Puhdas vesi on yksi ihmiskunnan ja meissä asuvien ihmisten perustarpeista kaupunkialueet saavat vettä yleensä jonkinlaisesta keskitetystä julkisesta järjestelmästä. Vesijärjestelmän käyttö on suuri vastuu, jolla on vaikutuksia kansanterveyteen ja turvallisuuteen. Tiheillä kaupunkialueilla puhdas ja runsas vesihuolto on ehdottoman välttämätöntä paitsi juomisen, myös sanitaation ja palontorjunnan kannalta. Ja sitä ei tarvita vain niin usein; vesi on jatkuva välttämättömyys sekä päivällä että yöllä, viikonloppuisin, lomapäivinä ja milloin tahansa välillä. Joten työ löytää tarpeeksi vettä, tehdä siitä turvallinen käyttää ja sitten jakaa se luotettavasti järjestelmän asiakkaille ilman lähes seisokkeja on monumentaalinen tehtävä, joka vaatii paljon infrastruktuuria. Ja luultavasti julkisen vesijärjestelmän näkyvin osa on kohonnut varastosäiliö, joka tunnetaan myös nimellä vesitorni. Olen Grady, ja tämä on julkisia töitä, videosarjani infrastruktuurista ja ihmisen luomasta maailmasta.
Oletetaan, että olet julkisen vesijärjestelmän omistaja . Olet löytänyt riittävän vesilähteen asiakkaillesi, olet löytänyt tavan puhdistaa vesi niin, että se on heidän turvallista käyttää, ja nyt on aika lähettää vesi matkalla. On olemassa muutamia tapoja saada vettä paikasta toiseen. Yksi niistä on vain kuljettaa sitä sinne. Olipa kyseessä sitten eläimen takaosa, kuorma-auto tai pullo repussa, kantamme vettä fyysisesti koko ajan. Mutta se ei yleensä ole tehokkain tapa. Ensimmäinen vesikuljetuksiin omistettu infrastruktuuri oli avoin kanava. Olipa oja, kanava tai vesijohto, vettä kantaa painovoima, joskus hyvin pitkiä matkoja. Käytämme edelleen avoimia kanavia veden kuljettamiseen kasteluun ja viemäröintiin, mutta niillä on myös joitain haittoja. Vesi altistuu pilaantumiselle ja kontaminaatiolle, kanavat puolittavat maata, mikä vaikeuttaa kulkemista, ja vesi voi virrata vain matalammille alueille kuin mistä se alkoi. Ja tämä viimeinen on suuri haitta, varsinkin jos yrität toimittaa vettä alueelle, jolla on kukkuloita tai vuoria. Joten useimmat julkiset vesijärjestelmät luottavat nykyään putkiin jakeluun.
Pelkästään yläosan asettaminen avoimelle kanavalle antaa meille mahdollisuuden hyödyntää painetta siirtääksesi nesteitä haluamaamme paikkaan mennä. Aivan kuten johtimessa virtaavat elektronit korkeasta matalaan jännitteeseen, putkessa oleva neste virtaa korkeasta alempaan paineeseen. Joten jos nostat painetta putken toisessa päässä, voit lähettää puhtaan veden mihin tahansa haluat mennä. Ja miten nostat veden painetta? Pumpulla. Pumppu on laite, joka siirtää nesteitä. Joissakin tapauksissa pumppu nostaa nesteen kirjaimellisesti korkeammalle, mutta useimmissa tapauksissa pumppu tuottaa energiaa nesteelle nostamalla sen painetta. Ja erityisesti koko kaupunkia palvelevat pumput ovat kalliita. Joten jos sinua pyydetään valitsemaan julkisen vesijärjestelmän pumpun koko, mitä teet? Ehkä mitat veden määrän, jota kaupunki käyttää tiettynä päivänä, ja valitset pumpun, joka vastaa kyseistä virtausnopeutta. Katsotaanpa, kuinka se toimisi.
