Ve vodárenství se vyskytuje z hlediska účelu dvojí akumulace.

• Dlouhodobá akumulace (povrchové vodárenské nádrže, nebo podzemní vodonosné vrstvy)

• Krátkodobá akumulace (vodojemy)

Vodojemy jsou nádrže různého tvaru, konstrukce a umístění, které slouží k akumulaci vody nezbytné pro zajištění několika funkcí. A to:

• Vyrovnávací funkcí – spočívá ve vyrovnání rozdílů mez rovnoměrným přítokem vody ze zdroje nebo z úpravny vody a nerovnoměrným odběrem spotřebiště, vykrytí odběrových špiček

• Tlakovou funkci – spočívá v zajištění potřebného hydrodynamického a hydrostatického tlaku vody ve spotřebišti

• Rezervní funkci – spočívá ve vytvoření nezbytné rezervy vody pro případ přerušení dodávky vody a poruchy na síti

• Protipožární zabezpečení spotřebiště

Z pohledu vodního zákona (254/2001 Sb.) je vodojem vodní dílo.

V současné době je problematika navrhování a provozování vodojemů upravena dvěma stěžejními českými technickými normami, a to:

• ČSN 75 5355 - Vodojemy

• ČSN EN 1508 (75 5356) Vodárenství – Požadavky na systémy a součásti pro akumulaci vody

Vodojemy rozdělujeme podle tří hlavních kritérií:

1. Podle účelu, vodojem:

• Zásobní
• Hlavní
• Přerušovací
• Vyrovnávací
• Provozní
• Vodojem prací vody

2. Podle umístění vůči spotřebišti:

• Vodojem před spotřebištěm
• Vodojem ve spotřebišti
• Vodojem za spotřebištěm
• Vodojem před a za spotřebištěm

3. Podle konstrukce:

• Zemní vodojemy
• Nadzemní vodojemy (věžový vodojem)
  
  

Druhý vodojemů - podle účelu

Zásobní (akumulační) vodojem

Zásobuje určité tlakové pásmo a obstarává všechny funkce. Je to průtočný vodojem. K jeho plnění dochází, jestliže přítok do vodojemu je větší než odběr. V opačném případě dochází k jeho vyprazdňování. Vodojem tedy svojí zásobou vyrovnává nerovnoměrnost odběru vody.

Hlavní vodojem

Hlavní vodojem je nadřazeným vodojemem vyššího řádu, používaný u skupinových a oblastních vodovodů. Jeho výškové umístění je navrhováno takovým způsobem, aby tlakově obstarával podřízené zásobní vodojemy.

Přerušovací (pásmový) vodojem

Využívá se v místech velkého výškového rozdílu terénu. V těchto místech, by s použitím pouze jednoho zásobního vodojemu, byla překročena mezní hodnota maximálního hydrostatického tlaku H_max = 60 (70) m v. sl. (0,6, resp. 0,7 MPa). Přidáním přerušovacího vodojemu se přeruší hydrostatický tlak zásobního vodojemu. Spotřebiště se tak rozdělí na dvě tlaková pásma. Při členitějším území s převýšením 75 až 100 metrů je nutné spotřebiště rozdělit na tři tlaková pásma použitím dvou přerušovacích vodojemů a při převýšení 100 až 120 m na čtyři tlaková pásma s použitím tří přerušovacích vodojemů. Problém s překročením maximálního hydrostatického tlaku lze řešit také méně náročným způsobem, a to redukcí tlaku redukčním ventilem.

 

 

 

 

 

 

 

 Vyrovnávací vodojem

Vyrovnávací vodojem je používán ve spotřebičích s nepříznivou konfigurací terénu a velkou odlehlostí okrajů zástavby. V těchto místech by pouze jeden zásobní vodojem nezajistil potřebný minimální hydrodynamický tlak v odlehlých částech. Zajištění minimálního hydrodynamického tlaku zajistíme použitím druhého, vyrovnávacího, vodojemu. Vodojem zásobní je vodojemem čelním před spotřebičem a vodojem vyrovnávací je vodojemem koncovým za spotřebištěm. V době minimálních odběrů se vyrovnávací vodojem plní a naopak v době špičkových odběrů oba vodojemy zásobují řad. Potrubí před vyrovnávacím vodojemem plní jak funkci přiváděcího, tak i zásobovacího řadu a voda v něm podle potřeby proudí oběma směry.

