Schoon water is een van de meest fundamentele behoeften van de mensheid, en degenen onder ons die in stedelijke gebieden halen ons water meestal uit een soort gecentraliseerd openbaar systeem. Het exploiteren van een watersysteem is een grote verantwoordelijkheid die gevolgen heeft voor de volksgezondheid en veiligheid. In dichtbevolkte stedelijke gebieden is een schone en overvloedige toevoer van water een absolute noodzaak, niet alleen om te drinken, maar ook voor sanitaire voorzieningen en brandbestrijding. En het is niet alleen iets dat we af en toe nodig hebben; water is een constante noodzaak, zowel overdag als ’s nachts, in het weekend, op feestdagen en op elk moment daar tussenin. Dus het vinden van voldoende water, het veilig te gebruiken en vervolgens betrouwbaar te distribueren naar de systeemklanten met bijna geen downtime, is een monumentale taak die veel infrastructuur vereist. En waarschijnlijk het meest zichtbare onderdeel van een openbaar watersysteem is de verhoogde opslagtank, ook wel watertoren genoemd. Ik ben Grady en dit is Public Works, mijn videoserie over infrastructuur en de door mensen gemaakte wereld om ons heen.

Stel dat u de eigenaar bent van een openbaar watersysteem . U heeft een waterbron gevonden die voldoende is voor uw klanten, u heeft een manier gevonden om dat water schoon te maken zodat ze het veilig kunnen gebruiken, en nu is het tijd om het water op weg te sturen. Er zijn een paar manieren waarop we water van de ene plaats naar de andere kunnen krijgen. Een van hen is om het daarheen te dragen. Of het nu op de rug van een dier is, op een vrachtwagen of op een fles in je rugzak, we dragen nog steeds fysiek altijd water. Maar het is meestal niet de meest efficiënte manier. De eerste infrastructuur voor watertransport was het open kanaal. Of het nu in een sloot, kanaal of aquaduct is, het water wordt gedragen door de zwaartekracht, soms over zeer lange afstanden. We gebruiken nog steeds open kanalen om water voor irrigatie en drainage te transporteren, maar ze hebben ook enkele nadelen. Het water wordt blootgesteld aan vervuiling en vervuiling, kanalen doorsnijden het land, waardoor het moeilijk is om over te steken, en het water kan alleen naar gebieden stromen die lager liggen dan waar het begon. En dat laatste is een groot nadeel, vooral als je water probeert te leveren aan een gebied met heuvels of bergen. Dus de meeste openbare watersystemen zijn tegenwoordig afhankelijk van leidingen voor distributie.

Door simpelweg een dop op een open kanaal te plaatsen, kunnen we profiteren van de druk om vloeistoffen te verplaatsen waar we ze willen hebben. gaan. Net als elektronen in een draad die van hoog- naar laagspanning stromen, zal een vloeistof in een leiding van hoge naar lagere druk stromen. Dus als u de druk aan het ene uiteinde van een leiding verhoogt, kunt u uw schoon water overal naartoe sturen waar u maar wilt. En hoe verhoog je de waterdruk? Met een pomp. Een pomp is een apparaat dat vloeistoffen verplaatst. In sommige gevallen tilt een pomp de vloeistof letterlijk naar een grotere hoogte, maar in de meeste gevallen geeft een pomp energie aan een vloeistof door de druk ervan te verhogen. En pompen, vooral de grootte van pompen die hele steden bedienen, zijn duur. Dus als u de taak heeft om de grootte van de pomp te kiezen die u nodig heeft voor uw openbare watersysteem, wat doet u dan? Misschien meet u de hoeveelheid water die de stad op een bepaalde dag verbruikt en selecteert u een pomp die bij dat debiet past. Laten we eens kijken hoe dat zou werken.

