Резервоари и водни кули

Случвало ли Ви се е да отворите кранчето на чешмата и да установите, че няма вода? Ако получавате водата си от общинската водоснабдителна система, отговорът би трябвало да е „не“. Водата във всяко населено място трябва да е винаги на разположение. Една от основните причини за високо ниво на надеждност във водоснабдяването е наличието на водна кула или резервоар.

Водните резервоари са подземни и наземни или издигнати (водни кули) структури, които се проектират за регулиране на разликата между водния поток от една страна и променливото водопотребление от друга, за поддържане на необходимото налягане във водоснабдителната система, както и за съхраняване на резерв от вода за противопожарни нужди и на определен резерв от вода за аварийни нужди. Единствената разлика между резервоарите и водните кули е, че първите нямат издигаща носеща конструкция, а се монтират директно на или под земята, обикновено на възвишено място.

Основни характеристики
Водните кули и резервоари имат просто устройство. Представляват затворени обеми за съхранение на вода, плюс опорна структура от стомана, стоманобетон или тухли при кулите. Въпреки че водните кули имат разнообразни форми и размери, всички те правят едно и също – представляват просто голям воден резервоар, разположен на високо чрез носеща конструкция. Например водната кула, намираща се в Килдевълс Хил, близо до Кити Хоук, Северна Каролина, е с височина 165 фута (50 метра). Височината се отмерва от земната повърхност до основата (дъното) на резервоара. Голямата височина е необходима, за да се осигури налягане. Всеки фут (30,48cm) височина осигурява 0,43psi (паунда на квадратен инч) или 2,96kPa налягане. Типичното комунално водоснабдяване работи с между 50 и 100psi.

Тъй като работи на гравитационен принцип, водната кула трябва да бъде достатъчно висока, за да осигури това ниво на налягане за всички потребители в областта, която е предназначена да обслужва. Именно затова кулите често са не само високи, но и са разположени на високо място, за да може с разположението им да се компенсира част от необходимата им височина за нужното налягане. В хълмисти райони кулата понякога може да се замени с обикновен резервоар, разположен на най-високия хълм в местността.

Водните кули обикновено имат доста големи резервоари. Един нормален плувен басейн в нечий заден двор може да съдържа около 20000-30000 галона или 88-132m3 (това е много вода), а типична водна кула може да задържи 50 пъти повече вода. Капацитетът на резервоарите за малки водоснабдителни системи е от порядъка на няколко десетки кубични метра, а за големи градски и промишлени водоснабдителни системи – няколко хиляди кубични метра. Обикновено резервоарът е оразмерен да задържа водно количество, съответстващо на дневното водопотребление от общността, която обслужва. Ако помпите спрат да работят (например при спиране на тока), водната кула или резервоарът ще има достатъчно вода, за да поддържа водоснабдяването за около един ден. Резервоарите и кулите имат тръби за доставка и отвеждане на вода, преливни устройства за предотвратяване на препълване, а също така система за измерване нивото на водата, която изпраща сигнали до контролен пункт.

Начин на работа
Подготвената в пречиствателна станция питейна вода напуска станцията и помпите я изпращат под налягане във водопроводните тръби. Водните кули и резервоари са свързани така в системата, че се намират между помпената станция и водопреносните тръби стигащи до потребителите. Ако помпата произвежда повече вода, отколкото водната система се нуждае в момента, остатъкът автоматично отива в резервоара. Ако пък населението консумира повече вода отколкото помпата може да достави, се ползва вода от резервоара, за да посрещне търсенето.

Едно от най-големите предимства на водните кули/резервоари е, че те позволяват общините да разчитат на помпи, съответстващи на средното, а не на върховото потребление на вода. Това спестява много пари. Да приемем, че консумацията на вода за помпена станция е средно 500 галона в минута (или 720 000 галона в течение на един ден). В рамките на деня ще има моменти, когато потреблението на вода е много по-голямо от 500 галона в минута. Например сутринта много хора се събуждат по едно и също време (да речем 7:00ч.), за да отидат на работа. Те отиват до тоалетната, вземат душ, мият си зъбите и т.н. Водопотреблението може да нарасне до 2000 галона в минута в 7ч. сутринта.

