BUDAPESTI MŰSZAKI EGYETEM Építőmérnöki Kar Vízellátás-Csatornázás Tanszék K Ö Z M Ű V E K. 2.félév Közmű építés. Jegyzet kézirat.

Átírás

1 BUDAPESTI MŰSZAKI EGYETEM Építőmérnöki Kar Vízellátás-Csatornázás Tanszék K Ö Z M Ű V E K 2.félév Közmű építés Jegyzet kézirat Összeállította Dr.DARABOS Péter egy.adjunktus Készült az Alapítvány a Magyar Felsőoktatásért és Kutatásért támogatásával Budapest 1996

2 KÖZMŰVEK KÖZMŰ ÉPÍTÉS 2.félév TARTALOM JEGYZÉK 1. Közműhálózatok tervezési elvei, tervfajták Jogszabályismeret Az igénymeghatározás módszerei Vízellátás A lakosság vízigényének meghatározása Az ipar vízigénye A mezőgazdaság vízigénye A tűzoltás vízigénye A település jellemző vízigényei Gázellátás A lakossági gázigény meghatározása A távfűtés gázigényének meghatározása A gázigény területi megoszlásának figyelembevétele Csatornázás Szennyvíz terhelés meghatározása Nyomás alatti elosztórendszerek méretezése Topológiai modell Vízellátó rendszerek modellezése és méretezése A vízellátó rendszer elemeinek fizikai - hidraulikai modellje Csővezeték, valódi ág Tározók, kötött nyomású pontok Szivattyú (centrifugál szivattyú) Kút Szűrő Hidráns, szabadkifolyás Hálózati szerelvények A fogyasztás modellezése A vízfogyasztás helyének modellezése A vízfogyasztás időbeli változásának modellezése Vízellátó hálózat méretezése és ellenőrzése A vízellátó hálózat üzemállapotai Minta feladat Tározótérfogatok meghatározása Gravitációs csatornahálózatok méretezése A szennyvízcsatornát terhelő vízhozamok meghatározása A szennyvízcsatorna szükséges méretének meghatározása A csapadékcsatornát terhelő vízhozam meghatározása /egyszerűsített módszer/ Közműhálózatok építése Vízelosztó hálózat anyagai, műtárgyai A vízellátásban alkalmazott csőanyagok Idomok Szerelvények Elzáró szerkezetek Megcsapoló szerkezetek Műtárgyak

3 2.félév KÖZMŰ ÉPÍTÉS KÖZMŰVEK 5.2. A Csatornahálózat anyagai, műtárgyai Csatornahálózatok anyagai Csatornahálózatok műtárgyai Házibekötések Közcsatornák aknái Mérőműtárgyak A szennyvízátemelés műtárgyai Vízvezeték hálózat építése Csatorna hálózat építése... Hiba! A könyvjelző nem létezik Vízellátó rendszerek üzemeltetése Operatív irányítás Hibaelhárítás Karbantartás Műszaki nyilvántartások vezetése Csatorna hálózatok üzemeltetése Csatorna vizsgálatok A beszivárgás-hozzáfolyás analízise Terhelésvizsgálat Füstvizsgálati eljárás Csatornavizsgálat tükrözéssel Víztartáspróba Exfiltrációs vizsgálat Infiltrációs vizsgálat Túlnyomásos vizsgálat Vákuumos vizsgálat Vizsgálati eljárások egységesítése Újszerű állapotfelvételek Kombinált kötésnyomás-próbás minősítés Fejlesztés alatt álló vizsgálati módszerek Vizsgálati eljárások összefoglalása Csatornák felmérése Csatorna tisztítás Kézi tisztítás Csörlős tisztítás Nagynyomású csatornamosó berendezések Szelvényszűkületek megszüntetése Görgetett golyók Csatornamedve Vízellátó hálózatok és vezetékeinek rekonstrukciója Rekonstrukciót kiváltó okok és azonosításuk Fenntartási problémák Meghibásodások okai Vízminőség változások Elavulás Költségek csökkentését célzó rekonstrukciók Fenntartási, javítási költségek Energia költségek A rekonstrukciót kiváltó okok felderítése Hagyományos vizsgálati eljárások Korszerű vizsgálati eljárások

4 KÖZMŰVEK KÖZMŰ ÉPÍTÉS 2.félév 6.2. A vízellátó hálózat állapotának értékelési módszerei Külföldön alkalmazott módszerek Németországban kifejlesztett módszer Az USA-ban kifejlesztett módszer Hazánkban alkalmazott módszerek Vízellátó hálózatok rekonstrukciójának tervezése A tervezés előkészítése A tervezés folyamata A rekonstrukciós módszer kiválasztás A hálózat rekonstrukció módszerei Kitakarás mellett végrehajtott vezetékrekonstrukció Kitakarás nélküli vezeték rekonstrukciós módszerek

5 2.félév KÖZMŰ ÉPÍTÉS KÖZMŰVEK 1. KÖZMŰHÁLÓZATOK TERVEZÉSI ELVEI, TERVFAJTÁK Tanulmányterv (csatornázásban általános terv). Az alaptérképek méretaránya 1:4000-1: Rendezési tervek (tartalmukat miniszteri utasítás szabályozza): - általános rendezési terv (ÁRT) - részletes rendezési terv (RRT) Koncepciótervek (változatok) Megvalósíthatósági tanulmány - szükség esetén környezeti hatástanulmány (jóváhagyás) Beruházási program - (már nagyon fontos a gazdasági kérdések vizsgálata is - költségbecslés, ütemezésorganizáció) Engedélyezési terv - a konkrét megvalósítás irányába tett legfontosabb lépés, az összes érdekeltnek jóvá kell hagynia, nagyon bonyolult és időigényes tevékenység Versenyfelhívási dokumentáció Tervezésre, vagy kivitelezésre, általában a kiviteli tervet közelítő kidolgozottsági szint. Kiviteli terv - ez alapján történik az építés, minden olyan részletet, szakágat tartalmaznia kell, ami a megvalósításhoz elengedhetetlen (szakági tervek, kitűzés, kisajátítás stb. 5.

6 KÖZMŰVEK KÖZMŰ ÉPÍTÉS 2.félév 1.1. JOGSZABÁLYISMERET Jogalkotási hierarchia (1987. évi XI. tv. a jogalkotásról) Törvény Csak az Országgyűlés alkothat Rendelet Kormány és kormány tagjai és az önkormányzatok hozhatnak, a kormány tagjai együttesen is Jelölés pl. 4/1995. (V. 4.) KTM rendelet, (régebben az országos hatáskörű szervek rendelkezést {rek.} hozhattak, pl. OVH) Az állami irányítás egyéb jogi eszközei határozat: kormány, országgyűlés, önkormányzatok utasítás szabvány 1994-től rendeletben kell közzétenni a kötelezően alkalmazandókat közlemény jogi iránymutatás Rendeletek stb. módosítása kiegészítése Közzététel: Magyar Közlöny - ami minden állampolgárt érinthet, a többi tárcaközlönyökben Hatály: visszamenőlegesség nem Az építtetőnek érdeke, hogy az engedélyköteles építkezése előkészítéséhez és végrehajtásához szakembereket vegyen igénybe. Az egész lebonyolítás időtartamára építési műszaki ellenőrt célszerű fogadni, engedély köteles építkezés esetén tervezői névjegyzékbe bejegyzett tervező és felelős műszaki vezetői névjegyzékbe bejegyzett kivitelező bevonása nélkülözhetetlen. Bonyolultabb ügyekben szükséges lehet műszaki szakértő és ügyvéd. A jelentősebb telekalakításokhoz településtervező szükséges, földmérő viszont minden telekalakításnál. Alapvető jogszabályok: évi LXXVIII. törvény (Étv.) Az épített környezet alakításáról és védelméről 253/ 1997.(XII.20.) Korm. rendelet (OTÉK) Az országos településrendezési és építési követelményekről Az engedélyezéshez szükséges az országos rendeletek közül: 45 /1997.(XII.29.) KTM. Az építészeti-műszaki tervdokumentációk tartalmi követelményeiről 46/1997.(XII.29.) KTM. Az egyes építményekkel, építési munkákkal és építési tevékenységgekkel kapcsolatos építésügyi hatósági engedélyezési eljárásokról 85/2000. (XI.8.) FVM rendelet 6.

