VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STAVEBNÍ FACULTY OF CIVIL ENGINEERING ÚSTAV VODNÍHO HOSPODÁŘSTVÍ OBCÍ INSTITUTE OF MUNICIPAL WATER MANAGEMENT VLIV TLAKOVÝCH POMĚRŮ VE VODOVODNÍ SÍTI NA SPOTŘEBU VODY IMPACT OF PRESSURE CONDITION ON WATER CONSUMPTION IN WATER DISTRIBUTION NETWORK DIPLOMOVÁ PRÁCE DIPLOMA THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR doc. Ing. LADISLAV TUHOVČÁK, CSc. BRNO 2019

2 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ Studijní program Typ studijního programu Studijní obor Pracoviště N3607 Stavební inženýrství Navazující magisterský studijní program s prezenční formou studia 3607T027 Vodní hospodářství a vodní stavby Ústav vodního hospodářství obcí ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE Student Název Vedoucí práce doc. Ing. Ladislav Tuhovčák, CSc. Datum zadání Datum odevzdání V Brně dne doc. Ing. Ladislav Tuhovčák, CSc. Vedoucí ústavu prof. Ing. Miroslav Bajer, CSc. Děkan Fakulty stavební VUT

3 PODKLADY A LITERATURA [1] SUCHÁČEK, T.; TUHOVČÁK, L., HYDRAULICKÉ OKRAJOVÉ PODMÍNKY PRO OPTIMALIZACI TLAKOVÝCH POMĚRŮ VE VODÁRENSKÝCH SÍTÍCH, příspěvek na konferenci JUNIORSTAV 2017, ISBN , Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Brno, 2017 [2] SUCHÁČEK, T.; TUHOVČÁK, L., Evaluation of water loss and the effectiviness of their reduction economic loss level, článek v Water loss detectives, ISSN , Detectivii Apei Pierdute & Water Loss Detectives, Rumunsko, 2017 [3] FAVAD N1. Water leakage and pressure management [online]. [cit ]. Dostupné z: [4] SCHWALLER, J. a J. E. VAN ZYL. Modeling the Pressure-Leakage Response of Water Distribution Systems Based on Individual Leak Behavior. J. Hydraulic Enginnering. American Society of Civil Engineers, DOI: /(ASCE)HY ISSN [5] AWWA (2015). Water audits and loss control programs. 4th ed. Denver, American Water Works Association ZÁSADY PRO VYPRACOVÁNÍ Předmětem diplomové práce je ověření vlivu tlakových poměrů ve vodovodní síti na spotřebu vody a úniky vody z armatur. Ověření bude probíhat v laboratorních podmínkách tlakového okruhu v laboratoři ÚVHO a pro konkrétní objekt vybraného odběratele na vodovodní síti města Brna. Ověření bude zaměřeno na změny hydrodynamického tlaku s využitím tlakového redukčního ventilu a "chytrých vodoměrů" pro online měření spotřeby a úniků na jednotlivých výtokových armaturách (v laboratoři) nebo na stanovených částech vybraného objektu odběratele. STRUKTURA DIPLOMOVÉ PRÁCE VŠKP vypracujte a rozčleňte podle dále uvedené struktury: 1. Textová část VŠKP zpracovaná podle Směrnice rektora "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací" a Směrnice děkana "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací na FAST VUT" (povinná součást VŠKP). 2. Přílohy textové části VŠKP zpracované podle Směrnice rektora "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací" a Směrnice děkana "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací na FAST VUT" (nepovinná součást VŠKP v případě, že přílohy nejsou součástí textové části VŠKP, ale textovou část doplňují). doc. Ing. Ladislav Tuhovčák, CSc. Vedoucí diplomové práce

4 ABSTRAKT se zabývá vlivem tlakových poměrů ve vodovodní síti na spotřebu pitné vody. V úvodní části je popsáno, jak tlaky ovlivňují spotřebu vody, také je představeno šest studií z různých států provedených na reálných sítích. Dále se práce věnuje ostatním faktorům ovlivňujícím spotřebu vody a rozdělení koncové spotřeby vody v domácnosti. Praktická část práce se zabývá laboratorním měřením vlivu změny tlaku na testované výpustné armatury pro tekoucí i kapající vodu. Výsledky jsou vyjádřeny také v ročních nákladech a je představen způsob, jak lze vliv změny tlaku kvantifikovat, pokud známe průměrnou denní spotřebu a její rozdělení. KLÍČOVÁ SLOVA Tlaky, tlakové poměry, spotřeba vody, vodovodní sít, zásobování vodou. ABSTRACT The diploma thesis deals with effect of pressure conditions in the water supply network on consumption of drinking water. The introductory part describes how pressures affect water consumption and six studies from different countries carried out on real network are presented. Further, the work is devoted to other factors influencing water consumption and distribution of domestic water consumption. The practical part deals with the laboratory measurement of the influence of pressure change on tested discharge fittings for flowing and dripping water. The results are also expressed in annual costs and a method is presented how the effect of pressure change can be quantified if we know the average daily consumption and its distribution. KEYWORDS Pressure, pressure condition, water consumption, water distribution network, water supply.

5 BIBLIOGRAFICKÁ CITACE. Brno, s.. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí. Vedoucí práce doc. Ing. Ladislav Tuhovčák, CSc.

6 PROHLÁŠENÍ O SHODĚ LISTINNÉ A ELEKTRONICKÉ FORMY ZÁVĚREČNÉ PRÁCE Prohlašuji, že elektronická forma odevzdané diplomové práce s názvem Vliv tlakových poměrů ve vodovodní síti na spotřebu vody je shodná s odevzdanou listinnou formou. V Brně dne autor práce PROHLÁŠENÍ O PŮVODNOSTI ZÁVĚREČNÉ PRÁCE Prohlašuji, že jsem diplomovou práci s názvem Vliv tlakových poměrů ve vodovodní síti na spotřebu vody zpracoval(a) samostatně a že jsem uvedl(a) všechny použité informační zdroje. V Brně dne autor práce

7 PODĚKOVÁNÍ Rád bych poděkoval panu doc. Ing. Ladislavu Tuhovčákovi, CSc. za cenné rady, věcné připomínky, odborné vedení a vstřícnost při konzultacích u vypracovávání této bakalářské práce. Velké díky patří panu Ing. Tomáši Sucháčkovi za úpravu měřícího okruhu v laboratoři pro potřeby této práce.

8 OBSAH 1 ÚVOD VLIV TLAKOVÝCH POMĚRŮ NA SPOTŘEBU VODY Legislativní požadavky na tlakové poměry Výtok otvorem Vzorce popisující vztah tlaků a spotřeby FAVAD N Variace rovnice úniků Aplikace na reálných sítích Brno, Česká republika Irvine Ranch, Kalifornie, USA Gipuzkoa, Španělsko Valencia, Španělsko Gauteng, Jihoafrická republika City of Tshwane, Jihoafrická republika Změny tlaku na vodovodní síti během dne Hydraulické modely FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ SPOTŘEBU VODY Charakteristika lokality Teplota, počasí, roční období Dny, svátky Cena vody Politika, legislativa Tendence, společenské normy Charakteristika nemovitosti a jejího vybavení Typ zástavby, velikost pozemku, stáří nemovitosti Technologické vybavení Spořící koncová zařízení Charakteristika uživatelů Počet obyvatel v domácnosti Věk Bohatství ROZDĚLENÍ SPOTŘEBY VODY Srovnání různých průzkumů koncové spotřeby O vybraných zařízeních a aplikacích Dřez Splachování toalety Mytí rukou Sprchování

9 5 LABORATORNÍ MĚŘENÍ SPOTŘEBY VODY V ZÁVISLOTI NA TLAKU Popis okruhu Vybavení měřícího okruhu Popis měření Záznam měření Testované výtokové armatury Kohoutová baterie Páková směšovací baterie Dřezová stojánková baterie Nástěnná umyvadlová baterie na studenou vodu Stojánková umyvadlová baterie na studenou vodu Zahradní kulový kohout Sprcha obyčejná Sprcha spořící (masážní) VYHODNOCENÍ MĚŘENÍ Mytí rukou armatury otevřené naplno Mytí rukou armatury otevřené částečně Sprchování Vliv změny tlaku na spotřebu vody Teoretický vliv poklesu tlaku Skutečný vliv poklesu tlaku ZÁVĚR Fyzikální aspekt Technický aspekt Uživatelský aspekt POUŽITÁ LITERATURA SEZNAM TABULEK SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ SUMMARY

10 1 ÚVOD Voda je látka, kterou člověk ke svému životu nezbytně potřebuje. V moderní společnosti je pitná voda přiváděna do domácností vodovodní sítí. Touto sítí se rozumí potrubní tlakové vedení, které musí splňovat množství parametrů k zajištění své bezproblémové funkce. Jedním z těchto parametrů jsou tlakové poměry. Tlaky ve vodovodní síti definují funkčnost celého systému, a aby doprava vody byla prováděna spolehlivě a efektivně, musí se pohybovat v určitých mezích. Velmi nízké tlaky vedou k částečné či úplné nefunkčnosti systému, vodovod není schopen dodávat vodu některým nebo všem uživatelům. Nízké tlaky znamenají malé rychlosti proudění, což způsobuje malý průtok a nízké unášecí rychlosti mající za následek zákal, tvorbu inkrustací, zhoršování kvality vody a možnost kontaminace. Příliš vysoké tlaky jsou také nežádoucí. Vyšší tlaky zvětšují energetickou náročnost, zvyšují opotřebovávání systému, navyšují množství poruch, zvětšují množství úniků vody. Nadto zapříčiňují i zvětšení spotřeby vody. Při posuzování tlakových poměrů bývají úniky vody primárním zájmem všech provozovatelů vodovodů, vliv na spotřebu bývá spíše podružnou záležitostí. Jakožto čistá ekonomická ztráta jsou úniky vody veskrze negativní věcí. U spotřeby vody, která je vodou fakturovanou, tj. zaplacenou, to není tak jednoznačné. Pokud bychom chtěli být cyničtí, lze říci, že snižování spotřeby vody u odběratelů skrze tlakovou redukci je pro provozovatele nevýhodné, protože vede k jeho nižším ziskům. Pokud však při redukci tlaků dojde ke snížení úniků, které v ušetřených nákladech překonají pokles spotřeby, jedná se o logické ekonomické rozhodnutí. Ekonomická stránka věci však ustupuje do pozadí, pokud se nějaká oblast potýká s nedostatkem vody. V České republice situace není natolik kritická, avšak některé jiné státy trpí extrémním nedostatkem vody. V takovém případě je šetření vodou existenčně důležité a stává se středobodem zájmu. Tato diplomová práce si klade za cíl přiblížit problematiku spotřeby vody. Hlavním tématem bude vliv tlakových poměrů, práce se však nezabývá výlučně jím zmíněny budou i ostatní vlivy na spotřebu vody. Spotřeba vody je totiž ovlivněna mnoha faktory, z nichž některé nelze od sebe oddělit. 10

11 2 VLIV TLAKOVÝCH POMĚRŮ NA SPOTŘEBU VODY Tlak je jednou z nejdůležitějších veličin ovlivňujících chování systému zásobování vodou, samozřejmě za předpokladu, že je systém schopen plnit svou funkci. Nízký tlak by vedl k malým rychlostem proudění, což je nežádoucí kvůli inkrustacím, malé unášecí síle, dlouhému zdržení vody (hygienické zabezpečení a teplota vody) a možnosti kontaminace z okolního prostředí (obzvláště v případech náhlé změny proudění, které může vyvolat i negativní tlaky v potrubí). Nízký tlak obvykle vyvolá stížnosti uživatelů. Příliš vysoký tlak zase zvedá ztráty vody, zvyšuje opotřebovávání systému a navyšuje množství poruch [1]. Nelze opominout, že menší tlaky také znamenají menší energetickou náročnost systému, což se pozitivně projeví na čerpání a úpravě vody, nakládání s odpadními vodami a asociací s redukcí emisí [2]. Ztráty vody, tj. úniky vody, jsou tlakovými poměry ovlivněny značně a bývají primárním cílem tlakové optimalizace. Vincente provedl analýzu studií tlakové optimalizace úniky vody byly hlavním cílem 56 studií a jediným cílem ve 46 % z nich [3]. Nicméně ztráty vody nespadají do kategorie spotřeby vody, a proto o nich v této práci nebude pojednáváno. Vodovody bývají složité větvené a/nebo okruhové sítě, prakticky kopírující terén. Právě morfologie terénu a typ zástavby mají na tlakové poměry významný vliv, protože z jedné sítě mohou být zásobovány domy v údolí i na kopci, domy jednopodlažní i vícepodlažní. V každém místě sítě je tedy jiný tlak. Obecně ovšem platí, že se musí všude pohybovat v hodnotách určených legislativou. Proto bývají vodovody často rozděleny do více okrsků či tlakových pásem. Tlak má tedy významný vliv na vodovodní síť. Ovlivňuje také spotřebu vody. V následujících podkapitolách bude proto vztah mezi tlakem a spotřebou vody rozebrán více do hloubky. 2.1 LEGISLATIVNÍ POŽADAVKY NA TLAKOVÉ POMĚRY Tlaky ve vodovodní síti v České republice mohou nabývat hodnot 0,15 MPa až 0,7 MPa. Avšak krajní hodnoty platí jen za specifických podmínek (viz dále) či v odůvodněných situacích. Proto bývá obvykle udáván interval 0,25 MPa 0,60 MPa. Za optimální hodnotu se považuje tlak 0,35 MPa. Spotřeba vody je ovlivněna tlakovými poměry. Tlakové poměry jsou dány v České republice následujícími legislativními dokumenty: Zákon č.274/2001 Sb. o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu a o změně některých zákonů (zákon o vodovodech a kanalizacích) [4], Vyhláška č.428/2001 Sb. Ministerstva zemědělství, kterou se provádí zákon č.274/2001 o vodovodech a kanalizacích [5], ČSN EN 805 Vodárenství požadavky na vnější sítě a jejich součásti [6], ČSN Navrhování vodovodního potrubí [7], ČSN Požární bezpečnost staveb Zásobování požární vodou [8], ČSN Výpočty vnitřních vodovodů [9]. 11

