1

Prof. Ing. Jozef Kriš, PhD., Katedra zdravotného a environmentálneho inžinierstva, Stavebná Fakulta Slovenskej Technickej Univerzity, Radlinského 11 813 68 Bratislava

ANALÝZA TLAKOVÝCH POMEROV VO VEREJNÝCH VODOVODOCH

Bratislava, 08.12.2005 Prof. Ing. Jozef Kriš, PhD.

2

Úvod Analýzou tlakových pomeroch vo verejných vodovodoch bola vyžiadaná Úradom pre

reguláciu sieťových odvetví so sídlom Bajkalská 27, 820 07 Bratislava. Na základe dohody

o vykonani práce zo dňa 30.10.2005, termín vykonania práce bol učený na 10.12.2005.

V dohode na analýzu tlakových pomerov vo verejných vodovodoch bolo určené členenie

úlohy, ktorá sa úplne nedala striktne dodržať, lebo niektoré súvislostí sa vzájomne prepájajú

a sa navzájom ovplyvňujú. V analýze sú ale uvedené a následne spracované.

1. Vymedzenie základných pojmov vodovod

súbor objektov a zariadenia, spravidla zahrňujúci odberný vlastný objekt, čerpaciu stanicu,

úpravňu vody, vodojemy, vodovodné skupiny a vodovodnú sieť zabezpečujúcu zásobovanie

vodou pre rôznych odberateľov

verejný vodovod (vodovod pre verejnú potrebu)

vodovod určený k hromadnému zásobovaniu vodou obyvateľstva a iných odberateľov

súkromný vodovod (vodovod pre individuálnu potrebu)

vodovod zásobujúci vodou jednu alebo viac nemovitosti, spravovaný jeho majiteľom

spotrebisko

lokalita ( obec, sídlisko, priemyslový závod a pod.) zásobovaná vodou

skupinový vodovod

vodovod dodávajúci vodu odberateľom niekoľkých spotrebísk

strata vody vo vodovode

množstvo vody, ktoré uniká pri prevádzke vodovodných zariadení pri ich obsluhe, údržbe, pri

poruchách a ktoré nemôžu byť použite k určenému účelu

vodné

poplatok za vodu dodanú z verejného vodovodu

voda určená na realizáciu

zahŕňa množstvo vyrobenej vody vo vlastných vodárenských zariadeniach po pripočítaní

množstva vody prevzatej a odpočítaní množstva vody odovzdanej

fakturovaná voda

voda dodávaná odberateľom za poplatok

voda nefakturovaná

3

rozdiel vody medzi množstvom vody vyrobenej na realizáciu a množstvom vody

fakturovanej. Zahŕňa straty v potrubnej sieti, na úseku merania ale aj straty vody, ktoré sa

spotrebujú v procese úpravy, čistení dopravných systémov a akumulácie ale aj vodu použitú

na požiarne účely, atď.

doprava samospádom

doprava vody z vyššej nadmorskej výšky na nižšiu pretlakom vyvolaným rozdielom

nadmorskej výšky alebo doprava vody po voľnej hladine

doprava čerpaním

doprava vody pretlakom vyvolaným čerpadlom

charakteristika potrubia

vzťah medzi prietokom vody v potrubí a príslušnou tlakovou stratou; znázorňuje sa obvykle

graficky

charakteristika čerpadla

vzťah medzi dopravovaným množstvom tekutiny a manometrickou dopravnou výškou

tlakové pásmo; zásobovacie pásmo

časť spotrebiska samostatne zásobovanou vodou, v určitom rozmedzí pretlaku

prevádzkový pretlak

hydrodynamický pretlak v rozvodnej vodovodnej sieti, ktorého okamžitá hodnota kolísa

podľa veľkosti odberu a prevádzkových podmienok

najvyšší pretlak

najvyšší pretlak dosahovaný vo vodovodných radoch počas prevádzky

najvyšší dovolený pretlak

najväčšia prípustná hodnota prevádzkového pretlaku vody v potrubí, vrátane hydraulických

razov, ktorá je určená normami potrubného materiálu, armatúr a ostatného zariadenia

najmenší pretlak

najmenší prípustný prevádzkový pretlak v rozvodnej vodovodnej sieti stanovený pre

napojenie vodovodnej prípojky (podľa STN 75 5401) – Vodárenstvo. Navrhovanie

vodovodných potrubí

tlaková skúška potrubia

skúška vodovodného potrubia skúšobným pretlakom prevádzkovaná pre zistenie

nepriepustnosti potrubia a odolnosti proti vnútornému pretlaku

skúšobný pretlak

pretlak predpísaný pre tlakovú skúšku vodovodného potrubia

podtlaková skúška potrubia

4

skúška potrubia podtlakom na vzduchotesnosť

navrhovaný pretlak

najvyšší prevádzkový tlak systému alebo tlakového pásma stanovený projektantom so

zreteľom na budúci rozvoj, ale s vylúčením hydraulických rázov

hydrostatický pretlak (HTS)

pretlak dosahovaný vo vodovodnom systéme v čase pokoja (prietok sa rovná 0; rýchlosť

prúdenia sa rovná 0)

hydrodynamický pretlak (HDP)

pretlak dosahovaný v systéme počas prevádzky (HST – straty trením)

Verejný vodovod sa dá ďalej charakterizovať, ako súbor objektov a zariadení slúžiacich

verejnej potrebe, umožňujúcich hromadné zásobovanie obyvateľstva a iných odberateľov

vody. Hromadným zásobovaním vodou sa rozumie zásobovanie viac ako 50 osôb alebo

zásobovanie, ktorého priemerná denná produkcia je viac ako 10 m3 vody.

2. Súvisiace základné právne predpisy 1. Zákon NR SR č. 442/2002 Z.z. o verejných vodovodoch a verejných komunikáciách

a o znení doplnení zákona č. 276/2001 z.z. o regulácií v sieťových odvetviach, ako i v znení

neskorších predpisov a doplnení niektorých zákonov, Zákon č. 230/2005 Z.z. ktorým sa mení

a dopĺňa zákon o verejných vodovodoch a verejných kanalizáciách a o zmene a doplnení

zákona č. 272/2001 Z.z. o regulácií v sieťových odvetviach v znení neskorších predpisov

a o zmene a doplnení niektorých zákonov.

V uvedených zákonoch sa bytostne riešenej problematiky najviac dotýkajú následovne

paragrafy zákona.

§ 2 - vymedzenie základných pojmov

§10 - všeobecné technické požiadavky

§15 - povinnosti vlastníka verejného vodovodu

§ 32 – prerušenie alebo obmedzenie dodávky vody

2. STN 75 5401:1989, Navrhovanie vodovodných potrubí. K riešenej problematike ide

o následovné paragrafy: I 7, I 13, I 14, I 17, I 19, I 10.

5

3. STN EN 805 (75 5403):2001. Vodárenstvo. Požiadavky na systémy a súčasti

vodovodov mimo budov. Ide o následne paragrafy: 3.1, 3.2, 3.6, 8.32, 8.4.5, 9.7.4, 11.3,

Príloha A, ale aj iné.

4. STN 921 04 00:2005, Požiarna bezpečnosť stavieb. Zásobovanie vodou na hasenie

požiarov. Jedná sa o nasledujúce paragrafy: 4.1, 4.2, 4.4, 4.7, 5.12, ale aj iné.

5. Ďalšia literatúra je uvedená v závere tejto analýzy.

3. Odporúčane minimálne a maximálne pretlaky vody, pre privádzacie /transportné/ potrubie a na vodovodných zásobovacích a rozvádzacích potrubiach

Tlakové pomery pri doprave vody (tlakové pásma)

V systémoch zásobovania vodou sa využíva tlakový systém dopravy vody v potrubí. Pretlak

v potrubí je dôležitý pre:

• zabezpečenie dostatočného tlaku na vodovodných prípojkách pre potreby spotrebiteľa • dopravu vody zo zdrojov a objektov vodovodu do miest spotreby • zabezpečenie dostatočného tlaku pre požiarne účely, ak vodovod preberá aj funkciu

požiarneho vodovodu

Odporúčame min. a max. pretlaky vody v zásobovacích a rozvodných radoch, v jednotlivých

krajinách sa nie veľmi líšia, obecne povedané. Dôvodom sú rovnaké používané materiály na

vodovodnú sieť a ich vlastnosti (spoje, pevnosť), resp. používanie spotrebičov

v domácnostiach (výtokové armatúry, zariadenia na práčky, bojlery, umývačky riadov a pod.).

Tieto podmienky limituje max. a min. pretlak na sieti a sú určované v jednotlivých krajinách

národnými predpismi. Výťah týchto údajov z viacerých krajín je následovný:

Slovensko a Česká republika

Vzhľadom na históriu majú tieto dve krajiny doposiaľ temer rovnaké technické podmienky

pri doprave vody pre verejné zásobovanie. Ide o následovné údaje:

Tlak na vodovodných prípojkách v spotrebisku musí zodpovedať technickým požiadavkám

v zmysle platných predpisov (STN 75 5401, STN EN 805, STN 92 0400). Na prípojke

v mieste pripojenia na verejný vodovod musia tlaky v potrubí spĺňať nasledovné podmienky:

- maximálny tlak 0,6 MPa (v odôvodnených prípadoch 0,7 MPa)

- minimálny tlak 0,25MPa (prípadne 0,15 lebo 0,1 MPa)

6

Podmienka maximálneho pretlaku 0,6 MPa t.j. 60 m v rozvodnej sieti je daná maximálnou

hodnotou tlaku pre armatúry na prípojke a v domových rozvodoch. Platí pre potrubie, na

ktorom sú prípojky. Pre prívodné, alebo zásobné potrubia, na ktorých nie sú pripojení

spotrebitelia môže tlak dosiahnuť hodnotu, ktorú predpisuje výrobca použitého potrubia.

Potrubia a spoje na potrubí sa vyrábajú z rôznych materiálov v rôznych tlakových radách

a niektoré môžu zniesť tlak aj cez 2,0 MPa (200 m v. stĺpca). Maximálny tlak v rozvodnom

potrubí vodovodnej siete vzniká v čase najmenších odberov (v nočných hodinách), kedy sa

tlaková hydrodynamická čiara blíži čiare hydrostatického tlaku. Pri výpočtoch tlaku vo

vodovodnom potrubí sa neuvažuje s ojedinelými výškovými budovami. V týchto objektoch sa

spravidla zriaďujú posilňovacie stanice, ktoré nie sú súčasťou verejného vodovodu.