7 2.félév KÖZMŰ ÉPÍTÉS KÖZMŰVEK A telekalakításról évi IV. törvény Az államigazgatási eljárás általános szabályairól Az engedélyezési fajtától függő további cca. 30 db szakhatósági rendelet és elengedhetetlen a helyi építési szabályzatról szóló önkormányzati rendeletek vonatkozó fejezeteinek ismerete is. Természetesen az állami és helyi rendeletek, továbbá a hatósági engedélyek kötik az építkezések összes résztvevőit is. Ennek biztosítására az építési hatóság ellenőrzést köteles tartani, szükség esetén kötelezettségeket is elrendelhet. Az építési ügyek összes résztvevője az Étv. értelmében köteles együttműködni. 7.

8 KÖZMŰVEK KÖZMŰ ÉPÍTÉS 2.félév 2. AZ IGÉNYMEGHATÁROZÁS MÓDSZEREI A közműrendszerek tervezésének, fejlesztésének igen fontos megalapozó feladatrésze az igények meghatározása. Mint arról már a közműrendszerek, közmű szakágak ismertetése során szó volt, a lakosságot, a települést kiszolgáló létesítmények élettartama 10 években mérhető. Ezért ezeket nem a megvalósulás időpontjában várható igényekre tervezzük, hanem úgynevezett távlati (20-30 év) igényekre. A közműfejlesztési tervezéssel kapcsolatban általánosságban megállapítható, hogy a fejlesztési terveket a tervezett létesítmény, vagy létesítménycsoport élettartamának figyelembevételével kell elvégezni. Különösen fontos, hogy a tervezett létesítmény üzemi élettartama alatt ne terhelődjön túl, vagyis a jelentkező igényeket mindíg ki tudja elégíteni. Nyilvánvaló, hogy ez a feltétel csak akkor teljesíthető, ha kellő pontossággal ismerjük a távlati igényeket. A közmű tervezés folyamatának első, és sokszor legtöbb vitát kiváltó lépése az igények meghatározása, prognosztizálása. Egy-egy nagyobb közműfejlesztési beruházás költségeit, ütemezését alapvető módon befolyásolja az igény prognózis. Az egyik legnagyobb gond a prognózis készítése során, hogy a fogyasztási szokásokra a gazdasági-politikai változásoknak is igen jelentős hatása van. Az ország EU csatlakozása ebben a tekintetben várhatóan kedvező hatású lesz, abban az értelemben, hogy a gazdaság és a politikai helyzet nagyrészt kiszámíthatóvá válik, és ezzel a prognózis készítés biztonsága is növekszik. A közmű fejlesztési tervek készítése nem csupán egyszerű statikus szerkezettervezés, mint arról a tervezési elvek, kapcsán már szó volt. A rendszerek bonyolultságára való tekintettel a tervezés bizonyos szintjéig (beruházási program) alternatívákban szokás gondolkozni, melyeket műszakigazdasági mutatóikkal kell összehasonlítani. A tervező feladata a műszaki megoldások kidolgozása mellett a gazdasági mutatók, költségek meghatározása, dokumentumba (tervbe) foglalása a döntéshozók számára értékelhető formában. A helyzetet csak bonyolítja, hogy a nagyobb közmű létesítmények kivitelezése éppen kiterjedtségük miatt hosszú időt, éveket vesz igénybe. Ezért már a tervezés során az igények kielégítését, illetve a beruházást ütemezni kell. A műszaki gazdasági mutatókat az egyes alternatívákhoz, amelyek létesítésének ütemezése akár jelentősen eltérő is lehet, az ütemezés figyelembevételével kell kimunkálni. Az igényprognózisok készítése során soha sem szaban figyelmenkívül hagyni az üzemeltetőknél felhamozódott tapasztalatokat. A szabványokban és műszaki irányelvekben rözített igény mutatókat mindíg össze kell vetni az üzemeltetői tapasztalatokkal. Különösen igaz ez a jelenlegi hazai viszonyok között, amikor a drasztikus áremelések hatására majd minden közműszakágban jelentősen visszaesett, legfeljebb stagnál a fogyasztás. A közmű szolgáltatással kapcsolatos igényeket befolyásoló tényezők közül érdemes néhányat kiemelni, melyeknek minden közmű esetében alapvető szerepük van: A lakosszám, a népesedés alakulása. A lakások száma és felszereltsége Az időjárás. Településszerkezet. Fogyasztói szokások. 8.

9 2.félév KÖZMŰ ÉPÍTÉS KÖZMŰVEK A közmű szolgáltatást a lakosságon kívül az ipari és mezőgazdasági üzemek is igénybe veszik, ezért az igények meghatározását mindhárom fogyasztói körre el kell végezni. Az igénymeghatározás során feladat az igények időbeli és térbeli megoszlásának meghatározása, a különböző fejlesztési időhorizontokra. A következőkben a VÍZ- és GÁZELLÁTÁS valamint a CSATORNÁZÁS tervezése során alkalmazott igénymeghatározási módszereket vesszük sorra. 9.

10 KÖZMŰVEK KÖZMŰ ÉPÍTÉS 2.félév 2.1. VÍZELLÁTÁS Egy település teljes ivóvízigénye a következő részekből tevődhet össze: Lakosság ivóvízigénye Ipar ivóvízigénye Mezőgazdaság vízigénye Közületi fogyasztók vízigénye Tűzoltás vízigénye Közterület fenntartás vízigénye Szolgáltatási veszteségek A lakosság vízigényének meghatározása A tervezés első lépéseként a rendezési tervek alapján úgynevezett fogyasztási körzeteket jelölünk ki oly módon, hogy egy-egy körzeten belül a beépítés jellege, az épületek szintszáma, az ellátottság színvonala, a fogyasztói szokások közel azonosak legyenek. Az ellátottság színvonala alapján a lakossági ellátás négy szintje különböztethető meg: Közkifolyós módon ellátott fogyasztó, aki a csőhálózatra szerelt közkifolyós vízvételi helytől közúton mérve legfeljebb 150 m távolságra lakik. Félkomfortos módon ellátott az a fogyasztó, akinek ingatlanán egy csapolóhely van. Komfortos módon ellátott az a fogyasztó, akinek lakásán több csapolóhely (fürdőszoba, WC,stb.) van. Összkomfortos módon ellátott fogyasztó az, aki a vízellátáson kívül egyéb rendszeres kommunális szolgáltatásban részesül (melegvíz, központi fütés, gázellátás, stb.) A vízigényeket a fogyasztási körzetekre a lakosszám és a éves átlagos fajlagos vízigények alapján a komfortfokozat ismeretében határozzuk meg. Ehhez általában az MSZ /1-84.sz. ágazati szabványban rögzített háztartások éves átlagos fajlagos vízigényeinek irányszámait használjuk fel: Félkomfortos lakóépületek l/fő.d Komfortos lakóépületek l/fő.d Összkomfortos lakóépületek l/fő.d Tekintettel arra, hogy itt intervallumok vannak megadva, célszrű a konkrét számításnál figyelembe veendő fajlagos értéket a jelenlegi illetve leendő üzemeltetővel egyeztetni. Tekintettel arra, hogy a lakosság vízfogyasztása időben változó, a különböző időhorizontokra jellemző vízigényeket határozunk meg: Átlagos napi vízigény Q átlag d = n i= 1 N i q i 10.