12 Z těchto dokumentů vyplývá následující [10]: 1) Minimální hydrodynamický přetlak v místě přípojky je 0,15 MPa, při zástavbě nad dvě nadzemní podlaží nejméně 0,25 MPa. 2) Maximální hydrostatický přetlak v nejnižších místech vodovodní sítě je 0,6 MPa, výjimečně 0,7 MPa. 3) Minimální hydrostatický přetlak na hydrantu pro odběr požární vody je 0,20 MPa. 4) Minimální hydrodynamický přetlak na hydrantu pro odběr požární vody je 0,05 MPa. 5) Minimální hydrodynamický přetlak na výtokové armatuře je 0,05 MPa u sprchy a baterie, 0,12 MPa u tlakového splachovače. 2.2 VÝTOK OTVOREM Nejzákladnějším hydraulickým příkladem popisujícím vliv hydrostatického tlaku na proudění vody je výtok otvorem. Obrázek 2.1: Výtok otvorem, převzato [72] Rychlostí výtoku kapaliny z nádoby malým otvorem se zabýval Torricelli. Při řešení tohoto problému vycházel z Bernoulliho rovnice. Následující vzorec pro výtok otvorem vychází z Torricelliho rychlostního vzorce a je dále zjednodušen dalšími předpoklady: jsou zanedbány přítoková rychlost i ztráty na výtoku a brán stejný tlak působící na hladinu i za otvorem [11]. Q = μ. S. 2. g. h, (3.1) kde Q průtok [m 3 /s], μ součinitel výtoku [-], S plocha otvoru [m 2 ], g gravitační zrychlení [m/s 2 ], h výška hladiny nad otvorem [m]. Pro výpočet hodnot v následující tabulce byly použity tyto hodnoty: μ = 0,24; S = 0,0001 m 2 ; g = 9,81 m.s -2 ; h dle tabulky. 12

13 Průtok Q [l/s] Tabulka 2.1: K výtoku otvorem h [m] Q [l/s] 0,00 0,24 0,34 0,41 0,48 0,53 0,58 0,63 0,67 0,71 0,75 0,79 0,82 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Výtok otvorem Výška h [m] Obrázek 2.2: Graf výtoku otvorem, dle tabulky 2.1 Tento příklad ale nelze aplikovat na vodovodní síť, nebere v potaz ztráty při proudění potrubím a složité uspořádání sítě, kde jsou tlaky ovlivněny prouděním. Pokud do předchozího příkladu přidáme ztráty, zjistíme, že průtok neroste do nekonečna, ale v určitém okamžiku dosáhne nějaké hodnoty, nad kterou se již nezvětšuje. Tento jev je způsoben rychlostí růstu ztrát, které narůstají s druhou mocninou rychlosti, zatímco průtok s rychlostí rostou lineárně. Pokud se v systému zvýší tlak (tj. tlaková výška), rychlosti narůstají, ale současně narůstají i ztráty, a to dokud se rychlost neustálí na určité hodnotě, kdy je nárůst rychlosti vyrovnán ztrátami. 2.3 VZORCE POPISUJÍCÍ VZTAH TLAKŮ A SPOTŘEBY Skutečné chování vodovodní sítě je samozřejmě poněkud komplikovanější než při teoretické úloze výtoku otvorem, je nutné vzít v potaz další parametry a neznámé. Množství autorů zkoumalo vliv tlaku na vodovodní síť. V drtivé většině případů byly centrem jejich zájmu úniky vody, ale často je nemožné od sebe odlišit úniky a spotřebu vody, proto je důležité porozumět vztahu mezi spotřebou a tlakem [12]. Budou představeny dvě rovnice: FAVAD a variace rovnice úniků FAVAD N3 FAVAD (Fixed and Variable Area Discharges) [13] rovnice se obvykle vyskytuje v souvislosti s úniky vody. Ale existuje také aplikace na spotřebu vody, jejíž rovnice je: C 1 C 0 = ( P 1 P 0 ) N 3, (2.2) 13

14 C 1 /C 0 [-] kde C1 nová spotřeba [m 3 /s], C0 původní spotřeba [m 3 /s], P1 nový tlak [Pa], P0 původní tlak [Pa], N3 koeficient spotřeby [-]. Koeficient N3 bývá uváděn v rozmezí mezi 0 až 1,5 (0 u objemových aplikací). Při bližším zkoumání byly zjištěny velké rozdíly tohoto koeficientu mezi venkovní a vnitřní spotřebou vody. Při venkovním použití byla hodnota koeficientu 0,5 pro hadice a postřikovače, 0,75 pro hadice kapénkové závlahy a 0 pro bazény. Australská studie stanovuje hodnotu N3o na 0,45. V interiéru dosahuje koeficient N3i zpravidla hodnot 0 až 0,5 (0 pokud má objekt přerušovací nádrž), obvykle však bývá uváděn v rozmezí 0,04 až 0,25, při použití FAVAD se pak nejčastěji udává v rozmezí 0 až 0,2 s průměrnou hodnotou 0,1. Australská studie stanovuje hodnotu N3i na 0,04 [13]. V České republice různé vlivy na spotřebu vody v kancelářské budově zkoumali Tuhovčák [14] a Sucháček [15]. Jedním ze zkoumaných parametrů byly tlaky. Výsledkem byl pozorovaný vliv změny tlaků na spotřebu vody, výsledný koeficient N3 zkoumané kancelářské budovy byl určen jako 0,150 v případě monitoringu počtu pracovníků a 0,071 v případě neuvažování počtu pracovníků. Cullen [73] se zabýval vztahem mezi tlakem a průtokem u šesti typů zavlažovacích zařízení. Zjistil, že s poklesem tlaku klesá průtok a že pružná zařízení jsou více citlivá na změny tlaku než nepružná zařízení. Koeficient N3 se pohyboval okolo 0,5 pro nepružná zařízení a okolo 0,75 pro pružná zařízení. Na následujícím obrázku je graf zobrazující křivky vybraných koeficientů N3, níže pak graf N3 dle venkovní spotřeby. Za ním následuje tabulka, která metodou FAVAD určuje pokles spotřeby vody dle poměrů tlaků, koeficienty dle Australské studie [13]. 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Vztahy mezi poměry tlaků a spotřeby pro různá N 3 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 P 1 /P 0 [-] Obrázek 2.3: Graf tlaků a spotřeby pro různá N3, vytvořeno dle rovnice

15 Vážený N 3 [-] Koeficient N 3 dle množství venkovní spotřeby 0,50 0,45 0,45 0,41 0,40 0,37 0,35 0,33 0,29 0,30 0,25 0,25 0,20 0,20 0,16 0,15 0,12 0,08 0,10 0,05 0,04 0,00 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Část venkovní spotřeby [%] Obrázek 2.4: Graf koeficientu N3 dle venkovní spotřeby, převzato [13] Tabulka 2.2: Predikce procentuální redukce ve spotřebě, převzato [13] % redukce spotřeby = 1 OC% ( P N 3o 1 ) (1 OC%) ( P 1 ) P 0 P 0 Koeficient vnitřní spotřeby N 3i = 0.04 Predikce procentuální redukce ve spotřebě Koeficient venkovní spotřeby N 3o = 0.45 Kolik procent z celkové spotřeby je venkovní spotřebou OC% P 1/P 0 0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % [-] Celková redukce spotřeby [%] N 3i 15

16 2.3.2 Variace rovnice úniků Rovnice vychází z rovnice úniků a v této formě ji představil Van Zyl [12]. Vztah popisuje závislost spotřeby na tlakové elastičnosti. V koeficientu elastičnosti jsou zahrnuty vlivy lidského chování (např. částečné otevírání baterií při vyšším tlaku za účelem získání stejného průtoku). Q dem = Ch β, (2.3) kde Qdem spotřeba [m 3 /s], C konstanta spotřeby [-], h tlaková výška [m], β koeficient elastičnosti spotřeby na tlaku [-]. Venkovní spotřeba je typicky tlakově závislá, proto exponent dosahuje vyšších hodnot. Typická elastičnost pro venkovní spotřebu je 0,5, ale hadice kapénkové závlahy měly hodnotu až 0,75 [12]. Bartlett určil koeficient β pro studentské koleje v Johanessburgu v Jihoafrické republice, hodnota byla přibližně 0,2 [12]. Parmar zkoumal vliv tlaku na zavlažovací systém s postřikovači. Zkoumané tlaky byly 0,50; 0,60; 0,65; 0,75; 0,90 a 0,92 kg/cm 2 (= 0,05 až 0,09 MPa). Jednalo se o dva okruhy 12 x 12 m se 4 postřikovači na každém. U prvního okruhu byl zjištěný koeficient elastičnosti spotřeby na tlaku (β) 1,071, u druhého okruhu 1,24 [16]. 2.4 APLIKACE NA REÁLNÝCH SÍTÍCH Zde jsou uvedeny studie změny tlaku na spotřebu vody provedené na reálných sítích Brno, Česká republika Brněnské vodárny a kanalizace, a.s. (BVK) provedly v roce 2017 přepásmování části sítě. Proběhlo zvýšení hydrostatického tlaku z 23 na 48 m v. sl. BVK poskytly anonymizovaná data [59], lze však použít pouze některá z poskytnutých dat. Důvodem nepoužitelnosti jsou například roční odečty, zahrnující období před změnou i po ní, nebo žádné údaje za rok Z poskytnutých dat 4 odběratelů je možné pouze u 2 pozorovat vliv změny tlaku. Je ale nutné poznamenat, že odběry výrazně fluktuovaly před přepásmováním i po něm, proto je třeba brát následující závěry s velkou rezervou a uvědomit si, že spotřebu mohlo ovlivnit velké množství dalších faktorů. Kvůli ochraně osobních údajů však autorovi této práce není o odběratelích vůbec nic známo. Z dat lze pouze zjistit, že jeden ze subjektů je menší odběratel, jehož průměrná denní spotřeba se v posledních 4 letech pohybovala mezi 1,362 až 1,909 m 3 /den, s frekvencí odečtu vodoměru 1krát za půl roku. Průměrná hodnota posledních 4 let byla 1,593 m 3 /den. Po zvýšení tlaků byla půlroční spotřeba 1,695 m 3 /den, což znamenalo 6,4% nárůst spotřeby při srovnání s průměrnou spotřebou posledních 4 let. Ale spotřebu mohly ovlivnit i další faktory. Druhý odběratel je velkoodběratel, z jehož údajů lze vyčíst jen to, že se jedná o podnik, který v období Vánoc omezuje svoji činnost. Ale frekvence odečtů je měsíční, proto je k dispozici 16

17 více dat. Při srovnání průměrných hodnot roku před a roku po přepásmování tak zjistíme, že spotřeba narostla o 0,55 %, což je velmi marginální vzhledem k tomu, že se spotřeba podniku pohybuje mezi 9,611 až 16,500 m 3 /den. Nabízejícím se vysvětlením by mohly být objemové odběry, ale z důvodu anonymity nelze tuto možnost ani potvrdit, ani vyvrátit Irvine Ranch, Kalifornie, USA Jeden ze zahraničních průzkumů vlivu změny tlaku na spotřebu vody provedla Kalifornská vodárenská společnost Irvine Ranch Water District (IRWD) ve Spojených státech Amerických v roce 2002 [58]. Měření probíhalo po dobu jednoho roku, primárním cílem bylo ověření Memoranda Kalifornské samosprávy ohledně šetření vodou, které doporučuje redukci tlaků k úspoře spotřeby vody. IRWD uvádí, že běžná praxe řídících pracovníků je ovlivněna obavami ohledně stížností zákazníků, proto bývají v systému větší tlaky, aby bylo stížnostem předcházeno. V důsledku toho se průzkum zabýval také stížnostmi uživatelů. Dalším důvodem k vyšším tlakům je maskování nedostatků systému, obzvláště v oblastech s relativně vyšší nadmořskou výškou. Průzkum se nijak nezabýval vlivem změny tlaku na ztráty vody. Měření probíhalo po dobu jednoho roku a výsledky byly porovnány se dvěma předcházejícími roky. Byly zkoumány dvě oblasti a tři sousední oblasti byly zvoleny jako kontrolní, v nichž neproběhla žádná změna. První oblast měla 167 odběratelů bez zahrady a 33 odběratelů se zahradou, druhá 304 odběratelů bez zahrady a 68 se zahradou. Jak autoři uvádí, základní zákony hydrauliky určují, že průtok kulatým potrubím je exponenciálně závislý na tlaku. Jinými slovy, ke zdvojnásobení průtoku je třeba tlak zečtyřnásobit. Například při snížení tlaku o 10 % je průtok zredukován o přibližně 5 % (1 (1 0,1)ˆ½ = 0,051). Ale neznamená to, že by spotřeba klesla o 5 %. Důvodem jsou objemové spotřebiče v domácnostech. Dle autorů má největší podíl na změně spotřeby zavlažování. Důvody uvádějí dva: odbočky potrubí do zahradních rozvodů bývají před tlakovým redukčním ventilem a uživatelé zavlažují příliš, proto nepozorují na zahradě žádnou změnu při změně tlaku. Originální tlaky se pohybovaly mezi psi (0,48 0,59 MPa) a byly sníženy na psi (0,41 0,45 MPa). IRWD uvažuje 60 psi jako minimální přijatelnou hodnotu. V množství stížností uživatelů nenastala prakticky žádná změna (3 stížnosti za rok při změně, 4 stížnosti za rok ve srovnávaných letech), což znamená, že se provozovatelé nemusí bránit tlakové optimalizaci z obavy ohledně přílivu stížností. Celková změna tlaku dosahovala 6,0 % u první oblasti, 17,6 % u druhé. V případě první byl vliv na změnu přibližně nulový, a to jak se zahradou, tak bez. U druhé oblasti dosáhl pokles spotřeby vody 1,9 % u nemovitostí bez zahrady a 4,1 % u nemovitostí se zahradou Gipuzkoa, Španělsko Garmendia [3] provedl své měření na okrsku s 61 nemovitostmi, z nichž 11 byly kancelářské budovy a 50 budovy rezidentní. Z těchto nemovitostí jich 35 mělo tlakové redukční ventily. Změny tlaku trvaly 2 až 3 měsíce. Napřed probíhalo kontrolní měření za původního tlaku 7,35 bar (0,735 MPa), pak následovalo snížení tlaku na hodnotu 4,70 bar (0,47 MPa), následně se tlak opět zvýšil na původní hodnotu a nakonec opět snížil na 4,70 bar. Důvodem pro opakování bylo určení sezónního vlivu. Pokles tlaku byl o 36 %. 17