Podmienka minimálneho pretlaku 0,25MPa t.j. 25 m (STN 92 0400, STN 75 5401) je daná

požiarnymi požiadavkami v prípade, ak vodovod zabezpečuje aj požiarnu potrebu. Ak

vodovod nezabezpečuje požiarnu potrebu, môže byť tlak na prípojke znížený na 0,15 MPa

v prípade max dvojpodlažnej zástavby, alebo až na 0,1 MPa ak prípojka je situovaná pod

zásobným vodojemom, alebo je v odľahlých miestach s max. dvojpodlažnou zástavbou.

Minimálny tlak v rozvodnej sieti vzniká v čase maximálnych odberov. V obytných zónach je

to vo večerných hodinách, kedy vznikajú najväčšie tlakové straty trením pri prúdení vody.

Ak sa spotrebisko nachádza vo výškovo členitom teréne, je možné požiadavku maximálnych

a minimálnych pretlakov splniť len pri rozdelení vodovodného systému na samostatné tlakové

pásma, ktoré potom spĺňajú hore uvedené podmienky.

Pre tlakové privádzacie rady neplatí ohraničujúca podmienka maximálneho tlaku 0,6 MPa a

ani minimálneho tlaku 0,25 MPa. Hraničné hodnoty tlaku v potrubí závisia od použitého

materiálu a spojov. Pri návrhu potrubia treba mať na zreteli aj tlak zvýšený pri tlakových

skúškach. Aj keď niektoré materiálu znesú vysoký tlak aj napr. 2 MPa, z prevádzkového

hľadiska je vhodné a bezpečnejšie tlak prerušiť. To sa týka rovnako gravitačných systémov

ako aj výtlačných.

Podmienka minimálneho tlaku na prívodných potrubiach je daná hydraulikou tlakového

prúdenia. Aby voda prúdila , musí byť najvyšší bod trasy potrubia pod jeho tlakovou čiarou.

Pri veľmi malom tlaku však môže dôjsť k zavzdušneniu vrcholových miest na potrubí, ktoré

sú najvyššie (miestne prevýšenie) a profil potrubia ostane neprietočný. Preto v takýchto

miestach je potrebné dodržať tlak minimálne 0,05 MPa, t.j. 5 m v.stĺpca. To platí tak pre

7

tlakový privádzač gravitačný ako aj výtlačný. V týchto vrcholových bodoch musí byť osadený

na potrubí vzdušník. Vyznačenie tejto podmienky je znázornené na obrázku 4.

V Anglicku a Walese požadovaný pretlak na sieti súkromných spoločností zásobujúcich

vodou mestá a obce určuje Úrad pre služby obyvateľstvu „Direction General of Water

Services (OFWAT) - Generálne riaditeľstvo pre služby obyvateľstvu v oblasti vody.

Kontrolný systém má 3 následovné hlavné kontrolne parametre na sledovanie kvality

služieb na distribučných systémoch.

• Hydraulické parametre

• Kontinuita zásobovania

• Kvalita vody

Hydraulické parametre definujú minimálne tlaky a prietoky na sieti. Odporúčaná je hodnota

minimálneho prietoku 9 l/min. na prípojke a tlaku 0,1 Mpa na prípojke na hranici pozemku.

Z praktického hľadiska (sledovanie tlakov) sa odporúča dodržať minimálny tlak 0,15 Mpa na

prívodnom (zásobnom) potrubí v mieste napojenia. V prípade, ak sú na jednu prípojku

napojené dve nehnuteľnosti tlakové pomery sú rovnaké len musí byť zabezpečený minimálne

dvojnásobný prietok vody. Pri zásobovaní väčšieho množstva nehnuteľností, resp. viacej

obyvateľov z jednej prípojky, ako je bežná domová prípojka, je nárast minimálneho tlaku

a množstva uvedený v národnom predpise (BS 67100) (tab. č. 1).

Tab. č. 1 Požadovaný pretlak na zásobovacom potrubí v závislosti na počte napojených nehnuteľností a na profile a dĺžke prípojky

Požadovaný pretlak na zásobovacom potrubí 1/2΄ potrubie 3/4΄ potrubie

Počet nehnuteľností napojených z jednej prípojky Krátka prípojka Dlhá prípojka Krátka prípojka Dlhá prípojka

2*

3 4 5 6 7 8 9

10

10 12 15 19 25 30 37 45 54

11 14 18 23 29 35 42 51 61

10 11 13 16 21 25 31 38 46

11 13 16 20 24 28 33 40 48

Poznámka: Ak nehnuteľnosť má vlastnú akumulačnú nádrž umiestnenú na najvyššom podlaží musí sa k uvedeným číslam pridať nie menej ako 3 m.

8

Obyčajne sa v Anglicku a Walese odporúča hydrodynamický pretlak 0,10 = 0,20 MPa na

hlavných distribučných potrubiach. Maximálny hydrostatický pretlak v nočných hodinách je

v rozmedzí 0,4 – 0,5 Mpa. Pre dopravné systémy, transport na väčšie vzdialenosti, je väčší

pretlak dovolený. Ak distribučný systém pozostáva zo starších potrubí maximálny

hydrostatický pretlak nesmie dosahovať hodnoty na aké sú stavané potrubné systémy. Menší

hydrodynamický pretlak, ako 0,1 Mpa, môže byť iba na výtokových stojanoch ak tieto sú

jedinými zdrojmi na zásobovanie vodou.

Kontinuita je meraná počtom prerušení, trvaním prerušení, okolnosťami prerušenia alebo

nedostatkom vody pri zásobovaní. Sleduje sa prerušenie dlhšie než 6, 12 a 24 hodín, pre

štyri kategórie:

• neplánované prerušenie, spôsobené poruchou na sieti

• plánované a avizované odstávkou pri údržbe, oprave a výmene

• neplánované prerušenie zapríčinené treťou stranou, napr. iná spoločnosť poškodila

vodovodné potrubie počas opravy jej sieti alebo poruchy (plyn, elektrika atď).

• neplánované prerušenie spôsobené zaplavením počas plánovaného alebo avízovaného

prerušenia.

Kvalita vody sa udržiava podľa národného štandardu a sleduje sa aj na výtoku

u spotrebiteľov. Zmeny sa pravidelne sledujú a zaznamenávajú sa na celom systéme.

Rakúsko

Rakúske štandardy určuje minimálne pretlaky požiarnej vody v sieti v závislosti na

počte podlaží, ako je to uvedené v tab. č. 2.

Tab. č. 2 Požadovaný pretlak požiarnej vody v závislosti na počte podlaží

Počet podlaží Posudzovaný pretlak v m do 3 17

4 22 5 27

6 a viac 32 USA Americké regulačné pravidlá na prevádzku a údržbu požaduje minimálny hydrodynamický

pretlak 20 psi, čo predstavuje hodnotu v SI jednotkách 138 kPa. V praktických podmienkach

obyčajne prevádzkový pretlak dosahuje hodnotu 0,4 – 0,5 MPa alebo nižšiu. Výškové budovy

9

sa riešia, ako to už bolo spomenuté samostatnými zosilňovacími stanicami (ATS), ktoré

dopravujú vodu do ďalších tlakových pásiem.

Indonézia

Indonézska legislatíva požaduje minimálny pretlak 0,1 MPa v mieste napojenia sa

spotrebiteľov na zásobovaciu sieť.

Ostatné okolité krajiny, ako sú: Poľsko, Maďarsko, Ukrajina ale aj iné, majú podobné

požiadavky na pretlaky v zásobovacích sieťach, aké boli uvedené pre Slovensko a Českú

republiku

4. Príčiny nedodržiavania predpísaných pretlakov vo vodovodných systémoch Príčin nedodržania predpísaných pretlakov vo vodovodnom systéme je viacero

a môžeme ich charakterizovať následne:

• úroveň a kvalita projektovej dokumentácie (nevhodne navrhnuté materiály, spoje

a pod.) a jej zhoda so skutočným stavom vodovodnej sieti (nedodržanie projektových

parametrov pri výstavbe)

• prevádzka (monitoring), kontrola funkčnosti, a podobne

• vybavenie obsluhy a systému technickými prostriedkami (meracia technika,

vodomery, tlakomery a podobne)

• kvalifikovanosť a pracovná schopnosť pracovníkov

• rýchlosť, identifikácia a odstraňovanie porúch, dlhá doba opráv na systéme

• časté poruchy a úniky vody (spôsobené nevhodný, materiálom, vekom potrubia)

• nevhodná regulácia pretlakov Zle navrhnutý alebo nastavený redukčný ventil

a podobne)

• vznik nestacionárneho prúdenia vody v systémoch, ktoré môže byť spôsobené

viacerými nevhodnými zásahmi

• vznik kavitácie na systéme

• iné.

Ako je uvedené, príčiny nedodržania predpísaných maximálnych a minimálnych pretlakov je

veľmi veľa. Je veľmi obtiažne charakterizovať tie hlavne. Ide zväčšia o súhru viacerých

10

z nich a musia sa individuálne charakterizovať prevádzkou systému. Ako ale ukazujú

doposiaľ známe výsledky, vyššie pretlaky na sieti ako aj kolísanie tlakov hrá významnú úlohu

pri stratách vody, ktoré vznikajú na vodovodných systémoch, ako to uvediem neskôr.

5. Tlakové pomery vo vodovodnom systéme a ich regulácia

Dôležitosť riadenia vodovodných systémov aj vo vzťahu tlaku vody v sieti sa začína chápať

ako základný aspekt určitej stratégie pri riešení otázok strát vody. Potvrdzuje sa, že

pochopenie vzťahu – tlaku vody a úniku vody je nutný pre kontrolu únikov vody.

Hoci je tlak vody jedným z najľahšie merateľných parametrov na vodovodnej sieti, štatistiky

o úniku vody sú takmer bez zmienky o vplyve tlaku vody na únik vody zo siete. Možno aj

nedostatok ľahko prístupných štatistík o tlakoch vedie prevádzkovateľov vodovodov k

nedoceňovaniu jeho vplyvu.

Kontrola tlaku vody, môže zahŕňať zvyšovanie ako aj znižovanie tlaku v rôznych časových

intervaloch. Vo všetkých prípadoch to má významný vplyv na ročný objem nezabrániteľných

i celkových ročných strát vody.

