Sieci wodociągowe
Struktura
Zgodnie z definicją, która jest podana w artykule 2 ustawy z dnia 7 czerwca 2001 roku o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzeniu ścieków pod pojęciem sieci wodociągowej należy rozumieć przewody wodociągowe, albo kanalizacyjne razem z ich uzbrojeniem oraz urządzenia przez które dostarcza się wodę, albo którymi odprowadza się ścieki, która są w posiadaniu przedsiębiorstwa wodociągowo – kanalizacyjnego1. Aby zapewnić właściwe korzystanie z sieci wodociągowej, kontroli jej działania oraz możliwości wykonywania remontów, sieć powinna być wyposażona w odpowiednie wyposażenia wodociągowe. Elementy sieci wodociągowej razem z uzbrojeniem to:
rury: rury PE, rury z żeliwa sferoidalnego, rury stalowe, rury PVC,
odgałęzienia wodociągu,
przepustnice takie jak: kołnierzowe długie, centryczne (osiowe), z napędem regulacyjnym,
zabezpieczenia antykorozyjne,
zawory wodociągowe,
kształtki montażowe (łączniki montażowe),
uzbrojenie regulacyjne: zasuwy kielichowe, kołnierzowe (podział ze względu na sposób połączenia, albo kielichowo – kołnierzowe, a także płaskie, owalne albo okrągłe (podział ze względu na wartość ciśnienia), regulator przepływu i wielofunkcyjny zawór, który zapobiega stratom wody na wodomierzach, regulator ciśnienia, którego zadaniem jest utrzymanie stałej wartości ciśnienia na wyjściu,
uzbrojenie zabezpieczające, które jest montowane na sieci: klapy zwrotne, odwodnienia, zawory napowietrzająco – odpowietrzające, służące do usuwania powietrza z układów hydraulicznych, dzięki niemu możliwe jest samoczynne odpowietrzanie oraz napowietrzanie między innymi układów ogrzewania centralnego, zawory bezpieczeństwa, zawory redukcyjne, zawory antyskażeniowe, filtry siatkowe, likwidatory uderzeń hydraulicznych,
uzbrojenie kontrolno – pomiarowe: wodomierz, manometr,
uzbrojenie czerpalne: hydranty podziemne, albo nadziemne, albo zdroje uliczne. Uzbrojenia służące głównie do celów przeciwpożarowych i gospodarczych. Hydranty reguluje ustawa o ochronie przeciwpożarowej, a także odpowiednie normy i rozporządzenia. Są urządzeniami, z których można bezpośrednio pobrać wodę z sieci wodociągowej2.
Według szczegółowych wykazów przykrycie przewodów wodociągowych powinno być większe od 1,5 m, a minimalne przykrycie wodociągów z rur PE powinno wynosić 1,7 m. Nad wszystkimi rurociągami jest konieczność ułożenia taśm ostrzegawczych w niebieskim kolorze, w odległości 30 cm nad rurą, co ma być zabezpieczeniem przez mechanicznymi uszkodzeniami. Poza tym powinno się układać bezpośrednio na rurociągach druty sygnalizacyjne, miedziane DY minimalnie o 1 mm2, które umożliwią oznaczenie trasy projektowanego uzbrojenia wyspecjalizowanym sprzętem do pomiarów. Koniec drutu powinien wystawać w skrzynce obok drążka zasuwy. Należy uważać podczas prac naprawczych, żeby nie zerwać drutu, a w przypadku jego zerwania należy ten drut połączyć3.
Materiały z jakich wykonuje się wodociągi muszą być bezpieczne i dopuszczone do stosowania podczas wykonywania robót budowlanych, zgodnie w obowiązującą ustawą4, a także muszą posiadać:
atest higieniczny Państwowego Zakładu Higieny,
znak CE, który świadczy o tym, że materiał jest zgodny z normą zharmonizowaną, albo europejską aprobatą techniczną, czy też krajową specyfikacją techniczną państwa członkowskiego UE,
znak budowlany, o którym mowa w ustawie o wyrobach budowlanych (zamiast znaku CE).