 

 

 

 

 

Požární vodojem

Požární vodojem je jednoúčelovým vodojemem s funkcí protipožárně zabezpečit určité spotřebiště. Používá se při zabezpečení výrobních průmyslových nebo zemědělských areálů a provozů nebo obytných zón s věžovým vodojemem, který neobsahuje požární zásobu.

Provozní vodojem

Tyto vodojemy jsou budovány v areálech vodárenských provozů, zejména upraven vod. Slouží jako zásobárna pitné vody pro provozní potřeby těchto provozů.

Vodojem prací vody

Tyto vodojemy jsou nezbytnou součástí objektů úpraven vod a slouží jako zásobárna vody pro praní filtrů v procesu úpravy vody.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Druhy vodojemů – podle umístění vůči spotřebišti

Volbu místa ovlivňuje i požadavek na možnost napojení na elektrickou energii a možnost příjezdu. VDJ by měl být co nejblíže ke zdroji vody, aby náklady na čerpání byly co nejnižší a současně co nejblíže k těžišti spotřeby, z důvodu min. tlakových ztrát. Při volbě místa se vychází z požadavku zabezpečení minimálního hydrodynamického přetlaku (0,25 MPa) ve všech místech spotřebiště a současně mezní povolené hodnoty max. hydrostatického přetlaku (0,6 MPa).

 

 

 

 

 

 

 

 

1 – čára maximálního hydrostatického přetlaku
2 – čára minimálního hydrodynamického přetlaku
z – tlaková ztráta v úseku délky L

Vodojem před spotřebištěm (čelní)

Je případ klasického průtočného zásobního vodojemu u výtlačných nebo gravitačních vodovodů. Výhodou jsou jednoznačné průtokové a tlakové poměry. Nevýhoda vyšší provozní náklady (nutnost přečerpávat celý objem max. denní potřeby vody do vodojemu) a nižší zabezpečenost spotřebiště (přítok je pouze z jedné strany do spotřebiště).

Vodojem ve spotřebišti

Nejčastějším případem této varianty je použití věžového vodojemu v těžišti spotřebiště, které se uplatňuje v rovinatém území.

 

 

 

 

 

 

1 – čára energie při plnění vodojemu
2 - čára energie při zásobení z vodojemu

Vodojem koncový (za spotřebištěm)

Určujícím kritériem u této varianty není geografická dispozice, ale provozní propojení a funkce hlavních objektů soustavy.

 

 

 

 

 

 

 

1 – čára energie při plnění vodojemu
2 - čára energie při zásobení spotřebiště pouze z vodojemu
3 – čáry energie při současném zásobování spotřebiště z vodojemu a z čerpací stanice

Vodojem před a za spotřebištěm

Je v případě použití dvou VDJ a sice klasického zásobního, který je VDJ před spotřebištěm a VDJ vyrovnávacího, který je VDJ koncovým.

 

 

 

 

 

 

  Konstrukce vodojemu

V praxi můžeme sledovat dva typy provedení vodojemu, častěji používané zemní vodojemy, které využívají nerovností stávajícího terénu, anebo více viditelné nadzemní vodojemy (věžové).

Zemní vodojemy

Zemním vodojemem rozumíme takový vodojem, který má dno umístěno pod úrovní stávajícího nebo upraveného terénu. Tento vodojem může být částečně nebo zcela zapuštěn pod úroveň terénu. V obou případech je akumulační nádrž obsypána zeminou, která plní funkci tepelné izolace a mechanické ochrany konstrukce stěn a stropů nádrže. Jejich navrhování by mělo být upřednostněno před ostatními typy vodojemu.

Typický zemní vodojem je tvořen jednou nebo lépe dvěma nebo více akumulačními nádržemi a přidruženou manipulační komorou. Navrhování dvou, popřípadě více komorových vodojemů, je výhodnější z provozního hlediska při odstavení jedné komory při čištění a opravách, kdy je minimalizován dopad na plynulost zásobování vodou.