Teda z hľadiska porúch na vodovodnom potrubí, a tým aj únikov vody zo siete, za významný

činiteľ treba považovať aj poruchy a straty vody spôsobované zmenami tlakov v potrubí. Je

zrejme, že zvyšovaním tlaku alebo účinkom náhleho kolísania tlaku sa výrazne zvyšujú aj

straty vody. Najčastejšie sa táto skutočnosť prejavuje vytlačením tesnenia rúrových hrdlových

spojov, no často dochádza k prasknutiu potrubia. Aj pri vzniku jamkovej korózie, pri malých

otvoroch vznikajú značné straty. V tabuľke č. 3 sú vypočítané straty vody, ktoré vznikajú pri

tlaku v potrubí 0,5 MPa v závislosti od veľkosti otvoru na potrubí.

Tab. č. 3 Straty vody vznikajúce v závislosti od veľkosti otvoru pri tlaku 0,5 MPa.

Otvor Straty vody

l.min-1 l.hod-1 M3.deň-1 m3.mesiac-1 m3.rok-1

1 mm 0,97 58 1,39 41 500

2 mm 3,16 190 4,56 136 1630

3 mm 8,15 490 11,75 351 4200

4 mm 14,80 890 21,40 640 7700

5 mm 22,30 1340 32,00 960 11500

6 mm 30,00 1800 43,20 1300 15600

11

Pri znížení prevádzkového tlaku napr. na 0,4 MPa sa hodnota straty vody zníži o 11 %, keď sa

zníži prevádzkový tlak na 0,3 MPa zníži sa hodnota strát vody o 23 %.

Opatrenia pomocou regulácie tlakových pomerov sa objavujú väčšinou v zahraničí, u nás

zatiaľ ojedinelo. Prax však potvrdzuje oprávnenosť ich uplatnenia. Ide o reguláciu tlaku

prostredníctvom inštalovaného regulačného ventilu na obtoku, ovládaného automaticky

čidlami tlaku alebo prietoku. Tieto sú umiestnené v riadiacich bodoch siete, a to buď pre

reguláciu tlaku v celej sieti alebo len v jej časti, alebo dôslednejším vytváraním viacerých

pásiem rozvodnej siete, reguláciou tlaku prostredníctvom prídavného zariadenia

automatických staníc a pod.

Teda prevádzkovatelia vodovodných sieti a systémov, ktorí hodlajú sledovať a využívať

systém tlakových pomerov vo vodovodnej sieti, ako trvalú súčasť svojich snáh o znižovanie

únikov – strát vody, nevyhnutne musia mať na pamäti a zároveň rešpektovať nasledovné

hlavné princípy:

1. nutnosť udržiavať stále rovnomerný tlak vody – teda s minimálnymi výkyvmi,

2. uvedomovať si, že existuje závislosť medzi maximálnym tlakom vody a výskytom

nových netesností a únikov vody,

3. rešpektovať skutočnosť, že jestvuje pomer medzi týmito dvoma faktormi,

4. vypracovať prognózu – predpoveď vplyvu opatrení na zníženie úniku vody vzhľadom

ku stupňu finančných úspor, respektíve určiť finančné príjmy zo získania platieb za

získanú vodu.

Časté náhle zmeny tlaku vody v sieti skracujú jeho priemernú životnosť. V extrémnych

prípadoch prerušovanej dodávky vody, môže byť častosť výskytu nových prasklín na potrubí

10 krát alebo viac, ako by sa dalo očakávať pri pravidelnej dodávke vody pri rovnakom

priemernom tlaku vody. Možno to dokumentovať na príklade prerušovanej dodávky vody do

vodovodnej siete v Košiciach zvlášť v rokoch 1985 – 1987, kedy pre nedostatok zdrojov

pitnej vody došlo k dennému prerušovaniu dodávky vody do siete. Tým sa stalo, že počas

obmedzovania dodávky vody a jej pravidelnému znovu obnoveniu dochádzalo denne 1 – 3

poruchám na sieti.

Z uvedeného možno urobiť záver, že maximálnou snahou prevádzkovateľa vodovodu musí

byť v predstihu zabezpečovať dostatok pitnej vody, zabraňovať častým výpadkom vody v

sieti, zamedziť zavzdušňovaniu siete a tým častým zmenám a kolísaniu tlaku vody v sieti.

Pokiaľ možno treba vodu čerpať priamo do vodojemu samostatným prívodom a odtiaľ do

vodovodnej siete. Časté náhle zmeny tlaku skracujú celkovú priemernú životnosť potrubia.

12

V prípade, ak nastane situácia, že na sieti sa vyskytujú väčšie pretlaky než boli uvedené (0,6

MPa , resp. 0,7 MPa), táto sa rozdelí na viacero tlakových pásiem v ktorých potom bude

dodržiavaný pretlak a ktoré sa prevádzkujú samostatne. Z technického hľadiska sú tieto

jednotlivé pásma prepojené pre prípad potreby (núdze), aby mohli najbližšie kooperovať

a navzájom si vypomáhať.

Tlakové pásma sú hydraulicky samostatné celky, ktoré k zabezpečeniu svojej funkcie

potrebujú mať aj príslušné objekty (napr. vodojem alebo čerpaciu stanicu). Preto pri návrhu

pásiem z dôvodu investičného i prevádzkového treba ich počet minimalizovať.

Sú rôzne možnosti delenia systému na tlakové pásma, súvisiace s terénnymi i technickými

možnosťami i s plošným rozložením spotrebiska, alebo viacerých spotrebísk. Nedá sa uviesť

presný vzorec na ich výpočet, pretože každý systém má iné predpoklady a vstupy.

K rozdeleniu vodovodnej siete na tlakové pásma sa využívajú nasledovné prvky:

• vodojemy

• prerušovacie komory

• čerpacie stanice

• automatické čerpacie stanice (ATS)

• redukčné ventily

Zmenu tlaku na privádzacích potrubiach je možné riešiť podobne, ako na rozvodných

a zásobných potrubiach. Na privádzacích radoch prerušovacie komory sa najčastejšie

používajú pri prerušení tlaku. Prerušovacia komora je nádrž, na odtoku ktorej je tlak

stabilizovaný na úrovni hladiny vody v nej. Tlak je prerušený na takej výškovej kóte, aby

nebol prekročený prípustný prevádzkový tlak predpísaný výrobcom použitého potrubného

materiálu a jeho spojov. Tiež je potrebné mať na zreteli, že minimálny tlak pri prekonávaní

terénnych nerovností je 5 m v. stĺpca. Príklad riešenia prívodného potrubia gravitačným

prívodom s tlakovým prúdením zo zdroja cez terénne prevýšenia je na obrázku č. 4.

Pri výtlačnom prívodnom potrubí zo zdroja do vodojemu sa v prípade veľkých výškových

rozdielov navrhuje kaskádovité čerpanie vody vo viacerých stupňoch, ktorých výška je daná

povoleným maximálnym tlakom určeným výrobcom použitého potrubia. Maximálne

dovolené pretlaky v potrubí sú udávané hodnotou PN (menovitý tlak) a sú uvedené výrobcom

u každého druhu potrubia.

Vodojemy pre samostatné tlakové pásma sú hydraulicky najlepším riešením delenia siete na

tlakové pásma. Rozdelenie vodovodnej siete na tlakové pásma vodojemami je možné

13

tlaková čiara

I.tlakové pásmo

vodojem

zdroj

tlaková čiara

vodojem

II.tlakové pásmo

napríklad v prípade zástavby v údolí s výškovým prevýšením nad 60m. Príklad takéhoto

riešenia je na obrázku 1. Horný vodojem zásobuje II. tlakové pásmo, nižší vodojem zásobuje

I. tlakové pásmo samostatnými prívodmi do samostatných tlakových pásiem. Vodojemy môžu

byť umiestnené na rôznych stranách spotrebiska. Výškový rozdiel medzi vodojemami je daný

rozdielom max. a min. tlaku v sieti (60-25) =35 m v.stl.

Obr. 1 Tlakové pásma tvorené samostatnými vodojemami

Prerušovacíe komory sú objekty s voľnou hladinou, v ktorých sa preruší tlak. Sú to

jednoduché nádrže a v porovnaní s vodojemami majú veľmi malý akumulačný objem.

Používajú sa hlavne na prerušenie tlaku na prívodných potrubiach zo zdroja do vodojemu.

V zásobovacej a rozvodnej sieti spotrebiska sa používajú len ojedinelo.

Čerpacie stanice je možné použiť na rozdelenie tlakových pásiem spolu s vodojemami

v prípadoch výtlačných vodovodných sietí, kde sa voda čerpá do rôzne výškovo položených

vodojemov. Príklad tlakových pásiem tvorených čerpacími stanicami je na obrázku 2.

Pri návrhu počtu tlakových pásiem pre výtlačné vodovodné systémy je potrebné venovať

pozornosť ekonomickým otázkam prevádzkových nákladov čerpania vody. Náklady na

čerpanie vody do systému, ktorý nie je delený na tlakové pásma, sú vyššie ako náklady na

čerpanie vody do vodojemov jednotlivých pásiem.

Tlakové pásma tvorené čerpaním vody môžu byť tvorené podľa zástavby paralelne, alebo

sériovo. Pri sériovom zapojení tlakových pásiem sa voda čerpá kaskádovito najprv do nižších

vodojemov a odtiaľ sa čerpá do vyšších vodojemov. Každé tlakové pásmo má samostatný

vodojem a čerpaciu stanicu.

Pri paralelnom zapojení tlakových pásiem sa voda čerpá z jednej čerpacej stanice, ale rôznymi

čerpadlami (rôznych charakteristík) samostatnými výtlakmi do dvoch rôzne výškovo

14

osadených vodojemov. V starších systémoch sa môžeme stretnúť aj s ekonomicky menej

výhodným čerpaním spoločným výtlakom do dvoch rôzne výškovo osadených vodojemov,

pričom nižšie položený vodojem musí mať škrtený prítok, pretože dopravná výška čerpadla je

stanovená pre vyšší vodojem.

Obr. 2 Tlakové pásma tvorené čerpacími stanicami a vodojemami (schéma situácie) a) paralelné zapojenie b)sériové zapojenie

Automatické tlakové stanice (ATS) sa používajú na zásobovanie vyššie položených častí

spotrebiska priamo výtlakom bez použitia vodojemu. ATS môže zvyšovať vstupný

neprerušený tlak zo siete a na výstupe do spotrebiska zabezpečuje stály tlak. ATS sa

používajú aj napr. na zvýšenie tlakov. pre lokalitu s vyššou zástavbou, čím sa tiež vytvorí

samostatné tlakové pásmo.

