Rent vand er et af menneskehedens mest grundlæggende behov, og de af os, der bor i byområder får normalt vores vand fra en eller anden form for centraliseret offentligt system. Drift af et vandsystem er et stort ansvar, der har konsekvenser for folkesundheden og sikkerheden. I tætte byområder er en ren og rigelig vandforsyning en absolut nødvendighed, ikke kun for at drikke, men også for sanitet og brandbekæmpelse. Og det er ikke bare noget, vi har brug for så ofte; vand er en konstant nødvendighed både dag og nat i weekender, helligdage og når som helst imellem. Så jobbet med at finde nok vand, gøre det sikkert at bruge og derefter pålideligt distribuere det til systemkunder næsten uden nedetid er en monumental opgave, der kræver en masse infrastruktur. Og sandsynligvis den mest synlige komponent i et offentligt vandsystem er den forhøjede lagertank, også kendt som et vandtårn. Jeg er Grady, og dette er Public Works, min videoserie om infrastruktur og den menneskeskabte verden omkring os.
Lad os sige, at du er ejer af et offentligt vandsystem . Du har fundet en vandkilde tilstrækkelig mængde til dine kunder, du har fundet en måde at rense vandet på, så det er sikkert for dem at bruge, og nu er det tid til at sende vandet på vej. Der er et par måder, vi kan få vand fra et sted til et andet. En af dem er bare at bære den der. Uanset om det er på bagsiden af et dyr, på en lastbil eller en flaske i din rygsæk, bærer vi stadig vand hele tiden. Men det er normalt ikke den mest effektive måde. Den første infrastruktur dedikeret til vandtransport var den åbne kanal. Uanset om det er i en grøft, kanal eller akvædukt, bæres vandet af tyngdekraften, nogle gange over meget lange afstande. Vi bruger stadig åbne kanaler til at transportere vand til kunstvanding og dræning, men de har også nogle ulemper. Vandet er udsat for forurening og forurening, kanaler gennemskærer landet, hvilket gør det vanskeligt at komme over det, og vandet kan kun strømme til områder med lavere højde end hvor det startede. Og den sidste er en stor ulempe, især hvis du prøver at levere vand til et område med bakker eller bjerge. Så de fleste offentlige vandsystemer i dag er afhængige af rør til distribution.
Blot at lægge en top på en åben kanal giver os mulighed for at drage fordel af pres for at flytte væsker, hvor vi vil have dem at gå. Ligesom elektroner i en ledning strømmer fra høj til lav spænding, flyder en væske i et rør fra højt til lavere tryk. Så hvis du hæver trykket i den ene ende af et rør, kan du sende dit rene vand hvor som helst du vil have det hen. Og hvordan hæver du vandtrykket? Med en pumpe. En pumpe er en enhed, der flytter væsker. I nogle tilfælde løfter en pumpe bogstaveligt talt væsken til en højere højde, men i de fleste tilfælde tilfører en pumpe energi til en væske ved at hæve dens tryk. Og pumper, især størrelsen på pumper, der betjener hele byer, er dyre. Så hvis du har til opgave at vælge størrelsen på den pumpe, du har brug for til dit offentlige vandsystem, hvad gør du så? Måske måler du mængden af vand, som byen bruger på en given dag, og vælger en pumpe, der kan matche den strømningshastighed. Lad os se, hvordan det ville fungere.
Det er midnat i din by, og de fleste af dine vandkunder sover. Udover de industrielle kunder, der kører 24/7, er vandbehovet minimalt, og din pumpe har ingen problemer med at imødekomme dem. Men omkring kl. 5 begynder automatiserede sprinklersystemer at sparke ind. Omkring kl. 6 begynder folk at vågne op, tage brusere, børste tænder, lave mad til morgenmad, alt hvad der kræver vand. Det tager ikke lang tid, før vandbehovet overstiger pumpens kapacitet. Næsten lige uden for flagermusen kan din nye pumpe ikke imødekomme dit systembehov, fordi den kun blev dimensioneret til gennemsnittet. Vandefterspørgsel i store byområder kan variere betydeligt i løbet af en normal dag, hvor den maksimale timebehov (normalt om morgenen eller aftenen) undertiden er så meget som 5 gange den gennemsnitlige daglige efterspørgsel. Så hvis du forsøger at imødekomme din kundes vandbehov ved hjælp af kun pumper, i stedet for kun en, har du muligvis brug for så mange som fem pumper (eller en enorm pumpe, der kan udføre arbejdet med 5). Og ikke kun det, du bliver nødt til konstant at cykle pumperne til og fra for at imødekomme den variable efterspørgsel, hvilket øger slid på dit udstyr. Og her er hvor lageret kommer ind. Lad os tilføje et vandtårn til systemet og prøve dette eksperiment igen.
Det er midnat og efterspørgslen er lav, men din pumpe kører fuld åben. I stedet for vandstrømmende kunder strømmer det ind i dit vandtårn og fylder tanken langsomt men sikkert. Når morgenen kommer, og efterspørgslen begynder at stige, fortsætter din pumpe. Det er ikke i stand til at imødekomme efterspørgslen alene, men det lagrede vand i tanken udgør forskellen. Alle dine kunder får det vand, de har brug for.Når folk starter deres dag, falder efterspørgslen igen under gennemsnittet. Men pumpen kører, og den ekstra strøm går ind i tanken. Efterspørgslen begynder igen at stige, da byens beboere begynder at lave mad, tage bad og vande planterne. Al denne ekstra vandforbrug dræner tanken igen, før de fleste går i seng, og cyklussen starter igen.