Wszystkie materiały muszą także cechować się odpowiednimi właściwościami mechanicznymi, które są określone w danych Normach i odpowiednich przepisach prawnych. Wszystkie elementy i ich skład muszą być tak dobrane, żeby ich wzajemne oddziaływanie nie wywoływały pogorszenia jakości wody, ani też obniżenia trwałości sieci. Materiały, które używa się w celu połączenia ruch oraz cała technologia łączenia musi zagwarantować odpowiednią wytrzymałość połączeń, które nie będzie mniejsza od wytrzymałości rur. Wszystkie kształtki i armatura, którą jest wbudowana w przewody musi być wytrzymała mechanicznie i cechować się konstrukcję, które umożliwi przenoszenie maksymalnych ciśnień i naprężeń rurociągów5.
Materiały z jakich mogą być wykonane przewody sieci wodociągowych to:
tworzywa sztuczne takie jak: polibutylen, polietylen o wysokiej gęstości, kopolimer polipropylenu, kopolimenr blokowy prolipropyleny, kopolimer statystyczny poliproytlenu, polichlorek winylu chlorowany, polichlorek winylu niezmiękczony, warstwy: polietylenu usieciowanego, aluminium, polietylenu usieciowanego, warstwy: polietylenu usieciowanego, aluminium i polietylenu o wysokiej gęstości, warstwy: kopolimeru statystycznego polipropylenu, aluminium, kopolimeru statystycznego polipropylenu,
metal: stal węglowa (zwykła ocynkowana), stal odporna na korozję, miedź,
inne materiały jeśli przewody z nich zrobione zostały dopuszczone do rynkowego obrotu i powszechnego stosowania w budownictwie instalacji wodociągowych6.
Przez długi czas rury wodociągowe wytwarzano z ołowiu ponieważ jest to metal charakteryzujący się łatwą obróbką i dużą trwałością. Rury te były przyczyną wielu problemów zdrowotnych ludzi, który wówczas mieli niewielką wiedzę o szkodliwości ołowiu na organizm. Woda wodociągowa wpływała na przypadki między innymi takie jak: poronienia oraz wysoka śmiertelność noworodków. Ołowiane rury spotyka się do dziś, jednak ich oddziaływanie jest stosunkowo nieduże, ponieważ stare rury pozarastały kamieniem i wydziałanie ołowiu do wody jest mniejsze – chociaż nadal szkodliwe7.
Podstawą układu sieci wodociągowej jest sieć głównych przewodów, które stanowią szkielet danej sieci wodociągowej. Dlatego ważne jest, aby już na etapie projektowania sieci wodociągowej ustalić wymiary przewodów głównych oraz rozdzielczych. Wszelkie ustalenia zależą od wielkości jednostki osadniczej oraz roli, jaką mają spełniać przewody wodociągowe. W Układach sieci wodociągowej można więc wyróżnić przewody:
tranzytowe, których zadaniem jest doprowadzanie wody z ujęcia, albo stacji uzdatniania aż do początku magistrali miejskiej. Z przewodów tranzytowych nie można pobrać wody;
magistralne, których zadaniem jest doprowadzenie wody do początku obszaru zasilania. Przewody te mają średnicę większą niż 300 mm;
rozdzielcze, są przewodami układanymi wzdłuż ulicy na obszarze zasilania, gdzie odbiorcy pobierają wodę bezpośrednio przez połączenia wodociągowe8.
