület esetén: Ipari épületek vízigénye az ott dolgozó emberek vízszükséglete és a technológiai vízigény összege. qd=n*qn+qt qt=technológiai vízigény Órai vízigény: qh=B*qd/24 [l/h; m3/h] Csúcsfogyasztás: A mértékadó másodpercenkénti vízfogyasztás (mértékadó terhelés) az a vízmennyiség, ami egy csőszakaszon egy időegység alatt átfolyik a csapolóberendezések egy részének egyidejű használatát feltételezve. Ez a vízmennyiség a várható csúcsterhelés az adott épületre. Lakóépületekben a mértékadó terhelés:
qv=0,2* a
∑ N + k ∑ N [l/s] N=csapolóberendezések terhelési egyenértékeinek összege, K=csapoló-egyenértéktő függő tényező (táblázat)
Kommunális épületben: qv=0,2*a a
∑N
[l/s]
4. Vízhálózatok nyomásviszonyai. Az üzemi nyomás az épületen belül: Dpü=Dpv+Dpm+Dpg+Dpk Ebből kifejezve a veszteségekre fordítandó nyomás: Dpv=Dpü-Dpm-Dpg-Dpk [Pa] ahol: Dpv - a veszteségre elhasználható nyomás [Pa] Dpü - üzemi nyomás a bekötésnél [Pa] Dpm - vízmérő ellenállása [Pa]
⎛ q vf szárnykerekes:Dpm= ⎜⎜ ⎝ qm
2
⎞ ⎟⎟ ∗ Δp n ; qvf - fogyasztott vízmennyiség [m3/h] ⎠ qm - névleges átfolyás [m3/h] a fogyasztott vízm. 2-szereséhez választott mérő Dpn - a mérő névl. ell. [Pa; vagy bar] maximum 0,25 bar vagy 25.000 Pa lehet Woltmann vízmérő: Dpm=q2vf*C [Pa;] C - korrekciós tényező (tábl.) -9-
Dpg - a legmagasabban levő csapoló geodetikus magasságának megfelelő nyomás a becsatlakozáshoz képest (Dpg=r*g*h) [Pa] Dpk - kifolyási nyomás (ált. 0,5 bar, de szelepes öbl. WC esetén 0,7 bar) (50.000 Pa 70.000 Pa) Ha a veszteségre elhasználható nyomás: ⎯ nagyon kicsi - túl nagy csöveket kellene beépíteni, hogy megfelelő mennyiségű vizet kapjunk a fogyasztóhelyen ⎯ nulla vagy negatív - nyomásfokozóra van szükség (nincs elhasználható nyomás, a hálózat nem méretezhető, nem fog víz folyni a csapolónál) A veszteségre fordítandó nyomás (Dpv) két részből áll: o Az áramláskor keletkező súrlódási nyomásveszteségből:
Δp s = λ ∗
l ∗ p d [Pa] d
l - lambda - súrlódási tényező (táblázat) l - csővezeték hossza [m] d - csővezeték átmérője [m] pd -
ρ
∗ v 2 - dinamikus nyomás [Pa]
2 súrlódási veszteségmagasság: l v2 hs = λ ∗ ∗ [m] v - áramlási sebesség épületen belül 1-3 m/s d 2∗ g o Az alaki ellenállás nyomásveszteségéből: Δp a = ζ ∗ p d [Pa] z - zéta - alaki ellenállás tényező (táblázat) alaki veszteségmagasság: v2 ha = ζ ∗ [m] 2∗ g A súrlódási veszteség az összes veszteség 40-70 %-át teszi ki. A fajlagos súrlódási veszteség: A ∗ Δp v [Pa/m] A - arányossági tényező, az összes s' = ∑l veszteségből a súrl. veszt. aránya. (vízellátásnál 0,5) Σl - a mértékadó vezeték összes hossza (a kiindulástól - utcai leágazás - a legmagasabb csapolóig) A fajlagos súrlódási veszteség ismeretében megállapítható, hogy mikor kell nyomásfokozót beépíteni. Ha s’ ≤ 200-300 Pa/m, akkor nyomásfokozóra van szükség. Ilyenkor azt kell meghatározni, hogy mekkora legyen a hidrofor minimális nyomása. Dpmin=Dpg+Dpk+Dpv
Itt a mérő ellenállását nem kell figyelembe venni, mert a nyomásfokozót a mérő után építik be. A hálózatnak jól kell működnie akkor is amikor a hidroforban minimális nyomás van, ezért erre kell méretezni a hálózatot. - 10 -
Dpv=2*s’*Σl
s’ - súrlódási veszt. a nyomásfokozó után, 1000-2000 Pa/m közé célsz. felvenni. Σl - a mértékadó vezeték összes hossza A hidrofornak van egy min. és egy max. nyomása, a kettőt egymáshoz viszonyítva kapunk egy nyomásviszonyszámot: p α = min pmin, pmax - abszolút nyomások bar-ban p max (Dp+1bar) Az a 0,7-0,9 között lehet. Ha kevesebb, akkor nagy a csapolóknál a nyomás ingadozása. Ha 1 lenne, akkor lenne ideális, de ekkor túl nagy tartályra lenne szükség. p p max = min
α
Ezt a nyomást kell a szivattyúnak előállítania. Ha a hidrofort megszakítótartállyal kell üzemeltetni, akkor Dpsziv=Dpmax; Dpmax=pmax-1bar. Ha a hidrofort közvetlenül a közműhálózatra kapcsolhatjuk, (nem kell tartály) akkor Dpsziv=Dpmax-(Dpü-Dpm).