Det er ret nemt at se, hvordan opbevaring gør dit vandsystem mere effektivt . Det udjævner toppe og dale i vandbehovet ikke kun på dine pumper, men al din opstrøms infrastruktur, herunder dit vandbehandlingsanlæg og rå vandforsyning. Uden opbevaring skal alle disse faciliteter dimensioneres til topefterspørgsel, hvilket øger deres omkostninger. Med tilstrækkelig lagerplads kan pumper og anden infrastruktur dimensioneres til gennemsnitlige krav, hvilket sparer ikke kun omkostninger, men også kompleksitet, fordi du ikke behøver at forudsige ændringer i efterspørgslen og reagere i overensstemmelse hermed. Nogle gange er disse toppe og dale forudsigelige, men nogle gange er de ikke. Nogle af de største vandbehov i byområder er fra brande. Uden en brandslukningsstyrke og nok vand til at forsyne dem kan brande brænde ude af kontrol i tætte byområder. Faktisk var mange af de dødbringende katastrofer i historien brande i byer før moderne vandsystemer. Nu har de fleste kommuner og bygningskoder minimumskrav til den mængde vand, der skal være tilgængeligt for brandmænd. Og at have vand opbevaret og klart, som i et vandtårn, går langt for at kunne reagere på en nødsituation.
Du tænker måske, kom Grady . Dette er ikke noget nyt. Opbevaring er den ældgamle løsning på enhver situation, hvor udbuddet ikke svarer til efterspørgslen. Og ja, det er måske ikke noget bemærkelsesværdigt at opbevare vand i en stor tank. Men vandtårne er ikke kun store tanke, de er store tanke hævet over jorden. Og det er fordi vandtårne ikke kun opbevarer vand; de lagrer også energi. Vandfordelingssystemer er afhængige af pres for at få vandet, hvor det skal hen. Hvis du nogensinde har taget et bad med lavt vandtryk, ved du, hvor frustrerende det kan være, fordi du bare ikke kan få nok vand ud af hanen. Trykning af et vandsystem er også vigtigt for folkesundheden. Uden tilstrækkeligt pres i rørene kan forurenende stoffer komme ind i systemet gennem vandhaner eller små lækager. De fleste vandsystemer får deres pres fra pumper, og det tager meget energi at opretholde dette tryk. Så det er vigtigt at have evnen til ikke kun at opbevare selve vandet, men også den energi, der er tilført det af pumperne. I nogle områder, hvor elomkostningerne varierer afhængigt af efterspørgslen, kan du køre pumperne om natten, når der er billig strøm til at fylde dit vandtårn op. Lad derefter pumperne være slukkede i løbet af dagen, når elektricitet er dyrere, så bare tårnet kan sætte systemet under tryk og betjene dine kunder. Lagring af energi på denne måde udføres også i større skala for at hjælpe med elnets pålidelighed, men det er et emne for en anden video. Forhøjet lager er også gavnligt under strømafbrydelse ved at holde systemet under tryk, selv når pumper er ude af drift.
Men hvor forhøjede skal de være? Du ved måske, at trykket i en vandmasse er relateret til dybden. Jo dybere du går, jo større er trykket. Ligesom i en pool eller havet har et vanddistributionssystem det samme forhold mellem dybde og tryk. Det tilfældigvis er begrænset i en række rør. Så du kan forestille dig et vandfordelingssystem som et virtuelt hav, hvor vi alle lever, og vandoverfladen i forhøjede lagertanke repræsenterer overfladen af det virtuelle hav. At forestille sig et vandsystem på denne måde gør det let at se udfordringen med at levere vand til kunderne under det rigtige tryk. Hvis vores byer var flade, ville det være ret simpelt. Alle bygningerne sad på samme dybde i det virtuelle hav. Men de fleste områder har i det mindste en vis topografisk lettelse. Kunder i lave højder er i bunden af det virtuelle hav, hvor trykket kan være for højt. Du tror måske, det er en god ting, men VVS-rør og apparater vurderes kun til visse tryk, så overskridelse af disse klassifikationer kan forårsage alvorlig skade. Nogle gange vil bygninger i lave højder være udstyret med specielle ventiler for at reducere trykket. Kunder i høje højder vil være tæt på overfladen af det virtuelle hav med meget lavt vandtryk. Som jeg nævnte, kan dette ikke kun være frustrerende, men også føre til forurening af systemet. For at løse denne udfordring har mange store byer separate distributionssystemer kaldet trykzoner, hver med deres eget vandtårn, for at betjene kunder i forskellige højder i byen.
Men , hvad sker der, hvis du har brug for at betjene kunder i forskellige højder på samme sted?Høje bygninger, som skyskrabere, kan have tilstrækkeligt vandtryk på de nederste etager, mens de højere etager kan gå op nær overfladen eller endda over det virtuelle hav i vanddistributionssystemet. Så i stedet for at stole på byens vandtryk bruger de fleste høje bygninger deres egne pumper til at tilføre vand til de øverste etager. Og nogle byer, som New York, kræver endda, at hver bygning har sin egen forhøjede lagertank.
Ikke alle byer bruger vandtårne. Nogle har hele deres vandforsyning i højere højde, hvilket minimerer behovet for at lægge tryk på systemet. Og nogle gange giver det bare mere mening at stole på pumper alene for at holde systemet i gang. Når alt kommer til alt er vandtårne ikke billige, de optager en hel del plads, og de kan lade vand stagnere, hvis det ikke cirkulerer nok. Men med offentlig vandforsyning er pålidelighed nøglen. Og det er længe siden tyngdekraften blev slået offline fra et tordenvejr, så forhøjede lagertanke (på en eller anden måde eller måde) er bestemt kommet for at blive. Tak fordi du kiggede, og lad mig vide, hvad du synes!
