ZDRAVOTNÍ TECHNIKA HYDRAULIKA POTRUBÍ, ZÁSOBOVÁNÍ OBJEKTŮ VODOU Ing. Stanislav Frolík, Ph.D.
- katedra technických zařízení budov -
TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
1
Používané jednotky Pa, kPa a Mpa Atm m VS, mm VS Bar (PSI) • • • • • • • •
Pascal Atmosféra (Atmosphere) Výška vodního sloupce Bar Pounds per square inch (libry na čtvereční palec)
1 Atm = 10 m VS 1Mpa = 1000 kPa = 106 Pa 1 bar = 0,1 Mpa = 100 kPa (1 PSI = 6,894757 kPa) 1 m vodního sloupce – přepočet na [Pa] p = h ⋅ ρ ⋅ g = 1 ⋅ 1000 ⋅ 9,86 = 9860 Pa 1 Atm = 0,986 bar = 10 m VS 1 bar = 10,14 m VS (=10/0,986) Pro účely výpočtů v TZB si většinou vystačíme se zaokrouhleným g = 10 m.s-2, čímž se nám vztahy zjednoduší:
1 Bar = 1 Atm = 0,1 Mpa = 100 kPa = 10 mVS TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
2
1
Hydraulika potrubí - pojmy Základní veličiny, které charakterizují pohyb kapaliny, jsou :
- průřezová rychlost - tlak
KAPALINA
PROUDĚNÍ
v [m/s] p [Pa]
IDEÁLNÍ KAPALINA - objemově stálá, nestlačitelná, nevazká SKUTEČNÁ KAPALINA - změna objemu – f (t,p), „stlačitelná“, vizkozita (vnitřní tření) USTÁLENÉ PROUDĚNÍ (STACIONÁRNÍ) - veličiny proudu se nemění v čase NEUSTÁLENÉ PROUDĚNÍ (NESTACIONÁRNÍ) - veličiny proudu se mění v čase TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
3
Hydraulika potrubí - pojmy LAMINÁRNÍ - ztrátovou energii ovlivňuje pouze viskozita PROUDĚNÍ
kapaliny- f (t)
PŘECHODOVÉ - ztrátovou energii ovlivňuje viskozita kapaliny a nerovnosti vnitřního povrchu
TURBULENTNÍ - plně rozvinuté turbulentní proudění má z Reynoldsovo číslo
Re =
v.d
υ
ztráty závislé na průřezové rychlosti a tvaru potrubí
LAMINÁRNÍ
TURBULENTNÍ
TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
4
2
Proudění kapaliny ideální
skutečné
S1
c1 S2
c2 h1
l h2
1
2
2
c2 p + + g.h = konst. 2 ρ
2
va p v p + a + g.ha = b + b + g .hb + Y z ρ ρ 2 2
TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
5
Základní pojmy pro výpočty : - průtočný průřez S [m2] je plocha průřezu kolmá k proudnici - hydraulický poloměr
R=
S o
S je skutečný průtočný průřez proudící kapaliny o odpovídající smáčený obvod
[m]
s
v=∫
[m2] [m]
u.dS S
- objemový průtok (průtočné množství) Q [m3/s, l/s]] při ustáleném (stacionárním) pohybu kapaliny je objem kapaliny, protékající za časový interval jakýmkoliv průřezem stálý rovnice kontinuity .
