ZDRAVOTNÍ TECHNIKA HYDRAULIKA POTRUBÍ, ZÁSOBOVÁNÍ OBJEKTŮ VODOU, VNITŘNÍ VODOVOD, POTŘEBA VODY Ing. Stanislav Frolík, Ph.D. - katedra technických zařízení budov - 1 Učební texty, legislativa skripta : Energetické a ekologické systémy budov 1 Zdravotní technika a vytápění prof. Kabele a kol. normy: ČSN EN 806 1-5 Vnitřní vodovod pro rozvod vody určené k lidské spotřebě ČSN EN 1717 Ochrana proti znečištění pitné vody ve vnitřních vodovodech a všeobecné požadavky na zařízení na ochranu proti znečištění zpětným průtokem ČSN 75 5455 Výpočet vnitřních vodovodů ČSN 73 6660 Vnitřní vodovody změna IV/06 ČSN 73 0873 Zásobování požární vodou ČSN 06 030 Ohřívání (užitkové) vody - Navrhování a projektování ČSN 75 5411 Vodovodní přípojky ČSN 73 6005 Prostorové uspořádání technického vybavení ČSN 01 3450 Technické výkresy Instalace - Zdravotnětechnické a plynovodní instalace ČSN 01 350 Výkresy potrubí. Značky pro kreslení potrubí 1
Pa, kpa a Mpa Atm m VS, mm VS Bar (PSI) Používané jednotky Pascal Atmosféra (Atmosphere) Výška vodního sloupce Bar Pounds per square inch (libry na čtvereční palec) 1 Atm = 10 m VS 1Mpa = 1000 kpa = 10 6 Pa 1 bar = 0,1 Mpa = 100 kpa (1 PSI = 6,894757 kpa) 1 m vodního sloupce přepočet na [Pa] 1 Atm = 0,986 bar = 10 m VS 1 bar = 10,14 m VS (=10/0,986) p = h ρ g = 1 1000 9,86 = 9860Pa Pro účely výpočtů v TZB si většinou vystačíme se zaokrouhleným g = 10 m.s -, čímž se nám vztahy zjednoduší: 1 Bar = 1 Atm = 0,1 Mpa = 100 kpa = 10 mvs 3 Hydraulika potrubí -pojmy Základní veličiny, které charakterizují pohyb kapaliny, jsou : -průřezová rychlost v [m/s] -tlak p [Pa] KAPALINA IDEÁLNÍ KAPALINA -objemově stálá, nestlačitelná, nevazká SKUTEČNÁ KAPALINA -změna objemu f (t,p), stlačitelná, vizkozita (vnitřní tření) PROUDĚNÍ USTÁLENÉ PROUDĚNÍ (STACIONÁRNÍ) - veličiny proudu se nemění v čase NEUSTÁLENÉ PROUDĚNÍ (NESTACIONÁRNÍ) - veličiny proudu se mění v čase 4
Hydraulika potrubí -pojmy PROUDĚNÍ Reynoldsovo číslo LAMINÁRNÍ - ztrátovou energii ovlivňuje pouze viskozita kapaliny- f (t) PŘECHODOVÉ - ztrátovou energii ovlivňuje viskozita kapaliny a nerovnosti vnitřního povrchu TURBULENTNÍ - plně rozvinuté turbulentní proudění má v. d R e = υ ztráty závislé na průřezové rychlosti a tvaru potrubí LAMINÁRNÍ TURBULENTNÍ 5 ideální Proudění kapaliny skutečné S1 c1 S c h1 l h 1 c + ρ p + g.h = konst. v a pa vb pb + + g. ha = + + g. hb ρ ρ + Y z 6 3
Základní pojmy pro výpočty : - průtočný průřez S [m ] je plocha průřezu kolmá k proudnici - hydraulický poloměr S [m] R = o S je skutečný průtočný průřez proudící kapaliny [m ] o odpovídající smáčený obvod [m] v = s u. ds S - objemový průtok (průtočné množství) Q [m 3 /s, l/s] při ustáleném (stacionárním) pohybu kapaliny je objem kapaliny, protékající za časový interval jakýmkoliv průřezem stálý rovnice kontinuity. S v1 v Q = S1. v1 = S. v =. v = konst S1 S 7 Hydraulika potrubí Základní veličiny, které charakterizují pohyb kapaliny, jsou : -průřezová rychlost v [m/s] -tlak p [Pa] -průřezová rychlost v [m/s] střední rychlost průtočného průřezu 1 8g Chezyho rovnice v =. gdl = Rl. = C Rl = v λ λ Rychlostní součinitel Chezyho rovnice C vyjadřuje ztráty třením, určuje se na základě empirických zjištění. 8g 1,51 k White-Colebrookova C = = log + λ λ R e λ 3, 71d rovnice λ součinitel ztrát třením (Reynoldsovo číslo, hustota kapaliny, drsnost vnitřního povrchu) 8 4