18 Při prvním poklesu tlaku se spotřeba snížila o 7,8 % a při druhém o 9,3 %. Tyto hodnoty jsou upraveny o změny ve spotřebě na nemovitostech osazených redukčními ventily, které fungovaly jako ukazatele sezónnosti. Závěrem autora bylo určení koeficientu N3, který byl 0,22 a 0,26, zprůměrovaný 0, Valencia, Španělsko Conejos [17] zkoumal vliv změny tlaku na část vodovodní sítě ve Valencii s 1414 koncovými dálkovými vodoměry, takže bylo možné zjistit odběry každou hodinu. Na území se nacházelo 598 nemovitostí napájených přímo ze sítě a 650 nemovitostí napájených čerpadly (výškové budovy s automatickými tlakovými stanicemi). Na jediném vtoku do okrsku byla změněna tlaková výška z původních 32 m v. sl. až na 40 m v. sl. a později navrácena na původní hodnotu. Měření probíhalo po dobu 3 měsíců. Spotřeba uživatelů bez čerpadel byla ovlivněna, zatímco spotřeba uživatelů s čerpadly zůstala stejná. Spotřeba uživatelů bez čerpadel stoupla při změně tlakové výšky z 32 m na 38 m o 7 %, a když byla tlaková výška navýšena na 39 m, tak o 11 %. Obrázek 2.5: Vliv změny tlaku na spotřebitele, převzato [17] Obrázek 2.6: Nárůst spotřeby dle tlaku, převzato [17] 18

19 2.4.5 Gauteng, Jihoafrická republika Van Zyl [18] prováděl svůj výzkum v oblasti s více než 110 tisíci uživateli. Cílem bylo vytvořit pro vodárenskou společnost Rand Water model koncové spotřeby. Studie se zabývala vnitřní spotřebou, venkovní spotřebou i úniky. Zkoumané vlivy byly: příjmy domácností, cena vody, velikost pozemku a tlaky. Van Zyl předvedl, že tlak má malý, ale významný efekt na spotřebu vody. Studie říká, že tlak ovlivňuje převážně úniky vody ze systému, avšak dá se očekávat, že bude mít vliv i na odběry. Ztráty vody jsou provázány s tlakem v systému. Studie uvádí tlakovou elasticitu mezi hodnotami 0,15 až 0,25 pro domácí spotřebu bez uvažovaných ztrát vody. Bylo zjištěno, že 50% redukce v tlacích má za důsledek snížení spotřeby vody o % v předměstských oblastech a pokles o 7 13 % ve městech. Tyto hodnoty nezahrnují úniky City of Tshwane, Jihoafrická republika Meyer [2] provedl měření u tří okrsků napájených jedním přívodem, které byly vybrány dle příjmů domácností v nich: vyšší, střední, nízké. Zkoumané tlaky byly maximální, jaké byly schopny osazené tlakové redukční ventily vyvinout, a byly snižovány po kroku 10 m v. sl. až do nejmenšího dovoleného, který byl 10 m v. sl. (s minimální celkovou změnou nejméně o 30 m v. sl.). Celkově se jednalo o více než 6400 přípojek ve všech třech okrscích. Navíc bylo u 76 domácností instalováno měření průtoku, avšak tajně, aby nebylo ovlivněno chování spotřebitele. Měření probíhalo přibližně 2,5 až 4 měsíce, pro každý okrsek jinak (neprobíhalo tedy současně, a proto bylo ovlivněno ročním obdobím). Tlaky byly měněny jednou za 14 dní. Obrázek 2.7: Vliv změny tlaku na spotřebu vody, převzato [2] Výsledky se významně lišily pro jednotlivé okrsky. V prvním okrsku byl zjištěný koeficient relativně nízký (0,07). Jednalo se o nejmovitější čtvrť, takže očekávaný koeficient byl poněkud nižší, protože se v této oblasti nachází nejvíce zahrad a zavlažování je nejvíce závislé na tlaku. Vysvětlením může být vlastnictví studní a roční období, které nevyžadovalo zalévání. Dalším 19

20 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 23:59 P [m v. sl.] Q [l.s-1] důvodem bude vlastnictví tlakových redukčních ventilů, které jsou třeba pro funkčnost ohřevu vody. Druhý okrsek byl nejchudší, nejsou v něm téměř žádné zahrady, ale koeficient byl největší (0,22). Vysvětlením můžou být úniky vody (za vodoměrem) a absence vlastnictví ohřevu vody (a tedy tlakového redukčního ventilu). Třetí okrsek měl koeficient nejmenší (0,05); jedná se o střední příjmovou oblast, nějaké zahrady se zde vyskytují, ale v malé míře, nicméně nemovitosti mají ohřev vody, a tedy redukční ventily. U měřených nemovitostí byly zjištěny průměrné úniky 19 až 32 % z celkové spotřeby. Šlo o úniky za vodoměrem, proto nejsou do statistik zahrnovány jako ztráty, číselně se jednalo o 6 až 9 l/hod. Shrnutím výzkumu je vyjádření elastičnosti spotřeby vody na tlaku. Koeficient se rovná přibližně 0,15 až 0,30, pokud jsou zahrnuty úniky vody. Pokud úniky zahrnuty nejsou, tak je koeficient přibližně 0,05 až 0,25. Avšak podstatným faktorem je přítomnost tlakových redukčních ventilů. 2.5 ZMĚNY TLAKU NA VODOVODNÍ SÍTI BĚHEM DNE Tlak ve vodovodní síti je nestálý, v průběhu dne se mění. Jedním z důvodů, proč tomu tak je, jsou změny výšky hladiny ve vodojemu. Hladina ve vodojemu kolísá podle odběrů a plnění. Obzvláště tehdy, pokud je vodojem plněn pouze v noci z důvodu levnějšího proudu. Toto má za důsledek změny hydrostatického tlaku, mění se výška hladiny. Druhým důvodem jsou tlakové ztráty při proudění. Tlaková ztráta roste při zvětšování průtoku (rychlosti proudění). To zapříčiňuje změny v hydrodynamickém tlaku, mění se parametry proudění. Proto při maximálních odběrech ze sítě dosahuje tlak svého minima, a naopak při minimálních odběrech dosahuje tlak svého maxima. Programy pro modelování vodovodních sítí (např. EPANET 2) jsou schopny ve svých výstupech kolísání tlaku v závislosti na odběru vykreslit. Dalším důvodem poklesu tlaku jsou netěsnosti a poruchy na systému, které mohou vést až k nefunkčnosti (části) systému v případě velké poruchy. Následující graf vychází z dat vymodelovaných programem EPANET 2, ukazuje vliv odběrů vody na tlak v uzlu, oblast excesivního tlaku zobrazuje potenciál k redukci tlaků Graf odběru a tlaku v uzlu Oblast excesivního tlaku 0,2 0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 24 Tlak Minimální tlak Odběr 0 Čas [hod] Obrázek 2.8: Graf tlaku a odběru v uzlu, převzato [19] 20

21 2.6 HYDRAULICKÉ MODELY Vodovodní síť je tlakový potrubní systém, který lze matematicky modelovat. Na modelu lze simulovat chování systému za různých stavů. Matematickým modelováním vodovodních sítí se zabýval Sucháček [20] či Straňák [19], zde je zmíněno kvůli tomu, jaké přístupy se v něm vyskytují pro vysvětlení závislosti tlak-průtok. Metody hydraulického modelování se někdy dělí do dvou kategorií: řízené odběrem a řízené tlakem. Při metodě řízené odběrem se předpokládá, že požadovaný odběr je vždy dodán, bez ohledu na ostatní okolnosti v síti. Toto je kvůli předpokladu nezávislosti průtoků a tlaků. Metoda řízená odběrem je použitelná pouze za normálních okolností, protože při neočekávaných okolnostech (např. porušené potrubí či excesivní spotřeba) není schopná poskytnout realistické výsledky [21]. Metoda řízená tlakem je založena na předpokladu závislosti tlaku na výtoku, nabízí tedy realističtější výsledky za abnormálních okolností [21]. Vztahu mezi tlakem a výtokem se věnovalo množství autorů v teoretické rovině; různá grafická znázornění vztahů naleznete na obrázku 2.9. Jejich rovnice se snaží popsat vztah mezi tlakem a průtokem v jednom uzlu. Že se jedná o velmi teoretické vztahy by mělo být zřejmé z křivky z roku 1981, kterou navrhl Bhave. Jedná se o přístup [0, 1], kde je nulový odběr, pokud není splněn tlakový požadavek, a plný odběr, pokud je splněn tlakový požadavek. Je snad zřejmé, že tento přístup příliš nereflektuje realitu. Jiní autoři v průběhu let navrhli další teoretické rovnice popisující vztah tlaku a průtoku v uzlu. Obrázek 2.9: Vztahy průtoku a tlaku při modelování: (a) Bhave, 1981; (b) Germanopoulos, 1985; (c) Gupta a Bahve, 1996; (d) Wagner, 1988; (e) Fujiwara a Ganesharajah, 1993; převzato [21] Shirzad [21] se rozhodl ověřit tyto teoretické vztahy měřením jak laboratoři, tak v terénu. Použil různé typy vodovodních baterií a zkoumal výtok z nich za různých statických i dynamických tlaků v laboratoři i na třech místech v terénu. 21

22 Pozoroval, že průtok narůstá s tlakem až do tlakové výšky 80 m, kterou byl schopen vyvodit v laboratoři. I když se to zdá očekávané, tak všechny přechozí modely uvažovaly fixní průtok, pokud tlak byl vyšší než minimální požadovaná hodnota. Dalším závěrem bylo, že gradient (míra růstu) průtoku je vyšší při nízké absolutní hodnotě tlaku než při vyšším tlaku. I když různé baterie vykazovaly jiné číselné hodnoty, jejich Q-h křivky měly stejný tvar a téměř stejný empirický vztah. Obrázek 2.10: Srovnání naměřených a vypočtených hodnot při požadovaném tlaku P = 30 m. Naměřené hodnoty (modrá kolečka) a hodnoty spočítané dle různých autorů, převzato [21] Své výsledky srovnal se vztahy ostatních autorů a ukázalo se, že nejblíže jeho pozorování byly vztahy pro výtok otvorem a Wagnerova rovnice. Do navržené rovnice zavedl předpoklady (intervaly) pro potřeby vodárenství: požadovaná tlaková výška je 30 m a od 100 m tlakové výšky je gradient tak malý, že uvažuje zjednodušený předpoklad, že průtok je od této hodnoty konstantní. V rovnici se vyskytují dva parametry vyjadřující poměr objemového (a) a tlakovězávislého (b) výtoku z uzlu (a + b = 1). Vztah je platný pro většinu spotřeby, kromě úniků vody a nekontrolovaného výtoku otvorem (například zahradní postřikovač), a lze jej použít v modelování řízeném tlakem. 0 když P 0 Q avl 0,176(Q req P 0,51 ) když 0 < P 30 m = Q req (a + 0,176b P 0,51 ) když 30 < P 100 m { Q req (a + 1,848b) když P > 100 m (2.4) kde Q avl dostupný průtok na výtokové armatuře [m 3 /s], P tlaková výška [m], Q req požadovaný průtok na výtokové armatuře [m 3 /s], a podíl objemového průtoku (a + b = 1) [-], b podíl tlakově-závislého průtoku (a + b = 1) [-]. 22

23 Q avl /Q req [-] 2,00 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 Variace výpočtu pro různé poměry koeficientů a, b P [m] a=0,1; b=0,9 a=0,5; b=0,5 a=0,9; b=0,1 Obrázek 2.11: Graf srovnávající různé hodnoty koeficientů a, b, převzato [21] 23

24 3 FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ SPOTŘEBU VODY Hlavním zaměřením této práce je přiblížit závislost spotřeby vody na tlakových poměrech. Tomuto tématu byla věnována celá první kapitola. Ale spotřeba vody je komplexním problémem, jejž kromě tlaku ovlivňuje mnoho dalších faktorů, které nelze opomenout, protože mohou být provázány s tlakem a jejich vliv na spotřebu vody může být velmi podstatný. Primární vliv na míru spotřeby vody v jedné lokalitě má počet uživatelů. Na konkrétní množství vody, kterou každý uživatel denně spotřebuje, má ovšem dopad velké množství faktorů. Mnoho autorů se zabývalo různými aspekty, které mohou ovlivňovat spotřebu vody, a pozorovalo, jaké nastaly změny. Avšak některé aspekty od sebe nelze oddělit, protože jsou nerozlučně spjaty (např. letní teploty a prázdniny, teplota a sucho). Naopak některá pozorování nelze mezi sebou srovnávat (např. různé kultury, státy v jiných podnebních pásmech, nestejně vyspělé státy). Spotřeba vody je projevem lidského vědomého jednání. Lidé mají různou spotřebu vody, a i u jedné konkrétní osoby může být velmi proměnlivá. Tento problém je typicky řešen statistickými modely, kdy spotřeba vody nabývá tvaru klasického Gaussova rozdělení. Ale i toto rozdělení je možné pouze při zkoumání konkrétních uživatelů, což je náročný úkol, proto bývá základním ukazatelem průměrná hodnota spotřeby vody na obyvatele a den. V této kapitole bude uveden výčet faktorů, které mohou být vztaženy na problematiku v České republice. Existuje i přístup nazývaný management spotřeby, který se zabývá optimalizací spotřeby vody, ale používá i dosti drastická opatření (např. přerušovaná dodávka vody, hromadné odběrné místo, množstevní omezení aj.), která se dotýkají rozvojových zemí či zemí stižených extrémním nedostatkem vody [22]. Proto zde nebudou zmíněny. Konkrétní spotřeba vody v jednotlivých domácnostech se od sebe výrazně liší, ovlivňují ji socio-ekonomické faktory a charakteristika obydlí. Spotřeba vody na jednoho obyvatele se mění například s velikostí obydlí, typem nemovitosti, stářím zástavby, věkem rezidentů a ročním obdobím [22]. Obrázek 3.1: Faktory ovlivňující spotřebu vody, převzato [23] 24