Redukčný ventil sa na prerušenie tlaku a oddeleniu tlakových pásiem používa hlavne

v zastavanom území Je to armatúra osadená na potrubí, ktorá reguluje výstupný tlak na

nastavenú konštantnú hodnotu. Z prevádzkového hľadiska je spoľahlivejšie prerušenie tlaku

voľnou hladinou, ale nie všade je takéto riešenie možné. Hlavne na vodovodnej sieti

v zastavanom území je jednoduchšie na prerušenie tlaku použiť redukčný ventil umiestnený

v podzemnej šachte spolu s meraním vstupného a výstupného tlaku kontrolovaného cez

dispečing. Redukčné ventily je možné v ojedinelých prípadoch použiť aj na prípojke, ak nie je

možné v rozvodnej sieti zabezpečiť tlak menší ako 60 m v. stĺpca (napríklad v koncových

a)

b)

15

tlaková čiara

2.tlakové pásmo

redukčn

ý ventil

zdroj tlaková čiara

1.tlakové pásmo

tlaková čiara

zdroj

prerušovacia komora

tlaková čiara

tlaková čiara

vodojem

min

.5m

bodoch nižšie položenej zástavby). Príklad rozdelenia siete redukčným ventilom je na

obrázku 3.

Obr. 3 Tlakové pásma tvorené redukčným ventilom na potrubí

Obr. 4 Gravitačné prívodné potrubie s prerušením tlaku v prerušovacej komore

Regulácia výstupného tlaku v závislosti na spotrebe vody redukčným ventilom

Tlak vody, ktorý je potrebný v danej zásobovacej oblasti je obecne určený najvzdialenejším, v

niektorých prípadoch tiež súčasne i najvyšším položeným uzlom a stratou tlakovej výšky na

prietokovej dráhe. Pri súčasnom spôsobe regulácie bez obmedzovania výstupného tlaku,

vznikajú v dobe minimálnej spotreby, vplyvom malej straty tlakovej výšky, zbytočne vysoké

tlaky (obr. 5), ktoré majú za dôsledok veľké straty vody v netesných – porušených miestach

vodovodnej siete.

16

Pri regulácii výstupného tlaku v závislosti na spotrebe vody možno dostať spotrebiteľské

pásmo, v ktorom dochádza k zmenám tlaku pod čiaru tlaku pre maximálny prietok Qmax (obr.

6). V dobách malej spotreby vody sa tlak vody pod kontrolou redukuje, čím sa straty vody ,

ktoré vznikajú pri netesnostiach potrubí výrazne znižujú.

Obr. 5 Regulácia tlaku vody

Obr. č. 6 Regulácia tlaku vody – výstupného tlaku

ObrO

Obr. 6 Regulácia výstupného tlaku vody – nočné prietoky

17

Regulačné zaradenia pre zníženie tlaku vody sa spravidla otvárajú pri prekročení nastavenej

hraničnej hodnoty tlaku a pôsobia proti ďalšiemu nárastu tlaku tým, že odvedú z hlavného

prúdu (potrubia) prúd do odbočky (obr. 7). Typickými príkladmi použitia sú pretlakové

ventily v potrubí za redukčným ventilom a prepúšťacie ventily u čerpadiel.

Obr. 7 Regulačné zariadenie na privádzači vody do vodojemu

Novinkou pre riešenie tejto úlohy je elektronicko – hydraulické nastavovanie výstupného

tlaku membránového ventilu, ktorý je ovládaný tlakom v systéme.

Požadovanú hodnotu výstupného tlaku možno nastaviť podľa prietoku, alebo podľa profilu

potrubia v závislosti tlak – čas, ktorý sa upraví pre typicky denný priebeh spotreby vody.

Regulátory prietoku sú v podstate len mechanicky pôsobiace obmedzovače prietoku. Tlmiaci

účinok nastane vtedy, keď prietok vody prekročí nastavenú hodnotu.

Jednou z ciest vedúcich k zmenšeniu strát vody v sieti je zavedenie regulácie tlaku vo

vhodných miestach distribučnej – zásobovacej siete. Úspory vody, ktoré možno týmto

spôsobom dosiahnuť, možno dokumentovať teoreticky týmto príkladom:

uvažujeme gravitačný systém zásobujúci vodou niekoľko tlakových pásiem, označenými

poradovými číslami i = 1 až n (pozri obr. 8). Na tlakovej čiare Hi nech vyteká voda malým

otvorom (trhlinou), Zo zmeny potenciálnej energie vody na kinetickú energiu, možno odvodiť

z hydrauliky známy vzťah pre výtokovú rýchlosť kruhovým otvorom

18

νi = η . igH2 [m.s-1] (1.)

Výtoková rýchlosť vody rovnakým otvorom na tlakovej čiare Hi je po dosadení redukčného

ventilu o tlakovej strate ∆HR:

ν ( )Rii ∆HH2g −⋅⋅=η [m.s-1] (2.)

Prietok vody trhlinou na tlakovej čiare Hi bude:

iH2gSQ ⋅⋅⋅=η [m3.s- (3.)

Prietok vody trhlinou po dosadení regulačnej armatúry o tlakovej strate HR sa zmenší na

( )Ri ∆HH2gSQ −⋅⋅⋅=′ η [m3.s-1] (4.)

Úsporu vody na tlakovej výške Hi po osadení regulačnej armatúry možno vyjadriť vzťahom

zizi1 QQ∆Q ′−= v absolútnych jednotkách [m3.s-1] (5.)

alebo v pomere ku strate pri regulovanom tlaku v percentách

( )

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

⋅⋅⋅

−⋅⋅⋅−⋅=⋅

1

Ri

zi

i

H2gS∆HH2gS

1100Q∆Q100

η

η [%] (6.)

a po úprave vzťahu

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−⋅=⋅

H∆HH1100

Q∆Q100 Ri

zi

i [%] (7.)

Ak chceme vysledovať závislosť úspory vody unikajúcej netesnosťami privádzača na rozdiele

nadmorských výšok regulačnej armatúry a výtokového otvoru, je účelné dosadiť do tohto

vzťahu výraz

19

iR1 ∆HHH += (8.)

potom tento vzťah dostaneme do tvaru

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+−−⋅=⋅

iz

R

zi

i

∆HH∆H11100

Q∆Q100 [%] (9.)

Na tomto vzťahu už môžeme sledovať pokles strát pri úniku vody netesnosťami po zaradení

regulačnej armatúry v závislosti na rozdiele nadmorských výšok sledovaného pásma a

regulačnej armatúry, prípadne na redukcii tlaku v armatúre.

Po dosadení číselných hodnôt do tohto vzťahu dostaneme sústavu kriviek, z ktorých možno

odčítať úsporu strát vody netesnosťami v závislosti od konkrétnej polohy regulačnej armatúry,

pozorovaného pásma a od tlakovej straty vyvolanej regulačnou armatúrou, t.j. od nastavenia

armatúry.

Ak sa tým istým prívodným potrubím zásobuje viac tlakových pásiem možno taktiež pri

osadení regulačnej armatúry na prívode určiť percentuálne zníženie strát vody netesnosťami

podľa vzťahu (obr. 8)

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ ′−⋅=⋅∑∑

=

=n

1i z

n

1i z

z Q

Q1100

Q∆Q100 i = 1, 2, .... n [%] (10.)

alebo po úprave

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ −−⋅=⋅

∑∑

=

=n

1i

n

1i R1

z H

∆HH1100

Q∆Q100 i = 1, 2, .... n [%] (11.)

Vo vyššie uvedených vzťahoch boli použité nasledovné symboly:

g gravitačné tiažové zrýchlenie (m.s-2)

H tlaková výška (m.v.s)

HR tlaková výška regulačnej armatúry (m.v.s)

HR tlaková strata na regulačnej armatúre (m.v.s)

Hi stredná tlaková výška i-teho zásobovaného pásma (m.v.s)

Hi rozdiel tlakových výšok i-teho zásobovaného pásma a regulačnej armatúry(m.v.s)

P tlak (m.v.s) (Pa)

S plocha prierezu výtokového otvoru (m2)

Qz stratový prietok vody trhlinou (m3)

20

ν rýchlosť prúdenia vody (m.s-1)

η výtokový súčiniteľ (-)

Obr. 8 Zásobovací systém s viacerými tlakovými pásmami

Na základe týchto vzťahov možno pomerne jednoducho posúdiť vplyv tlakovej regulácie na

zníženie strát vody netesnosťami (únikmi vody) v regulovanom pásme.

Celkovo možno konštatovať, že na gravitačnom privádzači redukcia tlaku vody regulačnými

armatúrami eliminuje straty vody netesnosťami potrubia v závislosti od rozdielu tlakových

výšok armatúry a strednej tlakovej výšky sledovaného pásma a od veľkosti tlakovej straty

armatúry.

Z hľadiska obmedzenia strát vody je výhodné umiestniť armatúry čo najbližšie k zásobnému

pásmu. Uvedené vzťahy sú odvodené na základe statického tlaku vodného stĺpca, bez

uvažovania vplyvu dynamickej tlakovej straty v potrubí. Avšak pre gravitačné prívodné

potrubie s malou prietočnou rýchlosťou vody, kde sa môže zanedbať dynamická tlaková

strata, možno na základe uvedených vzťahov získať pomerne jednoduchú a rýchlu orientáciu

pri posudzovaní vplyvu regulačnej armatúry na elimináciu – obmedzenie strát vody.

Na znižovanie pretlaku v potrubí v zastavanom území ako to bolo aj uvedené sa

najčastejšie inštaluje redukčný ventil, ktorým je možné pri dobrej kontrole pomocou

21

elektrického ovládača znížiť tlaky a tým aj straty na sieti až o 50 %. Regulačný ventil na

znižovanie strát sa odporúča použiť vtedy, ak sa na zníženie strát na systéme nedajú použiť

akustické a korelačné metódy sledovania únikov ale aj vtedy, ak sú pomerne veľké úniky aj

pri nižších pretlakoch a ak je nízky pretlak v sieti výsledkom vysokých únikov vody.

