Sauberes Wasser ist eines der grundlegendsten Bedürfnisse der Menschheit und derjenigen von uns, die darin leben städtische Gebiete beziehen unser Wasser normalerweise aus einem zentralisierten öffentlichen System. Der Betrieb eines Wassersystems ist eine wichtige Aufgabe, die Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit und Sicherheit hat. In dichten städtischen Gebieten ist eine saubere und reichliche Wasserversorgung eine absolute Notwendigkeit, nicht nur zum Trinken, sondern auch für sanitäre Einrichtungen und zur Brandbekämpfung. Und es ist nicht nur etwas, das wir von Zeit zu Zeit brauchen. Wasser ist Tag und Nacht, an Wochenenden, Feiertagen und zu jeder Zeit dazwischen eine ständige Notwendigkeit. Die Aufgabe, genügend Wasser zu finden, es sicher zu verwenden und es dann ohne Ausfallzeiten zuverlässig an die Systemkunden zu verteilen, ist eine monumentale Aufgabe, die viel Infrastruktur erfordert. Und die wahrscheinlich sichtbarste Komponente eines öffentlichen Wassersystems ist der Hochspeichertank, auch als Wasserturm bekannt. Ich bin Grady und dies ist Public Works, meine Videoserie über Infrastruktur und die vom Menschen geschaffene Welt um uns herum.

Nehmen wir an, Sie sind Eigentümer eines öffentlichen Wassersystems . Sie haben eine Wasserquelle gefunden, die für Ihre Kunden ausreichend ist. Sie haben einen Weg gefunden, dieses Wasser so zu reinigen, dass es für sie sicher ist. Jetzt ist es an der Zeit, das Wasser auf den Weg zu schicken. Es gibt einige Möglichkeiten, wie wir Wasser von einem Ort zum anderen bringen können. Eine davon ist nur, es dorthin zu tragen. Ob auf dem Rücken eines Tieres, auf einem LKW oder einer Flasche in Ihrem Rucksack, wir haben immer noch physisch Wasser dabei. Dies ist jedoch normalerweise nicht der effizienteste Weg. Die erste Infrastruktur für die Wasserförderung war der offene Kanal. Ob in einem Graben, Kanal oder Aquädukt, das Wasser wird durch die Schwerkraft transportiert, manchmal über sehr große Entfernungen. Wir verwenden immer noch offene Kanäle, um Wasser für die Bewässerung und Entwässerung zu transportieren, aber sie haben auch einige Nachteile. Das Wasser ist Verschmutzung und Verunreinigungen ausgesetzt, Kanäle halbieren das Land, was den Durchgang erschwert, und das Wasser kann nur in Gebiete fließen, die niedriger sind als dort, wo es begonnen hat. Und letzteres ist ein großer Nachteil, insbesondere wenn Sie versuchen, Wasser in ein Gebiet mit Hügeln oder Bergen zu liefern. Daher sind die meisten öffentlichen Wassersysteme heutzutage für die Verteilung auf Rohre angewiesen.

Durch einfaches Aufsetzen eines Deckels auf einen offenen Kanal können wir den Druck nutzen, um Flüssigkeiten dorthin zu bewegen, wo wir sie haben möchten gehen. Genau wie Elektronen in einem Draht von hoher zu niedriger Spannung fließen, fließt eine Flüssigkeit in einem Rohr von hohem zu niedrigerem Druck. Wenn Sie also den Druck an einem Ende eines Rohrs erhöhen, können Sie Ihr sauberes Wasser an einen beliebigen Ort senden. Und wie erhöht man den Wasserdruck? Mit einer Pumpe. Eine Pumpe ist ein Gerät, das Flüssigkeiten bewegt. In einigen Fällen hebt eine Pumpe die Flüssigkeit buchstäblich auf eine höhere Höhe, aber in den meisten Fällen gibt eine Pumpe einer Flüssigkeit Energie, indem sie ihren Druck erhöht. Und Pumpen, insbesondere die Größe von Pumpen, die ganze Städte bedienen, sind teuer. Was tun Sie also, wenn Sie die Größe der Pumpe auswählen müssen, die Sie für Ihr öffentliches Wassersystem benötigen? Vielleicht messen Sie die Wassermenge, die die Stadt an einem bestimmten Tag verbraucht, und wählen eine Pumpe aus, die dieser Durchflussrate entspricht. Mal sehen, wie das funktionieren würde.