Het is middernacht in uw stad en de meeste van uw waterafnemers slapen. Naast de industriële klanten die 24/7 draaien, is de waterbehoefte minimaal en heeft uw pomp geen moeite om hieraan te voldoen. Maar rond 5 uur ’s ochtends beginnen de geautomatiseerde sproeisystemen. Rond 6 uur’ s ochtends worden mensen wakker, douchen, tanden poetsen, ontbijt koken, alles wat water nodig heeft. Het duurt niet lang voordat de vraag naar water groter is dan de capaciteit van uw pomp. Bijna meteen kan uw nieuwe pomp niet voldoen aan uw systeemvraag, omdat deze slechts op het gemiddelde formaat was afgestemd. De watervraag in grote stedelijke gebieden kan aanzienlijk variëren in de loop van een normale dag, waarbij de piekvraag per uur (meestal ’s ochtends of’ s avonds) soms wel 5 keer de gemiddelde dagelijkse vraag bedraagt. Dus als u probeert te voorzien in de waterbehoefte van uw klant met alleen pompen, in plaats van slechts één, heeft u misschien wel vijf pompen nodig (of één enorme pomp die het werk van vijf kan doen). En niet alleen dat, u zult de pompen constant moeten in- en uitschakelen om aan de variabele vraag te voldoen, waardoor de slijtage van uw apparatuur toeneemt. En hier komt opslag om de hoek kijken. Laten we een watertoren aan het systeem toevoegen en dit experiment opnieuw proberen.

Het is middernacht en de vraag is laag, maar je pomp draait volledig wijd open. In plaats van dat er klanten stromen, stroomt het de watertoren in, waardoor de tank langzaam maar zeker wordt gevuld. Als de ochtend komt en de vraag toeneemt, blijft uw pomp draaien. Het kan op zichzelf niet aan de vraag voldoen, maar het opgeslagen water in de tank maakt het verschil. Al uw klanten krijgen het water dat ze nodig hebben.Als mensen hun dag beginnen, daalt de vraag weer onder het gemiddelde. Maar de pomp blijft draaien en de extra stroom gaat de tank in. De vraag begint weer te stijgen als de inwoners van de stad het avondeten gaan koken, baden nemen en de planten water geven. Door al dit extra watergebruik wordt de tank weer leeggemaakt voordat de meeste mensen naar bed gaan en de cyclus opnieuw begint.

Het is vrij eenvoudig in te zien hoe opslag uw watersysteem efficiënter maakt . Het vlakt de pieken en dalen van de watervraag glad, niet alleen op uw pompen, maar op al uw stroomopwaartse infrastructuur, inclusief uw waterzuiveringsinstallatie en ruwwatervoorziening. Zonder opslag zouden al die faciliteiten moeten worden aangepast aan de piekvraag, waardoor hun kosten stijgen. Met voldoende opslagruimte kunnen pompen en andere infrastructuur op maat worden gemaakt voor gemiddelde eisen, waardoor niet alleen kosten worden bespaard, maar ook complexiteit, omdat u geen veranderingen in de vraag hoeft te voorspellen en dienovereenkomstig te reageren. Soms zijn die pieken en dalen voorspelbaar, maar soms ook niet. Enkele van de grootste waterbehoeften in stedelijke gebieden zijn afkomstig van branden. Zonder brandweerlieden en voldoende water om hen te voorzien, kunnen branden in dichtbevolkte stedelijke gebieden uit de hand lopen. In feite waren veel van de dodelijkste rampen in de geschiedenis branden in steden vóór moderne watersystemen. Nu stellen de meeste gemeenten en bouwverordeningen minimumvereisten voor de hoeveelheid water die voor brandweerlieden beschikbaar moet zijn. En als je water hebt opgeslagen en klaar hebt staan, zoals in een watertoren, kun je al heel lang op een noodsituatie reageren.

Je denkt misschien: kom op Grady . Dit is niets nieuws. Opslag is de eeuwenoude oplossing voor elke situatie waarin het aanbod niet overeenkomt met de vraag. En ja, het is misschien niets bijzonders om water op te slaan in een grote tank. Maar watertorens zijn niet alleen grote tanks, het zijn grote tanks die boven de grond zijn opgeheven. En dat komt omdat watertorens niet alleen water opslaan; ze slaan ook energie op. Waterdistributiesystemen zijn afhankelijk van druk om het water op zijn bestemming te krijgen. Als je ooit met een lage waterdruk hebt gedoucht, weet je hoe frustrerend dit kan zijn, omdat je gewoon niet genoeg water uit de kraan kunt krijgen. Het onder druk zetten van een watersysteem is ook belangrijk voor de volksgezondheid. Zonder voldoende druk in de leidingen kunnen verontreinigingen via kranen of kleine lekken het systeem binnendringen. De meeste watersystemen halen hun druk uit pompen en het kost veel energie om deze druk op peil te houden. Het is dus belangrijk om niet alleen het water zelf op te slaan, maar ook de energie die het door de pompen heeft gekregen. In sommige gebieden, waar de elektriciteitskosten variëren op basis van de vraag, kunt u de pompen ’s nachts laten draaien als elektriciteit goedkoop is om uw watertoren te vullen. Laat de pompen dan overdag staan wanneer elektriciteit duurder is, zodat alleen de toren het systeem onder druk kan zetten en uw klanten van dienst kan zijn. Het op deze manier opslaan van energie wordt ook op grotere schaal uitgevoerd om de betrouwbaarheid van het elektriciteitsnet te vergroten, maar dat is een onderwerp voor een andere video. Verhoogde opslag is ook gunstig tijdens een stroomstoring, door het systeem onder druk te houden, zelfs wanneer pompen buiten dienst zijn.