6. Činitele ovplyvňujúce straty vody a ich analýza Za hlavné faktory, ktoré majú rozhodujúci vplyv na veľkosť a vývoj strát vody možno

označiť:

1. Technický stav vodovodného systému, predovšetkým netesnosť spojov potrubia, netesnosť

spojov armatúr, malá citlivosť vodomerov, netesnosť vodojemov, neúplné a nepresné meranie

vyrobenej vody, nepresné a neúplné určovanie dodávanej vody do siete (neevidované odbery,

krádeže vody, nevykazovaná a nemeraná vlastná spotreba vody a pod.). Priamy vplyv na

veľkosť vykazovaných strát majú hlavne tieto faktory: profil, dĺžka a materiál potrubia,

hustota armatúr a prípojok a vzdialenosť medzi zásobným potrubím a vodomerom, vek

materiálu a spojov rúr, mimoriadne mechanické a chemické vplyvy prostredia potrubia, čas

zabezpečovania opráv porúch a havárií a fyzicky opotrebovaných uzáverov. Sprostredkovane

pôsobia na veľkosť strát vody najmä tieto činitele: technické riešenie systému vodovodov,

stavebné vyhotovenia vodovodov, hornina, do ktorej sa rúry ukladajú a podobne.

2. Tlakové pomery v sieti – jednou z ciest ako bez veľkých finančných nákladov obmedziť

úniky vody spôsobované netesnosťami a trhlinami v distribučnej sieti je regulácia tlaku vody

v sieti v závislosti na spotrebe vody. Výhodou regulácie tlaku v sieti, jeho zníženia v dobe

nočného útlmu spotreby vody je, že sa dá v relatívne krátkom čase a s vynaložením pomerne

malých investičných nákladov dosiahnuť značné zníženie únikov vody spôsobených zlým

technickým stavom potrubia. Dotýka sa to prípadov, kedy je do siete zapojený vodojem.

Hydraulicky sa dá únik vody z potrubia charakterizovať ako výtok otvorom. Pri určitom

zjednodušení a zanedbaní tlaku zeminy v mieste výtoku vody z potrubia, platí pre výtok vody

malým otvorom z tlakového potrubia do voľného priestoru vzťahu:

hg2SQ ⋅⋅⋅⋅=η (26.)

kde Q je výtok otvorom [m3.s-1]

η výtokový súčiniteľ

S plocha výtokového otvoru [m2]

h tlaková výška v ťažisku otvoru [m vodného stĺpca]

22

Teoreticky pri znížení tlaku o 0,1 MPa sa zníži výtok otvorom o cca 8,70 %.

V praxi sa zistilo, že nočný prietok sa vplyvom poklesu tlaku zníži o 11 %. Meranie sa môže

brať len orientačne, lebo záleží na veľkosti zníženia tlaku. Riadenie tlaku má vplyv aj na

množstvo fakturovanej vody, z dôvodov menších výtokov vody z potrubí.

Regulácia tlaku vody vo vodovodných privádzačoch, resp. vetvách regulačnými armatúrami

obmedzuje straty vody netesnosťami v závislosti na rozdiely tlakových výšok armatúry a

strednej tlakovej výšky pozorovaného pásma a na veľkosti tlakovej straty armatúry

Vysoký tlak pri zásobovaní môže zvyšovať počet miest únikov a teda znamená vyššiu stratu.

Pri rovnakej geometrii otvoru sa únik vody zvyšuje. Tak napríklad tlak 5 barov spôsobuje pri

rovnakej geometrii otvoru zvýšenie výtoku vody o 23 % oproti tlaku 3 barov [5, 6, 7].

Poruchy potrubia sa účinkom tlaku vody v potrubí alebo účinkom náhleho kolísania tlaku

(vodný ráz potrubí) najčastejšie prejavia vytlačením tesnení rúrových spojov, niekedy

dochádza aj k prasknutiu stien potrubia. Pri častejšom výskyte vodných rázov a kavitácii sa

výraznejšie prejavia aj poruchy vplyvom únavy materiálu.

Vplyv nestacionárneho prúdenia v tlakovom potrubí na poruchy potrubia Okrem prevádzkového tlaku vody v potrubí pre vznik porúch na potrubí majú veľký význam

rovnomerné nároky sietí voči vnútornému tlaku. Tlakové rázy takmer vždy vedú k nárastu

porúch na potrubí.

Náhla zmena prietokovej rýchlosti vody v tlakových potrubiach najčastejšie môže nastať

otváraním alebo zatváraním uzáverov, zapínaním alebo vypínaním čerpadiel, resp. rýchle

vyprázdňovanie systému a nasávanie vzduchu do systému vedie k podstatným tlakovým

zmenám, pretože vodnej hmote v potrubí sa odoberá alebo pridáva tlaková energia. Tieto

tlakové zmeny sa šíria v dôsledku malej pružnosti vody ako aj rúrových materiálov veľkou

rýchlosťou a spôsobujú veľké pretlaky, prípadne aj podtlaky, ktoré môžu viesť k poškodeniu

potrubí (spôsobenie netesností rúrových spojov pretlakovou alebo podtlakovou vodou,

prípadne prasknutia potrubia od pretlaku alebo zmäknutia potrubia od podtlaku).

Tlakové zmeny sa šíria v podobe tlakových vĺn (podobne ako zvukové vlny) od miesta

rozruchu, t.j. od bodu, kde sa vodnej hmote privedie alebo odvedie tlaková energia, až ku

koncu vodnej hmoty. Tam sa tlakové vlny odrazia a bežia v opačnom zmysle.

Ak sa zväčší rýchlosť vodnej hmoty, potom sa primárne vyvolá od miesta rozruchu proti

smeru toku vody podtlaková vlna, v smere toku vody pretlaková vlna. Tieto tlakové vlny po

odraze na konci potrubia bežia späť ako sekundárne tlakové vlny v obrátenom zmysle.

23

Sekundárne tlakové vlny sa v mieste vzniku znova odrazia a bežia znova v pôvodnom zmysle

ku koncu potrubia. Vodná hmota, ktorá sa nachádza v potrubí, v dôsledku toho sa pohybuje

tak dlho sem a tam, kým sa prebytočná energia nespotrebuje trením a nevznikne znova

rovnovážny stav.

Ak sa zmenší rýchlosť vodnej hmoty v potrubí, potom vzniká od miesta rozruchu

vychádzajúc proti toku vody v potrubí pretlaková vlna a v smere toku vody podtlaková vlna.

Tieto primárne tlakové vlny sa tak isto odrážajú a vzniká v podstate taký istý jav ako pri

zväčšení rýchlosti vodnej hmoty. Takto uniknuté pretlaky a podtlaky môžu dosiahnuť

zväčšenie rýchlostí vodnej hmoty pri ktorých môžu vzniknuté pretlaky resp. podtlaky na sieti

dosahovať 3 – 5 násobné hodnoty prevádzkového tlaku a spôsobovať poruchy na sieti.

Postupová rýchlosť tlakovej vlny

Pri výpočte veľkosti rázu vody v potrubí treba v prvom rade poznať postupovú rýchlosť

tlakovej vlny, ktorá je daná rovnicou

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅+

=

pt E1

sd

E1γ

gc [m.s-1] (12.)

kde

c postupová rýchlosť tlakovej vlny [m.s-1]

g gravitačné tiažové zrýchlenie [m.s-2]

γ merná tiaž tekutiny [kp.m-3]

Et modul pružnosti tekutiny [kp.m-2]

pre vodu 2,07·108 kp.m2

d priemer potrubia [m]

s hrúbka steny potrubia [m]

Ep modul pružnosti rúrového materiálu [kp.m-2]

pre oceľ 2,1·1010 kp.m-2

šedú liatinu 7,2·109 kp.m-2

betón 2,0·109 kp.m-2

drevo 1,0·109 kp.m-2

24

Ak do rovnice pre postupovú rýchlosť tlakovej vlny sa dosadí zvuková rýchlosť vo vode c´

danú výrazom

1425γEgc´ t =⋅

= m.s-1 (13.)

dostávame

p

t

EE

sd1

1425c⋅+

= [m.s-1] (14.)

Z rovnice vyplýva, že postupová rýchlosť tlakovej vlny môže dosiahnuť v krajnom prípade

najviac hodnotu zvukovej rýchlosti vo vode c´= 1425 m.s-1. Pri obvyklých hrúbkach stien

potrubí zvykne vychádzať pri oceľových, liatinových a betónových potrubiach postupová

rýchlosť tlakovej vlny okolo c = 1000 m.s-1.

Upravením poslednej rovnice dostávame pre vodovodné tlakové potrubia v Allieviho tvare

Sdk348

9,900c+⋅

= [m.s-1] (15.)

V tejto rovnici znamená p

10

E10k = súčiniteľa závislého od materiálu potrubia. Jeho hodnota sa

udáva nasledovne: k = 0,5 pre oceľové potrubia

k = 1,0 pre liatinové potrubia

k = 4,4 pre azbestocementové potrubia

k = 5,0 pre betónové a olovené potrubia

k = 10,0 pre drevené potrubia

k = 16,0 až 20,0 pre potrubia z plastických hmôt.

Pri potrubiach z armovaného betónu sa berie hodnota súčiniteľa k = 5,0, pričom sa fiktívna

hrúbka stien potrubia počíta z rovnice

ba s101ss += [mm] (16.)

kde

sa myslená hrúbka steny kovového potrubia, ktoré má rovnaký prierez ako

armatúra v potrubí [mm]

sb hrúbka betónovej steny potrubia [mm]

25

Správnosť tohto postupu možno dokumentovať numerickým príkladom: Treba vypočítať

postupovú rýchlosť tlakovej vlny v oceľovom vodovodnom potrubí DN 300/316 mm

hrúbka steny 82

316300s =−

= mm

pre oceľové potrubie k = 0,5 z rovnice (17.)

070,1

83000,548,3

9,900c =⋅+

= m.s-1

Doba reflexie tlakovej vlny T a doba uzatvárania resp. otvárania prítoku To

Pod dobou reflexie tlakovej vlny T treba rozumieť dobu prebehnutia jednej tlakovej vlny od

miesta vzniku až po odrazový bod a späť t.j.

c

2LT = [s] (18.)

kde

L dĺžka potrubia od miesta vzniku rozruchu až po odrazový bod (vodojem,

tlaková vzduchová nádrž alebo miesto, kde je voľná hladina) [m]

c postupová rýchlosť tlakovej vlny [m.s-1]

Ak by bolo tlakové potrubie zložené z úsekov o dĺžkach li a o postupových rýchlostiach

tlakových vĺn ci, potom sa doba reflexie počíta z rovnice

∑=i

i

cl2T (19.)