25 3.1 CHARAKTERISTIKA LOKALITY Geografická lokalita je velmi podstatným faktorem ovlivňujícím spotřebu vody. Na Zemi panují různé klimatické, ekonomické a sociální podmínky, proto se spotřeba vody na různých místech může značně lišit. Nevýhodou je, že kvůli těmto aspektům je možnost srovnávání a aplikování závěrů studií mezi různými státy značně problematická. Proto budou dále rozebrány pouze faktory, které jsou vázány na konkrétní místo Teplota, počasí, roční období Viščor [24] pozoroval, že spotřeba vody není teplotou příliš ovlivněna, dokud průměrná denní teplota nedosáhne 15 C anebo maximální denní teplota nedosáhne 20 C. Pokud jsou však tyto hodnoty překročeny, tak dochází k nárůstu denní spotřeby vody, a to o 13 % při zvýšení průměrné denní teploty z 15 C na 25 C a o 15 % při zvýšení průměrné denní teploty z 25 C na 35 C. Viščor [25] také zkoumal vliv srážek na spotřebu vody v Brně. Byly zkoumány úhrny za předchozí 3 dny, 7 dnů, 14 dnů a 28 dnů. Pouze u 7denních úhrnů byl však patrný vliv na spotřebu vody, ovšem nijak významný. Vysokých hodnot spotřeby vody je dosahováno ve dnech, kdy v předchozích 7 dnech nebyl úhrn srážek větší než 20 mm. Obrázek 3.2: Graf teploty, srážek a spotřeby vody v Brně, převzato [25] V letních měsících může spotřeba vody narůstat o 30 až 40 %, a to z důvodu zavlažování a dalších venkovní použití (např. bazén) [26]. Na grafu je zobrazena spotřeba vody na zavlažování pro tři různé příjmové skupiny. Jedná se o data z Austrálie, proto je léto v neobvyklých měsících. 25

26 Obrázek 3.3: Spotřeba vody na zavlažování pro různé příjmové skupiny v Austrálii, převzato [27] Klimatické podmínky také ovlivňují koncovou spotřebu vody. Rathnayaka [28] pozoroval vliv teploty na některé zařizovací předměty sprchování a zavlažování. U jedné lokality (druhá lokalita takový rozdíl nevykazovala) u sprchování zjistil, že v zimě se sprchování prodlužuje, ale klesá se jeho četnost. Naopak v létě si lidé dopřávají sprchy kratší, ale s větší četností. Léto průměrná četnost na osobu 1,07krát denně s průměrnou délkou 365 vteřin. Zima průměrná četnost na osobu 0,82krát denně s průměrnou délkou 400 vteřin. Celkový rozdíl pro sprchování mezi zimou a létem tvoří 6,5 litru na osobu za den, v zimě je spotřeba větší. U zavlažování tvoří rozdíl mezi létem a zimou 23 litrů na osobu za den, v létě je spotřeba větší Dny, svátky Vliv některých faktorů na spotřebu vody v Brně zkoumal Viščor [24]. Jedním ze zkoumaných faktorů byly dny v týdnu. Z údajů vyplynulo, že se spotřeba vody uskutečňuje v poměrně pravidelných týdenních cyklech, přičemž výjimku tvoří svátky, prázdniny a další dny pracovního volna, které narušují týdenní pravidelnost spotřeby a jejich spotřeba připomíná víkend. Nejvyšší spotřeba bývá v úterý, středu, čtvrtek. Nejmenší v sobotu. Nejnižších hodnot za rok spotřeba dosahuje o Vánočních svátcích. Vliv pracovních dní na spotřebu vody závisí na demografickém složení obyvatelstva ve zkoumané oblasti a místě zaměstnání (či místě trávení času) jednotlivých obyvatel. Pokud člověk pracuje a bydlí v jednom městě, tak se v tomto městě odehrává celá jeho spotřeba vody (ale může být v jiném okrsku). Jestliže ale za prací dojíždí jinam, část jeho denní spotřeby vody se odehrává jinde než v jeho domově. 26

27 Obrázek 3.4: Spotřeba vody v Brně dle dnů v týdnu, převzato [24] Vliv prázdnin v Brně popisuje Viščor pomocí koeficientů, které vyjadřují poměr snížení spotřeby: letní prázdniny 1,10, zimní prázdniny 1,20 a jarní prázdniny 1,05. Přepočteno na procenta to znamená, že v období letních prázdnin spotřeba vody klesá přibližně na 91 %, v období zimních prázdnin přibližně na 83 % a při jarních prázdninách na 95 % normálu. Vlivu pracovních a nepracovních dní se věnovali i zahraniční autoři, ale v důsledku jiných kulturních zvyklostí a klimatických podmínek nelze jejich závěry zcela aplikovat na Českou republiku. Například Wong [29] provedl statistický model spotřeby vody v Hong Kongu, uvažoval základní spotřebu, vývoj spotřeby, sezónní cyklus, kalendářní vliv, den v týdnu, svátky. Výsledky z modelu byly srovnány s reálnými hodnotami a v 86,0 % spadaly do kategorie chyb ± 2 % a v 99,4 % spadaly do kategorie chyb ± 6 %. Jeho závěrem bylo procentuální rozdělení spotřeby vody na základní, kalendářní a sezónní. Základní část tvořila 74,6 %, kalendářní tvořila 3,9 % a sezónní 21,5 % Cena vody Poptávka po vodě je neelastická. Neelastičnost znamená, že procentní změna ceny vyvolá menší než procentní změnu poptávaného množství. Jinými slovy, změna ceny má malý vliv na poptávku po vodě. Což je samozřejmě logické vzhledem k tomu, že voda je nenahraditelná a potřebujeme ji pro život. Dalším faktorem neelastičnosti je skutečnost, že výdaje na vodu tvoří pouze malou část celkových výdajů domácnosti. Vliv může mít také frekvence plateb a informace o spotřebě, například v případě ročního vyúčtování odběratel řeší souhrnnou platbu jedenkrát ročně, proto si málo uvědomuje svou spotřebu [26]. Nicméně poněkud paradoxním důsledkem snižování spotřeby vody obyvateli je zvyšování ceny vodného a stočného. Důvodem jsou fixní náklady na provozování sítě, které zůstávají stejné, ať je koncová spotřeba jakákoliv. Jedná se například o náklady na výstavbu, opravy, rekonstrukce, nájem, platy zaměstnanců atd. Pokud lidé šetří, tak tyto fixní náklady zůstávají stejné, musí se tedy rozpočítat na menší množství vody fakturované. Druhým typem jsou náklady variabilní, ty se mění s množstvím například úprava vody či čerpání, jejichž cena je úměrná množství. 27

28 Dalhuisen [30] provedl analýzu 64 studií o vlivu ceny vody a velikosti příjmů na spotřebu vody. Průměrná hodnota elastičnosti ceny vody ze všech analyzovaných studií je -0,41 a medián - 0,35. Průměrná hodnota elastičnosti příjmů je 0,43 a medián 0,24. V Německu [23] zjistili, že při zvýšení ceny vody o 10 % dochází ke snížení spotřeby o 2,4 %. Při zvýšení příjmů o 10 % se zvýší spotřeba o 3,55 %, ale v oblastech s nižšími příjmy až o 7,89 %. Do detailu se elastičností ceny vody v České republice zabývala Hortová [31], jejíž závěry jsou následující: změna ceny vody o 1 % má za důsledek pokles spotřeby o 0,20 % v krátkodobém horizontu a o 0,54 % v dlouhodobém horizontu. A elastičnost ceny vody vzhledem k příjmům je odhadována na 0,10. Což znamená, že při nárůstu příjmů o 1 % vzroste spotřeba vody o 0,10 % a naopak při poklesu příjmů o 1 % klesne spotřeba o 0,10 % Politika, legislativa Legislativním dokumentem určujícím v České republice směrná čísla roční spotřeby vody je Vyhláška č. 428/2001 Sb. Konkrétněji: Příloha č. 12 k vyhlášce č. 428/2001 Sb. V této příloze [32] jsou hodnoty roční spotřeby vody pro různé typy objektů občanské vybavenosti. Pro domácnost s teplou vodou na kohoutku je směrná spotřeba vody 35 m 3 vody za rok. Tato vyhláška samozřejmě nijak neomezuje koncového uživatele, ale jsou podle ní navrhovány systémy zásobování pitnou vodou. Legislativní dokumenty určují také mnoho dalších požadavků na systémy zásobování vodou; požadavky na tlaky v systémech byly popsány v první kapitole. Stát dále určuje požadavky na kvalitu, zabezpečení, zkoušení, výstavbu, parametry a mnohé další. Nadto může stát poskytovat dotace a také ovlivňovat veřejnost kampaněmi či restrikcemi. Politika má mimo jiné přímý vliv na tvorbu cen. Vláda může vydávat závazné dokumenty pro cenotvorbu a také určuje zdanění vody výši DPH. Politickým rozhodnutím je taktéž způsob vlastnictví, provozování či pronájmu infrastruktury, který se pak promítá do ceny vody Tendence, společenské normy V důsledku podstatných politických změn v České republice (Sametová revoluce) byla ovlivněna i spotřeba vody. Nastal přerod ze státem ovládaného odvětví a dotovaných cen na různé typy vlastnictví a komercializaci zásobování pitnou vodou. Změny ve společnosti, nejenom v důsledku privatizace, ale také kvůli technologickému pokroku a jiným aspektům, měly za důsledek zmenšení spotřeby vody. A to výrazně: v roce 1989 byla průměrná spotřeba vody 174 litrů na osobu a den při ceně 0,80 Kčs za m 3, zatímco v roce 2017 byla průměrná spotřeba vody 88,7 litrů na osobu a den při ceně 85 Kč za m 3 [33]. Spotřeba vody za 28 let poklesla o 48 %. Ale z údajů ČSÚ [34] vyplývá, že se pokles již zastavil a spotřeba vody se relativně ustálila. Oproti roku 2016 se spotřeba zvýšila o 0,4 litru na osobu a den. Spotřeba vody je také ovlivněna společenskými zvyklostmi a normami. Zaměříme-li se na frekvenci sebeočisty, objevíme mezi jednotlivými kulturami značné rozdíly. Například ve středomořských státech je neobvyklé se nemýti denně [35], zatímco v Jižní Koreji je běžné, že staré domy nemají koupelnu a lidé chodí do veřejných lázní [36]. Ve Spojených státech Amerických jsou běžnější pračky s horním plněním, které spotřebovávají podstatně více vody než pračky s čelním plněním běžné v Evropě [37]. Obzvláště ve spojitosti se suchem a klimatickou změnou je skloňováno šetření vodou. Tímto tématem se zabýval Jorgensen [38], který sumarizoval všechny přímé a nepřímé vlivy. Za přímé 28

29 označil: klima a sezónnost, pobídky a zábrany (dotace, tarify aj.), regulace a nařízení (omezení spotřeby, obecní plánování aj.), charakteristika nemovitosti, charakteristika uživatelů. Za nepřímé označil: postoje uživatelů (chování, přístup aj.), důvěra v instituce, mezilidská důvěra, spravedlivost, postoj k ochraně přírody a udržitelnosti, socio-ekonomické faktory. 3.2 CHARAKTERISTIKA NEMOVITOSTI A JEJÍHO VYBAVENÍ Nemovitost má významný vliv na spotřebu vody a její charakteristika je vhodným ukazatelem Typ zástavby, velikost pozemku, stáří nemovitosti Typ zástavby Vlivem typu zástavby (např. řadový dům, samostatný dům, byt) se zabýval Russac [22]. Zjistil, že největší spotřeba je u samostatně stojících domů a nejmenší u bytů. Výsledky přisoudil nižší spotřebě vody na obyvatele k zalévání pro byty. Nadále byl tento jev větší spotřeby u samostatně stojících domů vysvětlen větším místem pro zařízení a socio-ekonomickými faktory. Řadové domy mají spotřebu o 19 litrů na osobu za den (13 %) vyšší než bytové domy a o 21 litrů na osobu za den (13 %) nižší než domy o samotě stojící. Tento rozdíl je přisuzován vlastnictví zahrady, případně bazénu [39]. Velikost pozemku Velikost pozemku je spojena s velikostí zahrady a množstvím vegetace, a také s větší nemovitostí, a tedy s větším množstvím místností (kuchyní, koupelen, toalet) a zařízení spotřebovávajících vodu. Proto má velikost pozemku korelaci se spotřebou vody [26]. Stáří nemovitosti Čím je nemovitost starší, tím má větší spotřebu vody. Tento fakt je primárně přisuzován větším únikům za vodoměrem než u novějších nemovitostí. Nemusí to však být jediný důvod. Z dalších potenciálních důvodů lze jmenovat například starší vybavení a zařízení, nijak nešetřící vodou (nemusí to být záměr, například nové toalety používají na splachování méně vody než staré toalety), absenci oběhového čerpadla, znamenající plýtvání vodou při jejím odpouštění, dokud nezačne téct teplá, větší pravděpodobnost absence některých spotřebičů ve srovnání s novou zástavbou (např. myčka na nádobí) [26] Technologické vybavení Nakolik bude spotřeba vody v nemovitosti ovlivněna změnou tlaku záleží také na zařízeních osazených na vnitřním vodovodu. Jedná se o automatické tlakové stanice, přerušovací nádrže, akumulační nádrže, způsob ohřevu vody a přítomnost tlakového redukčního ventilu. Tato zařízení mohou zcela anulovat vliv změny tlaku na spotřebu nebo jej částečně ovlivnit. Dalším významným faktorem ovlivňujícím spotřebu je vlastnictví studny, nádrže na dešťovou vodu nebo přítomnost jiného vodního zdroje. Patří sem i recyklace šedých vod, ty však pravděpodobně budou mít vliv primárně na zalévání, i když samozřejmě ne výlučně, mohou být používány i ve vnitřních prostorách. 29