Es ist Mitternacht in Ihrer Stadt und die meisten Ihrer Wasserkunden schlafen. Abgesehen von den Industriekunden, die rund um die Uhr arbeiten, ist der Wasserbedarf minimal und Ihre Pumpe hat keine Probleme, diese zu erfüllen. Gegen 5 Uhr morgens schalten sich automatisierte Sprinkleranlagen ein. Gegen 6 Uhr morgens wachen die Menschen auf, duschen, putzen sich die Zähne, kochen das Frühstück und alles, was Wasser benötigt. Es dauert nicht lange, bis der Wasserbedarf die Kapazität Ihrer Pumpe überschreitet. Fast auf Anhieb kann Ihre neue Pumpe Ihre Systemanforderungen nicht erfüllen, da sie nur für den Durchschnitt ausgelegt war. Der Wasserbedarf in großen städtischen Gebieten kann im Laufe eines normalen Tages erheblich variieren, wobei der stündliche Spitzenbedarf (normalerweise morgens oder abends) manchmal das Fünffache des durchschnittlichen Tagesbedarfs beträgt. Wenn Sie also versuchen, den Wasserbedarf Ihres Kunden mit nur einer statt nur einer Pumpe zu decken, benötigen Sie möglicherweise bis zu fünf Pumpen (oder eine große Pumpe, die die Arbeit von 5 erledigen kann). Und nicht nur das, Sie müssen die Pumpen ständig ein- und ausschalten, um den variablen Anforderungen gerecht zu werden und den Verschleiß Ihrer Ausrüstung zu erhöhen. Und hier kommt der Speicher ins Spiel. Fügen wir dem System einen Wasserturm hinzu und wiederholen Sie dieses Experiment.

Es ist Mitternacht und die Nachfrage ist gering, aber Ihre Pumpe läuft voll weit offen. Anstelle von Kunden, die Wasser fließen lassen, fließt es in Ihren Wasserturm und füllt den Tank langsam aber sicher. Wenn der Morgen kommt und die Nachfrage steigt, läuft Ihre Pumpe weiter. Es ist nicht in der Lage, den Bedarf allein zu decken, aber das im Tank gespeicherte Wasser macht den Unterschied aus. Alle Ihre Kunden bekommen das Wasser, das sie brauchen.Wenn die Menschen ihren Tag beginnen, fällt die Nachfrage wieder unter den Durchschnitt. Die Pumpe läuft jedoch weiter und der zusätzliche Durchfluss fließt in den Tank. Die Nachfrage steigt wieder, als die Einwohner der Stadt anfangen, Abendessen zu kochen, ein Bad zu nehmen und die Pflanzen zu gießen. Durch diesen zusätzlichen Wasserverbrauch wird der Tank wieder entleert, bevor die meisten Menschen ins Bett gehen und der Zyklus erneut beginnt.

Es ist ziemlich einfach zu erkennen, wie die Speicherung Ihr Wassersystem effizienter macht . Es glättet die Spitzen und Täler des Wasserbedarfs nicht nur an Ihren Pumpen, sondern an Ihrer gesamten vorgelagerten Infrastruktur, einschließlich Ihrer Wasseraufbereitungsanlage und der Rohwasserversorgung. Ohne Speicher müssten alle diese Einrichtungen für den Spitzenbedarf dimensioniert werden, was ihre Kosten erhöht. Mit genügend Speicher können Pumpen und andere Infrastrukturen für durchschnittliche Anforderungen dimensioniert werden, was nicht nur Kosten, sondern auch Komplexität spart, da Sie Änderungen der Nachfrage nicht vorhersagen und entsprechend reagieren müssen. Manchmal sind diese Gipfel und Täler vorhersehbar, manchmal aber nicht. Einige der größten Wasserbedürfnisse in städtischen Gebieten stammen aus Bränden. Ohne eine Feuerwehr und genügend Wasser, um sie zu versorgen, können Brände in dichten städtischen Gebieten außer Kontrolle geraten. Tatsächlich waren viele der tödlichsten Katastrophen in der Geschichte Brände in Städten vor modernen Wassersystemen. Inzwischen haben die meisten Gemeinden und Bauvorschriften Mindestanforderungen an die Wassermenge, die den Feuerwehrleuten zur Verfügung stehen muss. Und Wasser wie in einem Wasserturm gespeichert und bereit zu haben, trägt wesentlich dazu bei, auf einen Notfall reagieren zu können.