Proudění skutečné kapaliny Ztrátová měrná energie při proudění potrubím (plný přůřez) [ J kg] Yz = Yz 1 + Yz / Yz 1 - ztrátová měrná energie třením, způsobená třením kapaliny o stěny a vnitřními ztrátami způsobenými viskózním a turbulentním třením Yz - ztrátová měrná energie místní, způsobená prouděním kapaliny tvarovkami, armaturami, přístroji apod. Ztrátová měrná energie třením Ztrátová měrná energie místní Y p ρ = l d v = z1.. [ J kg] Y = z. [ J kg] z 1 λ / p ρ = v z ξ / 9 Proudění skutečné kapaliny Vyjádřením ztrátové měrné energie pomocí rychlostní výšky v /g dostaneme Darcy-Weisbachovu rovnici : Ztrátová měrná energie třením l v Y z 1 = λ.. / d [ J kg] Ztrátová měrná energie místní v Y z = ξ. / [ J kg] l v h z d. 1 = λ. g [ m] v h z = ξ. g [ m] J 1. kg m. s kg. m s kg m = s 1. m / s = = m 10 5
Měrné tlakové ztráty třením 11 Tlakové ztráty místními odpory 1 6
Voda a její vlastnosti VODNÍ PÁRA LED KAPALINA H + O HO 13 Voda a její vlastnosti v TZB fyzikální vlastnosti vody nepatrná stlačitelnost (zvýšení tlaku při uzavření, rázy potrubí) objemové změny vlivem zvyšování teploty (pojistné zařízení) objemové změny vlivem snižování teploty (pod 4 C se objem vody opět zvyšuje, při zamrznutí až o 9%) měrná tepelná kapacita max hustota min objem 14 7
Voda a její vlastnosti v TZB Kvalita vody : Způsoby úpravy vody : - voda obsahuje nadbytek CO - odkyselení - zvýšený obsah Fe a Mn - magnetická, elektronická - vysoký obsah solí Ca a Mg - magnetická, elektronická - malý obsah minerálů - stabilizace minerálů - kontaminace odpadní vodou - odkalovací filtry, desinfekce POŽADAVKY NA KVALITU VODY : VYHLÁŠKA MZd č. 376/000 Sb. požadavky na kvalitu vody a rozsah četnosti její kontroly Základní pojmy :» pitná voda» užitková voda» teplá voda x TUV» provozní voda ČSN EN 806-1 73 6660 pitná voda pro lidskou spotřebu (vaření, mytí, pití ) nepitná voda (ostatní zalévání, mytí aut ) 15 ZÁSOBOVÁNÍ OBJEKTŮ VODOU Nerovnoměrnost odběru vody v průběhu dne, týdne i roku vyvolává nutnost vodu akumulovat. Mezi zdrojem a místem spotřeby je tedy umístěna akumulační nádrž vodojem. Funkce vodojemu : vyrovnání rozdílu mezi spotřebou a potřebou vody zajištění rovnoměrných tlakových poměrů vsíti VODOJEM AKUMULACE SPOTŘEBIŠTĚ-OKRUHOVÁ SÍŤ PODZEMNÍ ZDROJ VODY ÚPRAVA VODY VEŘEJNÁ SÍŤ POVRCHOVÝ ZDROJ VODY SPOTŘEBIŠTĚ-VĚTEVNÁ SÍŤ 16 8
Zásobování objektů vodou - místní ( lokální ) studny - veřejný řad + soustava vodojemů - kombinace Studny : dle účelu -veřejné ( zásobování pitnou vodou velkých celků ) - domovní ( zásobování pitnou vodou jedné, výjimečně několika nemovitostí - požární ( akumulace a vydatnost vody pro rychlý požární zásah ) dle konstrukce - šachtové : - kopané (vyhloubí se ručně do hloubky cca 8m a poté se ode dna zdí nebo prefabrikuje, - spouštěné (plášť se spouští shora vlastní tíhou) - vrtané (hloubí se vrtnými soupravami, pro větší hloubky spodní vody, 0m a více) - ražené ( nortonky, habešské ) pro rychlé, dočasné zásobování vodou, - kombinované ( např. horní část šachtová, spodní část vrtaná ) 17 ZÁSOBOVÁNÍ OBJEKTŮ VODOU vnější vodovodní síť vodojem hydrostatický tlak hydrodynamický tlak zdroj vody vnější vodovodní síť 18 9
Schéma vnitřního vodovodu : PŘIPOJOVACÍ POTRUBÍ uzávěr vodoměr HYDRANT H STOUPACÍ POTRUBÍ H STOUPACÍ POTRUBÍ H uzávěr vody zemní souprava TERÉN vodoměrná sestava POŽÁRNÍ VODOVOD ZAVODNĚNÝ LEŽATÉ POTRUBÍ POŽÁRNÍ VODOVOD NEZAVODNĚNÝ PRO ZÁSAH MOBILNÍ TECHNIKY terén VODOVODNÍ PŘÍPOJKA PŘÍVODNÍ POTRUBÍ (VNITŘNÍ VODOVOD) 19 Způsoby připojení na vnější siť : přímé napojení dostatek tlaku nenízařízení, které by tlak snížilo, popř. je blokováno PŘÍMÉ NAPOJENÍ terén přes přerušovací nádrž hydraulické oddělení vnějšího a vnitřního vodovodu S PŘERUŠOVACÍ NÁDRŽÍ - SPODNÍ ROZVOD S PŘERUŠOVACÍ NÁDRŽÍ - HORNÍ ROZVOD terén terén 0 10