11 2.félév KÖZMŰ ÉPÍTÉS KÖZMŰVEK ahol n - a fogyasztási körzetek száma N i - az ellátott fogyasztói egység mennyisége qi - az átlagos fajlagos vízigény az i-dik fogyasztási körzetben. Legnagyobb napi vízigény n max Q d = i= 1 β N i i q i ahol βi - évszakos egyenlőtlenségi tényező. Az éves átlagos és az évente egyszer előforduló legnagyobb vízigény hányadosa. Az évszakos egyenlőtlenségi tényező tájékoztató értékei a települések jellege szerint: Település jellege Országos és kiemelt felsőfokú központ Felsőfokú és részleges felsőfokú központ Középfokú központ Alsófokú központ Ipari Mezőgazdasági Vegyes Üdülő i Legkisebb napi vízigény Q d min = Q d átl A legkisebb napi vízigényt a szabvány nem említi de ismerete a tervezés során sok esetben szükséges. i Az üdülési idény idôtartamára vonatkozik. 11.

12 KÖZMŰVEK KÖZMŰ ÉPÍTÉS 2.félév Az ipar vízigénye Az ipari termelés vízigényeinek biztosítására elsősorban az ipari vízellátás hivatott. Jelentőségének és fontosságának hangsúlyozása nem választható el az alapvető ténytől, hogy az ipari víz elnevezés nem vízminőséget, hanem vízhasználati célt határoz meg. Így az ipari vízigényeket feloszthatjuk: Hűtővíz- Kazántápvíz- Technológiai víz- Öblítő-, mosó-, oldóvíz- Termékbe bedolgozott víz- Szállító és osztályozó víz- stb. igényekre. Ezek közül az igények közül vannak olyanok, amelyeket ivóvíz minőségú vízzel kell kiszolgálni, ezeket az igényeket a fogyasztóval egyeztetve kell meghatározni. A fentieken kívül minden üzem részére szükséges ivóvíz minőségű ún. szociális víz biztosítása (ivás, fürdés, konyha, WC,stb.). Ez utóbbi vízigény megállapítása a lakossági vízigényekhez hasonlóan történik A mezőgazdaság vízigénye A mezőgazdaság az iparhoz hasonlóan kétféle vízigénnyel jelentkezik, technológiai és szociális vízigénnyel. A technológiai vízigény bizonyos esetekben lehet ivóvízminőségű (pl. állattartó telepek) melyet a közüzemi hálózatról lehet biztosítani. Ilyen esetekben a mezőgazdasági üzem szakértőivel kell konzultálni a technológiai vízigényt illetően. A szociális vízigény megállapítása itt is a lakossági vízigényekhez hasonlóan történik A tűzoltás vízigénye Az Országos Tűzvédelmi Szabályzat szerint (45 (8) pont): "A lakótelep és a létesítmény közös vízellátási rendszere esetén a vízvezetéki hálózatot úgy kell méretezni, hogy az a településen a kommunális átlagos, a létesítménynél pedig a technológiai víz mellett a meghatározott oltóvízmennyiséget egyidejűleg biztosítsa." Különösen kis települések esetén a hivatkozott szabályzat rendelkezései alapján meghatározott vízigény adja a mértékadó terhelést. A tűzivíz igény meghatározására itt részleteiben nem térünk ki, csak emegemlítjük, hogy a mennyiségi igény mellett ebben az esetben is igen fontos a nyomásigény! A település jellemző vízigényei A települések vízigénye a kommunális (lakossági), ipari, mezőgazdasági stb vízigényből tevődik össze. A településre jellemző vízigények: 12.

13 2.félév KÖZMŰ ÉPÍTÉS KÖZMŰVEK Átlagos napi vízigény Legnagyobb napi vízigény Legnagyobb órai vízigény Legkisebb napi vízigény Q d átl Q d max Q h Q d min A legnagyobb órai vízigényt kétéle módszerrel lehet meghatározni: β h - Napon belüli egyenlőtlenségi tényező, vagy óracsúcs tényező figyelembevételével. β n β h Q h = Q d átl 24 Q h - meghatározása a napi összes fogyasztás százalékában, mérési eredmények, vagy irodalmi adatok alapján. 13.

14 KÖZMŰVEK KÖZMŰ ÉPÍTÉS 2.félév 2.2. GÁZELLÁTÁS A gázenergia igényeket a fogyasztók jellege, a felhasználás célja, valamint a fogyasztók berendezései, készülékei határozzák meg. A fogyasztás jellege szerint megkülönböztetünk Ipari fogyasztókat, akik technológiai gázigénnyel jelentkeznek Háztartási és egyéb fogyasztókat, akik főzési, melegvíz készítési, fűtési gázigénnyel jelentkeznek. A gázellátás tervezése során meg kell állapítani a tervezés alatt álló területre eső valamennyi gázzal ellátandó létesítmény csatlakozó vezetékének (bekötésének) gázigényét. m V = e n v i i i= 1 ahol V - a gázigény a csatlakozó vezetéknél n i - a betervezett gázkészülékek száma e - egyidejűségi tényező v i - a gázkészülék fajta névleges gázfogyasztása v i = q H max i i illetve v = i qi H i ahol qi max- a gázkészülék felső hőterhelési határa qi - a gázkészülék adott hőterhelése Hi - a gáz fűtőértéke Az egyidejűségi tényezőt fogyasztói kategóriánként meg kell határozni (pl. szakirodalmi, vagy mérési adatok alapján) és minden esetben egyeztetni kell az üzemeltető szervezet szakembereivel. A gázellátás tervezése során az igények megállapításában jelentős elvi eltérést mutat a kiviteli és a koncepcionális tervezés fázisa. Míg az előkészítő koncepcionális fázisban üzemi tapasztalatok alapján megállapított hőigény irányszámok alapján végezzük el az igényszámítást, addíg a kiviteli tervezési fázisban a becslést pontosítva a ténylegesen beépítésre kerülő berendezések adatai alapján kell az igényt meghatározni. 14.

15 2.félév KÖZMŰ ÉPÍTÉS KÖZMŰVEK A lakossági gázigény meghatározása A háztartások gázigénye a konyhai V k fürdőszobai Vf fűtési Vfűt gázigényből tevődik össze. Az előkészítő tervezés során figyelembe veendő átlagos egyidejű hőigények (q k, q k+f ) egyedi beépítésű területeken: Konyhai kj/h Konyhai és fürdőszobai kj/h Többszintes épületekből álló nagy lakótelepek esetében: Konyhai kj/h Konyhai és fürdőszobai kj/h A tervezés során lakásonként ezeket a fajlagos értékeket kell figyelembe venni, vagyis az épület bekötésének hőterhelése: qk V k = n H a illetve V k q = n H A kiviteli tervezés során a gázigényt a tervezett gázkészülékek összesített hőterhelése alapján kell meghatározni. Az egyes készülékek hőterhelésére, valamint az egyidejűségi tényezőre vonatkozóan táblázatok állnak rendelkezésre. Az egyedi fűtés gázigényét az előkészítő tervezés során az épület fűtött szobáinak száma alapján kell meghatározni: k+ f a Vfűt = 1.3 Sz 0.73 m 3 /h Vfűt = 0.7 Sz 0.73 m 3 /h (Városigáz tüzelés esetén) (Földgáz tüzelés esetén) Sz szobaszám Többszintes lakóépületek központi gázfűtése esetében a gázigényt q H = kj/h lakásonkénti hőigénnyel célszerű figyelembe venni, ekkor q H 15.