Q = S .v 1
1
= S 2 .v 2 = S .v = konst
v1
TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
S1
S2
v2
6
3
Hydraulika potrubí Základní veličiny, které charakterizují pohyb kapaliny, jsou :
- průřezová rychlost - tlak
v [m/s] p [Pa]
- průřezová rychlost
v [m/s] střední rychlost průtočného průřezu
8g Chezyho rovnice . 2 gdl = Rl . =C Rl = v λ λ Rychlostní součinitel Chezyho rovnice C vyjadřuje ztráty třením, určuje se na základě empirických zjištění. 1
v=
C=
λ
2,51 k White-Colebrookova = −2 log + rovnice λ Re λ 3,71d
8g
1
λ
– součinitel ztrát třením (Reynoldsovo číslo, hustota kapaliny, drsnost vnitřního povrchu) TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
7
Proudění skutečné kapaliny Ztrátová měrná energie při proudění potrubím (plný přůřez)
Y z = Y z1 + Y z 2 Yz1 - ztrátová měrná energie třením, způsobená třením kapaliny o stěny a vnitřními ztrátami způsobenými viskózním a turbulentním třením [J/kg] Yz2 - ztrátová měrná energie místní, způsobená prouděním kapaliny tvarovkami, armaturami, přístroji apod. [J/kg] Ztrátová měrná energie třením
Yz1 =
Ztrátová měrná energie místní
l v2 = λ. . ρ d 2
p z1
Yz 2 = TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
pz 2
ρ
= ξ.
v2 2 8
4
Měrné tlakové ztráty třením
TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
9
Tlakové ztráty místními odpory
TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
10
5
Voda a její vlastnosti v TZB fyzikální vlastnosti vody – nepatrná stlačitelnost (zvýšení tlaku při uzavření, rázy potrubí) – objemové změny vlivem zvyšování teploty (pojistné zařízení) – objemové změny vlivem snižování teploty (pod 4°C se objem vody opět zvyšuje, při zamrznutí až o 9%) – měrná tepelná kapacita
max hustota min objem
TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
11
Voda a její vlastnosti v TZB Kvalita vody :
Způsoby úpravy vody :
-
- odkyselení - magnetická, elektronická - magnetická, elektronická - stabilizace minerálů - odkalovací filtry, desinfekce
voda obsahuje nadbytek CO2 zvýšený obsah Fe a Mn vysoký obsah solí Ca a Mg malý obsah minerálů kontaminace odpadní vodou
POŽADAVKY NA KVALITU VODY : VYHLÁŠKA MZd č. 376/2000 Sb. – požadavky na kvalitu vody a rozsah četnosti její kontroly
Základní pojmy : » pitná voda » užitková voda » teplá voda x TUV » provozní voda
ČSN EN 806-1 73 6660 pitná voda – pro lidskou spotřebu (vaření, mytí, pití … ) nepitná voda (ostatní – zalévání, mytí aut…)
TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
12
6
ZÁSOBOVÁNÍ OBJEKTŮ VODOU Nerovnoměrnost odběru vody v průběhu dne, týdne i roku vyvolává nutnost vodu akumulovat. Mezi zdrojem a místem spotřeby je tedy umístěna akumulační nádrž – vodojem. Funkce vodojemu : – vyrovnání rozdílu mezi spotřebou a potřebou vody – zajištění rovnoměrných tlakových poměrů v síti VODOJEM AKUMULACE
PODZEMNÍ ZDROJ VODY
SPOTŘEBIŠTĚ-OKRUHOVÁ SÍŤ
ÚPRAVA VODY VEŘEJNÁ SÍŤ
POVRCHOVÝ ZDROJ VODY SPOTŘEBIŠTĚ-VĚTEVNÁ SÍŤ
TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
13