Způsoby připojení na vnější siť : sakumulační nádrží nedostatek vody a tlaku ve vnějším vodovodu dělení na tlaková pásma S AKUMULAČNÍ NÁDRŽÍ DVĚ TLAKOVÁ PÁSMA terén ze dvou nezávislých zdrojů pokud to vyžaduje provoz studna a veřejný vodovod zdroje nesmí být propojeny napojení přes přerušovací nádrž TERÉN VEŘEJNÝ VODOVOD vodoměrná sestava PŘERUŠOVACÍ NÁDRŽ Č Č TERÉN STUDNA TLAKOVÁ NÁDRŽ 1 Napojení přípojky na vodovodní síť : pomocí odbočky při realizaci vodovodního řadu známá budoucí poloha přípojky pro větší DN80 a více pomocí navrtávacího pasu tam, kde není známa budoucí poloha přípojky bez uzávěru vyloučení provozu DN 0-50 s uzávěrem připojení za provozu 11
VODOVODNÍ PŘÍPOJKA od napojení na veřejný vodovod po HUV (hlavní uzávěr vody) hlavní uzávěr vody je umístěn na pozemku nemovitosti nebo uvnitř objektu zpravidla každá nemovitost je připojena jednou samostatnou přípojkou, výjimku uděluje správce sítě každá vodovodní přípojka má být opatřena v místě připojení na veřejný vodovod uzávěrem se zemní soupravou. dimenze musí být navržena na špičkový průtok jednotný materiál litina, ocel, PE, PVC pokud možno přímá, co nejkratší sklon min 0,3% k veřejné síti krytí 1,5-, m prostup kcí chránička přípojka musí být kdykoliv přístupná pro opravu a revizi, tzn. nezastavět!!! 3 Měření spotřeby vody vodoměrná sestava VODOMĚRNÁ SESTAVA (hlavní vodoměr) slouží pro měření spotřeby vody součástí vodoměrné sestavy je HUV v objektu : vodoměr max. m za obvodovou zdí přístup k odečtení vodoměru umístění na stěně, výklenek, šachta v podlaze 400-100 mm nad podlahou mimo objekt ve vodoměrné šachtě 900x100x1500 (dle rozměru VS) přístup 600x600 šachta pouze pro sestavu osazení uzávěru vody do objektu HUO PODRUŽNÉ MĚŘENÍ (podružné vodoměry) pro rozdělení spotřeby vody na jednotlivé subjekty neplatí pro ně obecná pravidla musí být přístupné pro odečet a výměnu 4 1
Měření spotřeby vody Měření vody : - hlavní (fakturační) vodoměr na přípojce - podružné měření jednotlivých subjektů - sdružené měření soustředěné v jednom místě - zajištění přístupu ke kontrole, odečtu, výměně vodoměru (černý odběr) - vlastnictví vodoměru náklady na výměnu, kontrolu -ruční x dálkový odečet záměrné zkreslení informací (zdražení vody apod.) 5 Vodoměrná sestava armatury Přípojkový uzávěr-filtr-redukce-prostor pro vodoměr-redukce-uzávěr HUV-zpětný ventil-vypouštění 6 13
Charakteristika potrubí charakteristické údaje : * průřez potrubí * jmenovitý tlak * teplota Průřez potrubí ( Diametre Nominal ) DN smluvní hodnota DN 10,15,0,5,3 Vnitřní průměr d ( mm ) přesná hodnota pro hydraulické výpočty Vnější průměr. D x t (mm ) vnější průměr x tloušťka stěny DN 10 15 0 5 3 40 Měď 1 x 1 18 x 1 x 1 8 x 1,5 35 x 1,5 4 x 1,5 PP 3 16 x,3 0 x,8 5 x 3,5 3 x 4,5 40 x 5,6 50 x 6,9 VPE 16 x, 0 x,8 5 x 3,5 3 x 4,4 40 x 5 50 x 5 Jmenovitý tlak (Presure Nominal ) maximální provozní tlak za určité teploty PN,5 PN6, PN10, PN16, PN5.hodnota vnitřního přetlaku v potrubí. PN je desetinásobek hodnoty přetlaku v MPa. Teplota materiály, spoje a zařízení ve vnitřním vodovodu musí odolávat při poruchách teplotě do 95 C 7 Charakteristika potrubí - tlak ČSN EN 806 Zásobovací přetlak (SP- service pressure) vnitřní přetlak v