Natomiast sieci wodociągowe można podzielić na trzy główne rodzaje:
Sieć rozgałęzieniową / promienistą, która charakteryzuje się tym, że przewód magistralny, który ma dużą średnicę i rozdziela się na przewody o zmniejszających się średnicach oraz ślepo zakończonych. W tym rodzaju sieci występuje wiele wad, a największą wadą jest konieczność wyłączania wody dla całego osiedla / dzielnicy w sytuacji kiedy nastąpi awaria jakiegoś z początkowego odcinka sieci. Poza tym zasilanie tylko z jednej strony może być niebezpieczne pod względem przeciwpożarowym i w godzinach, kiedy występuje największa zużycie wody. W sieciach rozdzielczych stosowany jest ograniczony zakres między innymi dla dostaw wody do oddzielonych i oddalonych punktów w małych jednostkach osadniczych / niektórych zakładach przemysłowych / tymczasowych wodociągach na budowach / niewielkich wodociągach komunalnych. Promienisty układ może być etapem przejściowym do budowy pierścieniowego układu. Dzieje się tak, ponieważ promienista sieć jest zazwyczaj tańsza w budowie i późniejszej eksploatacji od sieci pierścieniowej. Natomiast promienista sieć cechuje się zdecydowanie większą zawodnością w dostawie wody9.
Sieć pierścieniową / obwodową jest to sieć, gwarantująca dużą niezawodność w dostarczaniu wody, a także większą stabilność ciśnienia niż w przypadku rozgałęzionej sieci. W sytuacji kiedy nastąpi awaria jakiegoś odcinka sieci to woda dopływa z sieci z innych kierunków. Także pożarowe względy przemawiają za tym typem sieci. Poza tym sieć pierścieniowa dużo lepiej toleruje uderzenia hydrauliczne podczas gwałtownego zatrzymania przepływu wody. Co jest wadą sieci pierścieniowej w porównaniu do promienistej to to, że jest dłuższa i kosztowniejsza w budowie10.
Sieć mieszaną / pierścieniowo – rozgałęzieniową, czyli układ, który jest najczęściej spotykany. Dąży się, aby objąć pierścieniami możliwie jak największy obszar jednostki osadniczej i zasilać pojedynczym odcinkami przewodów tylko rejony, które są najdalej oddalone11.
Sieci wodociągowe stanowią jeden z najważniejszych i jednocześnie najkosztowniejszych elementów systemu wodociągowego. Koszty budowy sieci wodociągowej wynoszą od 60 do nawet 90 % kosztów ceny całego systemu. Sieć wodociągowa pełni bardzo ważną rolę z racji niezawodności w dostawach odbiorcom wody i decyduje o kosztach eksploatacji całego systemu wodociągowego. Musi ona spełniać ustalone wymagania oraz zapewniać:
dostarczanie wody wszystkim użytkownikom objętym działaniem danego wodociągu w odpowiedniej ilości, o wymaganej jakości oraz pod pożądanym ciśnieniem,
niezawodność w dostawach wody, a także związaną z tym elastyczność funkcjonowania sieci,
trwałość i długowieczność wodociągu,
jak najniższy możliwy koszt budowy i eksploatacji,
W celu spełnienia wymienionych wyżej wymagań należy:
odpowiednio wybrać układ sieci przewodów,
właściwie dobrać materiał, rury razem z ich połączeniami,
prawidłowo zwymiarować przewody: właściwie dobrać średnice, prędkości praz określić straty ciśnienia,
prawidłowo dobrać uzbrojenia sieci,
zapewnić dobrą jakość wykonania sieci,
właściwie eksploatować sieć i w tym: zagwarantować awaryjne naprawy, przeglądy, konserwacje, remonty sieci, sygnalizację oraz sterowanie całą pracą sieci wodociągowych12.
Zasady działania
Przeznaczeniem działania sieci wodociągowej jest niezawodność w dostarczaniu odbiorcom wody, w ilościach, które pokrywają ich zapotrzebowanie celów gospodarczych, bytowych i przeciwpożarowych. Woda musi być dobrej jakości i dostarczana pod odpowiednim ciśnieniem, które odpowiada obowiązującym w Polsce określonym przepisom, dla wszystkich użytkowników, którzy są objęci działaniem urządzeń wodociągowych. W sieciach wodociągowych należy też stosować odpowiednie średnice i materiały tworzące przewody wodociągowe, które zapewnią optymalną pracę całej sieci, gdzie straty energii będą minimalne oraz z drugiej strony będzie mniejsze ryzyko występowania awarii. Wszystkie części sieci wodociągowej muszą być szczelne i dawać możliwość przepływania wodzie z jak najmniejszymi stratami energii. Poza tym materiał wykorzystany do budowy poszczególnych elementów sieci nie może wpływać na jakość wody, ani też wprowadzać do wody szkodliwych dla zdrowia składników13.