Между цените за помпи за 500 и за 2000 галона в минута има голяма разлика. Благодарение на водната кула, общината може да закупи по-евтината помпа за 500 галона в минута и в часовете с върхово потребление водната кула да изравни разликата между производителността на помпата и търсенето. През нощта, когато търсенето обикновено пада практически до нула, помпата може да компенсира разликата и да зареди водната кула отново.

Резервоарите и водните кули се справят с редица предизвикателства
Високите сгради в големите градове често се налага да решават проблемите си, свързани с недостатъчно водно налягане във водоснабдителната система. Причината е, че понякога сградите са толкова високи, че надвишават височината, с която налягането в градската водоснабдителна система може да се справи. Ето защо се налага такива сгради да имат собствени помпи и собствени водни кули. На снимка, заснета от Емпайър Стейт Билдинг в Ню Йорк, например, могат да се видят поне 30 малки водни кули, разположени на покривите на околните сгради.

Друг интересен факт за водните кули и резервоари е, че те могат да повлияят на вашите застрахователни полици. По време на пожар значително се увеличава потреблението на вода и то може значително да надвиши капацитета на помпите. Водната кула гарантира, че ще има достатъчно налягане, за да се запази дебита на водния поток в противопожарните кранове. Застрахователните ставки (риска, който застрахователната компания поема при застраховка) при пожар обикновено са по-ниски в общности, в които водоснабдителната системата има водни кули/резервоари.

Емблематични проекти
Като инфраструктурни проекти, водните кули са доста живописни. Въпреки че обикновено изглеждат като продукт на една отминала епоха, те все още са много актуални и днес. Водната кула в Луисвил в Кентъки, построена през 1854г., е най-старата оцеляла водна кула в САЩ, и е все още в употреба. В Ню Йорк милиони хора все още разчитат на вода от водни кули. Поставени на покривите на сградите, тези съоръжения правят възможно водата да тече с нужното налягане, дори ако електричеството спре (особено по време на пожар). Освен за непосредствени нужди, тези кули служат и за създаване на емблематичен вид на някои градове. Напоследък редица дизайнери създадоха художествени проекти с изработени от рециклирани материали водни кули, които са визуална ода за водните кули на Ню Йорк.

Някои водни кули служат като културни паметници за градовете си. Всеки град заслужава да има скулптура с традиционната култура или напитка. Такива са водната кула с форма на царевица в Рочестър, Минесота и кулата с форма на бутилка кетчуп в Колинсвил, Илинойс. Подобен е случаят с водните кули в източния край на Глазгоу, Шотландия. От неодушевени функционални обекти те са превърнати в символ на възраждане на местността. Благодарение на разположението им нависоко и на подходящото осветление, те са ясно видими за хората в града и за пътниците при подхода към летището, признаващи ги за забележителности след залез слънце. От основата на носещите колони се насочва силна бяла светлина към резервоара, а интелигентно програмирано осветление позволява смяна на цветовете на осветяване на резервоара, което постоянно променя външния вид на структурите. Високото качество на бялата светлина от долната страна осигурява силен контраст с цвета на резервоара, а разпространението й в околното пространство повишава сигурността.

Изисквания при проектиране
Типът и местоположението на резервоара се определят в зависимост от неговото предназначение, експлоатационния режим на водоснабдителната система, категорията на обезпеченост на водоподаването, качеството на водата и предвижданията на действащите устройствени планове, като се отчитат топографските условия, хидравличните характеристики на водопроводната система и технологичните изисквания. Резервоарът се предвижда при възможност в непосредствена близост до водоснабдявания обект за осигуряване на по-голяма безопасност, защита от аварии и намаляване на загубите на налягане. При избора на местоположението на резервоара се отчитат видът на почвата за засипване, покривните покрития и озеленяването с оглед поддържане на територията около резервоара.

За осигуряване на водонепропускливостта на резервоарите се използва бетон с подходящи добавки и се нанасят защитни водонепропускливи повърхностни слоеве и/или хидроизолационни облицовки. Резервоарите се проектират така, че да се предотврати навлизането на външни води и на други замърсители през стените, покрива, отворите, входовете или през тръбопроводите. Не се допуска излагане на водата във водните камери на дневна светлина.