Zásobování objektů vodou - místní ( lokální ) – studny - veřejný řad + soustava vodojemů - kombinace Studny : dle účelu - veřejné ( zásobování pitnou vodou velkých celků ) - domovní ( zásobování pitnou vodou jedné, výjimečně několika nemovitostí - požární ( akumulace a vydatnost vody pro rychlý požární zásah ) dle konstrukce - šachtové : - kopané (vyhloubí se ručně do hloubky cca 8m a poté se ode dna zdí nebo prefabrikuje, - spouštěné (plášť se spouští shora vlastní tíhou) - vrtané (hloubí se vrtnými soupravami, pro větší hloubky spodní vody, 20m a více) - ražené ( nortonky, habešské ) – pro rychlé, dočasné zásobování vodou, - kombinované ( např. horní část šachtová, spodní část vrtaná ) TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
14
7
ZÁSOBOVÁNÍ OBJEKTŮ VODOU vnější vodovodní síť vodojem hydrostatický tlak hydrodynamický tlak
vnější vodovodní síť zdroj vody
TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
15
Schéma vnitřního vodovodu : PŘIPOJOVACÍ POTRUBÍ
HYDRANT
H STOUPACÍ POTRUBÍ
STOUPACÍ POTRUBÍ
uzávěr vodoměr
H
H uzávěr vody zemní souprava
TERÉN vodoměrná sestava
VODOVODNÍ PŘÍPOJKA
LEŽATÉ POTRUBÍ POŽÁRNÍ VODOVOD ZAVODNĚNÝ
POŽÁRNÍ VODOVOD NEZAVODNĚNÝ
PRO ZÁSAH MOBILNÍ TECHNIKY terén
PŘÍVODNÍ POTRUBÍ (VNITŘNÍ VODOVOD) TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
16
8
Způsoby připojení na vnější siť : •
přímé napojení
PŘÍMÉ NAPOJENÍ
– dostatek tlaku – není zařízení, které by tlak snížilo, popř. je blokováno
terén
•
přes přerušovací nádrž – hydraulické oddělení vnějšího a vnitřního vodovodu S PŘERUŠOVACÍ NÁDRŽÍ - SPODNÍ ROZVOD
S PŘERUŠOVACÍ NÁDRŽÍ - HORNÍ ROZVOD
terén
terén
TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
17
Způsoby připojení na vnější siť : •
S AKUMULAČNÍ NÁDRŽÍ – DVĚ TLAKOVÁ PÁSMA
s akumulační nádrží – nedostatek vody a tlaku ve vnějším vodovodu – dělení na tlaková pásma
terén
•
ze dvou nezávislých zdrojů – – – –
pokud to vyžaduje provoz studna a veřejný vodovod zdroje nesmí být propojeny napojení přes přerušovací nádrž
TERÉN
TERÉN VEŘEJNÝ VODOVOD
vodoměrná sestava
PŘERUŠOVACÍ NÁDRŽ
Č
STUDNA
Č
TLAKOVÁ NÁDRŽ
TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
18
9
Napojení přípojky na vodovodní síť : •
pomocí odbočky – při realizaci vodovodního řadu – známá budoucí poloha přípojky – pro větší DN80 a více
•
pomocí navrtávacího pasu – tam, kde není známa budoucí poloha přípojky – bez uzávěru – vyloučení provozu DN 20-50 – s uzávěrem – připojení za provozu
TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
19
VODOVODNÍ PŘÍPOJKA • • • • • • • • • • •
od napojení na veřejný vodovod po HUV (hlavní uzávěr vody) hlavní uzávěr vody je umístěn na pozemku nemovitosti nebo uvnitř objektu zpravidla každá nemovitost je připojena jednou samostatnou přípojkou, výjimku uděluje správce sítě každá vodovodní přípojka má být opatřena v místě připojení na veřejný vodovod uzávěrem se zemní soupravou. dimenze musí být navržena na špičkový průtok jednotný materiál – litina, ocel, PE, PVC pokud možno přímá, co nejkratší sklon min 0,3% k veřejné síti krytí 1,5-2,2 m prostup kcí – chránička přípojka musí být kdykoliv přístupná pro opravu a revizi, tzn. nezastavět !!!
TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
20
10
Měření spotřeby vody – vodoměrná sestava VODOMĚRNÁ SESTAVA (hlavní vodoměr) – slouží pro měření spotřeby vody – součástí vodoměrné sestavy je HUV v objektu : • vodoměr max. 2 m za obvodovou zdí • přístup k odečtení vodoměru • umístění na stěně, výklenek, šachta v podlaze • 400-1200 mm nad podlahou mimo objekt • ve vodoměrné šachtě 900x1200x1500 (dle rozměru VS) • přístup 600x600 • šachta pouze pro sestavu • osazení uzávěru vody do objektu HUO PODRUŽNÉ MĚŘENÍ (podružné vodoměry) • pro rozdělení spotřeby vody na jednotlivé subjekty • neplatí pro ně obecná pravidla • musí být přístupné pro odečet a výměnu TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
21
Měření spotřeby vody
Měření vody : - hlavní (fakturační) vodoměr na přípojce - podružné měření jednotlivých subjektů - sdružené měření soustředěné v jednom místě - zajištění přístupu ke kontrole, odečtu, výměně vodoměru (černý odběr) - vlastnictví vodoměru – náklady na výměnu, kontrolu - ruční x dálkový odečet – záměrné zkreslení informací (zdražení vody apod.) TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
22
11
Vodoměrná sestava – armatury Přípojkový uzávěr-filtr-redukce-prostor pro vodoměr-redukce-uzávěr HUV-zpětný ventil-vypouštění
TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
23
Charakteristika potrubí charakteristické údaje : * průřez potrubí * jmenovitý tlak * teplota Průřez potrubí ( Diametre Nominal ) DN – smluvní hodnota DN 10,15,20,25,32… Vnitřní průměr …………… d ( mm ) ⇒ přesná hodnota pro hydraulické výpočty Vnější průměr …………… . D x t (mm ) ⇒ vnější průměr x tloušťka stěny DN Měď
10
15
20
25
32
40
12 x 1
18 x 1
22 x 1
28 x 1,5
35 x 1,5
42 x 1,5
16 x 2,3
20 x 2,8
25 x 3,5
32 x 4,5
40 x 5,6
50 x 6,9
16 x 2,2
20 x 2,8
25 x 3,5
32 x 4,4
40 x 5
50 x 5
PP – 3 VPE
Jmenovitý tlak (Presure Nominal ) – maximální provozní tlak za určité teploty PN 2,5 PN6, PN10, PN16, PN25 ….hodnota vnitřního přetlaku v potrubí. PN je desetinásobek hodnoty přetlaku v MPa. Teplota – materiály, spoje a zařízení ve vnitřním vodovodu musí odolávat při poruchách teplotě do 95°C TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
24
12
Charakteristika potrubí - tlak ČSN EN 806 • • • • • • •
Zásobovací přetlak (SP- service pressure) – vnitřní přetlak v místě napojení VV při nulovém průtoku v přípojce Nejnižší hydrodynamický přetlak ( SPLN – lovest normal service pressure) nejnižší provozní přetlak v místě napojení při vysokém průtoku Provozní přetlak ( OP – operating pressure ) – vnitřní přetlak v daném okamžiku Nejvyšší návrhový přetlak ( MDP – maximum design pressure ) – nejvyšší hydrostatický přetlak, pro který je VV navržen Jmenovitý tlak ( PN – nominal pressure) – maximální hydrostatický přetlak při kterém může být provozován vodovod při dané teplotě Hydrodynamický přetlak ( FP – flow pressure ) – přetlak v daném místě Zkušební přetlak ( STP – systém test pressure) – hydrostatický přetlak, kterým se zkouší VV – nejméně 1,5 násobek přípustného provozního tlaku
Instalace typu A – uzavřený systém rozvodu vody pod tlakem ze sítě nebo čerpací stanice Instalace typu B – nízkotlaký systém rozvodu vody ( není pod tlakem ze sítě nebo čerpací stanice = potrubí od přerušovací nádrže nebo beztlakového ohřívače ) TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
25