Kaupunkissasi on keskiyö ja suurin osa vesiasiakkaistasi nukkuu. Ympärivuorokautisesti toimivien teollisuusasiakkaiden lisäksi vedentarve on vähäinen, ja pumpulla ei ole vaikeuksia vastata heihin. Mutta noin kello 5.00 automaattiset sprinklerijärjestelmät alkavat potkaista. Noin kello 6.00 ihmiset alkavat herätä, käydä suihkussa, harjata hampaitaan, valmistaa aamiaista, kaikki mitä tarvitsevat vettä. Ei mene kauan, ennen kuin vedentarve ylittää pumpun kapasiteetin. Lähes heti lepakolta, uusi pumppusi ei pysty vastaamaan järjestelmän kysyntään, koska se oli kooltaan vain keskimääräinen. Vedenkysyntä suurilla kaupunkialueilla voi vaihdella merkittävästi normaalin päivän aikana, jolloin tuntihuippu (yleensä aamulla tai illalla) on joskus jopa viisi kertaa päivittäinen keskimääräinen kysyntä. Joten jos yrität tyydyttää asiakkaasi vedentarpeet käyttämällä vain pumppuja yhden pumpun sijasta, saatat tarvita jopa viisi pumppua (tai yhtä valtavaa pumppua, joka pystyy suorittamaan 5: n työn). Paitsi että sinun on jatkuvasti ajettava pumppuja päälle ja pois päältä muuttuvan kysynnän tyydyttämiseksi, mikä lisää laitteidesi kulumista. Ja tässä tulee varasto. Lisää vesijärjestelmä järjestelmään ja yritä tätä kokeilua uudelleen.
On keskiyö ja kysyntä on vähäistä, mutta pumppu käy täysin auki. Asiakkaiden virtaaman veden sijaan se virtaa vesitorniisi ja täyttää säiliön hitaasti mutta varmasti. Kun aamu tulee ja kysyntä kasvaa, pumppu jatkaa toimintaansa. Se ei pysty vastaamaan kysyntään yksin, mutta säiliöön varastoitu vesi tekee eron. Kaikki asiakkaasi saavat tarvitsemansa veden.Kun ihmiset aloittavat päivän, kysyntä taas laskee alle keskiarvon. Mutta pumppu käy jatkuvasti ja ylimääräinen virtaus menee säiliöön. Kysyntä alkaa jälleen nousta, kun kaupungin asukkaat alkavat valmistaa illallista, käydä kylvyssä ja kastella kasveja. Kaikki tämä ylimääräinen vedenkäyttö tyhjentää säiliön uudelleen ennen kuin suurin osa ihmisistä menee nukkumaan ja sykli alkaa uudelleen.
On melko helppo nähdä, kuinka varastointi tekee vesijärjestelmästäsi tehokkaamman . Se tasoittaa veden kysynnän huiput ja laaksot paitsi pumpuillesi, myös koko alkupään infrastruktuurillesi, mukaan lukien vedenkäsittelylaitoksesi ja raakaveden saanti. Ilman varastointia kaikki nämä tilat olisi mitoitettava huippukysyntään vastaamaan niiden kustannuksia. Riittävän varastoinnin ansiosta pumput ja muu infrastruktuuri voidaan mitoittaa keskimääräisiin vaatimuksiin, mikä säästää paitsi kustannuksia myös monimutkaisuutta, koska sinun ei tarvitse ennakoida kysynnän muutoksia ja vastata vastaavasti. Joskus nämä huiput ja laaksot ovat ennustettavissa, mutta toisinaan eivät. Jotkut suurimmista vesitarpeista kaupunkialueilla ovat tulipaloja. Ilman palonsammutusvoimaa ja tarpeeksi vettä niiden toimittamiseksi tulipalot voivat palaa hallitsematta tiheillä kaupunkialueilla. Itse asiassa monet historian tappavimmista katastrofeista olivat tulipalot kaupungeissa ennen nykyaikaisia vesijärjestelmiä. Nyt useimmissa kunnissa ja rakennusmääräyksissä on vähimmäisvaatimukset palomiehille tarjottavan vesimäärän suhteen. Ja veden varastoiminen ja käyttö valmiina, kuten vesitorniin, on pitkä tapa pystyä vastaamaan hätätilanteisiin.
Saatat ajatella, tule Grady . Tämä ei ole mitään uutta. Varastointi on ikivanha ratkaisu tilanteisiin, joissa tarjonta ei vastaa kysyntää. Ja joo, ei ehkä ole mitään merkittävää varastoida vettä isoon säiliöön. Mutta vesitornit eivät ole vain suuria säiliöitä, ne ovat suuria säiliöitä, jotka on korotettu maanpinnan yläpuolelle. Ja tämä johtuu siitä, että vesitornit eivät vain varastoi vettä; he myös varastoivat energiaa. Vedenjakelujärjestelmät luottavat paineeseen saadakseen veden mihin se menee. Jos olet koskaan käynyt suihkussa matalalla vedenpaineella, tiedät kuinka turhauttavaa se voi olla, koska et vain saa tarpeeksi vettä hanasta. Vesijärjestelmän paineistaminen on myös tärkeää kansanterveyden kannalta. Ilman riittävää painetta putkissa epäpuhtaudet voisivat päästä järjestelmään hanojen tai pienten vuotojen kautta. Suurin osa vesijärjestelmistä saa paineensa pumpuista, ja paineen ylläpitäminen vie paljon energiaa. Joten on kykyä varastoida paitsi itse vesi myös pumppujen sille antama energia. Joillakin alueilla, joilla sähkökustannukset vaihtelevat kysynnän mukaan, voit käyttää pumppuja yöllä, kun sähkö on halpaa täyttää vesitorni. Jätä sitten pumput pois päältä päivällä, kun sähkö on kalliimpaa, jolloin vain torni voi painostaa järjestelmää ja palvella asiakkaitasi. Tällä tavoin varastoidaan energiaa myös laajemmassa mittakaavassa sähköverkon luotettavuuden parantamiseksi, mutta se on toisen videon aihe. Kohonnut varastointi on hyödyllistä myös sähkökatkoksen aikana pitämällä järjestelmä paineistettuna, vaikka pumput eivät olisikaan käytössä.
