Čistá voda je jednou z nejzákladnějších potřeb lidstva a my, kteří žijeme v městské oblasti obvykle získávají naši vodu z nějakého centralizovaného veřejného systému. Provozování vodního systému je hlavní odpovědností, která má dopad na veřejné zdraví a bezpečnost. V hustých městských oblastech je čistá a bohatá dodávka vody absolutní nutností nejen pro pití, ale také pro hygienu a hašení požárů. A není to jen něco, co tak často potřebujeme; voda je neustálou nutností ve dne i v noci, o víkendech, svátcích a kdykoli mezi tím. Úkol najít dostatek vody, zajistit její bezpečné používání a poté ji spolehlivě distribuovat zákazníkům systému bez téměř žádných prostojů je monumentální úkol, který vyžaduje velkou infrastrukturu. A pravděpodobně nejviditelnější součástí veřejného vodovodu je vyvýšená akumulační nádrž, známá také jako vodárenská věž. Jsem Grady a toto je Public Works, moje video seriál o infrastruktuře a lidském světě kolem nás.

Řekněme, že jste vlastníkem veřejného vodovodu. . Našli jste pro své zákazníky zdroj vody v dostatečném množství, našli jste způsob, jak tuto vodu vyčistit, aby ji mohli bezpečně používat, a nyní je čas ji poslat na cestu. Existuje několik způsobů, jak získat vodu z jednoho místa na druhé. Jedním z nich je jen to tam nosit. Ať už je to na zádech zvířete, na náklaďáku nebo na láhvi v batohu, pořád pořád fyzicky přenášíme vodu. Obvykle to však není nejúčinnější způsob. První infrastrukturou věnovanou přepravě vody byl otevřený kanál. Ať už je to v příkopu, kanálu nebo akvaduktu, voda je nesena gravitací, někdy na velmi dlouhé vzdálenosti. Stále používáme otevřené kanály k přepravě vody pro zavlažování a odvodnění, ale mají také některé nevýhody. Voda je vystavena znečištění a kontaminaci, kanály rozdělují půdu, takže je obtížné se přes ni dostat, a voda může proudit pouze do oblastí s nižší nadmořskou výškou, než kde začala. A ten poslední je velkou nevýhodou, zvláště pokud se snažíte dodávat vodu do oblasti s kopci nebo horami. Většina veřejných vodovodů dnes tedy spoléhá na distribuci potrubí.

Pouhé umístění vrcholu na otevřený kanál nám umožňuje využít tlak k přesunu tekutin tam, kde je chceme mít. jít. Stejně jako elektrony v drátu proudí z vysokého na nízké napětí, tekutina v potrubí bude proudit z vysokého na nízký tlak. Pokud tedy zvýšíte tlak na jednom konci potrubí, můžete čistou vodu poslat kamkoli, kam chcete. A jak zvýšíte tlak vody? S pumpou. Čerpadlo je zařízení, které pohybuje tekutinami. V některých případech čerpadlo doslova zvedne kapalinu do vyšší nadmořské výšky, ale ve většině případů čerpadlo dodává tekutině energii zvýšením jejího tlaku. A čerpadla, zejména velikosti čerpadel, která obsluhují celá města, jsou drahé. Takže pokud máte za úkol vybrat velikost čerpadla, které potřebujete pro váš veřejný vodovod, co uděláte? Možná změříte množství vody, které město v daný den spotřebuje, a vyberete čerpadlo, které odpovídá tomuto průtoku. Podívejme se, jak by to fungovalo.