Dobu reflexie tlakovej vlny T treba poznať preto, lebo k výpočtu tlakového poklesu, prípadne

tlakového stúpnutia treba vedieť, či doba uzatvárania uzáverového orgánu (resp. doba

zastavenia čerpadla) je väčšia alebo menšia ako doba reflexie.

Ak je doba uzatvárania prítoku To menšia alebo práve rovná dobe reflexie t.j. To ≤ T, potom

narazí tlaková vlna na práve zatvorený uzáver. Tlakový ráz dosiahne potom maxima a môže

spôsobiť veľké hmotné škody na potrubí a armatúrach. Za stavu To ≤ T hovoríme o priamom

(direktnom) ráze a pri t > T o nepriamom (indirektnom) ráze.

26

Výpočet veľkosti priameho rázu t.j. pri To = T

Hodnotu zvýšenia tlaku pri priamom hydraulickom ráze možno odvodiť na základe vety o

impulze a hybnosti

f.t = m.a.t = m.v (20.)

kde

f veľkosť sily

t doba, za ktorú sila pôsobí

f.t silový popud alebo impulz

m hmota

a zrýchlenie, ktoré sa udeľuje hmote

v rýchlosť pohybu hmoty

m.v hybnosť

Možno to dokumentovať príkladom: Ak má pokojná hmota m nadobudnúť rýchlosť v, treba

na ňu pôsobiť silou f za určitú dobu t.

Ak sa aplikuje táto veta na tekutinu pretekajúcu potrubím vyznačeným na obr. 9 v okamžiku

zatvárania uzáveru sa hodnota hybnosti tekutiny bude rovnať

m.v = ρ. F.L.v (21.)

kde

ρ - merná tiaž tekutiny (k.m-3)

F - prierezová plocha potrubia (m)

L - dĺžka potrubia (m)

v - rýchlosť vody v potrubí. (m.s-1)

Po uplynutí časového úseku cLt = , t.j. sa všetka tekutina v potrubí zastaví a rýchlosť sa bude

rovnať nule, bude aj hybnosť rovná nule m.v = 0. Podľa toho teda za dobu cLt = bude

prírastok hybnosti m.v = ρ. F.L.v.

V priebehu tej istej doby cLt = pôsobili na tekutinu v potrubí nasledujúce sily

v reze A –A sila p1F

v reze B –B sila p2F

tiaž tekutiny.

27

Obr. 9 Aplikácia ak hmota „m“ nadobudne rýchlosť „v“

Prvé dve sily sú horizontálne, tretia vertikálna. Priemet impulzov týchto síl v smere pôsobenia

hybnosti, t.j. do horizontálnej osi bude rovný

( ) ( )cLFpp

cLFpFptf 2121

⋅−=−=⋅ (22.)

Dosadením odvodených hodnôt do rovnice o impulze a hybnosti dostaneme:

( )cLFppvLFρ 21⋅

−=⋅⋅⋅− (23.)

( )21 ppcvρ −=⋅⋅− (12.)

cvρpp 12 ⋅⋅+= (13.)

Z rovnice vyplýva, že v reze B – B je tlak pri hydraulickom ráze vyšší ako hydrostatický tlak

o veličinu

∆p = ρ·v·c [kp.m-2] (14.)

Keď tento prírastok tlaku sa vyjadrí v metroch vodného stĺpca dostane sa

g

cvgρ

∆p∆H ⋅±=

⋅=

⋅

[MPa] (24.)

28

Rovnicu možno písať s dvomi znamienkami (+,-), pretože podľa nej možno vypočítať nielen

hodnotu pretlaku ale aj podtlaku.

Ak do odvodenej rovnice sa dosadí za postupovú rýchlosť tlakovej vlny približne c = 1000

m.s-1 a za gravitačné zrýchlenie g = 9,81 = 10 m.s-2, potom vyjde

v100v10

1000∆H ⋅=⋅=⋅

a pre rýchlosť vody v potrubí v = 1 m.s-1 je

∆H = 100 m vodného stĺpca

Z tohto príkladu vidieť, že pri priaznivom ráze dosahuje zvýšenie, resp. zníženie tlaku veľmi

vysokú hodnotu. Podmienkou vzniku priameho rázu, ako som to už vyššie uviedol však je,

aby uzáverová resp. otváracia doba uzáverového orgánu spôsobujúceho rozruch bola rovná

alebo menšia ako doba reflexie. Ak sa rozruch privodí zapnutím alebo vypnutím čerpadla,

potom sa musí počas doby reflexie celý nábehový výkon dosiahnuť, resp. priškrtiť. V snahe

čo najviac zamedziť možnosti vzniku vysokých hodnôt zvýšenia resp. zníženia tlakov treba

voliť konštrukciu uzáverových orgánov ako aj spôsob zapínania čerpadiel taký, aby priame

rázy nemohli vznikať. Tým dosiahneme, že sa veľká časť priameho rázu odbúra trením v

potrubí a v uzáverových orgánoch.

Ak je doba uzatvárania prítoku To práve rovná dobe reflexie T, t.j. pri To = T, priamy rez je

priebeh tlakového prírastku resp. úbytku lineárny. Maximálna hodnota tlakového prírastku

resp. úbytku je v mieste vzniku rozruchu a minimálne v mieste odrazu. Hodnota tlakovej

zmeny vo vzdialenosti x od miesta rozruchu je

L

xL∆H∆Hx−

= (25.)

Kavitácia

Kavitácia je jav pri ktorom sa vytvárajú v exponovaných miestach bubliny pary

spôsobujúce pokles tlaku pri pohybe kvapaliny pod hodnotu parciálneho tlaku pár pri danej

teplote. Exponované sú najmä časti na vstupnej a výstupnej časti čerpadlá alebo turbíny

v blízkosti stien, ale môže ovplyvňovať aj celé potrubie. Prúd vody potom odnáša bubliny pár

do oblasti s vyšším tlakom, kde dochádza k ich impulzii, t.j. ku okamžitej kondenzácii. Pri

tomto jave potom vznikajú v okolí tlakové vlny s amplitúdou radové 100 MPa. Takéto účinky

vedú k tomu, že dochádza ku kavitačnej erózií. Tento proces má tiaž podstatný vplyv na

29

zmenu pretlakov vo vodovodnom systéme a zároveň môže spôsobovať väčšie úniky straty

vody v systéme.

7. Riadenie únikov vody pomocou tlakov

Najjednoduchším spôsobom ako znížiť straty vody je aktívny management tlaku.

Doposiaľ sa tento aktívny management robil iba v máloktorých krajinách sveta. Spôsobené je

to aj spôsobom ako spoločnosti, ktoré prevádzkujú vodovodné systémy zohľadňujú tlakové

pomery pri analýze údajov a únikov, buď pri porovnaní výkonov alebo pri stanovení

výkonnostných cieľov. Doterajšie skúsenosti potvrdili skutočnosť, že na znížení objemu

nefakturovanej vody má najlepšiu prax tlakový management vytvorený v merateľných

okrskoch aj v tých s nízkym tlakom.

Je preukázané, že ak sa znížia pretlaky na sieti

• zníži sa rýchlosť prietoku vody z existujúcich únikov

• znížia sa niektoré zložky spotreby ak je to potrebné

• zníži sa frekvencia nových únikov a prirodzený nárast únikov

• predĺži sa životnosť infraštruktúry.

Vplyv tlaku na prietok vody je známy a je uvedený v rovnici č. 27, kde sa uvádza, že

výtok vody je hlavne závislý na ploche príslušného pretlaku, výtokovom koeficiente

a gravitačnom zrýchlení. Na základe výsledkov, ktoré robila IWA (International Water

Association) sa pri praktickom výpočte vzťahov medzi tlakom a rýchlosťou únikov

preukázalo, že platí: množstvo únikov sa mení s tlakom P a že platí:

L1 / Lo = (P1 / Po) N1 ; (27. )

Je treba poznamenať, že v tejto rovnici je rozhodujúci tlak pomerov (P1/Po) a nie ich

rozdiel. Hodnota exponentu N1 sa určuje na základe nočných skúšok pri zníženom tlaku

a merania vstupného prítoku a primeraného tlaku v zóne. Boli zistené hodnoty exponenta N1

blízke 0,5 pre úniky na kovových pružných potrubiach ale boli určené aj hodnoty N1 1,5

a viac pre pružné nekovové potrubia. Exponent na základe meraní môže mať hodnotu v zóne

od 0,5 do 2,5. U veľkých systémoch s potrubným materiálom sa pomer priemerný tlak

k rýchlosti únikov zvyčajne blíži k lineárnej závislosti. (N1 = 1), ako je to znázornené na obr.

č. 10 .

30

Obr. 10 Obecný vzťah medzi tlakom a únikmi založený na použití exponentu N1

1. Pomer tlakov P1/ Po

2. Pomer únikov vyjadrený L1/Lo

Obr. 11 Reynolsovo číslo vo vzťahu k hodnote N1 (Exponent N1 vo vzťahu k /Re/ pre 1,1 mm otvor na medenom potrubí)

31

Ďalej treba poznamenať, že existuje vplyv tlaku na niektoré zložky spotreby, na

frekvenciu nových únikov, kde sú známe výsledky sledovania únikov vody na systémoch

s prerušovanou prevádzkou, ktoré mali 10-20 krát vyšší ročný počet nových únikov ako

systémy prevádzkované za stáleho tlaku.

Na základe sledovania strát tlakov vody pracovná skupina IWA pre odporučila

používať viacero technických ukazovateľov pre skutočné straty vody v potrubí. Medzi

odporúčanými indexmi, ktoré sa určujú aj na základe priemerného tlaku v zóne je index ILI.

Infraštruktúrny index strát (Infrastructure Leakage Index) ILI

Infraštruktúrny index strát (ILI) je bezrozmerný ukazovateľ definovaný ako podiel

CARL/UARL (podiel skutočných strát vody a teoreticky nevyhnutných skutočných strát

vody). Hodnota tohto indexu ukazuje, koľkokrát sú skutočné straty vyššie ako nevyhnutné

straty. Pri stanovovaní ILI (resp. UARL) je problematický spôsob stanovenia priemernej

hodnoty tlaku v systéme s rôznymi tlakovými pásmami a pri zmenách v priebehu dňa. IWA

odporúča používať a sledovať ILI pre jednotlivé vodárenské systémy resp. pre každé tlakové

pásmo samostatne.