Mutta kuinka korkealla heidän on oltava? Saatat tietää, että vesimuodossa oleva paine liittyy syvyyteen. Mitä syvemmälle menet, sitä suurempi paine. Aivan kuten uima-altaalla tai meressä, veden jakelujärjestelmällä on sama suhde syvyyden ja paineen välillä. Se sattuu vain rajoittumaan putkisarjaan. Joten voit kuvitella vedenjakelujärjestelmän virtuaalimereksi, jonka alla me kaikki elämme, ja korotettujen varastosäiliöiden veden pinta edustaa virtuaalisen valtameren pintaa. Tällaisen vesijärjestelmän kuvittelemisen avulla on helppo nähdä haaste toimittaa vettä asiakkaille oikealla paineella. Jos kaupungit olisivat tasaisia, se olisi melko yksinkertaista. Kaikki rakennukset istuivat samalla syvyydessä virtuaalameressä. Mutta useimmilla alueilla on ainakin jonkin verran topografista helpotusta. Asiakkaat matalilla korkeuksilla ovat virtuaalisen valtameren pohjalla, jossa paineet voivat olla liian korkeat. Saatat ajatella, että tämä on hyvä asia, mutta putkistot ja laitteet on mitoitettu vain tietyille paineille, joten näiden luokitusten ylittäminen voi aiheuttaa vakavia vahinkoja. Joskus matalissa korkeuksissa olevat rakennukset on varustettu erityisillä venttiileillä paineen alentamiseksi. Korkealla olevilla asiakkailla on lähellä virtuaalisen valtameren pintaa, ja vedenpaine on hyvin alhainen. Kuten mainitsin, tämä voi olla paitsi turhauttavaa, myös johtaa järjestelmän saastumiseen. Tämän haasteen ratkaisemiseksi monet suuret kaupungit ylläpitävät erillisiä painevyöhykkeiksi kutsuttuja jakelujärjestelmiä, joilla jokaisella on oma vesitorni, palvelemaan asiakkaita kaupungin eri korkeuksissa.
Mutta , mitä tapahtuu, jos haluat palvella asiakkaita eri korkeuksissa samassa paikassa?Korkeilla rakennuksilla, kuten pilvenpiirtäjillä, voi olla riittävä vedenpaine alemmissa kerroksissa, kun taas ylemmissä kerroksissa voi nousta lähellä pintaa tai jopa virtuaalisen valtameren yläpuolella veden jakelujärjestelmässä. Joten sen sijaan, että luotettaisiin kaupungin veden paineeseen, useimmat korkeat rakennukset käyttävät omia pumppujaan toimittamaan vettä ylempiin kerroksiin. Ja jotkut kaupungit, kuten New York, vaativat jopa, että jokaisella rakennuksella on oma korotettu säiliö.
Kaikki kaupungit eivät käytä vesitorneja. Joillakin on koko vesihuolto korkeammalla, mikä minimoi tarpeen lisätä järjestelmään painetta. Ja joskus on järkevämpää luottaa pelkästään pumppuihin järjestelmän ylläpitämiseksi. Loppujen lopuksi vesitornit eivät ole halpoja, ne vievät melko vähän tilaa, ja ne voivat antaa veden pysähtyä, jos sitä ei kierrätetä tarpeeksi. Mutta julkisilla vesihuoltoilla luotettavuus on avainasemassa. Ja on ollut kauan aikaa, kun painovoima lyötiin offline-tilassa ukkosta, joten korkeat varastosäiliöt (jossakin muodossa tai tavalla) ovat ehdottomasti täällä pysyä. Kiitos katselustasi ja kerro mielipiteesi!