Ciśnienie wody w standardowych sieciach wodociągowych najczęściej jest utrzymywane w granicach od 0,3 do 0,4 MPa (30 – 40 m słupa wody)14 i wystarcza to, aby pokryć zapotrzebowania na wodę przy 6-8 kondygnacyjnej budowie. Przy terenach gdzie wysokość jest zróżnicowana może dochodzić do przekraczania granicznych wartości ciśnienia wody. Maksymalne ciśnienie wody w sieciach wodociągowych nie powinno przekracać 0,5 – 0,6 MPA. Często teren jest bardzo zróżnicowany pod względem wysokości, gdzie kolejne różnice poziomów pociągają za sobą konieczność przekraczania maksymalnego ciśnienia wody. W takich sytuacjach może powinno się zastosować strefowanie ciśnienia sieci wodociągowej – dolne lub górne. Podział może być równoległy, albo szeregowy, gdzie na każdej strefie jest osobny zestaw pomp. W przypadku podziału szeregowego całą ilość wody tłoczy się do strefy I oraz do pompowni zbudowanej specjalne w celu tłoczenia wody z przewodów ze strefy I do strefy II. W przypadku strefowania równoległego wymaga się jednego budynku stacji pomp i zachodzi konieczność ułożenia drugiej sieci przewodów. Z kolei w przypadku strefowania szeregowego konieczne są dwa budynki i jedna sieć (schemat staje się bardziej rozległy). W rzeczywistości częściej spotyka się szeregowe strefowanie, przy którym można zastosować urządzenie hydroforowe zamian drugiego wysokiego zbiornika15.
Aby sieć wodociągowa prawidłowo działała niezbędne jest stałe ciśnienie wody, którego utrzymanie nie jest jednak proste ze względu na specyfikę działania takiej sieci. Woda płynąca w sieci wodociągowej powinna dopływać do kolejnych punktów poboru bez udziału dodatkowego sprzętu. Są jednak sytuacje, że ciśnienie w miejscach podłączenia jest za niskie i wtedy niektóre z punktów poborowych, a szczególnie te, które mieszą się na wyższych kondygnacjach nie mogą zostać zaopatrzone w odpowiednią ilość wody. W momencie poboru wody jej ciśnienie zmienia się i konieczne jest uzupełnianie wodą stosownego zbiornika. W rozwiązaniu tego problemu pomaga zestaw hydroforowy, który pomaga wyregulować ciśnienie wody. Wówczas podłącza się pompę wirową z ciśnieniowym zbiornikiem bezpośrednio do sieci wodociągowej, hydrofor, aktywuje pompę i cały proces regulowania ciśnienia wody odbywa się automatycznie i bez udziału ludzi. Pompa może mieć silnik, gdzie obroty są regulowane dzięki czemu pozwala to na zapewnienie stałego ciśnienia wody w domach, niezależnego od wielkości poboru16.
Zestaw hydroforowy składa się z:
pompy wirowej, albo kilku pomp,
zbiornika wodno – powietrznego, czyli hydroforu,
przekaźnika ciśnieniowego,
rurociągów ssawnych i tłocznych, na których to mocowane są zawory odcinające. Poza tym na rurociągu tłoczonym umieszczony jest zawór zwrotny,
instalacji elektrycznego zasilania,
łącznik ciśnieniowy,
armatura: regulacyjna i zabezpieczająca,
urządzenia kontrolno – pomiarowego,
instalacji sprężonego powietrza razem ze sprężarką i sterownikiem.