Ve vašem městě je půlnoc a většina vašich zákazníků s vodou spí. Kromě průmyslových zákazníků, kteří pracují 24/7, jsou požadavky na vodu minimální a vaše čerpadlo nemá problémy s jejich plněním. Ale kolem páté hodiny ráno začnou fungovat automatické zavlažovací systémy. Kolem šesté ráno se lidé začínají probouzet, sprchovat se, čistit si zuby, vařit snídani, všechno, co vyžaduje vodu. Netrvá dlouho, než požadavek na vodu překročí kapacitu vašeho čerpadla. Vaše nové čerpadlo téměř hned po pálce nemůže uspokojit vaše požadavky na systém, protože bylo dimenzováno pouze na průměr. Potřeba vody ve velkých městských oblastech se může v průběhu běžného dne výrazně lišit, přičemž maximální hodinová poptávka (obvykle ráno nebo večer) někdy dosahuje až 5násobku průměrné denní poptávky. Pokud se tedy snažíte uspokojit potřeby vody svého zákazníka pomocí pouze čerpadel, místo pouhého jednoho možná budete potřebovat až pět čerpadel (nebo jedno obrovské čerpadlo, které zvládne práci 5). A nejen to, budete muset neustále zapínat a vypínat čerpadla, abyste vyhověli proměnným požadavkům, což zvyšuje opotřebení vašeho vybavení. A tady dochází ke skladování. Přidejte do systému vodní věž a zkuste tento experiment znovu.

Je půlnoc a poptávka je nízká, ale vaše čerpadlo běží úplně dokořán. Místo toho, aby zákazníci tekli vodou, teče do vaší vodárenské věže a pomalu ale jistě plní nádrž. Jakmile přijde ráno a poptávka začne stoupat, vaše čerpadlo pokračuje v provozu. Není schopen sám uspokojit poptávku, ale rozdíl tvoří zásobní voda v nádrži. Všichni vaši zákazníci dostávají vodu, kterou potřebují.Jak lidé začínají svůj den, poptávka opět klesá pod průměr. Čerpadlo však stále běží a dodatečný průtok jde do nádrže. Poptávka opět začíná stoupat, když obyvatelé města začnou vařit večeři, koupat se a zalévat rostliny. Celé toto extra použití vody znovu vypustí nádrž, než většina lidí jde spát, a cyklus začíná znovu.

Je docela snadné vidět, jak skladování zefektivňuje váš vodní systém. . Vyhlazuje vrcholy a údolí poptávky po vodě nejen na vašich čerpadlech, ale na celé vaší předcházející infrastruktuře, včetně vaší úpravny vody a zásobování surovou vodou. Bez skladování by všechna tato zařízení musela být dimenzována na špičkovou poptávku, což by zvýšilo jejich náklady. S dostatkem úložného prostoru lze dimenzovat pumpy a další infrastrukturu na průměrné požadavky, což šetří nejen náklady, ale také složitost, protože nemusíte předvídat změny v poptávce a odpovídajícím způsobem reagovat. Někdy jsou tyto vrcholy a údolí předvídatelné, ale někdy nejsou. Některé z největších požadavků na vodu v městských oblastech pocházejí z požárů. Bez hasičské síly a dostatečného množství vody k jejich zásobování mohou v hustých městských oblastech požáry shořet mimo kontrolu. Mnoho nejsmrtelnějších katastrof v historii byly ve skutečnosti požáry ve městech před moderními vodními systémy. Nyní má většina obcí a stavební předpisy minimální požadavky na množství vody, které musí mít hasiči k dispozici. A mít vodu uskladněnou a připravenou, jako ve vodárenské věži, vede dlouhou cestu k tomu, abyste byli schopni reagovat na nouzové situace.