Infraštruktúrny index strát sa vypočíta podľa vzťahu:

ILI = CARL / UARL (28.)

kde

CARL (Current annual losses) je aktuálna hodnote strát vody v litroch/deň

UARL (Unavoidable Annual Real Losses) - Nevyhnutné skutočné straty v litroch/deň

Návrh aplikácie ukazovateľa ILI v závislosti od priemerného tlaku vody v potrubí je v tabuľke č. 4.

Podľa veľkosti jednotkových únikov na prepočítanú dĺžku je možné zaradiť vodovodný

systém do kategórii podľa tabuľky č. 5.

32

Tab. 4 Kategórie hodnôt ILI na posudzovanie strát vody (IWA)

l / prípojku / deň (TIRL)

pri priemernom tlaku v systéme od Technické Kategórie

ILI

20 m 30 m 40 m 50 m

A 1 – 2 < 50 < 75 < 100 < 125

B 2 – 4 50 – 100 75 – 150 100 – 200 125 – 250

C 4 – 8 100 – 200 150 – 300 200 – 400 250 – 500

D > 8 > 200 > 300 > 400 > 500

Kategórie v tabuľke č. 4 opisujú potrebu znižovania strát vody nasledovne:

A – ďalšie znižovanie strát vody môže byť neekonomické

B – je možné uvažovať o zlepšení, potrebné je zvážiť kontrolu tlaku v sieti, vylepšiť aktívnu

kontrolu strát a údržbu siete

C – úroveň strát je tolerovateľná iba ak je dostatok zdrojov vody a voda je lacná, ináč je

potrebná analýza príčin a intenzívne znižovanie strát

D – neefektívne využívanie zdrojov vody - je nutné zaviesť prioritný program na redukciu

strát

Tab. 5 Kategórie hodnotenia vodovodných systémov podľa jednotkových únikov [38] Kategória Jednotkové úniky Charakteristika systému

M3.km-1.rok-1

I. 0 – 4200 vyhovujúci

II. 4200 – 6000 podmienene vyhovujúci

III. 6000 – 7800 nevyhovujúci

IV. 7800 - Zlý stav

Index ILI na základe analýzy IWA udáva teoretické nevyhnutné straty v závislosti na hustote

prípojok za daného prevádzkového tlaku. Príklad teoretických strát vody v závislosti na

hustote prípojok a daného prevádzkového tlaku je uvedený v tab. č. 6.

33

Tab. 6 Teoretické straty vody (l/príp./deň) v závislosti na hustote prípojok za daného prevádzkového tlaku Hustota prípojok Priemerný prevádzkový tlak vo vodárenskej sieti (KPA

Počet prípojok na km 200 400 600 800 1000

20 34 68 112 146 170

40 25 50 75 100 125

60 22 44 66 88 110

80 21 41 62 82 103

100 20 39 59 78 98

Kvôli určitému zjednodušeniu pracovná skupina IWA vytvorila tabuľku na určenie

teoretických strát vody v závislosti na hustote prípojok pre tlak 0,4 MPa (Tab. 7).

Pri komplexnom hodnotení siete z hľadiska rizík únikov vody hrá významnú úlohu, ako to

už bolo uvedené. Hľadisko hydrostatického tlaku (HST) v potrubí a hľadisko kolísania

hydrostatického a hydrodynamického tlaku (HDT). Na základe analýz, ktoré vykonala

(Šenkapoulová 2005), ale aj iní, pri hodnotení rizika únikov vody z hľadiska hydrostatického

tlaku v potrubí rozdelili vodovodné siete v závislosti na HST následovne (tab.. 8.)

Pri posudzovaní technického stavu v potrubí sa vychádzalo s maximálneho hydrostatického

tlaku (HST), ktorý je aj u nás predpísaný technickým predpisom hodnotou 0,6 MPa

v odôvodnených prípadoch 0,7 MPa (60 resp. 70 m vodného stĺpca) a minimálnym

hydrodynamickým tlakom, tiež predpísaným technickým predpisom hodnotou 0,25 MPa (ako

požiarne minimum) v odôvodnených prípadoch, pri stavbe do dvoch nadzemných podlaží

stačí pretlak 0,15 MPa resp. 0,25 m resp. 15 m vodného stĺpca. Je žiadúce prevádzkovať

vodovodnú sieť v hodnotách nižších blízkych povolenému minimálnemu tlaku, lebo zo

zvyšujúcim sa tlakom hrozí zvýšené riziko únikov vody v dôsledku väčšej poruchovitosti.

Nemenej dôležitým faktorom pri sledovaní únikov v potrubí je hľadisko kolísania

hydrostatického a hydrodynamického tlaku. Veľké kolísanie tlaku v sieti v priebehu dňa

negatívne ovplyvňuje technický stav potrubia a je príčinou častejších porúch potrubí a únikov

vody. Najviac ohrozené bývajú napr. pri gravitačnom potrubí koncové úseky sietí. Tlak od

čerpadiel na výtlaku je vždy súčasťou výpočtov a tlakové pomery v uzloch sú známe.

34

Tab. 7 rčenie teoretických strát vody v závislosti na hustotu prípojok pre tlak Jt 0,4 MPa

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 17 70,70 70,61 70,52 70,43 70,34 70,25 70,16 70,07 69,98 69,89 18 69,80 69,71 69,62 69,53 69,44 69,35 69,26 69,17 69,08 68,99 19 68,90 68,81 68,72 68,63 68,54 68,45 68,36 68,27 68,18 68,09 20 68,00 67,91 67,82 67,73 67,64 67,55 67,46 67,37 67,28 67,19 21 67,10 67,10 99,92 66,83 66,74 66,65 66,56 66,47 66,38 66,29 22 66,20 66,11 66,02 65,93 65,84 65,75 65,66 65,57 65,48 65,39 23 65,30 65,21 65,12 65,03 64,94 64,85 64,76 64,67 64,58 64,49 24 64,40 64,31 64,22 64,13 64,04 63,95 63,86 63,77 63,68 63,59 25 63,50 63,41 63,32 63,23 63,14 63,05 62,96 62,87 62,78 62,69 26 62,60 62,51 62,42 62,33 62,24 62,15 62,06 61,97 61,88 61,79 27 61,70 61,61 61,52 61,43 61,34 61,25 61,16 61,07 60,98 60,89 28 60,80 60,71 60,62 60,53 60,44 60,35 60,26 60,17 60,08 59,99 29 59,90 59,81 59,72 59,63 59,54 59,45 59,36 59,27 59,18 59,09 30 59,00 58,91 58,82 58,73 58,64 58,55 58,46 58,37 58,28 58,19 31 58,10 58,01 57,92 57,83 57,74 57,65 57,56 57,47 57,38 57,29 32 57,20 57,11 57,02 56,93 56,84 56,75 56,66 56,57 56,48 56,39 33 56,30 56,21 56,12 56,03 55,94 55,85 55,76 55,67 55,58 55,49 34 55,40 55,31 55,22 55,13 55,04 54,95 54,86 54,77 54,68 54,59 35 54,50 54,41 54,32 54,23 54,14 54,05 53,96 53,87 53,78 53,69 36 53,60 53,51 53,42 53,33 53,24 53,15 53,06 52,97 52,88 52,79 37 52,70 52,61 52,52 52,43 52,34 52.25 52,16 52,07 51,98 51.89 38 51,80 51,71 51,62 51,53 51,44 51,35 51,26 51,17 51,08 50,99 39 50,90 50,81 50,72 50.63 50,54 50,45 50,36 50,27 50,18 50,09 40 50,00 49,97 49,94 49,91 49,88 49,85 49,82 49,79 49,76 49,73 41 49,70 49,67 49,64 49,61 49,58 49,55 49,52 49,49 49,46 49,43 42 49,40 49,37 49,34 49,31 49,28 49,25 49,22 49,19 49,16 49,13 43 49,10 49,07 49,04 49,01 48,98 48,95 48,92 48,89 48,86 48,83 44 48,80 48,77 48,74 48,71 48,68 48,65 48,62 48,59 48,56 48,53 45 48,50 48,47 48,44 48,41 48,38 48,35 48,32 48,29 48,26 48,23 46 48,20 48,17 48,14 48,11 48,08 48,05 48,02 47,99 47,96 47,93 47 47,90 47,87 47,84 47,81 47,78 47,75 47.72 47,69 47,66 47,63 48 47,60 47,57 57,54 47,51 47,48 47,45 47,42 47,39 47,36 47,33 49 47,30 47,27 47,24 47,21 47,18 47,15 47,12 47,09 47,06 47,03 50 47,00 46,97 46,94 46,91 46,88 46,85 46,82 46,79 46,76 46,73

35

Tab. 8 Hodnotenie vodovodného potrubia z hľadiska hydrostatického tlaku v potrubí Hydrostatický tlak

v potrubí (m. vod. stĺpca)

Klasifikácia

Body

do 30 m Veľmi dobra 1

30 - 40m Dobra 2

40 – 50 m Priemerná 3

50 – 60 m Kritická 4

nad 60 m Veľmi kritická 5

Veľkým rizikom z hľadiska kolísania tlaku vo výtlačných radoch sú ale razy (nestacionárne

prúdenia) v sieti. Ak nie je urobený výpočet siete proti razom odporúča sa, aby všetky úseky

kde sú predpoklady vzniku rázov (výtlaky bez protirázovej ochrany) sa klasifikovali ako

veľmi kritické z hľadiska strát vody. Hodnotenie rizikov úniku vody z hľadiska kolísania HST

je uvedené v tab. č. 9.

.

Tab. 9 Hodnotenie vodovodného potrubia z hľadiska kolísania hydrostatického a hydrodynamického tlaku

Kolísanie HST a HDT m. vod. stĺpca

Klasifikácia Body

do 50 m veľmi dobré 1

4 – 10 m dobré 2

10 – 15 m priemerne 3

15 – 20 m kritické 4

nad 20 m veľmi kritické 5

Managementy riadenia tlaku ak chcú znižovať straty vody bez väčších finančných nákladov

budú musieť postupné preberať uvedenú metodiku znižovania strát a hľadať ďalšie

nenáročné spôsoby určovania strát a únikov vody v sieti a hlavne ich odstraňovania. Ďalšie

príklady pomeru tlaku ku frekvencií únikov ja na obr. č. 12.

