Rent vann er et av menneskehetens mest grunnleggende behov, og de av oss som bor i urbane områder får vanligvis vannet vårt fra et slags sentralisert offentlig system. Å drive et vannsystem er et hovedansvar som har implikasjoner for folkehelsen og sikkerheten. I tette byområder er en ren og rikelig vannforsyning en absolutt nødvendighet, ikke bare for å drikke, men også for sanitet og brannslukking. Og det er ikke bare noe vi trenger så ofte; vann er en konstant nødvendighet både dag og natt, i helger, høytider og når som helst i mellom. Så jobben med å finne nok vann, gjøre det trygt å bruke, og deretter distribuere det pålitelig til systemkundene nesten uten nedetid, er en monumental oppgave som krever mye infrastruktur. Og sannsynligvis den mest synlige komponenten i et offentlig vannsystem er den forhøyede lagringstanken, også kjent som et vanntårn. Jeg er Grady og dette er Public Works, videoserien min om infrastruktur og menneskeskapte verden rundt oss.
La oss si at du er eieren av et offentlig vannsystem. . Du har funnet en kilde med vann som er tilstrekkelig for kundene dine. Du har funnet en måte å rense vannet på, slik at det er trygt for dem å bruke, og nå er det på tide å sende vannet på vei. Det er noen måter vi kan få vann fra ett sted til et annet. En av dem er bare å bære den dit. Enten det er på baksiden av et dyr, på en lastebil eller en flaske i ryggsekken, har vi fremdeles fysisk vann hele tiden. Men det er vanligvis ikke den mest effektive måten. Den første infrastrukturen dedikert til transport av vann var den åpne kanalen. Enten i en grøft, kanal eller akvedukt, blir vannet båret av tyngdekraften, noen ganger over veldig lange avstander. Vi bruker fortsatt åpne kanaler for å føre vann til vanning og drenering, men de har også noen ulemper. Vannet er utsatt for forurensning og forurensning, kanaler halverer landet, noe som gjør det vanskelig å komme over, og vannet kan bare strømme til områder med lavere høyde enn der det startet. Og den siste er en stor ulempe, spesielt hvis du prøver å levere vann til et område med åser eller fjell. Så de fleste offentlige vannsystemer i dag er avhengige av rør for distribusjon.
Bare ved å sette en topp på en åpen kanal, kan vi dra nytte av presset for å flytte væsker dit vi vil ha dem å gå. Akkurat som elektroner i en ledning strømmer fra høy til lav spenning, vil en væske i et rør strømme fra høyt til lavere trykk. Så hvis du øker trykket i den ene enden av et rør, kan du sende rent vann til hvor som helst du vil at det skal gå. Og hvordan øker du vanntrykket? Med pumpe. En pumpe er en enhet som flytter væsker. I noen tilfeller løfter en pumpe bokstavelig talt væsken til høyere høyde, men i de fleste tilfeller gir en pumpe energi til en væske ved å øke trykket. Og pumper, spesielt størrelsen på pumper som betjener hele byer, er dyre. Så hvis du har til oppgave å velge størrelsen på pumpen du trenger for ditt offentlige vannsystem, hva gjør du? Kanskje måler du mengden vann som byen bruker på en gitt dag, og velger en pumpe som kan matche den strømningshastigheten. La oss se hvordan det ville fungere.
Det er midnatt i byen din, og de fleste vannkundene dine sover. Foruten industrikundene som kjører 24/7, er vannbehovet minimalt, og pumpen din har ingen problemer med å møte dem. Men rundt klokka fem begynner automatiserte sprinklersystemer å sparke inn. Rundt klokka 6 begynner folk å våkne, ta dusjer, pusse tennene, lage mat, alt som trenger vann. Det tar ikke lang tid før vannbehovet overstiger kapasiteten til pumpen din. Nesten rett utenfor flaggermusen din, kan ikke den nye pumpen din oppfylle systemets behov, fordi den bare ble dimensjonert for gjennomsnittet. Vannbehov i store byområder kan variere betydelig i løpet av en vanlig dag, med den største timebehovet (vanligvis om morgenen eller kvelden) noen ganger så mye som 5 ganger den gjennomsnittlige daglige etterspørselen. Så hvis du prøver å dekke kundens vannbehov ved å bruke bare pumper, i stedet for bare en, kan det hende du trenger så mange som fem pumper (eller en stor pumpe som kan gjøre jobben til 5). Og ikke bare det, du må hele tiden sykle pumpene av og på for å møte den varierende etterspørselen, og øke slitasjen på utstyret ditt. Og her er hvor lagring kommer inn. La oss legge til et vanntårn i systemet og prøve dette eksperimentet igjen.
Det er midnatt og etterspørselen er lav, men pumpen din går helt vidåpent. I stedet for å strømme kunder som strømmer, strømmer det inn i vanntårnet ditt og fyller tanken sakte men sikkert. Når morgenen kommer og etterspørselen begynner å øke, fortsetter pumpen å kjøre. Det er ikke i stand til å møte etterspørselen alene, men det lagrede vannet i tanken utgjør forskjellen. Alle kundene dine får vann de trenger.Når folk starter dagen, faller etterspørselen igjen under gjennomsnittet. Men pumpen fortsetter å gå, og den ekstra strømmen går inn i tanken. Etterspørselen begynner igjen å øke når innbyggerne i byen begynner å lage middag, ta bad og vanne plantene. All denne ekstra vannbruken tømmer tanken igjen før folk flest legger seg og syklusen starter igjen.