16 KÖZMŰVEK KÖZMŰ ÉPÍTÉS 2.félév V fűt = n Ha A kiviteli tervezés során a fűtési célú gázigényt a betervezett gázkészülékek összesített hőigénye alapján kell megállapítani, a Vfűt = 0.48 Sz 0.73 m 3 /h Vfűt = 0.25 Sz 0.73 m 3 /h (Városigáz tüzelés esetén) (Földgáz tüzelés esetén) képletek felhasználásával A távfűtés gázigényének meghatározása Az előkészítő tervezési fázisban a távfűtés gázigényét a távfűtéssel és használati melegvízzel ellátott lakások száma (N) és a lakások fajlagos hőigénye (qft) alapján számítjuk: V t qt = N Ha Kiviteli tervek készítésekor pedig a fűtőműbe beépített gázberendezések együttes gázterhelése alapján 1.0 egyidejűségi tényező figyelembevételével számított gázigényt kell figyelembe venni A gázigény területi megoszlásának figyelembevétele A gázigényeket létesítményenként, épületenként (csatlakozásonként) állapítjuk meg, és ezt a település, vagy település rész helyszínrajzán fel kell tüntetni. Mivel a gázelosztó hálózat egyes szakaszait a kapcsolódó, csatlakozó vezetékek (bekötések) várható egyidejű maximális terhelésére méretezzük, a csatlakozó vezetékekre meghatározott gázigényeket hálózati szakaszonként kell összegezni és a hálózat csomópontjaira átszámítani. (Ennek részleteire az elosztóhálózatok méretezése kapcsán még visszatérünk.) 16.

17 2.félév KÖZMŰ ÉPÍTÉS KÖZMŰVEK 2.3. CSATORNÁZÁS A települési vízelvezető rendszerekben nem csak az ivóvízhasználat során keletkezett hulladékot, az ún. szennyvizet kell a településről elvezetnünk, hanem ugyanazon, vagy külön hálózatban a település vízgyüjtőjén lehullott csapadékból származó vizeket is. A két féle csatornahálózatot terhelő anyagáram jellemzőit tekintve lényegesen eltér egymástól, ezért a belőlük számítható terheléseket külön tárgyaljuk. Fontos megjegyezni, hogy a külön történő tárgyalás műszakilag is teljesen indokolt, hiszen a terhelési idősorok korrekt szuperpozíciója megengedett Szennyvíz terhelés meghatározása A csatornahálózatok terhelésének megállapításakor az első lépés a keletkező szennyvízmennyiségek megállapítása. Ehhez célszerű a vízellátási tervezéseknél használatos vízigényekből kiindulni, hiszen a szennyvíz éppen az ivóvíz használat kapcsán keletkezik. A vízellátásnál meghatározott Qdmax kommunális jellegű vízfogyasztás mintegy % vehető figyelembe mértékadó szennyvíz terhelésként az egyes fogyasztási körzetekben. Amennyiben nem állnának rendelkezésre a vízellátás, vízfogyasztás adatai az egyes településeken, településrészeken keletkező szennyvízmennyiségeket irodalmi illetve műszaki irányelvek (MI 10167/2) alapján is meg lehet határozni. Települési fajlagos szennyvízhozamok: A település jellege Lakosszám [ezer fő] Fajlagos szennyvízhozam, q d [l/fő.d] Falu Üdülőtelep Részlegesen kiemelt alsófokú központ Alsófokú központ Kiemelt alsófokú központ Középfokú központ Felsőfokú központ Kiemelt felsőfokú központ Országos központ, új melegvízellátású lakótelep Az elválasztott rendszerű csatornázott terület 1 ha-nyi vízgyüjtőterületéről várható fajlagos szennyvízhozamok: Országos központ, felsőfokú központ Középfokú központ, kiemelt alsófokú központ Falvak, részlegesen kiemelt alsófokú központ 17.

18 KÖZMŰVEK KÖZMŰ ÉPÍTÉS 2.félév Laksűrűség Fajlagos szennyvízhozam [l/s.ha] Távlati koncepcionális tervezéskor a számított szennyvízmennyiséget biztonsági tényezőkkel növeljük: γ n - A lakosszám növekedés figyelembevétele. Fejlődő település esetén Állandósult lakosszám esetében γ q - A fajlagos vízigény növekedés figyelembevétele A mértékadó biztonsági tényező: γ R = γ n γ q A települési szennyvíz napi átlagos hozama (MI 1027/2 szerint): n q d Q sz,d = γ R m 3 /d 1000 Az elvezetendő szennyvízhozamot az infiltrációs (beszivárgási) és a szabálytalan bekötésekből származó többlet víz-, ill. szennyvízhozamokkal együtt kel figyelembe venni. A beszivárgási (infiltrációs) vízhozam (Q i [m 3 /d.km]) a csatorna anyagának, a csatorna átmérőjének és a talajvízszint csatorna záradék feletti magasságának függvényében állapítható meg az MSZ sz. szabvány szerint. A szabálytalan bekötésekből eredő többlet terhelést (Q b ) az elválasztott rendszerű szennyvízcsatornák terhelésének meghatározásakor kell figyelembe venni. A szabálytalan bekötésből származó többlet terhelés a napi átlagos kommunális szennyvíz terhelés %-a. 18.

19 2.félév KÖZMŰ ÉPÍTÉS KÖZMŰVEK 3. NYOMÁS ALATTI ELOSZTÓRENDSZEREK MÉRETEZÉSE Az igények meghatározását követően a tervezés következő lépése az elosztórendszer méretezése. Általánosságban elmondható, hogy a bonyolult elosztórendszerek méretezési eljárásai matematikai modellezéshez kötöttek. A hálózatok esetében alkalmazott modellek általában három részből tevődnek össze 1. A hálózat geometriáját leíró TOPOLÓGIAI modell 2. A hálózat viselkedését leíró FIZIKAI-HIDRAULIKAI modell 3. A fogyasztás, vagy terhelés FOGYASZTÁSI v. TERHELÉSI modell A napjainkban alkalmazott modellekről általában elmondható, hogy az elosztó rendszert gráfként leírt hálózatnak értelmezik, mely gráf éleihez különböző relációkkal, algoritmusokkal fizikai tulajdonságokat rendelnek. A következökben először a topológiai modellezésről szólunk, mivel majd minden hálózatra vonatkozóan ennek a modellrésznek a kezelési technikája megegyező. Utána azon elosztórendszerek fizikai modellezésére koncentrálunk, melyeket elsősorban építőmérnökök méreteznek. Ezek: Vízellátó hálózatok Csatorna hálózatok 3.1. TOPOLÓGIAI MODELL A hálózat topológiája a hálózat geometriája anélkül, hogy a hálózat fizikai jellegével foglalkoznánk. A hálózatok egyes elemei kapcsolatának leírására a legcélszerűbb eszköz a GRÁFELMÉLET alkalmazása. A topológiai összefüggések a gráfok alkalmazásával egyértelműen leírhatók, és a matematikai modell ebben az esetben a gráfok matematikai reprezentációját képező mátrixokat jelenti (kapcsolási, hurok- stb.). Ezeknek a jelentősége a KIRCHOFF-törvények alapján felírható kontinuitási és egyensúlyi egyenletek előállításában van. A nyomás alatti csőhálózatok hidraulikai számításaiban a topológiai modell mindig egy összefüggő, irányított gráffal írható le. Az irányított gráf kapcsolatainak leírására használatos az ún. KAPCSOLÁSI MÁTRIX. A kapcsolási mátrix a gráf ágai és csomópontjai közötti összefüggést írja le oly módon, hogy a csomópontoknak a mátrix sorai, míg az ágaknak az egyes oszlopok felelnek meg. A kapcsolási mátrix egyes elemei a 0, +1 vagy -1 értékeket vehetik fel a következők szerint: a kapcsolási mátrix A(i,j) eleme: 1 ha az i-dik csomópont a j-dik ág kezdőcsomópontja -1 ha az i-dik csomópont a j-dik ág végcsomópontja 0 ha az i-dik csomópont és a j-dik ág nem esik össze A kapcsolási mátrix segítségével KIRCHOFF I. (kontinuitási) törvényét a következő alakban írhatjuk, ha pl. q az egyes ágak vízszállítás vektora: Aq= 0 19.