místě napojení VV při nulovém průtoku v přípojce Nejnižší hydrodynamický přetlak ( SPLN lovest normal service pressure) nejnižší provozní přetlak v místě napojení při vysokém průtoku Provozní přetlak ( OP operating pressure ) vnitřní přetlak v daném okamžiku Nejvyšší návrhový přetlak ( MDP maximum design pressure ) nejvyšší hydrostatický přetlak, pro který je VV navržen Jmenovitý tlak ( PN nominal pressure) maximální hydrostatický přetlak při kterém může být provozován vodovod při dané teplotě Hydrodynamický přetlak ( FP flow pressure ) přetlak v daném místě Zkušební přetlak ( STP systém test pressure) hydrostatický přetlak, kterým se zkouší VV nejméně 1,5 násobek přípustného provozního tlaku Instalace typu A uzavřený systém rozvodu vody pod tlakem ze sítě nebo čerpací stanice Instalace typu B nízkotlaký systém rozvodu vody ( není pod tlakem ze sítě nebo čerpací stanice = potrubí od přerušovací nádrže nebo beztlakového ohřívače ) 8 14
Ochrana proti znečištění pitné vody ČSN EN 1717 zpětný průtok pohyb vody proti určenému směru průtoku uzavřením přívodu vody do VV a otevřením níže položené armatury při úniku vody z poškozeného potrubí při velkém odběru vody z poddimenzovaného vodovodu zásady ochrany: VV z veřejného vodovodu nesmí být propojen s jiným zdrojem zpětný ventil jako součást VS zpětný a výtokový ventil pod požárním potrubím armaturysezpětným a prřivzdušňovacím ventilem zpětný ventil u napojení pisoárů přes tlakové nebo automatické zařízení výtoková armatura u ZP min. 50 mm nad horním okrajem ZP ochranná jednotka společná pro více výtoků a u výtoku zpětný ventil 9 Vnitřní vodovody tlaková zkouška Zkoušení VV: Po montáži před napojením na zdroj vody: - prohlídka - tlaková zkouška -konečná tlaková zkouška Tlaková zkouška: -před montáží příslušenství, ZP, armatur - vodou x suchým vzduchem x inertním plynem ( dusík ) - zkušební přetlak = 1,5 násobek provozního přetlaku - stabilizace systému po dobu 1 hodin, pak tlaková zkouška - pokles tlaku za 1 hodinu max. o 0 kpa Konečná tlaková zkouška: - proplach vodou po montáži ZP, armatur a příslušenství - pod provozním přetlakem, dosaženým na začátku zkoušky po dobu 4 hodin - pokles tlaku za 1 hodinu max. o 0 kpa 30 15
POTŘEBA VODY - BILANCE -průměrná denní potřeba Q p = q. n q specifická potřeba vody n počet jednotek - maximální denní potřeba Q m = Q p. k d k d součinitel denní nerovnoměrnosti - maximální hodinová potřeba Q h = Q m. k h / z k h součinitel hodinové nerovnoměrnosti soustředěná zástavba kh =,1 roztroušená zástavba kh = 1,8 z doba čerpání vody bytové objekty z = 4 hod administrativní budovy z =10 až 1 hod [l/d] [l/jedn.,d] Potřeba vody - plánovaná hodnota, v objektu neslouží k dimenzování Spotřeba vody - skutečně odebrané ( naměřené ) množství 31 POTŘEBA VODY - BILANCE Specifická potřeba vody vyhláška MZem č. 48/001 Sb. ze směrných čísel roční spotřeby vody bytové domy s centrální přípravou teplé vody - 150 l/os,d měřením zjištěno - cca 10 l/os,d SMĚRNÁ ČÍSLA ROČNÍ POTŘEBY VODY Druh potřeby vody [m 3 /os,rok] Byty - s WC a lokálním ohřevem teplé vody 46 - s WC a centrálním ohřevem teplé vody 56 Ostatní - kanceláře 16 - školy 6 - mateřské školy 16 - internáty, domovy, koleje (bez kuchyně) 30 - internáty, domovy, koleje (s kuchyní) 40 - hotel s restaurací (pokoje s WC a koupelnou) 00 - hotel bez restaurace (pokoje s WC a koupelnou) 160 - zdravotnické středisko (na zaměstnance) 18 - zdravotnické středisko (na pacienta) 3 16