Det er ganske enkelt å se hvordan lagring gjør vannsystemet ditt mer effektivt . Det glatter ut toppene og dalene i vannbehovet, ikke bare på pumpene dine, men også all infrastruktur oppstrøms, inkludert vannbehandlingsanlegget og råvannforsyningen. Uten lagring vil alle disse fasilitetene måtte dimensjoneres for topp etterspørsel, og øke kostnadene. Med nok lagring kan pumper og annen infrastruktur dimensjoneres for gjennomsnittlige krav, og sparer ikke bare kostnadene, men også kompleksiteten, fordi du ikke trenger å forutsi endringer i etterspørselen og svare tilsvarende. Noen ganger er disse toppene og dalene forutsigbare, men noen ganger er de ikke. Noen av de største vannkravene i urbane områder er fra branner. Uten brannslokkingsmakt og nok vann til å forsyne dem, kan branner brenne utenfor kontroll i tette byområder. Faktisk var mange av de dødeligste katastrofene i historien branner i byer før moderne vannsystemer. Nå har de fleste kommuner og bygningskoder minimumskrav til mengden vann som må være tilgjengelig for brannmenn. Og å ha vann lagret og klart, som i et vanntårn, går langt for å kunne svare på en nødsituasjon.
Du tenker kanskje, kom igjen Grady . Dette er ikke noe nytt. Lagring er den eldgamle løsningen på enhver situasjon der tilbudet ikke samsvarer med etterspørselen. Og ja, det er kanskje ikke noe bemerkelsesverdig å lagre vann i en stor tank. Men vanntårn er ikke bare store tanker, de er store tanker forhøyet over bakken. Og det er fordi vanntårn ikke bare lagrer vann; de lagrer også energi. Vanndistribusjonssystemer er avhengige av trykk for å få vannet dit det skal. Hvis du noen gang har tatt en dusj med lavt vanntrykk, vet du hvor frustrerende det kan være, fordi du bare ikke får nok vann ut av springen. Trykking av et vannsystem er også viktig for folkehelsen. Uten nok trykk i rørene kan forurensninger komme seg inn i systemet gjennom kraner eller små lekkasjer. De fleste vannsystemer får trykket fra pumper, og det tar mye energi å opprettholde dette trykket. Så det å ha muligheten til å lagre ikke bare selve vannet, men også energien som pumpene har fått, er viktig. I noen områder, der strømkostnadene varierer basert på etterspørsel, kan du kjøre pumpene om natten når strøm er billig for å fylle opp vanntårnet. La deretter pumpene være av om dagen når strømmen er dyrere, slik at bare tårnet kan sette systemet under trykk og betjene kundene dine. Lagring av energi på denne måten utføres også i større skala for å hjelpe påliteligheten av elnettet, men det er et tema for en annen video. Forhøyet lagring er også gunstig under strømbrudd ved å holde systemet under trykk, selv når pumper er ute av drift.
Men hvor forhøyede trenger de å være? Du vet kanskje at trykket i en vannkropp er relatert til dybden. Jo dypere du går, jo større er trykket. Akkurat som i et basseng eller i havet, har et vannfordelingssystem det samme forholdet mellom dybde og trykk. Det skjer tilfeldigvis i en serie rør. Så du kan forestille deg et vanndistribusjonssystem som et virtuelt hav som vi alle lever under, og vannoverflaten i forhøyede lagringstanker representerer overflaten til det virtuelle havet. Å forestille seg et vannsystem på denne måten gjør det enkelt å se utfordringen med å levere vann til kunder med riktig trykk. Hvis byene våre var flate, ville dette være ganske enkelt. Alle bygningene satt på samme dybde i det virtuelle hav. Men de fleste områder har i det minste en viss grad av topografisk lettelse. Kunder i lave høyder er på bunnen av det virtuelle hav, hvor trykket kan være for høyt. Du tror kanskje dette er bra, men rør og apparater for rørleggerarbeid er bare vurdert til visse trykk, så å overskride disse klassifiseringene kan forårsake alvorlig skade. Noen ganger vil bygninger i lav høyde være utstyrt med spesielle ventiler for å redusere trykket. Kunder i høye høyder vil være nær overflaten av det virtuelle hav og ha veldig lavt vanntrykk. Som jeg nevnte, kan dette ikke bare være frustrerende, men også føre til forurensning av systemet. For å løse denne utfordringen vedlikeholder mange store byer separate distribusjonssystemer kalt trykksoner, hver med sitt eget vanntårn, for å betjene kunder i forskjellige høyder i byen.
Men , hva skjer hvis du trenger å betjene kunder i forskjellige høyder på samme sted?Høye bygninger, som skyskrapere, kan ha tilstrekkelig vanntrykk i de nedre etasjene, mens de øvre etasjene kan gå opp nær overflaten eller til og med over det virtuelle havet i vanndistribusjonssystemet. Så i stedet for å stole på vanntrykk i byen, bruker de fleste høye bygninger sine egne pumper for å gi vann til de øvre etasjene. Og noen byer, som New York, krever til og med at hver bygning har sin egen forhøyede lagringstank.
Ikke alle byer bruker vanntårn. Noen har hele vannforsyningen i høyere høyde, noe som minimerer behovet for å legge press på systemet. Noen ganger er det bare mer fornuftig å stole på pumper alene for å holde systemet i gang. Tross alt er vanntårn ikke billig, de tar ganske mye plass, og de kan la vann stagnere hvis det ikke sirkulerer nok. Men med offentlig vannforsyning er pålitelighet nøkkelen. Og det er lenge siden tyngdekraften ble slått offline fra tordenvær, så forhøyede lagringstanker (i en eller annen form) er definitivt kommet for å bli. Takk for at du så på, og gi meg beskjed om hva du synes!