Zestaw hydroforowy najczęściej umieszcza się na nośnych konstrukcjach, które są instalowane na wibroizolacyjnych podkładkach17.
Wszystkie trzy elementy współpracują ze sobą i zapewniają odpowiednio wysokie i stabilne ciśnie w instalacjach wodociągowych. Hydrofor jest przydatny w instalacjach, które zaopatrują wodę ze studni jak również jest przydatny kiedy zostanie podłączony do wodociągu, albo kiedy wodę pobiera się z bezciśnieniowych zbiorników (np. gromadzących wodę deszczową)18.
Zestaw hydroforowy jest dobrym urządzeniem i często wykorzystywanym praktycznie w każdej nowoczesnej sieci wodociągowej. Sprawdza się on jako automatyczny regulator ciśnienia i jest stosunkowo łatwy w budowie. Dlatego też wiele osób potrafi zrozumieć jego działanie i może swobodnie korzystać i regulować w zależności od potrzeb19.
Działanie zestawu hydroforowego:
Zbiornik hydroforowy nazywa się zbiornikiem wodno – powietrznym, z racji, że nad zwierciadłem wody, która jest w nim zgromadzona umieszczona jest poduszka ze sprężonym powietrzem. Kiedy nastąpi otwarcie zaworu poboru wody – sytuacja kiedy np. użytkownik odkręci kran w czasie postoju pompy, wówczas woda zostaje pobierana ze zbiornika. Czynności tej towarzyszy rozprężenie poduszki powietrznej, a to z kolei powoduje wypychanie wody do instalacji. Ciśnienie w zbiorniku spada do momentu osiągnięcia ustalonej wartości. Kiedy to się stanie włącza się pompa i zaczyna pompować wodę ze studni do momentu aż sprężające się pod naporem wody powietrze będzie miało ustalone wcześniej maksymalne ciśnienie, wtedy następuje wyłączenie pompy. Za automatyczne włączanie i wyłączanie pompy odpowiada wyłącznik ciśnieniowy, który jest zamontowany na przewodzie i podłączony do części powietrznej zbiornika hydroforowego. Ciśnienie przy jakim pompa uruchamia się albo zatrzymuje szczegółowo określa producent zestawu. Bardzo ważna jest jakość wykonania zestawu hydroforowego, a odpowiednie ustawienia mają zagwarantować ekonomiczną pracę pompy z jak największą sprawnością. Pompy działające pod kontrolą hydroforu są wydajne oraz energooszczędne i uaktywniają się automatycznie – w zależności od potrzeb. Pompa pracuje niezależnie od cyklów poboru wody, a ilość jej włączeń na godzinę zależy od zakresu ciśnienia powietrza jaki jest ustawiony na wyłączniku20.
Wydajność pompy dobrze jak jest większa od maksymalnego spodziewanego poboru wody, a wielkość zbiornika powinna być dobrana do ilości zużywanej wody, w celu zapewnienia stabilnego ciśnienia przy jednoczesnym nie za częstym włączaniu czy wyłączaniu pompy. Przykładowo przy zbiorniku kilkulitrowym pompa będzie włączane podczas każdego odkręcania krany w celu umycia rąk, z kolei napełnienie całej wanny, albo prysznic powodowałby ciągłą prace pompy. Dzięki zbiornikowi można znacznie przedłużyć żywotność pompy i silnika, ponieważ pracuje on wtedy w najlepszym dla siebie trybie pracy i bez konieczności częstych startów ani zatrzymań. Taką rolę pełni hydrofor w małych domowych instalacjach, natomiast w większych stacjach wodociągowych, które mają rozbudowaną sieć wodociągową zadaniem hydroforu jest przede wszystkim przyjmowanie nagłych wzrostów energii wyzwolonej przez np. załączenie się pompy. Wykorzystywane jest zjawisko ściśliwości gazów. Hydrofor pełni też rolę amortyzatora i zmniejsza siłę uderzeń hydraulicznych21.