30 3.2.3 Spořící koncová zařízení Mayer [40] zkoumal v Tampa, USA vliv spořících zařízení na celkovou spotřebu. Ve 26 domácnostech provedl výměnu některých zařízení (toalety, sprchové hlavice, pračky, baterie) za zařízení spotřebovávající méně vody. Před touto úpravou provedl měření spotřeby vody a po záměně zařízení měření zopakoval. Snížení vnitřní spotřeby činilo v průměru 49,7 %. Hlavním kontributorem k tak vysoké hodnotě je zastavení úniků vody skrze toalety [40]. Inman [41] dospěl k závěru, že záměna spotřebičů vody za úspornější znamená o 35 až 50 % menší spotřebu vody v interiéru. Analýza ukazuje, že spořící sprcha spotřebuje průměrně o 20 % méně vody než standardní sprcha. Toaleta s duálním splachováním spotřebuje o 40 % méně vody než ta s obyčejným splachováním. Pračka s předním plněním spotřebuje o 50 % méně vody než pračka s vrchním plněním [39]. Existuje velké množství národních i mezinárodních programů zaměřených na hodnocení efektivnosti používání vody různými zařízeními [42]. Například: WaterSense, National Association for Quality in Building Installations (ANQIP), Water Efficiency Label (WELL), Water Efficiency Labelling and Standards scheme (WELS), Code for Sustainable Home (CSH), System to Evaluate the Water Consumption at Home (SEWAT). Uvedené programy poskytují primárně směrnice pro kategorizaci zařízení, ale tato problematika je poněkud vzdálená tématu této práce, proto nebude blíže rozebírána. Jako příklad zde budou uvedeny dva štítky s hodnocením WELS a WELL. Obrázek 3.5: WELS štítek, převzato [43] Obrázek 3.6: WELL štítek, převzato [44] Carragher [45] provedl srovnání 191 domácností, z nichž 102 mělo spotřebiče s méně než 3 hvězdičkami podle štítku WELS, 89 mělo spotřebiče s 3 a více hvězdičkami. Domácnosti s více hvězdičkami měly menší spotřebu vody. Pro větší ilustrativnost pak vyčlenil horních a spodních 50 domácností v počtu hvězdiček. Následující graf zobrazuje jejich srovnání denní spotřeby. 30

31 Obrázek 3.7: Srovnání spotřeby vody 50 nejvíce a 50 nejméně vybavených domácností spořícími zařízeními, převzato [45] 3.3 CHARAKTERISTIKA UŽIVATELŮ Někteří autoři se ve svých studiích [37] zabývali šetřením vodou. V dotaznících zkoumali postoje lidí ke spoření vodou, ochraně přírody, politické příslušnosti, konzervatismu a jiným osobním postojům. V kombinaci s klasickými socio-demografickými ukazateli (věk, vzdělání, příjmy atd.) se badatelé snažili vytvořit závěry ohledně vlivů na spotřebu vody. Tyto závěry jsou však málo průkazné a narážejí na problém subjektivnosti participantů, v jedné studii sami sebe označili za uživatele s velkou spotřebou ti, kteří měli spotřebu ze všech nejmenší [46]. Postoje, názory, hodnoty či vzdělání pravděpodobně mají vliv na spotřebu vody, ale číselné hodnoty je obtížné získat [26] Počet obyvatel v domácnosti Obsazenost (tj. počet lidí žijících v domácnosti) má přímý vliv na spotřebu na jednoho obyvatele. Ačkoliv nárůst počtu obyvatel zvyšuje celkovou spotřebu vody v domácnosti, spotřeba na jednoho obyvatele klesá s nárůstem množství uživatelů v jedné domácnosti. Například jedna osoba žijící sama spotřebuje o 40 % více vody, než je spotřeba jedné osoby žijící ve dvoučlenné domácnosti, o 73 % větší než spotřeba jednoho ve čtyřčlenné domácnosti, a více než dvojnásobná oproti osobě v pěti a vícečlenné domácnosti [22]. Tento fakt je podstatný pro predikci spotřeby vody u nové výstavby, kdy se stávají populárnější menší nemovitosti [22]. 31

32 Průměrná spotřeba vody [l/osoba/den] Morgenroth [47] zkoumal vliv dětí (mladších 18 let) na spotřebu vody v domácnosti. Zjistil, že dítě navíc v domácnosti zvedne spotřebu o 44 až 63 litrů za den, zatímco dospělý navíc v domácnosti zvedne spotřebu o 54 až 98 litrů za den. Rathnayaka [39] pozoroval, že člověk žijící samostatně má o 60 % vyšší spotřebu než člověk žijící v šestičlenné domácnosti. Spotřeba vody dle velikosti domácnosti Velikost domácnosti [osob] Věk Obrázek 3.8: Vliv velikosti domácnosti na spotřebu vody, převzato [39] Důležitým faktorem je, zdali obyvatel domácnosti tráví celý den doma (důchodci, matky na mateřské apod.), nebo se podstatnou část dne pohybuje mimo domov. Linkola [37] uvádí, že pracující člověk spotřebuje o pracovním dnu ve své domácnosti o 50 % méně vody na splachování a o 50 % méně vody v kuchyni. Russac [22] nadále pozoroval vliv stáří spotřebitele na jeho spotřebu. Lidé v důchodovém věku žijící v jednočlenné domácnosti užívali průměrně 200 litrů vody denně. Toto může být způsobeno tím, že lidé v důchodu tráví doma více času, ale také zdravotním stavem, kdy některé nemoci (např. cukrovka, prostatismus u mužů) zvyšují frekvenci používání toalety [22]. Některé studie naopak ukazují, že starší lidé mají menší spotřebu vody než mladší ročníky [35]. Z průzkumu v Německu vyplynulo, že nárůst průměrného stáří na úrovni obce o 2,2 až 3,6 let má za důsledek nárůst spotřeby o 3,1 až 5,2 % (4,0 až 6,7 litru na osobu a den) [23]. Rathnayaka [39] zjistil, že domácnosti s dětmi mladšími 12 let spotřebují průměrně o 10 litrů méně vody na osobu za den než domácnosti bez dětí. Rozdíl byl primárně ve spotřebě vody na sprchování. 32

33 3.3.3 Bohatství Blahobyt společnosti je klíčovým faktorem ovlivňujícím spotřebu vody. Toto je nejvíce ilustrováno na rozvojových zemích, kde množství použité vody přímo závisí na ekonomické situaci komunity [22]. Bohatší lidé mají větší spotřebu vody [48]. Důvody byly již nastíněny v charakteristice nemovitostí. Větší domy s velkou zahradou mají větší spotřebu vody než menší domy či byty. Spotřeba vody se v jednotlivých státech liší. Na obrázku 3.9 je zobrazena spotřeba v některých zemích Evropské unie, data z roku 2017 [74]. Obrázek 3.9: Průměrná denní spotřeba vody v domácnosti na osobu v zemích EU, převzato [74] 33

34 4 ROZDĚLENÍ SPOTŘEBY VODY Spotřeba vody (tj. voda fakturovaná), se dělí na vodu fakturovanou domácnostem a vodu fakturovanou ostatním odběratelům, což je hlavně průmysl a zemědělství. Tato práce se zaměřuje na vodu fakturovanou domácnostem, a to z několika důvodů: jedná se o největší podíl spotřeby vody (v ČR v roce 2018 tvořila voda fakturovaná domácnostem 67,32 %, ostatním odběratelům 32,68 %) [34]; spotřeba vody ostatních odběratelů je velmi specifická, nelze vyvozovat žádné všeobecné závěry o různých typech odvětví a část spotřeby vody je obdobná spotřebě domácností (převážně voda používaná zaměstnanci na hygienu či WC); většina badatelů se zaměřila na spotřebu vody domácností. Spotřebu vody lze rozdělit do dvou kategorií: spotřeba objemová a tlakově závislá [3]. Objemová spotřeba odebírá konkrétní objem vody. Tlak u ní ovlivňuje rychlost plnění. Příklady objemové spotřeby jsou například: nádržka wc, napouštění vany, napouštění bazénu, plnění sklenice, pračka, myčka a další [3]. Tlakově závislá spotřeba se mění s tlakem. Skutečné množství odebrané vody závisí na tlakových poměrech. Lze ji dále dělit na řízenou člověkem (např. sprcha, vodovodní baterie), řízenou otvorem (např. zavlažovací sprinkler, požární rozprašovač) a úniky (např. netěsnosti a praskliny) [3]. U tlakově závislé spotřeby řízené člověkem je nutné poznamenat, že uživatel je schopen ji ovlivňovat směrem dolů ovládacími prvky armatur, tj. přivřít kohoutek, pokud se mu zdá výtok příliš vysoký [21]. Spotřeba vody se obvykle dělí na spotřebu vnitřní a venkovní. Důvodem je hlavně vliv sezónnosti na venkovní spotřebu. Gato-Trinidad ze svých naměřených dat v Austrálii určila, že spotřebu vody v domácnosti z 66 % tvoří spotřeba vnitřní, 29 % tvoří spotřebu venkovní a zbývajících 5 % jsou úniky [49]. Každý uživatel má jinou spotřebu vody, výsledný graf spotřeba vody má tedy tvar normálního rozdělení. Na obrázku níže je znázorněna distribuce spotřeby vody v UK z roku 1995 [22]. Obrázek 4.1: Rozdělení spotřeby vody dle četnosti v UK, 1995, převzato [22] 34

35 4.1 SROVNÁNÍ RŮZNÝCH PRŮZKUMŮ KONCOVÉ SPOTŘEBY V některých průzkumech tvoří podstatnou část roční spotřeby vody venkovní využití, převážně zavlažování, které může být až 54 % celkové roční spotřeby [27], zatímco v jiných průzkumech se pohybuje v řádu jednotek procent. Další problematickou položkou jsou úniky vody, které někde tvoří i 14 % [50], zatímco jinde nejsou vůbec uvažovány (či zahrnuty do položky ostatní ). Na klasifikaci spotřeby neexistuje jasná metodika, proto je problematické srovnávání studií mezi sebou, protože některé mají jiné množství složek než jiné a není jasné jejich rozdělení (např. kategorie osobní hygiena místo kategorií vana, sprcha, baterie ). Z tohoto důvodu zde budou představeny dvě srovnání studií koncové spotřeby domácností, jedna bude všeobecnější a druhá více podrobná, podle rozdělení položek v datech, která byla k dispozici. 100% Srovnání průzkumů koncové spotřeby vody pro vybrané státy 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Česká republika Německo Anglie a Wales Skotsko Finsko Švýcarsko USA Austrálie Splachování toalety Koupelna Kuchyně (+ praní) Ostatní Venkovní použití Obrázek 4.2: Srovnání spotřeby domácností pro vybrané státy [51, 52, 41] 35

36 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Srovnání průzkumů koncové spotřeby vody pro vybrané státy Vana Sprcha Splachování toalety Praní prádla Mytí nádobí Baterie Venkovní použití Úniky a ostatní Obrázek 4.3: Srovnání spotřeby vody domácností z různých studií [22, 27, 40, 53, 54, 55] Rozdělení koncové spotřeby vody v domácnosti (průměr hodnot z 10 studií) Venkovní použití 9% Úniky a ostatní 6% Vana 3% Sprcha 24% Baterie 18% Mytí nádobí 1% Praní prádla 20% Splachování toalety 20% Obrázek 4.4: Rozdělení spotřeby v domácnosti, průměr z 10 studií uvedených na obrázku

37 Průměrná hodinová spotřeba na obyvatele v průběhu dne (l.h-1.os-1.den-1) Následující graf rozdělení spotřeby během dne je převzat ze studie [55] spotřeby vody v Austrálii, data se týkají Gold Coast. Nárůst po třetí hodině odpolední koresponduje s koncem školy. Téměř 50 % obyvatel spadá do kategorie příjmů $ až $90.000, která obvykle znamená pracovní dobu od 8 do 17 hodin. Ranní spotřeba pro toalety a baterie vyrovnaná po delší periodu koresponduje s faktem, že v oblasti je velké množství domácností s dětmi (34 %). Konzistentní spotřeba vody v průběhu dne u toalet a baterií znamená, že množství obyvatel zůstává doma celý den. Používání pračky je koncentrováno do ranních hodin, pravděpodobně aby mohlo být využito odpolední slunce pro sušení prádla. Mezi používáním toalety a úniky vody lze pozorovat krátkodobé korelace, znamenající, že netěsnosti toalet budou hlavním zdrojem úniků vody v tomto vzorku. Neočekávaná je spotřeba vody na zavlažování mezi 10 a 16 hodinou, protože v tomto čase je z důvodu šetření vodou zavlažování zakázáno [55]. 14 Rozdělení spotřeby vody během dne v letním měsíci dle položek Úniky Myčka Vana Baterie Záchod Pračka Sprcha Zalévání Obrázek 4.5: Spotřeba vody v letním měsíci dle položek, převzato [55] 37