20 KÖZMŰVEK KÖZMŰ ÉPÍTÉS 2.félév A kapcsolási mátrixból származtathatjuk az ún. hurokmátrixot, melyben a mátrix sorainak a hurkok (gyűrűk), oszlopainak az ágak felelnek meg. A hurokmátrix egyes elemei - a kapcsolási mátrixhoz hasonlóan - a 0, +1, -1 értékeket vehetik fel az alábbiak szerint: a hurokmátrix B(i,j) eleme: 1 ha az i-dik hurok a j-dik ágat tartalmazza, és az ág és a hurok irányítása egyezik, -1 ha az i-dik hurok a j-dik ágat tartalmazza, de irányításuk eltérő, 0 ha az i-dik hurok a j-dik ágat nem tartalmazza. A hurkok előállításához először az alap kapcsolási mátrixot kell előállítani. Ez a kapcsolási mátrix particionálásával érhető el: A = [ A A ] a f h Ahol A f a faágakat, A h a húrágakat tartalmazó kapcsolási mátrix. A hurokmátrix hasonlóan particionálható: B= Bf Bh [ ] Ahol B f a faágakat, B h a húrágakat tartalmazó hurokmátrix, és B h = vagyis egységmátrix. A részletes levezetés mellőzésével, az alap kapcsolási mátrix és a faágak hurok mátrixának transzponáltja közti összefüggés: 1 Bf = Af Ah Ezek után KIRCHOFF II. törvénye, ha h az ágak nyomásveszteségeinek vektora: I Bh= 0 20.

21 2.félév KÖZMŰ ÉPÍTÉS KÖZMŰVEK 3.2. VÍZELLÁTÓ RENDSZEREK MODELLEZÉSE ÉS MÉRETEZÉSE A vízellátó rendszer elemeinek fizikai - hidraulikai modellje A nyomás alatti vízelosztó hálózatok vizsgálatakor, valóságos folyadékot feltételezve, a NAVIER- STOKES egyenletekből származtatott, általános BERNOULLI egyenletből indulunk ki, melyet a csővezetékben áramló folyadék egy áramvonalára írunk fel: 2 2 v1 p1 v2 p2 1 dv + + z z hv g g g dt dr 1 = γ 2 γ Az egyenlet jobboldali utolsó tagja, amely a nempermanens vízmozgás esetén veendő figyelembe, a folyadékszál elemi részeinek gyorsítására fordított, az egységsúlyú víztestre vonatkoztatott energiafelhasználást jelenti. Mivel az jelen esetben a nyomás alatti vízelosztó hálózatok állandósult állapotbeli vizsgálatával foglalkozunk, ezt a tagot elhanyagolhatónak tekintjük. A nyomás alatti vízelosztó hálózatokbeli permanens áramlás modellezésekor, mindig az egyes rendszerelemeken fellépő nyomásveszteség meghatározása a feladat. Lényegesnek tartjuk hangsúlyozni, hogy a topológiai modellezésből (gráfok) adódóan, a különböző rendszerelem-fajtákat, mint pl.: csővezeték tározó szivattyú kút hidráns, szabad kifolyás szűrő stb... mind egy gráfélként lehet modellezni, és a rájuk vonatkozó nyomásveszteség össze-függéseket pedig ezekhez a gráfélekhez lehet egyérteműen rendelni. A következőkben az egyes elemfajtákat és a rájuk vonatkozó nyomásveszteség összefüggéseket mutatjuk be Csővezeték, valódi ág A viszkózus folyadék csővezetékben való permanens áramlása során keletkező nyomásveszteségét a klasszikus 2 l v h = λ v d 2g képletből számíthatjuk. A képletben szereplő, a v középsebességtől függő ellenállási tényezőt, az IWSA ajánlása alapján a 1 k 251. = 2lg + λ 37. d Re λ ún. Colebrook-White összefüggésből lehet iteratív úton meghatározni. A képlet elsősorban az ún. átmeneti tartománybeli áramlási viszonyokra vonatkoztatható. 21.

22 KÖZMŰVEK KÖZMŰ ÉPÍTÉS 2.félév Az ellenállási tényező meghatározását a programban úgy célszerű végezni, hogy a számítás kezdetekor egy felvett, vagy megelőző számításból származó sebességértékhez határozzuk meg az ellenállási tényezőt. Az iteráció végeztével a tényleges sebességet már jól megközelítő sebességekhez újra kiszámítjuk az ellenállási tényező értékét, és az iterciót újra végrehajtjuk. Mivel a KIRCHOFF-törvények alapján felírható egyenletrendszer másodfokú, megoldása csak iteratív úton lehetséges. Az iterációs módszerek többsége relaxációs jellegű (NEWTON- RAPHSON, CROSS-LOBACSEV, stb.), így a nyomásveszteség függvénynek a sebességre, illetve a szállított vízhozamra vonatkoztatott deriváltjára is szükség van. A hurkolt hálózatokon végzett kiegyenlítő számítások során, az irányított gráf modellből adódóan a h v = C Q 2 képlet helyett célszerű egy alakú képlettel számolni, ahol h v = C Q Q L C = 8 λ 5 2 d π g Ha az iteráció során az ellenállási tényezőt állandónak tételezzük fel, a derivált a alakban írható. h ' v = 2 C Q A vezetékhálózat modelljének elkészítéséhez általában a következő adatok szükségesek: - meglévő hálózat esetében a hálózati helyszínrajzok, - tervezett hálózat esetében a tervek. A hálózat vezetékei ágakból (gráfelméleti elnevezéssel: élekből) tevődnek össze, az ágak csomópontokból (gráfelméleti elnevezéssel: szögpontokból) indulnak ki, és csomópontokba futnak be. A csomópont nemcsak egy ág kezdő-, illetve végpontja, hanem a hálózat azon helye (helyei), amelyen a fogyasztók vízigényét kiadjuk (pontosabban, ahol a fogyasztás kiadását képzeljük). Csomópontban csatlakoznak az egymást ténylegesen keresztező veze-tékek, de csomópontban változnak valamely vezeték geometriai és hidraulikai jellemzői is. A tényleges hálózat, főleg nagyobb települések esetében, nagy számú ágból és csomópontból áll, a számítógépi programok azonban - géptípustól függően - csak korlátozott számú ágból álló hálózat számítását engedik meg. Emiatt a tényleges hálózat és modellje (amit számítási hálózatnak is szokás nevezni) kisebb-nagyobb mértékben eltérhet egymástól. A modellezés érdekében tehát a tényleges hálózatot - esetleg egyes vezetékek elhagyásával - időnként csökkenteni kell. (Korábbi irodalmi adatok szerint a hálózat modellezése során figyelmen kívül lehet hagyni azokat a vezetékeket, amelyeknek átmérője kisebb, mint az egyébként előforduló legnagyobb átmérőjű vezeték átmérőjének 1/3-a. A mai, nagy kapacitású számítógépek alkalmazásával ez a probléma már esetleg fel sem merül.) 22.