Ustawa z dnia 7 czerwca 2001 r. o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzeniu ścieków (Dz.U. 2001 nr 72 poz. 747)↩
Kalenik, M., Zaopatrzenie w wodę i odprowadzanie ścieków, wyd. SGGW. Warszawa 2009, s: 12 - 16↩
Hotloś, H., Ilościowa ocena wpływu wybranych czynników na parametry i koszty eksploatacyjne sieci wodociągowych, Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Ochrony Środowiska Politechniki Wrocławskiej, wyd. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2007, s: 34↩
Ustawa z dnia 16 kwietnia 2004 roku o wyrobach budowlanych (Dz.U. 2004 nr 92 poz. 881)↩
Hotloś, H., Ilościowa ocena wpływu wybranych czynników na parametry i koszty eksploatacyjne sieci wodociągowych, Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Ochrony Środowiska Politechniki Wrocławskiej, wyd. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2007, s: 38 - 40↩
Koral, W., Metodyka obniżania poziomu przecieków w sieciach wodociągowych, Wodociągi-Kanalizacja, wyd. Abrys, 6(28)/2006, s: 26-29↩
Hotloś, H., Ilościowa ocena wpływu wybranych czynników na parametry i koszty eksploatacyjne sieci wodociągowych, Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Ochrony Środowiska Politechniki Wrocławskiej, wyd. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2007, s: 45↩
Kalenik, M., Zaopatrzenie w wodę i odprowadzanie ścieków, wyd. SGGW. Warszawa 2009, s: 18 - 20↩
Biedugins, S., Smolarkiewicz, M., Bezpieczeństwo i niezawodność funkcjonowania układów wodociągowych, wyd. Oficyna wydawnicza SGSP, Warszawa 2013, s: 24 - 31↩
Denczew, S., Królikowski, A., Podstawy nowoczesnej eksploatacji układów wodociągowych i kanalizacyjnych, wyd. Arkady, Warszawa 2012, s: 116↩
Denczew, S., Królikowski, A., Podstawy nowoczesnej eksploatacji układów wodociągowych i kanalizacyjnych, wyd. Arkady, Warszawa 2012, s: 125 -126↩
Biedugins, S., Smolarkiewicz, M., Bezpieczeństwo i niezawodność funkcjonowania układów wodociągowych, wyd. Oficyna wydawnicza SGSP, Warszawa 2013, s: 35 – 36↩
Hotloś, H., Ilościowa ocena wpływu wybranych czynników na parametry i koszty eksploatacyjne sieci wodociągowych, Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Ochrony Środowiska Politechniki Wrocławskiej, wyd. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2007, s: 51 - 52↩
Speruda, S., Kontrola ciśnienia w sieci wodociągowej, Wodociągi - Kanalizacja, wyd. Abrys, 9(31)/2006, str. 26-29↩
Kalenik, M., Zaopatrzenie w wodę i odprowadzanie ścieków, wyd. SGGW. Warszawa 2009, s: 41 - 42↩
Siwoń, Z., Wybrane problemy modelowania przepływów w układach dystrybucji wody, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 6/1997, Sigma Not, s: 212 -214↩
Kalenik, M., Zaopatrzenie w wodę i odprowadzanie ścieków, wyd. SGGW. Warszawa 2009, s: 53↩
Siwoń, Z., Wybrane problemy modelowania przepływów w układach dystrybucji wody, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 6/1997, Sigma Not, s: 218-222↩
Siwoń, Z., Tarowanie parametrów modeli przepływów w systemie dystrybucji wody, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, Sigma Not, 2/2009, s: 42-46↩
Speruda, S., Kontrola ciśnienia w sieci wodociągowej, Wodociągi - Kanalizacja, wyd. Abrys, 9(31)/2006, str. 30 - 31↩
Rak, J., Podstawy bezpieczeństwa systemów zaopatrzenia w wodę, Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska Polskiej Akademii Nauk, vol. 28., wyd., Drukarnia LIBER DUO KOLOR, Lublin 2006, s: 57↩