Sie denken vielleicht, komm schon Grady . Das ist nichts Neues. Speicher ist die uralte Lösung für jede Situation, in der das Angebot nicht der Nachfrage entspricht. Und ja, es ist vielleicht nichts Besonderes, Wasser in einem großen Tank zu speichern. Aber Wassertürme sind nicht nur große Tanks, sondern große Tanks, die sich über dem Boden befinden. Und das liegt daran, dass Wassertürme nicht nur Wasser speichern. Sie speichern auch Energie. Wasserverteilungssysteme sind auf Druck angewiesen, um das Wasser dorthin zu bringen, wo es fließt. Wenn Sie jemals mit niedrigem Wasserdruck geduscht haben, wissen Sie, wie frustrierend es sein kann, weil Sie einfach nicht genug Wasser aus dem Wasserhahn bekommen können. Die Druckbeaufschlagung eines Wassersystems ist auch wichtig für die öffentliche Gesundheit. Ohne ausreichenden Druck in den Rohren könnten Verunreinigungen durch Wasserhähne oder kleine Lecks in das System gelangen. Die meisten Wassersysteme beziehen ihren Druck von Pumpen, und es wird viel Energie benötigt, um diesen Druck aufrechtzuerhalten. Daher ist es wichtig, nicht nur das Wasser selbst speichern zu können, sondern auch die Energie, die ihm von den Pumpen verliehen wurde. In einigen Gebieten, in denen die Stromkosten je nach Bedarf variieren, können Sie die Pumpen nachts betreiben, wenn der Strom zum Auffüllen Ihres Wasserturms günstig ist. Lassen Sie die Pumpen dann tagsüber ausgeschaltet, wenn der Strom teurer ist, sodass nur der Turm das System unter Druck setzen und Ihre Kunden bedienen kann. Das Speichern von Energie auf diese Weise wird auch in größerem Maßstab durchgeführt, um die Zuverlässigkeit des Stromnetzes zu verbessern. Dies ist jedoch ein Thema für ein anderes Video. Erhöhte Lagerung ist auch während eines Stromausfalls von Vorteil, da das System auch dann unter Druck steht, wenn die Pumpen außer Betrieb sind.

Aber wie hoch müssen sie sein? Möglicherweise wissen Sie, dass der Druck in einem Gewässer mit der Tiefe zusammenhängt. Je tiefer Sie gehen, desto größer ist der Druck. Genau wie in einem Pool oder im Ozean hat ein Wasserverteilungssystem die gleiche Beziehung zwischen Tiefe und Druck. Es ist einfach in einer Reihe von Rohren eingeschlossen. Sie können sich also ein Wasserverteilungssystem als einen virtuellen Ozean vorstellen, unter dem wir alle leben, und die Wasseroberfläche in erhöhten Lagertanks repräsentiert die Oberfläche des virtuellen Ozeans. Wenn Sie sich ein Wassersystem auf diese Weise vorstellen, können Sie leicht die Herausforderung erkennen, Wasser mit dem richtigen Druck an Kunden zu liefern. Wenn unsere Städte flach wären, wäre das ziemlich einfach. Alle Gebäude würden in der gleichen Tiefe im virtuellen Ozean sitzen. Die meisten Gebiete weisen jedoch zumindest eine gewisse topografische Erleichterung auf. Kunden in niedrigen Lagen befinden sich am Boden des virtuellen Ozeans, wo der Druck zu hoch sein kann. Sie mögen denken, dass dies eine gute Sache ist, aber Rohrleitungen und Geräte sind nur für bestimmte Drücke ausgelegt. Wenn Sie diese Werte überschreiten, kann dies zu ernsthaften Schäden führen. Manchmal werden Gebäude in niedrigen Lagen mit speziellen Ventilen ausgestattet, um den Druck zu verringern. Kunden in großen Höhen befinden sich in der Nähe der Oberfläche des virtuellen Ozeans und haben einen sehr niedrigen Wasserdruck. Wie bereits erwähnt, kann dies nicht nur frustrierend sein, sondern auch zu einer Kontamination des Systems führen. Um diese Herausforderung zu lösen, unterhalten viele Großstädte separate Verteilungssysteme, sogenannte Druckzonen, mit jeweils einem eigenen Wasserturm, um Kunden in verschiedenen Höhenlagen der Stadt zu bedienen.

Aber Was passiert, wenn Sie Kunden in verschiedenen Höhenlagen am selben Standort bedienen müssen?Hohe Gebäude wie Wolkenkratzer können in den unteren Etagen einen angemessenen Wasserdruck haben, während die höheren Etagen in der Nähe der Oberfläche oder sogar über dem virtuellen Ozean im Wasserverteilungssystem liegen können. Anstatt sich auf den Wasserdruck in der Stadt zu verlassen, verwenden die meisten hohen Gebäude ihre eigenen Pumpen, um die oberen Stockwerke mit Wasser zu versorgen. Und einige Städte wie New York verlangen sogar, dass jedes Gebäude über einen eigenen erhöhten Speichertank verfügt.

Nicht jede Stadt verwendet Wassertürme. Einige haben ihre gesamte Wasserversorgung auf einer höheren Höhe, wodurch die Notwendigkeit minimiert wird, Druck auf das System auszuüben. Und manchmal ist es einfach sinnvoller, sich nur auf Pumpen zu verlassen, um das System am Laufen zu halten. Wassertürme sind schließlich nicht billig, nehmen viel Platz ein und können Wasser stagnieren lassen, wenn es nicht ausreichend zirkuliert. Bei der öffentlichen Wasserversorgung ist Zuverlässigkeit jedoch der Schlüssel. Und es ist lange her, dass die Schwerkraft von einem Gewitter abgeschaltet wurde, sodass erhöhte Lagertanks (in irgendeiner Form oder Weise) definitiv hier bleiben werden. Vielen Dank fürs Zuschauen und lassen Sie mich wissen, was Sie denken!