23 2.félév KÖZMŰ ÉPÍTÉS KÖZMŰVEK A hálózat modellezésére általában egzakt, pontos tanácsok nem adhatók. A legfontosabb szempont, hogy a modell - figyelembe véve az elosztóhálózat állapotát befolyásoló nagyszámú bizonytalan tényezőt - a gyakorlati igényeknek megfelelő pontossággal utánozza a valóságot Tározók, kötött nyomású pontok A tározók a nyomás alatti csőhálózat azon kötött nyomású pontjai, melyekben a nyomás nem függ a tározóba érkező, vagy onnan távozó vízmennyiségtől. A tározó modelljének felállításához célszerűen be kell vezetni két új fogalmat (Almássy, 1967; Bozóky-Szeszich, 1968): fiktív ág, melynek mentén a nyomásveszteség nem függ a szállított vízhozamtól, fiktív csomópont, a hálózat azon kitüntetett pontja, mely a hasonlító síkban fekszik. A tározók modellezése a fiktív ág, illetve csomópont bevezetésével két módon lehetséges: A tározót egy olyan fiktív ággal modellezzük, melynek kezdő csomópontja a fiktív csomópont és rajta a nyomásveszteség a vízforgalomtól függetlenül éppen annyi, mint az aktuális vízállás hasonlító sík feletti magassága. A fiktív csomópontot kiiktatva a hálózatból, a fiktív ágak a tározókat kötik össze, és rajtuk a nyomásveszteség a vízforgalomtól függetlenül a tározók aktuális vízszintkülönbsége. A programok többségében a tározókat az adatmegadás szempontjából csomópontként szokták kezelni. Ez a megoldás a felhasználó munkáját hivatott megkönnyíteni, mivel nem kell külön foglalkoznia modelljében a fiktív csomópont, és a fiktív ágak megadásával, ezt a program automatikusan elvégzi. Fel kell hívnunk a figyelmet azonban arra, hogy minden egyes tározó egy új ágat is jelent a hálózatban, és a csomópontok minden esetben kiegészülnek egy ún. fiktív csomóponttal. Mind a magastározók, mind a mélytározók (szívómedencék) esetében a térfogat, túlfolyó és fenékszint, a tározó és hálózat kapcsolata (csőzárkamra) képezik a modellezés további alapadatait. Ha a tározót több, közvetlenül egymás mellé épült medence alkotja, akkor azokat a modellezés szempontjából egyetlen tározónak tekintjük és egyetlen csomóponttal modellezzük. Figyelembe kell venni a hálózat és a medence kapcsolatát. A medencében tárolt víz pangásának elkerülése érdekében a zárkamrában általában a hálózati vezeték töltő-, illetve ürítő- vezetékre válik szét, amelyeken visszacsapó szelepek szabályozzák a vízáramlást. Modellezés szempontjából a töltő- és ürítővezeték egyetlen vezetéknek tekinthető. Más a helyzet, ha a medence megtelése esetén a töltővezetéket szintérzékelő által működtetett elzárószerkezettel zárjuk le, az ürítővezetéken lévő visszacsapó pedig akkor nyit, ha a medence környezetében a hálózati nyomás a medence vízszintje alatt van. Ilyenkor a töltővezetéket, illetőleg a rajtuk lévő elzárószerkezeteket (tolózár, illetőleg visszacsapó) modellezni kell. 23.

24 KÖZMŰVEK KÖZMŰ ÉPÍTÉS 2.félév Szivattyú (centrifugál szivattyú) A vízelosztó rendszerekben szinte kizárólagosan alkalmazott centrifugálszivattyúk emelőmagasságának meghatározásához a H = a + a Q + a Q 2 sz 0 1 sz 2 sz alakú polinomot szokták alkalmazni, melynek a 0, a 1, a 2 paramétereit a szivattyú hitelesített jelleggörbéjéből lehet meghatározni (Füzy,1966; Verba,1975; Fáy - Troskolansky - Varga,1978). A gyakorlatban igen elterjedt, egy ennél valamivel egyszerűbb közelítés, amikor a jelleggörbe egyenlete H = H aq Q sz 0 sz sz alakú. Ez a jelleggörbe-típus negatív Q sz értékre is ad metszéspontot bármely csőhálózati jelleggörbével, ami az iterációs számítási módszer szempontjából komoly biztonságot jelent. Ennek a (nyomásveszteség) függvénynek a deriváltja alakban írható fel. H ' sz = 2aQ A szivattyút (átemelőt) egy olyan ág modellezi, amelynek csomópont-sorszámozása kötött. A szívóoldali csomópont sorszámának kisebbnek kell lennie, mint a nyomóoldali csomópont sorszáma. Ez másszóval azt jelenti, hogy a szivattyú (átemelő) esetében a víz a kisebb sorszámú csomóponttól áramlik a nagyobb felé. A szivattyúkhoz (átemelőkhöz) kiegészítő szerelvények, berendezések (elzárószerkezet, visszacsapó, vízmérő) tartoznak. Ezeket csak közvetve modellezzük a következők szerint, amikor is a modellben egy szivattyúnak négy- féle állapota lehet: sz A szivattyú üzemszerűen működik, ekkor jelleggörbéjét mint másodfokú parabolát adjuk meg. Az üzemelő szivattyú típusát nem ismerjük (pl. nagyobb távlatra történő tervezésnél), ekkor egy kiválasztott vízhozam adható meg. Amíg jelleggörbe megadása esetén a vízszállítást és nyomást (pontosabban szivattyú-emelőmagasságot) a hálózat hidraulikai viszonyai befolyásolják, meghatározott vízhozam megadása esetén csak a szállítómagasságot befolyásolják a hidraulikai viszonyok. A szivattyú (átemelő) nem működik, zárva van. A szivattyú (átemelő) nem működik, de a víz áramlása tetszőleges irányban lehetséges. (Ez az eset tulajdonképpen egy nyitott állapotban lévő megkerülő vezetéket modellez.) Párhuzamosan működő szivattyúk esetén mindegyik gépegységet egy-egy külön átemelő ággal is lehet modellezni, de célszerűbb a párhuzamosan üzemelő szivattyúk eredő jelleg-görbéjét megszerkeszteni, és ezt egyetlen átemelővel működtetni. A számítások időigénye így általában csökkenthető Kút Mivel vizsgálódásunkat csak permanens vízmozgásokra terjesztettük ki, ezért a kutak modellezésekor élhetünk a következő közelítéssel: H = H kq Vagyis a kút modellje egy fiktív ág és egy lineáris veszteségű ág együttese. k 0 k 24.

