1

1

ZDRAVOTNÍ TECHNIKAHYDRAULIKA POTRUBÍ, ZÁSOBOVÁNÍ OBJEKTŮ VODOU,

VNITŘNÍ VODOVOD, POTŘEBA VODY

Ing. Stanislav Frolík, Ph.D.- katedra technických zařízení budov -

2

Učební texty, legislativaskripta :Energetické a ekologické systémy budov 1Zdravotní technika a vytápěníprof. Kabele a kol.

normy:ČSN EN 806 1 - 5 Vnitřní vodovod pro rozvod vody určené k lidské spotřeběČSN EN 1717 Ochrana proti znečištění pitné vody ve vnitřních vodovodech a

všeobecné požadavky na zařízení na ochranu proti znečištěnízpětným průtokem

ČSN 75 5455 Výpočet vnitřních vodovodůČSN 73 6660 Vnitřní vodovody změna IV/06ČSN 73 0873 Zásobování požární vodouČSN 06 0320 Ohřívání (užitkové) vody - Navrhování a projektováníČSN 75 5411 Vodovodní přípojkyČSN 73 6005 Prostorové uspořádání technického vybaveníČSN 01 3450 Technické výkresy – Instalace - Zdravotnětechnické a

plynovodní instalace ČSN 01 3502 Výkresy potrubí. Značky pro kreslení potrubí

2

3

Používané jednotkyPa, kPa a Mpa PascalAtm Atmosféra (Atmosphere)m VS, mm VS Výška vodního sloupceBar Bar(PSI) Pounds per square inch (libry na čtvereční palec)

• 1 Atm = 10 m VS• 1Mpa = 1000 kPa = 106 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)• Pro účely výpočtů v TZB si většinou vystačíme se zaokrouhleným g = 10 m.s-2,

čímž se nám vztahy zjednoduší:

1 Bar = 1 Atm = 0,1 Mpa = 100 kPa = 10 mVS

Paghp 986086,910001 =⋅⋅=⋅⋅= ρ

4

Hydraulika potrubí - pojmyZákladní veličiny, které charakterizují pohyb kapaliny, jsou :- průřezová rychlost v [m/s] - tlak p [Pa]

IDEÁLNÍ KAPALINAKAPALINA - objemově stálá, nestlačitelná, nevazká

SKUTEČNÁ KAPALINA- změna objemu – f (t,p), „stlačitelná“, vizkozita (vnitřní tření)

USTÁLENÉ PROUDĚNÍ (STACIONÁRNÍ)PROUDĚNÍ - veličiny proudu se nemění v čase

NEUSTÁLENÉ PROUDĚNÍ (NESTACIONÁRNÍ)- veličiny proudu se mění v čase

3

5

Hydraulika potrubí - pojmy

LAMINÁRNÍ - ztrátovou energii ovlivňuje pouze viskozitaPROUDĚNÍ kapaliny- f (t)

PŘECHODOVÉ - ztrátovou energii ovlivňuje viskozita kapaliny a nerovnosti vnitřního povrchu

TURBULENTNÍ - plně rozvinuté turbulentní proudění máztráty závislé na průřezové rychlosti a tvaru potrubí

LAMINÁRNÍ TURBULENTNÍ

υdvRe.

=Reynoldsovo číslo

6

Proudění kapalinyideální skutečné

zbbb

aaa Yhg

pvhg

pv+++=++ .

2.

2

22

ρρ

c1

S2

S1

c2

1 2

h2

h1

l

2

2c +ρp + g.h = konst.

4

7

oSR =

Základní pojmy pro výpočty :- průtočný průřez S [m2] je plocha průřezu kolmá k proudnici- hydraulický poloměr [m]

S je skutečný průtočnýprůřez proudící kapaliny [m2]

o odpovídající smáčený obvod [m]

- objemový průtok (průtočné množství) Q [m3/s, l/s]při ustáleném (stacionárním) pohybu kapaliny je objem kapaliny, protékající za časový interval jakýmkoliv průřezem stálýrovnice kontinuity

konstvSvSvSQ ==== ... 2211

.

S1 S2v1 v2

∫=s

SdSuv .

8

Hydraulika potrubíZákladní veličiny, které charakterizují pohyb kapaliny, jsou :- průřezová rychlost v [m/s] - tlak p [Pa]

- průřezová rychlost v [m/s] střední rychlost průtočného průřezu

Chezyho rovnice

Rychlostní součinitel Chezyho rovnice C vyjadřuje ztráty třením,určuje se na základě empirických zjištění.

White-Colebrookovarovnice

λ – součinitel ztrát třením (Reynoldsovo číslo, hustota kapaliny, drsnost vnitřního povrchu)

vRlCgRlgdlv ====λλ

8.2.1

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−=

dk

Re 71,351,2log21λλλ

gC 8=

5

9

Proudění skutečné kapalinyZtrátová měrná energie při proudění potrubím (plný přůřez)

Yz1 - ztrátová měrná energie třením, způsobená třením kapaliny o stěny a vnitřními ztrátami způsobenými viskózním a turbulentním třením

Yz2 - ztrátová měrná energie místní, způsobená prouděním kapaliny tvarovkami, armaturami, přístroji apod.