38 4.2 O VYBRANÝCH ZAŘÍZENÍCH A APLIKACÍCH Pro potřeby finančního zhodnocení v praktické části práce zde budou kvantifikovány některé druhy spotřeby vody Dřez Richter [56] se zaměřil na spotřebu vody v kuchyni. Zkoumal rozdělení spotřeby vody v kuchyni ve 4 evropských zemích, v každé zemi 20 (jednou 21) domácností, celkem tedy 81 domácností. Ve všech osadil dřezovou baterii zařízením s průtokoměrem a kamerou. Výsledky jsou zobrazeny v tabulce. Dále bylo specifikováno rozdělení kategorie Čištění a Vaření, výsledky v tabulce 4.1 a 4.2. Použití Tabulka 4.1: Používání kuchyňského dřezu pro vybrané státy, převzato [56] Německo Itálie Švédsko UK Průměr [l/den] [%] [l/den] [%] [l/den] [%] [l/den] [%] [l/den] [%] Mytí nádobí Čištění Vaření Pití Mytí rukou Ostatní Celkem Tabulka 4.2: Bližší rozdělení spotřeby vody části "čištění" a "vaření", převzato [56] Čištění [%] Vaření [%] Vyplachování houby/hadru 35.8 Mytí zeleniny 37.4 Čištění dřezu 22.6 Mytí ovoce 10.2 Čištění kuchyně 20.7 Mytí masa 3.9 Vyplachování obalů 9.6 Napouštění hrnce 28.5 Ostatní 11.3 Ostatní Splachování toalety Dvojité splachování odhadem spotřebuje o 2 až 3 litry méně na spláchnutí ve srovnání s toaletou s jedním splachováním. S počtem 10 spláchnutí na domácnost by výměna toalety s jedním splachováním za toaletu s dvojitým znamenala úsporu mezi 7,3 až 11 m 3 vody za rok [27]. Potřeba vody na splachování toalety tvoří podstatnou část spotřeby vody v domácnosti. U komerčních nemovitostí kancelářského typu je tato část ještě větší. WC mísy jsou designovány, aby splnily požadavky na splachování (např. kuličkový test), nicméně tyto testy probíhají s uzavřeným přívodem vody. Při spláchnutí je skutečná spotřeba větší, protože voda začne přitékat do splachovací nádržky v průběhu splachování. Tomuto lze snadno zabránit vhodně zvoleným (zpožděným) ventilem [22]. Nové splachovače prodávané v České republice by měly mít u jednoduchého splachování jmenovitý objem 4, 5, 6, 7, 9 litrů anebo u dvojitého splachování 6 litrů v kombinaci s maximálně 4 litry [57]. 38

39 4.2.3 Mytí rukou Pro potřebu kvantifikování spotřeby vody v praktické části této práce bylo uvažováno mytí rukou. Ve většině průzkumů spotřeby vody je tato část vyjádřena buďto procentuálně, či objemem, obvyklé je také zahrnutí této části spotřeby do většího souboru jako umyvadlo či hygiena. Avšak pro výpočet konkrétního množství průtoku vody závislého na tlaku je třeba znát časový interval a denní počet. Proto byla brána délka mytí rukou doporučená Světovou zdravotnickou organizací (World Health Organization WHO), udávaný je interval vteřin, případně vteřin pro velmi znečištěné ruce. 20 vteřin je označováno jako absolutní minimum [60]. Na otázku kolikrát denně by si měli lidé mýt ruce odpovídá Global Hygiene Council [61] následovně: Lidé by si měli mýt ruce minimálně 7krát denně, pokud si ruce myjí méně často, tak nesplňují základní hygienické minimum. V případe dodržování základních zásad, jako je mytí po použití toalety a před jídlem (dále po doteku zvířete, před péčí o dítě, před kontaktem s potravinami), by toto číslo mělo být ještě vyšší, hodnota 10krát denně je udávána jako vhodnější. V praktické části práce bude tedy uvažováno mytí rukou 10krát denně po dobu 25 vteřin Sprchování Délka sprchování je dle ČSN (Tepelné soustavy v budovách Příprava teplé vody Navrhování a projektování) [62] 400 vteřin s intervalem 1krát denně. Německá norma DIN 4708 [63] definuje tři typy sprchy: úsporná, normální, luxusní. Délky sprchování pro jednotlivé typy se liší, úsporná trvá 7 minut, normální 8,5 minuty a luxusní 10,5 minuty. Rozsáhlejší průzkum ohledně délky sprchování provedla Britská společnost Unilever [65], která osadila elektrickými senzory snímajícími akusticky proudění a teplotu sprchy ve 100 domácnostech. Během 10 dnů získala data z 2600 sprchování. Průměrná délka sprchování byla 8 minut. S ohledem na předchozí odstavce bude v praktické části brána délka sprchování 8 minut jedenkrát denně. 39

40 5 LABORATORNÍ MĚŘENÍ SPOTŘEBY VODY V ZÁVISLOTI NA TLAKU 5.1 POPIS OKRUHU Měření bylo provedeno v laboratoři Ústavu vodního hospodářství obcí na Vysokém učení technickém v Brně. Existující měřící okruh byl mírně upraven pro potřeby této práce. Bylo osazeno nové čerpadlo (Lowara 3HM13S11M5HVBE), tlakový redukční ventil (CALEFFI 5350) a větve s vodoměry pro připojení výpustných armatur. Na okruhu je možno dosáhnout tlaku mezi 0,1 až 0,6 MPa pouhou manipulací s tlakových redukčním ventilem. Voda je z nádrže čerpána čerpadlem skrze zpětnou klapku, několik naplno otevřených uzávěrů, tlakový redukční ventil, kulový ventil, který slouží ke škrcení, aby v systému bylo dosaženo požadovaných tlaků, a celý okruh je vyústěn zpět do nádrže. Na okruhu se nachází odbočky k armaturám s uzávěrem, vodoměrem, manometrem a zkoumanou armaturou. Nepoužívané větve původního okruhu jsou uzavřeny, aby jimi neproudila voda. Hlavní potrubí je plastové HDPE100 EN SDR11 Ø50x4,6 1,6 MPa. Odbočky s vodoměry jsou tvořeny PPR trubkami 20x2,8 PN16 a 40x5,5 PN16 a jsou připojeny k hlavnímu potrubí pružnou zahradní hadicí skrze T-kusy s kulovým ventilem. Okruh je připojen k vnitřnímu vodovodu budovy. Primárně toto připojení slouží k plnění nádrže, ale lze tak provádět měření s připojením na vnitřní vodovod, místo čerpání vody čerpadlem. Při části měření bylo připojení k vnitřnímu vodovodu použito. Výtok z armatury je řešen do plastového barelu o objemu 120 litrů, ale je plněn pouze částečně. Z barelu je po skončení měření voda ponorným čerpadlem přečerpána zpět do nádrže. Obrázek 5.1: Schéma laboratorního okruhu 40

41 Obrázek 5.2: Laboratorní okruh: nádrž na vodu, vlevo částečně viditelné čerpadlo Obrázek 5.3: Laboratorní okruh: připojení k vodovodu, tlakový redukční ventil, průtokoměr 41

42 Obrázek 5.4: Laboratorní okruh: testovací větve s vodoměry Obrázek 5.5: Laboratorní okruh: z průběhu měření 42

43 5.1.1 Vybavení měřícího okruhu Specifikace zařízení použitých při měření. Vodoměry Obrázek 5.6: Vodoměr Itron Aquadis+, převzato [65] Obrázek 5.7: Detail vodoměru Itron Aquadis+ Objemový suchoběžný vodoměr na studenou vodu Itron Aquadis+, trvalý průtok Q3 = 6,3 m 3 /hod, standartní rozsah Q3/Q1 = 160. Při měření byly použity celkem tři kusy těchto vodoměrů. Lze osadit komunikačním modulem CYBLE, který je v laboratoři dostupný, nicméně datová jednotka Hydro Logger H1 od společnosti Fiedler nebyla při měření použita. Důvodem byly dlouhé náběhové časy (více než minuta), než jednotka zaregistrovala průtok, a při krátkých měřeních nespolehlivost zobrazovaných hodnot (odchylka až 0,2 l/s v porovnání s jinými měřeními). Obrázek 5.8: Hydro Logger H1 43

44 Tlakový redukční ventil Obrázek 5.9: Tlakový redukční ventil Tlakový redukční ventil se samostatnou vyměnitelnou vložkou značky CALEFFI série 5350 s manometrem, DN32. Pružinový tlakový redukční ventil, rozsah nastavení tlaku na výstupu 1 až 6 bar. Čerpadlo Obrázek 5.10: Čerpadlo Lowara Čerpadlo Lowara 3HM13S11M5HVBE s výkonem 1,1 kw na V, 50 Hz. Průtok Q = 20 73,3 l/min, dopravní výška H = 37,2 93,1 m. 44

45 Průtokoměr Obrázek 5.11: Průtokoměr s řídící jednotkou Magneticko-indukční průtokový snímač do potrubí s oddělenou řídící jednotkou, výrobce Ela, typ MQI 99, DN50. V průběhu měření došlo ke zjištění, že průtokoměr není schopen zaznamenat příliš nízké hodnoty (cca < 0,15 l/s) a při takovém proudění ukazuje na displeji nulu. 5.2 POPIS MĚŘENÍ V okruhu se nastaví požadovaný tlak, výpovědní hodnota je brána z manometru v místě připojení zkoumané armatury. Je poznamenána hodnota na vodoměru na měřené větvi. Poté se otevře kulový ventil na začátku větve s armaturou nastavenou na požadovaný stupeň otevření a zahájí se časové stopování. Měření probíhá po dobu 3 minut. Po uplynutí času je stopování ukončeno a okruh s armaturou se uzavře. Je zaznamenán časový údaj ze stopek a odečtena změněná hodnota na vodoměru. V okruhu je následně upraven tlak na další požadovanou hodnotu a měření se opakuje. Po skončení měření jedné armatury je armatura vyměněna za jinou nebo se měří na další větvi okruhu. Kapající armatury jsou měřeny po dobu 20 minut a kapky zachytávány do kádinek, ze kterých se po skončení měření zjistí proteklý objem. Zkoumané tlaky jsou: 0,10 MPa, 0,20 MPa, 0,30 MPa, 0,40 MPa, 0,50 MPa a 0,60 MPa. 45

46 5.3 ZÁZNAM MĚŘENÍ Po nastavení požadovaného tlaku je poznamenána hodnota na manometru na větvi se zkoumanou armaturou za vodoměrem. Je zjištěna hodnota na vodoměru. V průběhu měření je poznamenána hodnota na indukčním průtokoměru. Příliš nízké hodnoty (cca menší než 0,15 l/s) však nebyl průtokoměr schopen zaznamenat a ukazoval nulu. Po skončení měření je zaznamenán čas a změna hodnoty na vodoměru. Výsledky jsou zpracovány tabelárně pro jednotlivé armatury a tlaky. Z hodnot na vodoměrech je zjištěn proteklý objem. Z času a objemu je spočítán průtok armaturou. Výsledná hodnota průtoku je průměrná hodnota z vypočteného průtoku a hodnoty z průtokoměru, pokud byla dostupná. 46

47 5.4 TESTOVANÉ VÝTOKOVÉ ARMATURY Kohoutová baterie Obrázek 5.12: Kohoutová baterie Obrázek 5.13: Baterie osazená spořičem vody Výrobce a model neznámý. Pouze na studenou vodu. Připojení ½ závitem. Měření provedeno pro baterii otevřenou naplno, otevřenou částečně (čtvrt otáčky kohoutu), otevřenou naplno s osazeným spořičem vody (Neoperl Classic M22) a kapající baterii. Obrázek 5.14: Osazení baterie při měření 47

48 Průtok [l/s] Tekoucí voda Kohoutová baterie 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Tlak [MPa] Naplno otevřená Naplno otevřená, osazená spořičem vody Částečně otevřená Obrázek 5.15: Graf průtoku v závislosti na tlaku pro tekoucí vodu, všechny stupně otevření Tabulka 5.1: Kohoutová baterie, naplno otevřená Tlak Čas Objem Průtok Průtokoměr Výsledný průtok P t V Q 1 = V/t Q 2 Q = (Q 1 + Q 2)/2 MPa s l l.s -1 l.s -1 l.s -1 0,00 0 0,0 0,00 0,00 0,00 0, ,8 0,31 0,33 0,32 0, ,6 0,47 0,48 0,47 0, ,1 0,60 0,61 0,60 0, ,9 0,68 0,69 0,69 0, ,2 0,72 0,73 0,73 0, ,7 0,73 0,73 0,73 Tabulka 5.2: Kohoutová baterie, osazená spořičem Tlak Čas Objem Průtok Průtokoměr Výsledný průtok P t V Q 1 = V/t Q 2 Q = (Q 1 + Q 2)/2 MPa s l l.s -1 l.s -1 l.s -1 0,00 0 0,0 0,00 0,00 0,00 0, ,9 0,07-0,07 * 0, ,6 0,11-0,11 * 0, ,9 0,13 0,15 0,14 0, ,6 0,14 0,17 0,16 0, ,1 0,16 0,18 0,17 0, ,1 0,17 0,19 0,18 Poznámky: - = Indukční průtokoměr nebyl schopen odečíst hodnotu, ukazoval 0 * = Výsledný průtok Q = Q 1 48

49 Průtok [ml/hod] Tabulka 5.3: Kohoutová baterie, částečně otevřená Tlak Čas Objem Průtok Průtokoměr Výsledný průtok P t V Q 1 = V/t Q 2 Q = Q 1 MPa s l l.s -1 l.s -1 l.s -1 0,00 0 0,0 0,00-0,00 * 0, ,9 0,03-0,03 * 0, ,4 0,05-0,05 * 0, ,7 0,07-0,07 * 0, ,0 0,08-0,08 * 0, ,4 0,10-0,10 * 0, ,1 0,12-0,12 * Poznámky: - = Indukční průtokoměr nebyl schopen odečíst hodnotu, ukazoval 0 * = Výsledný průtok Q = Q 1 Kapající voda Kohoutová kapající ,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 Tlak [MPa] Obrázek 5.16: Graf průtoku v závislosti na tlaku pro kapající vodu, kohoutová baterie Tabulka 5.4: Kohoutová baterie, kapající Tlak Čas Objem Průtok MPa s ml ml/hod 0, , , , , , ,