5. Padlástartályos (hidroglóbusz) vízellátás kialakításának és méretezési módozatainak bemutatása a különféle üzem-viszonyokra. Rajzolja fel a magas házak vízellátásánál alkalmazott zónás rendszereket. Padlástartály Ha a rendelkezésre álló nyomás 200-300 Pa/m arány alá esik, nyomásfokozó beépítése válik szükségessé. Padlástartályos (hidrosztatikus) vízellátási módozat alkalmazását indokolhatja: ⎯ nincs vezetékes vízellátás ⎯ magas házak zónás vízellátása ⎯ nyomásviszonyok (terepadottságok) ⎯ fogyasztási ingadozások ⎯ gazdaságossági szempontok ⎯ egyéb adottságok Alapvető igény, hogy mindig legyen megfelelő nyomás és vízmennyiség. Optimális legyen a beruházási és az üzemeltetési költség. Vízmennyiség (vízáram): Függ a fogyasztási szokásoktól, nem lehet pontosan meghatározni, de jó közelítéssel behatárolható. Nyomás: A legtávolabbi fogyasztási helyen is megfelelő legyen. (Legmagasabban és legtávolabbi csapoló) Beruházási költségek: tartályok, szivattyúk, egyéb szerkezetek Üzemeltetési költségek: javítás, karbantartás, felújítás
- 11 -
Szivattyúk üzeme lehet: ⎯ folyamatos 0-24 ⎯ szakaszos (csak, ha fogyasztás van) ⎯ éjszakai (csak, az alacsonyabb tarifájú időszakban) Méretezés módja: Számítással illetve Grafikusan (grafikus integrálással) Vízfogyasztás időszakokra lebontva, ábrázolva (oszlopdiagram) Táblázatos méretezés: 1, a napi fogyasztás két órás időközökben való meghatározása 2, ez alapján a napi vízigény összegzése 3, minden egyes szivattyú üzemmódban a kétórai vízszállítás kiszámítása 4, ez alapján a napi vízszállítás összegzése 5, az igény és a szállítási különbség meghatározása minden két órában 6, a tartály térfogatának meghatározása a legnagyobb minimum és a legnagyobb maximum közötti különbség.
Magas házak vízellátása Magas háznak tekintjük azt az épületet, aminek a legfelső párkánya 30 m-nél magasabban van a 0 szinttől.
- 12 -
Az épületet függőlegesen zónákra osztják, úgy, hogy egy-egy zónában a max. nyomás ne legyen több 3-4 bar-nál. Az ábra szerint az egyik esetben az A vezeték látja el az alsó szinteket vízzel, míg a felső szinteket nyomólégüst segítségével látjuk el vízzel. A másik esetben a B vezetéken felmegy a víz a felső emeleten elhelyezett tartályba, és innen gravitációsan látjuk el a felső zónát vízzel + ez a tartály szolgáltatja az egész épület számára a tűzoltóvizet. Lehet más megoldás is, pl.: a hidrofor elhelyezhető a 7. emeleten is, stb.
6. Hidroforos vízellátás méretezése. A méretezés elve:
A hasznos térfogat meghatározása: 1) Vízoldalról 2) Levegőoldalról 3) Előzőek összevetése
1) Vízoldalról: töltött állapotban a vízszint pmax-nál van, ürített állapotban pmin-nél van.(nyomáskapcsoló vezérli a szivattyút: pmin-nél indítja, pmax-nál leállítja szivattyút). A hidroforos vízellátás periodikus. Egy periódus a szivattyú bekapcsolásától az újabb bekapcsolásig tart. Jele: t (tau), két részperiódusból áll: t1-töltés - szivattyú megy t2-ürítés - szivattyú áll - 13 -
q&v = 0,2 ∗ α ∗ a q&vsz = 2 ∗ q&v
∑ N + k ∗∑ N
[l/s]
Vh ∗ C [s] q& vsz τ ∗ q& vsz [m3] Vh = C Minél rövidebb a periódusidő, annál kisebb tárolótérfogat adódik. Egyik szélsőértéke, mikor t=0,→V=0, ez a már említett folyamatos szivattyú-üzem, mikor nincs szükség hidroforra. A tmin értékét behatárolja, hogy a szivattyú egy óra alatt hányszor kapcsolhat be. Ez a szivattyú kapcsolási száma. Jele: z [1/h] 3600 [s] τ min = z
τ=
Vh =
3600 q&vsz ∗ z 4
[m3, vagy l] qvsz behelyettesítése vagy l/s, vagy m3/s-ban.
Levegőoldalról: Vmax*pmin=Vmin*pmax Vmax p = min = α - nyomásviszonyszám Vmin p max
Vh = 0,8∗V ∗(1−α)
A két képletet összevonva megkapom a tároló térfogatát.: 3600 q& vsz ∗ = 0,8 ∗ V ∗ (1 − α ) z 4
⎡m3 ⎤ q& vsz ⎢ ⎥ s ⎦ 1125 ⎣ ∗ V = [m3] 1 1−α ⎡ ⎤ z⎢ ⎥ ⎣h⎦
1 Váll = ∗V 5 Vmax levegőtérfogat esetén is kell annyi víznek maradnia a tartályban, hogy az elvezetőcsonk víz alatt legyen, különben levegő kerül a rendszerbe. Ez az állandó víztérfogat.
- 14 -
A tartály beüzemelése:
1) Feltöltöm a tartályt a Váll+Vh vízmennyiséggel, 2) Kompresszorral belepumpálom pmax értékét, 3) A Váll+Vh vízmennyiséghez hozzáadom a 0,1*Vmin értéket és ide húzok egy második vonalat. Ha a levegő annyira elfogyott, (a víz elnyeli a levegőt) hogy eléri ezt a (szaggatottal jelölt) vonalat, a vízszint, akkor levegőt kell belepumpálni a tartályba, hogy a vízszint ismét Váll+Vh-nál legyen.
- 15 -