Ztrátová měrná energie třením Ztrátová měrná energie místní

[ ]kgJYYY zzz /21 +=

[ ]kgJvdlpY z

z /2

..2

11 λ

ρ== [ ]kgJvpY z

z /2

.2

22 ξ

ρ==

10

Proudění skutečné kapalinyVyjádřením ztrátové měrné energie pomocí rychlostní výšky v2/2g dostaneme Darcy-Weisbachovu rovnici :

Ztrátová měrná energie třením Ztrátová měrná energie místní

[ ]mg

vdlhz 2

..2

1 λ=

[ ]kgJvYz /2

.2

2 ξ=[ ]kgJvdlYz /

2..

2

1 λ=

[ ]mg

vhz 2.

2

2 ξ=

msms

mkg

smkgsmkg

J=== 22

222

2 /1..

.1.

6

11

Měrné tlakové ztráty třením

12

Tlakové ztráty místními odpory

7

13

Voda a její vlastnosti

KAPALINA

LED

VODNÍ PÁRA

2H2 + O2 → 2H2O

14

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

8

15

Voda a její vlastnosti v TZB

Kvalita vody : Způsoby úpravy vody :- voda obsahuje nadbytek CO2 - 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. 376/2000 Sb. – požadavky na kvalitu vody a rozsah četnosti její kontroly

Základní pojmy :» pitná voda» užitková voda» teplá voda x TUV» provozní voda

pitná voda – pro lidskou spotřebu (vaření, mytí, pití … )

nepitná voda (ostatní – zalévání, mytí aut…)

ČSN EN 806-1 73 6660

16

ZÁSOBOVÁNÍ OBJEKTŮ VODOUNerovnoměrnost odběru vody v průběhu dne, týdne i roku vyvolávánutnost 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 v síti

PODZEMNÍZDROJ VODY

VODOJEM AKUMULACE

VEŘEJNÁ SÍŤ

SPOTŘEBIŠTĚ-OKRUHOVÁ SÍŤ

POVRCHOVÝZDROJ VODY

ÚPRAVA VODY

SPOTŘEBIŠTĚ-VĚTEVNÁ SÍŤ

9

17

Zásobování objektů vodou

- místní ( lokální ) – studny- veřejný řad + soustava vodojemů- kombinaceStudny :dle účelu - veřejné ( zásobování pitnou vodou velkých celků )

- domovní ( zásobování pitnou vodou jedné, výjimečněněkolika nemovitostí

- požární ( akumulace a vydatnost vody pro rychlý požárnízásah )

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 většíhloubky spodní vody, 20m a více)

- ražené ( nortonky, habešské ) – pro rychlé, dočasnézásobování vodou,

- kombinované ( např. horní část šachtová, spodní část vrtaná )

18

ZÁSOBOVÁNÍ OBJEKTŮ VODOU

vnější vodovodní síť

hydrostatický tlak

hydrodynamický tlak

zdroj vody

vodojem

vnější vodovodní síť

10

19

Schéma vnitřního vodovodu :

H

H

H

terén

POŽÁRNÍ VODOVOD ZAVODNĚNÝ

PŘIPOJOVACÍ POTRUBÍHYDRANT

uzávěr vody zemní souprava

LEŽATÉ POTRUBÍ

STO

UPA

CÍP

OTR

UB

Í

STO

UPA

CÍP

OTR

UB

Í

vodoměrnásestava

vodoměruzávěr

TERÉN

POŽÁRNÍ VODOVOD NEZAVODNĚNÝ

PRO ZÁSAH MOBILNÍ

TECHNIKY

VODOVODNÍPŘÍPOJKA PŘÍVODNÍ POTRUBÍ (VNITŘNÍ VODOVOD)

20

Způsoby připojení na vnější siť :

terén

PŘÍMÉNAPOJENÍ

• přes přerušovací nádrž– hydraulické oddělení vnějšího a vnitřního vodovodu

• přímé napojení– dostatek tlaku– není zařízení, které by tlak

snížilo, popř. je blokováno

terén

S PŘERUŠOVACÍNÁDRŽÍ - SPODNÍROZVOD

terén

S PŘERUŠOVACÍNÁDRŽÍ - HORNÍROZVOD

11

21

Způsoby připojení na vnější siť :

• s akumulační nádrží– nedostatek vody a tlaku ve

vnějším vodovodu– dělení na tlaková pásma

• ze dvou nezávislých zdrojů– pokud to vyžaduje provoz– studna a veřejný vodovod– zdroje nesmí být propojeny– napojení přes přerušovací

nádržSTUDNA

vodoměrnásestava

PŘERUŠOVACÍNÁDRŽ

TLAKOVÁNÁDRŽ

ČČ

VEŘEJNÝ VODOVOD

TERÉN TERÉN

STUDNAvodoměrná

sestava

PŘERUŠOVACÍNÁDRŽ

TLAKOVÁNÁDRŽ

ČČ

VEŘEJNÝ VODOVOD

TERÉN TERÉN

S AKUMULAČNÍNÁDRŽÍ – DVĚTLAKOVÁ PÁSMA

terén

22

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 20-50 – s uzávěrem – připojení za provozu

12

23

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 1,5-2,2 m• prostup kcí – chránička• přípojka musí být kdykoliv přístupná

pro opravu a revizi, tzn. nezastavět !!!