50 Komentář a vyhodnocení Tato baterie dosahovala největšího průtoku ze všech testovaných armatur. V případě otevření naplno byl výtok natolik silný, že by jakákoliv manipulace s proudem, například mytí rukou, byla velmi nekomfortní, koncový uživatel by s velkou pravděpodobností neotevíral armaturu naplno. Samozřejmě u některých aplikací, například napouštění vany, by tento typ baterie byl vhodný, protože by nabídl nejrychlejší plnění. Osazení baterie spořičem vody při maximálním otevření výtok zredukovalo na přibližně čtvrtinovou hodnotu, v kombinaci s provzdušním proudu, způsobeným spořičem, byl proud zredukován na velmi komfortní. Částečné otevření bylo nastaveno právě tak, aby s proudem šlo dobře manipulovat. U kapající baterie se výsledná křivka dosti liší od standardního průběhu Q-h křivky i od ostatních zkoumaných kapajících armatur. Tento jev je způsoben konstrukcí baterie, konkrétně se jedná o kuželový kohout, kdy je otáčením šroubením tlačena kuželka do gumového těsnění. Toto těsnění reaguje na tlak, v případě vysokého tlaku je těsnění více odtlačeno a netěsnost je větší. V případě plného otevření se při vyšších tlacích výtok z baterie už příliš nezvyšuje, průtok je menší než teoretická hodnota na Q-h křivce. Vysvětlením je, že ztráty v potrubí narůstají a baterie se přibližuje svému maximálnímu možnému průtoku. Následující tabulky vyjadřují roční náklady na mytí rukou touto armaturou pro jednotlivé stupně otevření. Mytí rukou 10krát denně po dobu 25 vteřin (dle kapitoly 4.2). Tabulka 5.5: Kohoutová baterie, otevřená naplno, roční náklady na mytí rukou Otevřená naplno Mytí rukou Kolikrát Cena Denní Cena Procentuální vyjádření Tlak Průtok Délka denně vody* průtok za rok ceny vůči 0,60 MPa MPa l.s -1 - s Kč/m 3 l Kč % 0,60 0, ,00 0,50 0, ,80 0,40 0, , ,30 0, ,76 0,20 0, ,23 0,10 0, ,94 Poznámka: * = Průměrná cena v ČR v roce 2017, zahrnuje vodné, stočné, daň Tabulka 5.6: Kohoutová baterie, osazená spořičem, roční náklady na mytí rukou Osazená spořičem Mytí rukou Kolikrát Cena Denní Cena Procentuální vyjádření Tlak Průtok Délka denně vody* průtok za rok ceny vůči 0,60 MPa MPa l.s -1 - s Kč/m 3 l Kč % 0,60 0, ,00 0,50 0, ,06 0,40 0, , ,30 0, ,67 0,20 0, ,90 0,10 0, ,19 Poznámka: * = Průměrná cena v ČR v roce 2017, zahrnuje vodné, stočné, daň 50

51 Roční náklady [Kč] Procentuální vyjádření [%] Roční náklady [Kč] Procentuální vyjádření [%] Roční náklady na mytí rukou - kouhoutová baterie otevřená naplno ,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Cena za rok Procentuální vyjádření ceny vůči 0,60 MPa 0 Tlak [MPa] Obrázek 5.17: Graf ročních nákladů na mytí rukou, kohoutová baterie, otevřená naplno Roční náklady na mytí rukou - kouhoutová baterie osazená spořičem ,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Cena za rok Procentuální vyjádření ceny vůči 0,60 MPa 0 Tlak [MPa] Obrázek 5.18: Graf ročních nákladů na mytí rukou, kohoutová baterie, osazená spořičem 51

52 Roční náklady [Kč] Procentuální vyjádření [%] Tabulka 5.7: Kohoutová baterie, otevřená částečně, roční náklady na mytí rukou Otevřená částečně Mytí rukou Kolikrát Cena Denní Cena Procentuální vyjádření Tlak Průtok Délka denně vody* průtok za rok ceny vůči 0,60 MPa MPa l.s -1 - s Kč/m 3 l Kč % 0,60 0, ,00 0,50 0, ,18 0,40 0, , ,30 0, ,98 0,20 0, ,31 0,10 0, ,33 Poznámka: * = Průměrná cena v ČR v roce 2017, zahrnuje vodné, stočné, daň 1000 Roční náklady na mytí rukou - kouhoutová baterie otevřená částečně ,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Cena za rok Procentuální vyjádření ceny vůči 0,60 MPa 0 Tlak [MPa] Obrázek 5.19: Graf ročních nákladů na mytí rukou, kohoutová baterie, otevřená částečně 52

53 Roční náklady [Kč] Srovnání celkových ročních nákladů na mytí rukou všech variant Tlak [MPa] ,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Otevřená naplno Osazená spořičem Otevřená částečně Obrázek 5.20: Graf srovnání ročních nákladů na mytí rukou všech variant 53

54 5.4.2 Páková směšovací baterie Obrázek 5.21: Páková baterie, převzato [66] Umyvadlová stojánková vodovodní baterie Novaservis Titania Iris. Směšovací baterie na teplou a studenou vodu. Připojená pouze jedním přívodem, z výroby osazena perlátorem. Připojena armovanou hadicí se závitem 3/8. Měření provedeno pro baterii otevřenou naplno, částečně a kapající. Obrázek 5.22: Osazení baterie při měření 54

55 Průtok [l/s] Tekoucí voda 0,25 Páková směšovací 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Tlak [MPa] Naplno otevřená Částečně otevřená Obrázek 5.23: Graf průtoku v závislosti na tlaku pro tekoucí vodu, všechny stupně otevření Tabulka 5.8: Páková baterie, naplno otevřená Tlak Čas Objem Průtok Průtokoměr Výsledný průtok P t V Q 1 = V/t Q 2 Q = (Q 1 + Q 2)/2 MPa s l l.s -1 l.s -1 l.s -1 0,00 0 0,0 0,00 0,00 0,00 0, ,5 0,08-0,08 * 0, ,6 0,11-0,11 * 0, ,3 0,15 0,17 0,16 0, ,7 0,17 0,19 0,18 0, ,7 0,19 0,22 0,21 0, ,4 0,21 0,23 0,22 Poznámky: - = Indukční průtokoměr nebyl schopen odečíst hodnotu, ukazoval 0 * = Výsledný průtok Q = Q 1 55

56 Průtok [ml/hod] Tabulka 5.9: Páková baterie, částečně otevřená Tlak Čas Objem Průtok Průtokoměr Výsledný průtok P t V Q 1 = V/t Q 2 Q = Q 1 MPa s l l.s -1 l.s -1 l.s -1 0,00 0 0,0 0,00-0,00 * 0, ,3 0,03-0,03 * 0, ,7 0,05-0,05 * 0, ,0 0,07-0,07 * 0, ,7 0,08-0,08 * 0, ,3 0,09-0,09 * 0, ,8 0,09-0,09 * Poznámky: - = Indukční průtokoměr nebyl schopen odečíst hodnotu, ukazoval 0 * = Výsledný průtok Q = Q 1 Kapající voda 400 Páková směšovací kapající ,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 Tlak [MPa] Obrázek 5.24: Graf průtoku v závislosti na tlaku pro kapající vodu, páková baterie Tabulka 5.10: Páková baterie, kapající Tlak Čas Objem Průtok MPa s ml ml/hod 0, , , , , , ,

57 Komentář a vyhodnocení Při plném otevření byl průtok o něco málo silnější, než by bylo uživatelsky komfortní, ale ne natolik, aby zabraňoval smysluplnému použití. Částečné otevření bylo zvoleno tak, aby výtok byl vhodný pro mytí rukou. Q-h křivky pro tekoucí vodu mají standardní průběh. U kapající vody se křivka zdá, jako by při nižších tlacích opisovala běžnou Q-h křivku, avšak při vyšších tlacích se od ní odchyluje a výtok narůstá. Vysvětlením tohoto jevu by mohl být kombinovaný mechanismus uzavírání vody. Pohybem páky je vytvořena mezera mezi otvory přivádějícími vodu a těsněním. Při nižších tlacích není těsnění natolik ovlivněno, aby to významně ovlivnilo velikost mezery, ale při vyšších tlacích je těsnění odtlačeno a výtok narůstá. Následující tabulky vyjadřují roční náklady na mytí rukou touto armaturou pro jednotlivé stupně otevření. Mytí rukou 10krát denně po dobu 25 vteřin (dle kapitoly 4.2). Tabulka 5.11: Páková baterie, otevřená naplno, roční náklady na mytí rukou Otevřená naplno Mytí rukou Kolikrát Cena Denní Cena Procentuální vyjádření Tlak Průtok Délka denně vody* průtok za rok ceny vůči 0,60 MPa MPa l.s -1 - s Kč/m 3 l Kč % 0,60 0, ,00 0,50 0, ,10 0,40 0, , ,30 0, ,29 0,20 0, ,55 0,10 0, ,85 Poznámka: * = Průměrná cena v ČR v roce 2017, zahrnuje vodné, stočné, daň Tabulka 5.12: Páková baterie, otevřená částečně, roční náklady na mytí rukou Otevřená částečně Mytí rukou Kolikrát Cena Denní Cena Procentuální vyjádření Tlak Průtok Délka denně vody* průtok za rok ceny vůči 0,60 MPa MPa l.s -1 - s Kč/m 3 l Kč % 0,60 0, ,00 0,50 0, ,29 0,40 0, , ,30 0, ,60 0,20 0, ,11 0,10 0, ,35 Poznámka: * = Průměrná cena v ČR v roce 2017, zahrnuje vodné, stočné, daň 57

58 Roční náklady [Kč] Procentuální vyjádření [%] Roční náklady [Kč] Procentuální vyjádření [%] Roční náklady na mytí rukou - páková baterie otevřená naplno ,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Cena za rok Procentuální vyjádření ceny vůči 0,60 MPa 0 Tlak [MPa] Obrázek 5.25: Graf ročních nákladů na mytí rukou, páková baterie, otevřená naplno 800 Roční náklady na mytí rukou - páková baterie otevřená částečně ,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0 Tlak [MPa] Cena za rok Procentuální vyjádření ceny vůči 0,60 MPa Obrázek 5.26: Graf ročních nákladů na mytí rukou, páková baterie, otevřená částečně 58

59 Roční náklady [Kč] Srovnání celkových ročních nákladů na mytí rukou všech variant Tlak [MPa] 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Otevřená naplno Otevřená částečně Obrázek 5.27: Graf srovnání ročních nákladů na mytí rukou všech variant 59

60 5.4.3 Dřezová stojánková baterie Obrázek 5.28: Dřezová stojánková baterie, převzato [67] Dřezová stojánková baterie Raf RIO II RK Kohoutová baterie na teplou a studenou vodu. Připojena pouze jedním přívodem armovanou hadicí se závitem 3/8. Měření provedeno pro baterii otevřenou naplno, částečně a kapající. Obrázek 5.29: Osazení baterie při měření 60

61 Průtok [l/s] Tekoucí voda 0,35 Dřezová dvoukohoutová baterie 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Naplno otevřená Částečně otevřená Tlak [MPa] Obrázek 5.30: Graf průtoku v závislosti na tlaku pro tekoucí vodu, všechny stupně otevření Tabulka 5.13: Dřezová baterie, otevřená naplno Tlak Čas Objem Průtok Průtokoměr Výsledný průtok P t V Q 1 = V/t Q 2 Q = (Q 1 + Q 2)/2 MPa s l l.s -1 l.s -1 l.s -1 0,00 0 0,0 0,00 0,00 0,00 0, ,8 0,10-0,10 * 0, ,0 0,16 0,18 0,17 0, ,3 0,20 0,22 0,21 0, ,9 0,23 0,25 0,24 0, ,0 0,26 0,28 0,27 0, ,2 0,28 0,30 0,29 Poznámky: - = Průtokoměr nebyl schopen zaznamenat hodnotu, ukazoval 0 * = Výsledný průtok Q = Q 1 61

62 Průtok [ml/hod] Tabulka 5.14: Dřezová baterie, částečně otevřená Tlak Čas Objem Průtok Průtokoměr Výsledný průtok P t V Q 1 = V/t Q 2 Q = (Q 1 + Q 2)/2 MPa s l l.s -1 l.s -1 l.s -1 0,00 0 0,0 0,00 0,00 0,00 0, ,0 0,05-0,05 * 0, ,3 0,08-0,08 * 0, ,1 0,10-0,10 * 0, ,0 0,12-0,12 * 0, ,2 0,13 0,15 0,14 0, ,2 0,14 0,17 0,15 Poznámky: - = Průtokoměr nebyl schopen zaznamenat hodnotu, ukazoval 0 * = Výsledný průtok Q = Q 1 Kapající voda 900 Dřezová dvoukohoutová kapající ,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 Tlak [MPa] Obrázek 5.31: Graf průtoku v závislosti na tlaku pro kapající vodu, dřezová baterie Tabulka 5.15: Dřezová baterie, kapající Tlak Čas Objem Průtok MPa s ml ml/hod 0, , , , , , ,