25 2.félév KÖZMŰ ÉPÍTÉS KÖZMŰVEK Szűrő A nyomás alatti zárt gyorsszűrők nyomásveszteség összefüggéseire a VITUKI-ban végeztek kísérleteket. A kísérletek eredményeinek felhasználásával Mészáros G. vezetett le összefüggést, melyet párhuzamosan kapcsolt szűrők hidraulikai vizsgálatában alkalmazott: hvs = CQs Qs + ks Qs Tehát a szűrőt két ágként, egy négyzetes és egy lineáris veszteségű ágként modellezte. A képletben a lineáris tag a szűrőrétegbeli, míg a négyzetes tag az egyéb szűrőbeli helyi veszteségeket veszi figyelembe. A szűrő modellje ezek után egy lineáris és egy négyzetes veszteségű ágból állhat Hidráns, szabadkifolyás A szabadkifolyást egy h = H + aq Q vh 0 h h alakú kifejezéssel lehet modellezni, ahol H 0 a szabadkifolyás hasonlító sík feletti magassága, míg a másik tag a kifolyás helyi ellenállását hivatott figyelembe venni. Tehát a hidráns egy fiktív és egy négyzetes veszteségű ág kombinációjaként állítható elő Hálózati szerelvények A hálózati szerelvények közül - modellezési szempontból - elsősorban az elzárószerkezeteknek és visszacsapóknak van jelentőségük. Mindkettőt egy ág modellezi. Elzáró (áglezárás) esetén az ág kezdő és végcsomópontjaival kapcsolatban nincs semmilyen kötöttség. Az elzárószerkezetnek a teljes elzáráson kívül feladata lehet még a vezeték fojtása is. A fojtás tulajdonképpen egy ellenállást hoz létre, tehát elvileg lehetséges lenne egy helyi ellenállási tényező figyelembevétele. Ehelyett célszerű az elzáró ág hosszát megnövelni; olyan hosszal venni fel az ágat, hogy annak ellenállása megegyezzék a helyi ellenállás értékével. Ilyenkor lehet egyenértékű ellenállásról, vagy egyenértékű csőhosszról beszélni. A fojtásos üzem másik megoldása az, hogy az ágat négyzetes veszteségű ágként adjuk meg, a konkrét fojtás értékhez kiszámolva egy C veszteségtényezőt. A visszacsapót egy olyan ág modellezi, amelynél a kisebb sorszámú csomópont felől a nagyobb sorszámú felé szabadon áramlik a víz. Ha a hidraulikai számítások eredményei szerint a nagyobb sorszámú csomóponton nagyobb a nyomás, mint a kisebb sorszámún, vagyis a víz az előbb említettel ellentétes irányba kíván áramolni, akkor a visszacsapó zár A fogyasztás modellezése A fogyasztás (illetve a vízigények) helyes, a valóságnak megfelelő modellezése a rendszervizsgálatoknál az egyik legbonyolultabb, legkevésbé egzaktul megfogható probléma. Két kérdésre keresünk választ: - a hely (hol modellezzük a különféle vízfogyasztásokat), - az idő (milyen idősorral modellezzük a különféle vízfogyasztásokat) kérdésére. 25.

26 KÖZMŰVEK KÖZMŰ ÉPÍTÉS 2.félév A vízfogyasztás helyének modellezése A fogyasztás - a fogyasztók - fajtái szerint általában megkülönböztetünk - lakossági - alapfokú közintézményi - közintézményi - ipari - stb. fogyasztókat. Ezek a fogyasztók a vízellátó hálózatoknál gyakorlatilag egy-egy pontban (pl. házi bekötés) vételeznek vizet. Kérdés, hogy a hálózati modell kialakításánál ezeket a vízvételezési pontokat - ezek mindegyikét - figyelembe kell-e vennünk. Ez a kérdés a lakossági (esetleg kommunális) fogyasztóknál merül fel elsősorban. Amennyiben ezen pontok (csomópontok) mindegyikét figyelembe vesszük, úgy természetesen ezekre a csomópontokra a terhelést (vízfogyasztást, vízigényt) is meg kell adnunk. Elméleti vizsgálatok bizonyították, hogy egy-egy szakaszon (pl. utcán) belüli fogyasztásokat nem szükséges koncentráltan, a konkrét helyén figyelembe venni. A fenti néhány gondolat előrebocsátása után a fogyasztás (vízigény) modellezése a következő képpen történhet. Kommunális vízfogyasztás (vízigény) modellezése 1. Az egyes lakókörzetekben a vízfogyasztást egyenletesen megoszlónak tekintjük. A hálózatra való terhelése a hossz, illetve a terület arányában történhet. Ezt az ág menti fogyasztást felel-fele arányban az ág kezdő- és végcsomópontjain adjuk ki (meglévő rendszerek, illetve új, tervezés alatt álló területek esetén alkalmazzuk). 2. Mivel a vízművek többsége rendelkezik konkrét (számítógépes adathordozón lévő) fogyasztási adatokkal, így ma már lehetőségünk van arra, hogy a fogyasztást az egyes utcák mentén (tehát nem a területen) ismerjük. Ebben az esetben a fogyasztás modellezése úgy történhet, hogy az utcák (utcarészek) menti diszkrét terhelést véve alapul, azt az ág kezdő és végcsomópontjára terheljük (akár úgy is, hogy nem tartjuk be az 1/2-1/2 arányt). Nagyfogyasztók vízfogyasztásának (vízigényének) modellezése A nagyobb közintézmények, az ipar, stb. vízfogyasztásának modellezése már nem jelent problémát, hiszen a fogyasztók helyileg lehatároltak, vízkivételük helye konkrétan megállapítható. 26.

27 2.félév KÖZMŰ ÉPÍTÉS KÖZMŰVEK A vízfogyasztás időbeli változásának modellezése A vízfogyasztás nem csak területileg, hanem időben is változik. Két (sőt újabban három) jellemző értéket szoktunk figyelembe venni: az éven belüli változást, a napon belüli változást, az órán belüli változást. A település vízfogyasztásának (vízigényének) éven belüli változását az évszakos egyenlőtlenségi tényezővel (β), és/vagy a konkrét mérési adatok figyelembevételével tudjuk meghatározni (ipari vízfogyasztásnál ez utóbbi módszer a célravezető). Az egyes körzetek napon belüli fogyasztását leíró menetgörbék egymástól kisebb-nagyobb mértékben eltérhetnek (pl. egy városközponttól távol fekvő lakótelepen a menetgörbe kora reggeli növekedése hamarabb, késő délutáni növekedése később kezdődik, mint egy központközeli lakótelepen). Mégis - közelebbi adatok hiányában - az egész településen (tehát valamennyi fogyasztási körzetben) általában ugyanazt a fogyasztási menetgörbét szokás használni. A kistérségi és regionális rendszerek esetében az egyes települések fogyasztási menetgörbéjének eltérését célszerű figyelembe venni (az egyes községek menetgörbéje könnyebben számítható a mérési eredményekből, mint a városon belüli körzetek esetében). 27.