36

Obr. 12 Priemerný tlak na sieti vo vzťahu k frekvencii únikov (porúch) na veľkom

systéme vo Walese

1. Priemerný tlak (m) 2. Frekvencia únikov na 1000 km za rok

8. Dopady poklesu a stúpnutia pretlaku vo vodovodnom systéme

Pokles alebo stúpnutie pretlaku vo vodovodných systémoch je pomerne často sa

opakujúci jav na systémoch gravitačných aj výtlačných. Oba prípady zmien tlaku môžu mať

negatívny vplyv ku vzťahu k zákazníkovi alebo na výrobné procesy. Nízky pretlak vody

spôsobuje nedodanie zmluvne uzavretého množstva vody, (nízky tlak - menšie prietoky),

resp. vyradenie z prevádzky spotrebiče, ako sú: práčka, umývačka riadu, bojlery na teplú

vodu u vlastníkov nehnuteľnosti, resp. zastavenie výrobných procesov v prevádzkach, ktoré

vyžadujú určitý pretlak vody k výrobným procesom. Nízke tlakové pomery môžu spôsobiť na

vyšších podložiach nedostatok vody. Tieto sa dajú dlhodobejšie riešiť zosilovacími stanicami,

ktoré zabezpečia vodu aj pre vyššie podložia. Obdobným spôsobom sa dá riešiť voda

a zvyšovanie pretlaku pre výrobné procesy. Vysoké tlaky spôsobené najčastejšie rázmi,

naopak môžu spôsobiť škodu na horeuvedených výrobných zariadeniach a spotrebičoch,

v prípade, ak nie sú na takúto situáciu prispôsobené (inštalované regulátory tlaku a pod.).

37

Tlakové pomery na vodovodnej sieti má sledovať management tlaku, ktorý si

vybuduje systém sledovania na vytvorených samostatných okrskoch distribučného systému.

Tato najlepšie posúdi možné alternatívy vzniky min. a max. pretlakov, ako aj s tým

spôsobené straty vody. Systém sa má zaznamenávať, vyhodnocovať a na základe získaných

údajov robiť príslušné opatrenia na reguláciu pretlaku na vodovodnej sieti. Ďalšie príklady

charakterizujúce νp pretlak na frekvenciu porúch sú uvedené na obr. 13 a 14.

Inde

x ún

ikov

„IL

I“

Priemerný nočný tlak zóny (m)

Obr. 13 Typický zónový pretlak vody k indexu ILI

38

Poče

t por

úch

na 1

000

m z

a ro

k

Priemerný nočný tlak vody v zóne

Obr. 14 Vzťah medzi priemerným nočným tlakom (pretlakom) v zóne (ANZP) a frekvenciou porúch z údajov UK spoločností

Rýchlosť presakovania v distribučných systémoch je funkciou tlaku vytvoreného čerpadlami

(tlakový systém) alebo gravitačným spádom. Existuje tu vzťah medzi prietokovou rýchlosťou

priesakov a tlakom, ktorý bol dokázaný laboratórnymi testmi a skúškami v podzemných

systémoch. Praskliny v potrubiach sú tiež funkciou tlaku. Tento vzťah a jeho kvantifikácia nie

je ešte pochopená v takom rozsahu ako vzťah medzi tlakom a prietokovou rýchlosťou.

Napriek tomu je zrejmé, že výskyt prasklín súvisí so zmenami tlaku.

Riadenie tlakov je jedným zo základných prvkov dobre organizovanej stratégie pre riadenie

priesakov. Malo by byť súčasťou stratégie, lebo má vplyv na ďalšie prvky systému.

• ak sa zníži tlak, znížia sa aj priesaky; preto je potrebné ovplyvniť úroveň detekovania

zdrojov priesakov

• prietoková rýchlosť vo všetkých priesakových cestách (praskliny, trhliny) sa zníži ako

je uvedené v grafe č. 10

• pri zavádzaní riadenia tlakov by sa mali prehodnotiť údaje pre výpočet cieľov

a ekonomických úrovní súvisiacich s priesakmi

• zníženie tlaku môže sťažiť hľadanie priesakov, lebo nie sú tak hlučné, alebo

nepresakujú na povrch

39

• zníženie tlaku môže znížiť niektoré druhy spotreby vody; pri každej spotrebe zo

zariadení priamo napojených na potrubie s daným tlakom bude znížená prietoková

rýchlosť pri zníženom tlaku

Dobre navrhnuté a udržiavané riadenie tlakov ponúka viacero výhod v porovnaní len s málo

nevýhodami. Prínosy riadenia tlaku sú zhrnuté nižšie.

Zníženie výskytu prasklín

Údaje z jednej vodárenskej spoločnosti vo Veľkej Británii (obr. č. 14) znázorňujú zníženie

výskytu prasklín pred a po zavedení riadenia tlakov. Súbor dát je obmedzený rozsahom, ale

naznačuje, že jednotkové zníženie tlaku zníži výskyt prasklín 3 až 4-krát, napríklad zníženie

tlaku z 80 m na 40 m (zníženie 2:1) zníži výskyt prasklín zo sedem na100 zariadení za rok na

jednu na 100 zariadení. Samozrejme tu existuje mnoho iných faktorov, ktoré ovplyvňujú

výskyt prasklín v potrubí. Preto je zložité získať kvalitné údaje na dokázanie vzťahu medzi

týmito položkami. Výskyt prasklín je pravdepodobnejší na väčších územiach, napr. v

zásobovacej zóne, ale v tejto mierke je ťažšie urobiť výraznejšie zmeny v tlaku.

Zabezpečenie plynulejšej dodávky pre odberateľov

Bez riadenia tlakov bude tlak u odberateľov funkciou tlaku vody v miestach, kde vstupuje do

distribučného systému, menšieho ako strata tlaku v podzemnej sieti potrubí. Dobre

organizované režimy riadenia tlakov v potrubí umožnia lepšie pochopenie faktorov

ovplyvňujúcich tlak u odberateľov a umožnia systémom udržiavať tlak bez obmedzenia.

Zvýšená schopnosť protipožiarnej ochrany

Podobne ako v predošlom, chýbajúce riadenie tlakov môže vyústiť do nedostatočných zásob

vody pre požiarne hydranty. Veľa vodárenských spoločností sa vyhýba riadeniu tlakov,

pretože sa obávajú, že to zníži dostupnosť vody na protipožiarnu ochranu, čo potom vyúsťuje

do sporov s hasičskými zbormi. S modernou technológiou a metódami je možné znižovať

tlak a pritom zabezpečiť adekvátne zásoby vody pre protipožiarnu ochranu.

Ochrana dlhej životnosti zariadení

Denné zmeny tlaku sú záťažou pre potrubné siete. Môžu sa poškodiť spoje, armatúry

a vytvoriť trhliny na niektorých typoch potrubia. Poškodenie môže vzniknúť v dôsledku

únavy materiálu počas dlhého obdobia prevádzky. Čím sú väčšie a častejšie zmeny tlaku, tým

40

väčšia šanca, že dôjde k poškodeniu potrubia. Riadenie tlakov by mohlo vyriešiť problém so

zmenami tlaku, čím by sa predĺžila životnosť zariadení.

9. Záver Záverom treba konštatovať, že problematika znižovania strát vody a s tým spojený

problém pretlaku a jeho vplyv na prevádzku a straty vody v sieti sú z uvedeného zrejmé.

Tento proces, ale nie je celkom vyjasnený a zaslúžil by si, k vôli zníženiu strát a šetreniu

finančných prostriedkov, byť predmetom neustáleho sledovania a bádania i overovania

priamo v prevádzkových podmienkach. Záverom ešte určité zhrnutie riešených problémov. Bolo by vhodné uvažovať pre vidiecke prostredie nenavrhnúť distribučný systém aj na

požiarne účely. V týchto podmienkach sú vhodné aj iné spôsoby zabezpečovania požiarnej

vody než cez distribučnú sieť dopravujúcu pitnú vodu.

Literatúra:

• Gas Waser: Bereistellung von löschwasser durch diuew wasserversorgung –

stunternehmen W 77 märz 2000

• Trow. S., Farlay. M: Deverloping a strategy for leakage management. In Water

Distribution system, Water sience and Technology; Water Supply. Vol. 4, No 2

2004. pp. 149-168

• Šenkapaulova. L.: Strategické hodnocení úrovně strát vody u vodárenských

subjektů, Dizertační práce Stavební fakulta VÚT Brno 07.2005-12-05

• STN 75 5401:1989, Navrhovanie vodovodných potrubí

• Zákona č. 272/2001 Z.z. o regulácií v sieťových odvetviach

• Zákona č. 276/2001 z.z. o regulácií v sieťových odvetviach, ako i v znení

neskorších predpisov a doplnení niektorých zákonov

• Zákon č. 230/2005 Z.z. o verejných vodovodoch a verejných kanalizáciách

• Zákon NR SR č. 442/2002 Z.z. o verejných vodovodoch a verejných

komunikáciách

• STN EN 805 (75 5403):2001. Vodárenstvo. Požiadavky na systémy a súčasti

vodovodov mimo budov

• STN 921 04 00:2005, Požiarna bezpečnosť stavieb. Zásobovanie vodou na hasenie

požiarov

• Ryša.L.: Straty vody vo vodovodných systémoch a spôsoby ich znižovania,

Doktorandská dizertačná práca, stu, Stavebná fakulta, Bratislava 2002

41

• Kriš.J. a kol.: Vodárenstvo I. (Zásobovanie vodou) Vysokoškolská učebnica, ES

STU Bratislava 2006 (v tlači)

• Gullick.R; Lechevalier.M; Case.J; Wood.D; Funk.J; Friedman.M; application of

pressune monitoring modelling to detect and minimase low pressure event in

distribution system. JWS: Reasearch and Technology – AQUA, IWA Publisting

2005 pp. 65 – 81.

• Water Voice; Best Practice Register; Water and sewerage Com panies in England

and Wales; August 2005 – Domestic and Busines Customer Shin. E, Park H, Park

C, Hyun I.:

• A Case stady of leajage management in the city of busan Korea

• Conference proceedings, Leakage in Jakarta, Indonesia Conference Proceeding

Leakage 2005, Halifax Canada, seprember 2005. pp. 253-261

• Twort,A.; Ratmajaka,D; Brant,M; Water supply. Sth Edition IWA publishing.

Arnold London, 2000 s. 676

• Martoň, J., Čermák, O.: Vodárenstvo. ES SVŠT (STU), Bratislava 1991

V Bratislave 08.12.2005 Prof. Ing. Jozef Kriš, PhD.