Ochrana proti znečištění pitné vody ČSN EN 1717 zpětný průtok – pohyb vody proti určenému směru průtoku uzavřením • přívodu vody do VV a otevřením níže položené armatury • při úniku vody z poškozeného potrubí • při velkém odběru vody z poddimenzovaného vodovodu zásady ochrany: • VV z veřejného vodovodu nesmí být propojen s jiným zdrojem • zpětný ventil jako součást VS • zpětný a výtokový ventil pod požárním potrubím • armatury se zpětným a prřivzdušňovacím ventilem • zpětný ventil u napojení pisoárů přes tlakové nebo automatické zařízení • výtoková armatura u ZP min. 250 mm nad horním okrajem ZP • ochranná jednotka společná pro více výtoků a u výtoku zpětný ventil
TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
26
13
Ochrana proti znečištění pitné vody ČSN EN 1717 zpětný průtok – pohyb vody proti určenému směru průtoku uzavřením • přívodu vody do VV a otevřením níže položené armatury • při úniku vody z poškozeného potrubí • při velkém odběru vody z poddimenzovaného vodovodu zásady ochrany: • VV z veřejného vodovodu nesmí být propojen s jiným zdrojem • zpětný ventil jako součást VS • zpětný a výtokový ventil pod požárním potrubím • armatury se zpětným a prřivzdušňovacím ventilem • zpětný ventil u napojení pisoárů přes tlakové nebo automatické zařízení • výtoková armatura u ZP min. 250 mm nad horním okrajem ZP • ochranná jednotka společná pro více výtoků a u výtoku zpětný ventil
TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
27
Vnitřní vodovody – tlaková zkouška Zkoušení VV: Po montáži – před napojením na zdroj vody: - prohlídka - tlaková zkouška - konečná tlaková zkouška Tlaková zkouška: - před montáží příslušenství, ZP, armatur - vodou x suchým vzduchem x inertním plynem ( dusík ) - zkušební přetlak = 1,5 násobek provozního přetlaku - stabilizace systému po dobu 12 hodin, pak tlaková zkouška - pokles tlaku za 1 hodinu max. o 20 kPa Konečná tlaková zkouška: - proplach vodou po montáži ZP, armatur a příslušenství - pod provozním přetlakem, dosaženým na začátku zkoušky po dobu 24 hodin - pokles tlaku za 1 hodinu max. o 20 kPa TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
28
14
POTŘEBA VODY - BILANCE
- průměrná denní potřeba Qp = q . n q … specifická potřeba vody n … počet jednotek - maximální denní potřeba Qm = Qp . kd kd … součinitel denní nerovnoměrnosti - maximální hodinová potřeba Qh = Qm . kh / z kh … součinitel hodinové nerovnoměrnosti soustředěná zástavba kh = 2,1 roztroušená zástavba kh = 1,8 z – doba čerpání vody bytové objekty z = 24 hod administrativní budovy z =10 až 12 hod
[l/d] [l/jedn.,d]
Potřeba vody - plánovaná hodnota, v objektu neslouží k dimenzování Spotřeba vody - skutečně odebrané ( naměřené ) množství TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
29
POTŘEBA VODY - BILANCE Specifická potřeba vody vyhláška MZem č. 428/2001 Sb. ze směrných čísel roční spotřeby vody bytové domy s centrální přípravou teplé vody - 150 l/os,d • měřením zjištěno - cca 120 l/os,d SMĚRNÁ ČÍSLA ROČNÍ POTŘEBY
VODY
Druh potřeby vody Byty - s WC a lokálním ohřevem teplé vody - s WC a centrálním ohřevem teplé vody Ostatní - kanceláře - školy - mateřské školy - internáty, domovy, koleje (bez kuchyně) - internáty, domovy, koleje (s kuchyní) - hotel s restaurací (pokoje s WC a koupelnou) - hotel bez restaurace (pokoje s WC a koupelnou) - zdravotnické středisko (na zaměstnance) - zdravotnické středisko (na pacienta) TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV 1
[m3/os,rok] 46 56 16 6 16 30 40 200 160 18 2
30
15