Maar hoe hoog moeten ze zijn? Je weet misschien dat de druk in een watermassa verband houdt met de diepte. Hoe dieper je gaat, hoe groter de druk. Net als in een zwembad of de oceaan heeft een waterdistributiesysteem dezelfde relatie tussen diepte en druk. Het zit toevallig opgesloten in een reeks pijpen. Dus je kunt je een waterdistributiesysteem voorstellen als een virtuele oceaan waaronder we allemaal leven, en het wateroppervlak in verhoogde opslagtanks vertegenwoordigt het oppervlak van de virtuele oceaan. Door op deze manier een watersysteem voor te stellen, wordt het gemakkelijk om de uitdaging in te zien om klanten met de juiste druk water te leveren. Als onze steden plat waren, zou dit vrij eenvoudig zijn. Alle gebouwen zouden op dezelfde diepte in de virtuele oceaan zitten. Maar de meeste gebieden hebben op zijn minst een zekere mate van topografisch reliëf. Klanten op lage hoogte bevinden zich op de bodem van de virtuele oceaan, waar de druk te hoog kan zijn. U denkt misschien dat dit een goede zaak is, maar sanitaire leidingen en apparaten zijn alleen geschikt voor bepaalde drukken, dus het overschrijden van die waarden kan ernstige schade veroorzaken. Soms worden gebouwen op lage hoogte uitgerust met speciale kleppen om de druk te verminderen. Klanten op grote hoogte bevinden zich in de buurt van het oppervlak van de virtuele oceaan, met een zeer lage waterdruk. Zoals ik al zei, kan dit niet alleen frustrerend zijn, maar ook leiden tot vervuiling van het systeem. Om deze uitdaging op te lossen, onderhouden veel grote steden afzonderlijke distributiesystemen, drukzones genaamd, elk met hun eigen watertoren, om klanten op verschillende hoogtes in de stad te bedienen.

Maar , wat gebeurt er als u klanten op verschillende hoogtes op dezelfde locatie moet bedienen?Hoge gebouwen, zoals wolkenkrabbers, kunnen voldoende waterdruk hebben op de lagere verdiepingen, terwijl de hogere verdiepingen dichtbij het oppervlak of zelfs boven de virtuele oceaan in het waterdistributiesysteem kunnen stijgen. Dus in plaats van te vertrouwen op de waterdruk in de stad, gebruiken de meeste hoge gebouwen hun eigen pompen om de bovenste verdiepingen van water te voorzien. En sommige steden, zoals New York, vereisen zelfs dat elk gebouw zijn eigen verhoogde opslagtank heeft.

Niet elke stad gebruikt watertorens. Sommige hebben hun volledige watervoorziening op een grotere hoogte, waardoor de noodzaak om druk aan het systeem toe te voegen minimaal is. En soms is het logischer om alleen op pompen te vertrouwen om het systeem draaiende te houden. Watertorens zijn tenslotte niet goedkoop, ze nemen behoorlijk wat ruimte in beslag en ze kunnen water laten stagneren als het niet genoeg circuleert. Maar bij openbare watervoorzieningen is betrouwbaarheid de sleutel. En het is lang geleden dat de zwaartekracht offline werd geslagen door een onweersbui, dus verhoogde opslagtanks (in een of andere vorm of mode) zijn hier zeker om te blijven. Bedankt voor het kijken en laat me weten wat je ervan vindt!