За предотвратяване загряването или охлаждането, на водата се предвижда топлоизолация, чиито технически характеристики се съобразяват с местните климатични условия, експлоатационните изисквания и намаляването на кондензацията във водните камери. При проектирането на водните камери се осигурява намаляване на „мъртвите“ зони чрез подходяща форма на камерата или подходящо разполагане на вливните и хранителните тръби, съобразено с капацитета на резервоара. За всяка водна камера се предвиждат устройства за самостоятелно почистване и вземане на водни проби. Строителните отвори в резервоара се проектират така, че през тях да могат да се транспортират материалите и устройствата за почистване, контрол и ремонт.

Общият обем на напорните резервоари се определя като сума от регулиращия обем и обема за пожарни и аварийни нужди. Регулиращият обем на водата се определя в зависимост от режима на водоподаване и часовия график на потреблението. Когато няма данни за режима на водоподаване и за процентното разпределение на потреблението през денонощието, регулиращият обем се определя в зависимост от категорията на обезпеченост на водоподаването.

Обемът за аварийни нужди се определя въз основа на риска от възможни аварии в довеждащия водопровод, водовземните съоръжения, помпените станции и контролните системи, както и на свързаните с тези аварии неблагоприятни последствия. При подаване на вода в резервоара по един довеждащ водопровод се предвижда необходимият обем за съхраняване на водата по време на ремонта. Времетраенето за възстановяване на аварийния запас от вода е от 36 до 48ч. Обемът за пожарни нужди се предвижда в случаите, когато е технически невъзможно или икономически неизгодно да се осигурят необходимите водни количества за пожарогасене непосредствено от водоизточника.

При проектирането на резервоари се отчита бъдещото им разширяване. Котата на най-ниското водно ниво в напорните резервоари и водните кули се определя с оглед осигуряване на необходимия напор във водоснабдителната система при максимално потребление за питейно-битови и пожарни нужди. В напорните резервоари се предвиждат не по-малко от две водни камери, като регулиращият обем и обемът за пожарни и аварийни нужди се разпределят пропорционално. Проектиране на резервоар с една камера се допуска, когато не се изисква съхраняване на обем за пожарни нужди и резервоарът се използва за контакт между водата и обеззаразяващия реагент или когато необходимият регулиращ обем е до 50куб.м. Водонапорните кули се проектират еднокамерни. При изграждането на водните камери се използват строителни продукти с гладки външни повърхности (без пори) в съответствие с изискванията за контакт с питейна вода.

Тръбопроводните системи в напорните резервоари и техните спирателни арматури се проектират така, че да позволяват самостоятелно и независимо използване на водните камери. За всяка водна камера се предвиждат вливна и хранителна тръба и изпразнително-преливна система със съответните арматури и средства за измерване на количеството и нивото на водата. На водните кули се проектират гръмоотводи. Тръбите на изпразнителната система се проектират с диаметри от 100 до 200mm, в зависимост от обема на резервоара или водната кула и времето за изпразване.

Земното покритие на резервоари, разположени подземно, е от 0,4 до 0,7m. Допуска се проектиране на резервоари без земно покритие, ако се направи равностойна топлотехническа изолация. При проектирането на резервоарите се предвижда при необходимост поддънна или периферна дренажна система. Водните кули се проектират с топлоизолационен кожух около водната камера. Допуска се проектиране на водни кули без топлоизолационен кожух в зависимост от обема на водната камера и режима на работа на кулата, климатичните условия и изискванията към температурата на водата.

При проектирането на резервоарите се определя начинът на тяхното промиване и дезинфекция при спазване изискванията на БДС EN 1508. Резервоарите се промиват с чиста питейна вода, като използването на химични почистващи средства се ограничава максимално и се съобразява с изискванията на нормативните актове за опазване на околната среда. За дезинфекция на резервоарите се използват дезинфектанти и неутрализиращи реагенти, посочени в наредбата. Контактното време се приема за не по-малко от едно денонощие.