Možná si myslíte, no tak Grady . To není nic nového. Skladování je starodávným řešením každé situace, kdy nabídka neodpovídá poptávce. A ano, nemusí být nic pozoruhodného uchovávat vodu ve velké nádrži. Ale vodárenské věže nejsou jen velké nádrže, jsou to velké nádrže vyvýšené nad zemí. A to proto, že vodní věže neskladují jen vodu; také ukládají energii. Systémy rozvodu vody spoléhají na tlak, aby se voda dostala tam, kam jde. Pokud jste se někdy sprchovali s nízkým tlakem vody, víte, jak frustrující to může být, protože z vodovodu prostě nemáte dostatek vody. Natlakování vodního systému je také důležité pro veřejné zdraví. Bez dostatečného tlaku v potrubí by se nečistoty mohly dostat do systému prostřednictvím kohoutků nebo malých netěsností. Většina vodních systémů získává tlak z čerpadel a udržování tohoto tlaku vyžaduje spoustu energie. Je tedy důležité mít schopnost uchovávat nejen samotnou vodu, ale také energii, kterou jí dodávají čerpadla. V některých oblastech, kde se náklady na elektřinu liší v závislosti na poptávce, můžete čerpadla provozovat v noci, kdy je levná elektřina, aby se naplnila vaše vodárenská věž. Poté, když je elektřina dražší, nechte čerpadla během dne vypnutá, takže pouze věž může natlakovat systém a sloužit vašim zákazníkům. Ukládání energie tímto způsobem se také provádí ve větším měřítku, aby se zajistila spolehlivost elektrické sítě, ale to je téma pro další video. Zvýšené úložiště je také výhodné během výpadku napájení, protože udržuje systém pod tlakem, i když jsou čerpadla mimo provoz.

Jak vysoké ale musí být? Možná víte, že tlak ve vodním útvaru souvisí s hloubkou. Čím hlouběji jdete, tím větší je tlak. Stejně jako v bazénu nebo v oceánu má systém distribuce vody stejný vztah mezi hloubkou a tlakem. Stává se to být uzavřeno v řadě potrubí. Takže si můžete představit systém distribuce vody jako virtuální oceán, pod kterým všichni žijeme, a vodní plocha ve zvýšených zásobních nádržích představuje povrch virtuálního oceánu. Představa vodního systému tímto způsobem usnadňuje pochopení výzvy dodávat vodu zákazníkům správným tlakem. Pokud by naše města byla plochá, bylo by to docela jednoduché. Všechny budovy by seděly ve stejné hloubce ve virtuálním oceánu. Ale většina oblastí má alespoň určitou míru topografické úlevy. Zákazníci v nízkých nadmořských výškách jsou na dně virtuálního oceánu, kde mohou být tlaky příliš vysoké. Možná si myslíte, že je to dobrá věc, ale vodovodní potrubí a zařízení jsou dimenzovány pouze na určité tlaky, takže překročení těchto jmenovitých hodnot může způsobit vážné poškození. Někdy budou budovy v nízkých nadmořských výškách vybaveny speciálními ventily ke snížení tlaku. Zákazníci ve vysokých nadmořských výškách budou blízko povrchu virtuálního oceánu s velmi nízkým tlakem vody. Jak jsem již zmínil, může to být nejen frustrující, ale také to může vést ke kontaminaci systému. Aby tento problém vyřešilo, mnoho velkých měst udržuje samostatné distribuční systémy zvané tlakové zóny, každé s vlastní vodárenskou věží, které slouží zákazníkům v různých výškách ve městě.

, co se stane, pokud potřebujete obsluhovat zákazníky v různých nadmořských výškách na stejném místě?Vysoké budovy, jako jsou mrakodrapy, mohou mít odpovídající tlak vody v nižších patrech, zatímco vyšší patra mohou stoupat blízko povrchu nebo dokonce nad virtuální oceán ve vodovodním systému. Takže místo toho, aby se spoléhala na tlak vody ve městě, používá většina vysokých budov vlastní vodu k zásobování horních pater. A některá města, například New York, dokonce vyžadují, aby každá budova měla svůj vlastní zvýšený zásobník.

Ne každé město používá vodárenské věže. Některé mají celý svůj přívod vody ve vyšší nadmořské výšce, což minimalizuje potřebu zvyšovat tlak v systému. A někdy má větší smysl spoléhat se pouze na čerpadla, aby byl systém v provozu. Koneckonců, vodní věže nejsou levné, zabírají dost místa a mohou umožnit stagnaci vody, pokud není dostatečně cirkulována. U veřejných vodovodů je ale spolehlivost klíčová. A je to už dávno, co byla gravitace vyřazena z bouřky offline, takže zvýšené skladovací nádrže (v nějaké formě nebo způsobem) tu určitě zůstanou. Děkujeme za sledování a dejte mi vědět, co si myslíte!