24

Měření spotřeby vody – vodoměrná sestava

VODOMĚRNÁ SESTAVA (hlavní vodoměr)– slouží pro měření spotřeby vody– součástí vodoměrné sestavy je HUV

v objektu :• vodoměr max. 2 m za obvodovou zdí• přístup k odečtení vodoměru• umístění na stěně, výklenek, šachta v podlaze• 400-1200 mm nad podlahou

mimo objekt• ve vodoměrné šachtě 900x1200x1500 (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

13

25

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 – záměrnézkreslení informací (zdražení vody apod.)

26

Vodoměrná sestava – armatury

Přípojkový uzávěr-filtr-redukce-prostor pro vodoměr-redukce-uzávěr HUV-zpětný ventil-vypouštění

14

27

Charakteristika potrubícharakteristické údaje : * průřez potrubí

* jmenovitý tlak* teplota

Průřez potrubí ( Diametre Nominal ) DN – smluvní hodnota DN 10,15,20,25,32…Vnitřní průměr …………… d ( mm ) ⇒ přesná hodnota pro hydraulické výpočtyVnější průměr …………… . D x t (mm ) ⇒ vnější průměr x tloušťka stěny

Jmenovitý tlak (Presure Nominal ) – maximální provozní tlak za určité teplotyPN 2,5 PN6, PN10, PN16, PN25 ….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

DN 10 15 20 25 32 40 Měď

12 x 1

18 x 1

22 x 1

28 x 1,5

35 x 1,5

42 x 1,5

PP – 3

16 x 2,3

20 x 2,8

25 x 3,5

32 x 4,5

40 x 5,6

50 x 6,9

VPE

16 x 2,2

20 x 2,8

25 x 3,5

32 x 4,4

40 x 5

50 x 5

28

Charakteristika potrubí - tlakČSN 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) nejnižšíprovozní 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 čerpacístanice

Instalace typu B – nízkotlaký systém rozvodu vody ( není pod tlakem ze sítě nebo čerpací stanice = potrubí od přerušovací nádrže nebo beztlakového ohřívače )

15

29

Ochrana proti znečištění pitné vodyČSN 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• armatury se zpětným a prřivzdušňovacím ventilem• zpětný ventil u napojení pisoárů přes tlakové nebo automatické zařízení• výtoková armatura u ZP min. 250 mm nad horním okrajem ZP• ochranná jednotka společná pro více výtoků a u výtoku zpětný ventil

30

Vnitřní vodovody – tlaková zkouškaZkoušení VV:Po montáži – před napojením na zdroj vody: - prohlídka- tlaková zkouška- konečná tlaková zkouškaTlaková 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 12 hodin, pak tlaková zkouška- pokles tlaku za 1 hodinu max. o 20 kPaKonečná tlaková zkouška:- proplach vodou po montáži ZP, armatur a příslušenství- pod provozním přetlakem, dosaženým na začátku zkoušky po dobu 24 hodin- pokles tlaku za 1 hodinu max. o 20 kPa

16

31

POTŘEBA VODY - BILANCE- průměrná denní potřeba

Qp = q . n [l/d]q … specifická potřeba vody [l/jedn.,d]n … počet jednotek

- maximální denní potřebaQm = Qp . kd

kd … součinitel denní nerovnoměrnosti- maximální hodinová potřeba

Qh = Qm . kh / zkh … součinitel hodinové nerovnoměrnosti

soustředěná zástavba kh = 2,1roztroušená zástavba kh = 1,8

z – doba čerpání vodybytové objekty z = 24 hodadministrativní budovy z =10 až 12 hod

Potřeba vody - plánovaná hodnota, v objektu neslouží k dimenzováníSpotřeba vody - skutečně odebrané ( naměřené ) množství

32

POTŘEBA VODY - BILANCESpecifická potřeba vodyvyhláška MZem č. 428/2001 Sb.ze směrných čísel roční spotřeby vodybytové domy s centrální přípravou teplé vody - 150 l/os,d

• měřením zjištěno - cca 120 l/os,d

SMĚRNÁ ČÍSLA ROČNÍ POTŘEBY VODY

Druh potřeby vody [m3/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) 200 - hotel bez restaurace (pokoje s WC a koupelnou) 160 - zdravotnické středisko (na zaměstnance) 18 - zdravotnické středisko (na pacienta) 2