28 KÖZMŰVEK KÖZMŰ ÉPÍTÉS 2.félév Vízellátó hálózat méretezése és ellenőrzése Tekintettel arra, hogy a vízellátó hálózatok viselkedését leíró KIRCHOFF egyenletekben szereplő nyomásveszteség összefüggésekben a négyzetes tag szerepel az egyenletrendszer explicit megoldása jelenlegi ismereteink szerint nem lehetséges. Ezért a méretezés a következő lépésekből áll: 1. A fogyasztási modell alapján becsléssel meghatározzuk az egyes vezeték keresztmetszetekre mértékadó vízszállításokat. 2. A mértékadó vízszállítás alapján meghatározzuk a szükséges vezeték átmérőt. 3. Iterációs hidraulikai számítással, az előbbiekben ismertetett matematikai modell segítségével, ellenőrizzük különböző jellemző üzemállapotokban a hálózatban kialakuló sebességeket és nyomásokat. 4. Amennyiben a hálózat valamely részén kedvezőtlenül nagy, vagy túl kis sebességek alakulnának ki, akkor módosítjuk a becsléssel meghatározott átmérőket, és újra elvégezzük az ellenőrzést. Egy vízellátó hálózatban a kívánatos sebesség tartomány m/s. A hálózati nyomás értéke egyetlen üzemállapotban sem lehet kisebb egyetlen csomóponton sem, mint az épületek szintszáma alapján előírt érték, illetve elosztó vezetékek esetében, nem lehet nagyobb mint 60 mvo ii A vízellátó hálózat üzemállapotai Az üzemállapot kifejezés leszűkített értelemben az üzemi viszonyok különbözőségét jelenti. Tágabb értelemben az egyes üzemállpotokat nemcsak a betáplálások különbözősége, hanem a fogyasztási állapot is jellemzi. Úgy is fogalmazhatunk, hogy az üzemállapot a rendszer üzeméi folyamatáról készült pillanatfelvétel. A hálózat hidraulikai vizsgálata során jellemzőnek tekinett üzemállapotok céljukat tekintve két csoportba sorolhatók: Méretezési üzemállapotok, melyek a rendszert zavartalan üzem esetén jellemzik. Ellenőrzési üzemállapotok, melyek valamilyen zavaró eseményt feltételeznek, pl. tűzoltás. A hálózat méretezése szempontjából azok az üzemállapotok a jellemzőek, amelyek az egyes vezetékekben az átlagos áramlási viszonyoktól nagymértékben eltérő hidraulikai viszonyokat idéznek elő és ennek következtében szélsőséges nyomásokat idéznek elő. A hálózat egyes részeire különböző üzemállapotok lehetnek mértékadóak a csővezeték átmérők meghatározásakor (3-1.ábra): ii méter vízoszlop 28.

29 2.félév KÖZMŰ ÉPÍTÉS KÖZMŰVEK Mértékadó üzemállapotokhoz tartozó keresztszelvények B B B B B B C C 1.körzet C C 2.körzet A C A C 3-1.ábra Keresztmetszet Fogyasztás Megjegyzés jele A-A Qszmax A betáplálási ponttól húzódó fővezetékekre. B-B max Qsz-Qfmax A betáplálási pontot (pontokat) a tározóval (tározókkal) összekötő vezetékekre a szivattyúzás és fogyasztás különbségének legnagyobb pozitív, vagy legkisebb negatív értéke. Másként fogalmazva a tározók legnagyobb töltődésekor, vagy ürülésekor fellépő állapot. C-C Qh Az elsőrendű elosztó vezetékekre, az általuk ellátott terület óracsúcs fogyasztása a mértékadó. 29.

30 KÖZMŰVEK KÖZMŰ ÉPÍTÉS 2.félév Minta feladat A következőkben egy mintafeladat kapcsán mutatjuk be a hidraulikai ellenörző számítás algoritmusát egy a 3-2.ábrán látható egyszerű vízellátó rendszerre. Minta feladat vízellátó hálózat hidraulikai ellenôrzéséhez 1. Terhelés számítás 138 mbf dh = 2.00 m mbf DN ac DN 200 ac 1.körzet DN 150 ac 2.körzet 5 DN 150 ac Qó1= 28 l/s m1= Qó1 / ΣL1= l/s,km Qó2= 35 l/s m2= l/s,km 3-2.ábra A két fogyasztási körzetre adott az óracsúcs értéke a 2.ábra szerint. Ezt a terhelést a csomópontokra az ághosszak arányában bontottuk le az 3-1.táblázatban. Majd a fajlagos vezetékhosszra eső fogyasztásból számítottuk a csomóponti fogyasztásokat a 2.táblázatban. Ág jele ( j ) Hossz [km] L j Körze t [db] ( i ) Körzetbe tartozó hossz [km] - Terhelések - m i L i C=c l L i = Σ Σ L i <- Kontroll 3-1.táblázat 30.

31 2.félév KÖZMŰ ÉPÍTÉS KÖZMŰVEK Ág ( j ) Σ Csp ( k ) Ez gyakorlatilag 63 l/s, megegyezik az előző táblázat kontrolljával. Σ táblázat A 3-3.ábrán és a 3-3.táblázatban a közelítő számítás egy iterációs lépését mutatjuk be felhasználva a 3-2.táblázatban kapott eredményeket. Mintafeladat vízellátó hálózat hidraulikai számításához 2. Kiegyenlítés mbf mbf Nyomásveszteség számítás Valódi ág: hv= sign(c) C Q abs(q) Tározó-fiktív ág: hv= - sign(c) Ht Kiegyenlítés képlete: - Σ C Q abs(q) Q = 2 Σ C Q Qi+1 = Qi + sign(c) Q 3-3.ábra Ág C Q CQ CQ 2 Q+ Q 31.

32 KÖZMŰVEK KÖZMŰ ÉPÍTÉS 2.félév Σ Q = Σ Q = táblázat 32.

33 2.félév KÖZMŰ ÉPÍTÉS KÖZMŰVEK 3.3. TÁROZÓTÉRFOGATOK MEGHATÁROZÁSA A tározókat rendeltetésük szerint a következő funkciókat láthatják el: Kiegyenlítik a víztermelés és a hálózati szivattyúzás közti különbséget (Víztermelő telepek térszíni medencéi) Kiegyenlítik a hálózati szivattyúzás és a fogyasztás közti különbséget (Magastározók) Szabályozzák a hálózati nyomást Különleges célokra tartalékolnak vizet (Tűzivíz, technológiai célú tározás) A tározók helyszínrajzi és magassági elhelyezését követően a feladat a tározók térfogatának meghatározása. Az 3-1.ábrán látható esetben a feladat két tározó térfogatának a meghatározását jelenti: a betáplálási pontnál lévő ún. szívómedenecéét, és az ellennyomó magastározóét. Általában a tározó térfogatot a csúcsvízigény alapján határozzuk meg. Ez azt jelenti, hogy meghatározzuk azokat a tározó térfogatokat amelyek a Qdmax vízigény esetén biztosítják az ellátást. Egy tározó térfogatának meghatározása a következő egyenlet alapján történik: T Qt () dt = 0 0 ahol T - A kiegyenlítési időszak hossza. Q(t) - A tározó vízforgalma (töltődés vagy ürülés) a t időpillanatban. Az egyenlet a fizikai tartalmat tekintve, azt jelenti, hogy a tározó vízllása a kiegyenlítési időszak elején és végén egyenlő (de közben természetesen nem!). A Q(t), az ún. tározó vízforgalom a szivattyúzás és a fogyasztás pillanatértékeinek különbsége: Qt ( ) = Q ( t) Q( t) sz A tározókat általában 24 órás (napi) kiegyenlítésűre szokás tervezni. A 3-4.ábrán mintarendszerünk egy 24 órás fogyasztási és szivattyúzási menetgörbéjét tüntettük fel, melyhez tartozó adatok a 3-4.táblázatban láthatók. f 33.