63 Komentář a vyhodnocení Ovládání baterie není příliš vhodné k precizní regulaci, neboť rozsah ovládacího prvku je velmi malý půl otáčky kohoutu znamená maximální otevření. Jedná se o kuchyňskou dřezovou baterii, u níž lze očekávat používání silnějšího proudu (umývání jídla, oplachování nádobí...). Z těchto důvodů se dá předpokládat, že by při používání bývala baterie otevírána spíše na větší stupeň otevření. Z důvodu malé citlivosti ovládacího prvku bylo obtížné (ve srovnání s jinými typy baterií) nastavit kohout tak, aby baterie kapala. Samozřejmě to bylo možné velmi jemnou manipulací, ale v případě reálného užívání se kapající baterie nezdá býti příliš pravděpodobná. Voda by buď by tekla proudem, nebo by netekla vůbec, jelikož půl otáčky je opravdu malý rozsah, který je během manipulace automaticky dorážen na maximální uzavření. Dá se říci, že Q-h křivky pro tekoucí i kapající vodu mají klasické průběhy. Pro finanční zhodnocení bude použito umývání rukou jako u většiny ostatních baterií, ačkoliv se jedná o kuchyňskou baterii, kde by užívání bylo poněkud jiné. Důvodem pro toto rozhodnutí je, aby bylo možné baterie vzájemně porovnávat. Následující tabulky vyjadřují roční náklady na mytí rukou s pomocí této armatury pro jednotlivé stupně otevření. Mytí rukou 10krát denně po dobu 25 vteřin (dle kapitoly 4.2). Tabulka 5.16: Dřezová baterie, otevřená naplno, roční náklady na mytí rukou Otevřená naplno Mytí rukou Kolikrát Cena Denní Cena Procentuální vyjádření Tlak Průtok Délka denně vody* průtok za rok ceny vůči 0,60 MPa MPa l.s -1 - s Kč/m 3 l Kč % 0,60 0, ,00 0,50 0, ,49 0,40 0, , ,30 0, ,90 0,20 0, ,97 0,10 0, ,09 Poznámka: * = Průměrná cena v ČR v roce 2017, zahrnuje vodné, stočné, daň Tabulka 5.17: Dřezová baterie, otevřená částečně, roční náklady na mytí rukou Otevřená částečně Mytí rukou Kolikrát Cena Denní Cena Procentuální vyjádření Tlak Průtok Délka denně vody* průtok za rok ceny vůči 0,60 MPa MPa l.s -1 - s Kč/m 3 l Kč % 0,60 0, ,00 0,50 0, ,94 0,40 0, , ,30 0, ,04 0,20 0, ,20 0,10 0, ,20 Poznámka: * = Průměrná cena v ČR v roce 2017, zahrnuje vodné, stočné, daň 63

64 Roční náklady [Kč] Procentuální vyjádření [%] Roční náklady [Kč] Procentuální vyjádření [%] Roční náklady na mytí rukou - dřezová baterie otevřená naplno ,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Cena za rok Procentuální vyjádření ceny vůči 0,60 MPa 0 Tlak [MPa] Obrázek 5.32: Graf ročních nákladů na mytí rukou, dřezová baterie, otevřená naplno Roční náklady na mytí rukou - dřezová baterie otevřená částečně ,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Cena za rok Procentuální vyjádření ceny vůči 0,60 MPa 0 Tlak [MPa] Obrázek 5.33: Graf ročních nákladů na mytí rukou, dřezová baterie, otevřená částečně 64

65 Roční náklady [Kč] Srovnání celkových ročních nákladů na mytí rukou všech variant Tlak [MPa] 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Otevřená naplno Otevřená částečně Obrázek 5.34: Graf srovnání ročních nákladů na mytí rukou všech variant 65

66 5.4.4 Nástěnná umyvadlová baterie na studenou vodu Obrázek 5.35: Nástěnná baterie, převzato [68] Nástěnná umyvadlová baterie na studenou vodu Novaservis Titania Iris Připojena závitem 1/2. Měření provedeno pro baterii otevřenou naplno a kapající. Obrázek 5.36: Osazení baterie při měření 66

67 Průtok [l/s] Tekoucí voda 0,45 Nástěnná umyvadlová baterie na studenou vodu 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 Tlak [MPa] Obrázek 5.37: Graf průtoku v závislosti na tlaku pro tekoucí vodu Tabulka 5.18: Nástěnná baterie, otevřená naplno Tlak Čas Objem Průtok Průtokoměr Výsledný průtok P t V Q 1 = V/t Q 2 Q = (Q 1 + Q 2)/2 MPa s l l.s -1 l.s -1 l.s -1 0,00 0 0,0 0,00 0,00 0,00 0, ,9 0,14 0,16 0,15 0, ,0 0,22 0,24 0,23 0, ,7 0,27 0,29 0,28 0, ,8 0,31 0,33 0,32 0, ,9 0,36 0,37 0,37 0, ,2 0,38 0,40 0,39 67

68 Průtok [ml/hod] Kapající voda 1200 Nástěnná umyvadlová baterie na studenou vodu - kapající ,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 Tlak [MPa] Obrázek 5.38: Graf průtoku v závislosti na tlaku pro kapající vodu, nástěnná baterie Komentář a vyhodnocení Tabulka 5.19: Nástěnná baterie, kapající Tlak Čas Objem Průtok MPa s ml ml/hod 0, , , , , , , Baterie funguje na principu kulového ventilu, průtok je tedy značný. Regulace na menší stupeň otevření nebyla provedena, protože mechanismus zavírání není příliš vhodný k regulaci, proud se tříští a nelze dosáhnout příjemného proudu. Tento typ baterie lze tím pádem označit za zcela nevhodný pro použití v domácnosti. Q-h křivky pro tekoucí i kapající vodu mají standardní průběh, i když u kapající není průběh zcela hladký. Následující tabulky vyjadřují roční náklady na mytí rukou s pomocí této armatury pro jednotlivé stupně otevření. Mytí rukou 10krát denně po dobu 25 vteřin (dle kapitoly 4.2). 68

69 Roční náklady [Kč] Procentuální vyjádření [%] Tabulka 5.20: Nástěnná baterie, otevřená naplno, roční náklady na mytí rukou Otevřená naplno Mytí rukou Kolikrát Cena Denní Cena Procentuální vyjádření Tlak Průtok Délka denně vody* průtok za rok ceny vůči 0,60 MPa MPa l.s -1 - s Kč/m 3 l Kč % 0,60 0, ,00 0,50 0, ,78 0,40 0, , ,30 0, ,96 0,20 0, ,67 0,10 0, ,31 Poznámka: * = Průměrná cena v ČR v roce 2017, zahrnuje vodné, stočné, daň Roční náklady na mytí rukou - nástěnná baterie otevřená naplno ,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Cena za rok Procentuální vyjádření ceny vůči 0,60 MPa 0 Tlak [MPa] Obrázek 5.39: Graf ročních nákladů na mytí rukou, nástěnná baterie, otevřená naplno 69

70 5.4.5 Stojánková umyvadlová baterie na studenou vodu Obrázek 5.40: Stojánková páková umyvadlová baterie, převzato [69] Stojánková umyvadlová baterie na studenou vodu Novaservis Titania Iris Připojena armovanou hadicí se závitem 3/8. Měření provedeno pouze pro baterii otevřenou naplno. Obrázek 5.41: Osazení baterie při měření 70

71 Průtok [l/s] 0,30 Stojánková umyvadlová baterie na studenou vodu 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Tlak [MPa] Obrázek 5.42: Graf průtoku v závislosti na tlaku pro tekoucí vodu Tabulka 5.21: Páková baterie, otevřená naplno Tlak Čas Objem Průtok Průtokoměr Výsledný průtok P t V Q 1 = V/t Q 2 Q = (Q 1 + Q 2)/2 MPa s l l.s -1 l.s -1 l.s -1 0,00 0 0,0 0,00 0,00 0,00 0, ,3 0,10-0,10 * 0, ,2 0,14 0,17 0,16 0, ,9 0,18 0,2 0,19 0, ,2 0,21 0,23 0,22 0, ,7 0,24 0,26 0,25 0, ,3 0,26 0,28 0,27 Poznámky: - = Průtokoměr nebyl schopen zaznamenat hodnotu, ukazoval 0 * = Výsledný průtok Q = Q 1 Komentář a vyhodnocení Q-h křivka má standardní průběh. Následující tabulky vyjadřují roční náklady na mytí rukou touto armaturou pro jednotlivé stupně otevření. Mytí rukou 10krát denně po dobu 25 vteřin (dle kapitoly 4.2). 71

72 Roční náklady [Kč] Procentuální vyjádření [%] Tabulka 5.22: Páková baterie, otevřená naplno, roční náklady na mytí rukou Otevřená naplno Mytí rukou Kolikrát Cena Denní Cena Procentuální vyjádření Tlak Průtok Délka denně vody* průtok za rok ceny vůči 0,60 MPa MPa l.s -1 - s Kč/m 3 l Kč % 0,60 0, ,00 0,50 0, ,56 0,40 0, , ,30 0, ,20 0,20 0, ,73 0,10 0, ,73 Poznámka: * = Průměrná cena v ČR v roce 2017, zahrnuje vodné, stočné, daň 2200 Roční náklady na mytí rukou - páková baterie otevřená naplno ,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Cena za rok Procentuální vyjádření ceny vůči 0,60 MPa 0 Tlak [MPa] Obrázek 5.43: Graf ročních nákladů na mytí rukou, kohoutová baterie, otevřená částečně 72

73 5.4.6 Zahradní kulový kohout Obrázek 5.44: Zahradní kulový kohout, převzato [70] Zahradní kulový kohout 1/2 na studenou vodu. Připojen závitem ½. Měření provedeno pro kohout otevřený naplno. Obrázek 5.45: Osazení kohoutu při měření 73

74 Průtok [l/s] 0,80 Zahradní kulový kohout 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Tlak [MPa] Obrázek 5.46: Graf průtoku v závislosti na tlaku pro tekoucí vodu Tabulka 5.23: Zahradní kohout, otevřený naplno Tlak Čas Objem Průtok Průtokoměr Výsledný průtok P t V Q 1 = V/t Q 2 Q = (Q 1 + Q 2)/2 MPa s l l.s -1 l.s -1 l.s -1 0,00 0 0,0 0,00 0,00 0,00 0, ,8 0,29 0,32 0,31 0, ,5 0,42 0,44 0,43 0, ,5 0,54 0,55 0,54 0, ,5 0,62 0,63 0,62 0, ,0 0,68 0,69 0,69 0, ,1 0,69 0,70 0,69 Komentář a vyhodnocení Jedná se o zahradní kulový ventil, tento typ je zcela nevhodný pro použití v interiéru. Naopak pro venkovní (zahradní) použití je ideální, protože při plném otevření má malé ztráty a velkou průtočnou plochu, což je užitečné pro připojení hadice. Také mechanická jednoduchost a nízká cena jej činní vhodným pro exteriér. Průtok byl druhý největší ze všech zkoumaných armatur. Překonala jej pouze postarší kohoutová baterie. Proud byl extrémní, použití takto silného proudu pro hygienu či jinou činnost je velmi nepravděpodobné. Regulace proudu je velmi špatná, proud se tříští, a i při velkém škrcení je příliš silný. I přes uvedené výhrady bude naceněno používání tohoto kohoutu pro umývání rukou, kvůli možnosti srovnání s ostatními armaturami. 74

75 Roční náklady [Kč] Procentuální vyjádření [%] Tabulka 5.24: Zahradní kohout, otevřený naplno, roční náklady na mytí rukou Otevřená naplno Tlak Průtok Kolikrát denně Délka Cena vody* Mytí rukou Denní průtok Cena za rok Procentuální vyjádření ceny vůči 0,60 MPa MPa l.s -1 - s Kč/m 3 l Kč % 0,60 0, ,00 0,50 0, ,85 0,40 0, , ,30 0, ,15 0,20 0, ,24 0,10 0, ,13 Poznámka: * = Průměrná cena v ČR v roce 2017, zahrnuje vodné, stočné, daň Roční náklady na mytí rukou - kulový ventil otevřený naplno ,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0 Tlak [MPa] Cena za rok Procentuální vyjádření ceny vůči 0,60 MPa Obrázek 5.47: Graf ročních nákladů na mytí rukou, kulový ventil 75

76 5.4.7 Sprcha obyčejná Obrázek 5.48: Sprcha obyčejná Sprcha Mixomat Taongi připojena hadicí závitem ½. Měření provedeno pouze pro plně otevřený přívod. Obrázek 5.49: Osazení sprchy při měření 76

77 Průtok [l/s] 0,50 Sprcha obyčejná 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Tlak [MPa] Obrázek 5.50: Graf průtoku v závislosti na tlaku, sprcha obyčejná Tabulka 5.25: Sprcha obyčejná Tlak Čas Objem Průtok Průtokoměr Výsledný průtok P t V Q 1 = V/t Q 2 Q = (Q 1 + Q 2)/2 MPa s l l.s -1 l.s -1 l.s -1 0,00 0 0,0 0,00 0,00 0,00 0, ,2 0,15 0,32 0,24 0, ,0 0,24 0,44 0,34 0, ,1 0,31 0,55 0,43 0, ,8 0,35 0,63 0,49 0, ,4 0,40 0,69 0,55 0, ,2 0,43 0,70 0,56 Komentář a vyhodnocení Jedná se o základní typ ruční sprchové hlavice. Tento výrobek je laciný a nijak neproklamuje šetření vodou. Průtok je tedy dosti velký. Při použití sprchy se nepředpokládá částečné otevírání přívodu. Následující tabulka vyjadřuje roční náklady na sprchování touto armaturou pro jednotlivé tlaky. Sprchování 1krát denně po dobu 8 minut (dle kapitoly 4.2). 77

78 Roční náklady [Kč] Procentuální vyjádření [%] Otevřená naplno Tlak Průtok Tabulka 5.26: Roční náklady na sprchování, sprcha obyčejná Kolikrát denně Délka Cena vody* Sprchování Denní průtok Cena za rok Procentuální vyjádření ceny vůči 0,60 MPa MPa l.s -1 - s Kč/m 3 l Kč % 0,60 0, ,00 0,50 0, ,65 0,40 0, , ,30 0, ,25 0,20 0, ,25 0,10 0, ,95 Poznámka: * = Průměrná cena v ČR v roce 2017, zahrnuje vodné, stočné, daň Roční náklady na sprchování - obyčejná sprcha ,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0 Tlak [MPa] Cena za rok Procentuální vyjádření ceny vůči 0,60 MPa Obrázek 5.51: Graf ročních nákladů na sprchování, sprcha obyčejná 78

79 5.4.8 Sprcha spořící (masážní) Obrázek 5.52: Sprcha spořící, převzato [71] Spořící masážní sprcha Mixomat Bauru. Tři možnosti nastavení sprcha, trysky, kombinace. Měření provedeno pro naplno otevřený přívod pro dvě nastavení sprcha a trysky. V balení byly dva druhy těsnění pro připojení k hadici, lišily se velikostí otvoru; měření bylo provedeno pro těsnění s větším otvorem. Obrázek 5.53: Osazení sprchy při měření 79