Zemní vodojemy se většinou navrhují – 2x200, 2x400, 2x 650, 2x1000, 2x1500 a 2x 2000 m³, 2x 5000 m³ a 2x 10 000 m³.

 

Podle tvaru akumulační nádrže se používají tři základní typy vodojemu:

• válcového tvaru - železobetonové monolitické nebo prefabrikované vodojemy
• pravoúhlého tvaru - železobetonové monolitické nebo prefabrikované vodojemy
• trubní vodojemy

 

 

 

 

 

 

 

 

Vodojem Odry

 

 

Nadzemní vodojemy

Charakteristickým znakem nadzemních vodojemů je, že mají dno akumulační nádrže nad úrovní rostlého nebo upraveného terénu. Nadzemní vodojemy zřizujeme až v případech, kdy terénní (výškové) nebo ostatní podmínky neumožňují navrhnout klasický zemní vodojem. Používají se v rovinatém území.

Nutno je tepelně izolovat, jedna kumulační komora, krátká doba výstavby, jednoduchost montáže (VDJ je dodán v dílech, které se na stavbě spojí – šrouby, svárem).

Stavební materiál – ocel a železobeton. Kulový tvar do objemu 250 m³, Čočkovitý tvar do objemu 1500 m³.

Do této kategorie vodojemů patří dva základní typy, a to:

• vodojemy s nezasypanou akumulační nádrží na povrchu terénu
• věžové vodojemy.

 

 

 

 

 

 

 

 

Vodojem Řepiště

 

Zásady pro akumulační nádrže

Stabilita konstrukce vodojemu musí být prokázaná statickým výpočtem pro všechny zátěžové případy. U zemního vodojemu se navrhují nejméně dvě nádrže.

Konstrukce vodojemu musí být chráněna proti vlivům podzemní a povrchové vody. Povrch vnitřních stěn nádrží musí být dostatečně hladký a pevný, aby bylo možno vodojem čistit. Vnitřní ochranné nátěry musí být prováděny ze zdravotně nezávadných hmot. Vstup do nádrže z manipulační komory musí být opatřen prachotěsnými dveřmi. Prostor manipulační komory musí být dostatečně osvětlen a osvětlovací otvory (okna) se nesmějí zřizovat v nádržích. Dno nádrže musí mít sklon nejméně 1% ke sběrné jímce. Dno a podlahy v manipulační komoře musí mít sklon a musí být zajištěno odvedení vody z tohoto prostoru mimo objekt. Nádrže vodojemu musí být jednotlivě odvětrány. Větrací zařízení musí být instalováno u stropu nad nejvyšší hladinou. Vyústění větracího zařízení ven musí být chráněno proti vnikání nečistot a hmyzu.

Vybavení vodojemu

Potrubí

• V minulosti šedá litina, nyní se používá nerezová ocel spojovaná svařováním
• Přívodní potrubí – osazeno uzávěry na přítoku do jednotlivých komor, přívod vody je regulován regulačním ventilem nebo plovákovým uzávěrem, v akumulační komoře je zpravidla vyvedeno nad max. provozní hladinu. Přívodní potrubí musí být opatřeno obtokem v případě odstavení vodojemu.
• Odběrné potrubí – je umístěno u dna nádrže (aby nedošlo k zavzdušnění při kolísání hladiny) a je zakončeno sacím košem
  Osazuje se na něm průtokoměr pro měření odtoku z vodojemu.
  Opatřeno uzávěry na odběru z jednotlivých akumulačních komor a na společném odtokovém potrubí z vodojemu
• Bezpečnostní přepad – nesmí být menší DN než přívodní potrubí, nesmí být osazen žádným uzávěrem a určuje max. hladinu ve vodojemu.
• Odpadní potrubí – slouží k vypouštění VDJ při jeho čištění, umístěno v odkalovací jímce akumulační nádrže. Každá nádrž musí mít samostatnou výpust.

Dále jsou v armaturní komoře umístěny tvarovky, ovládací armatury a měřící zařízení (měření průtoku, tlaku, hladiny) rovněž často umístěná zařízení pro doplňkovou dezinfekci a hygienické zabezpečení kvality vody. Často zde bývají i čerpadla a vybavení čerpacích stanic, které dopravují vodu do vyšších tlakových pásem.

Stavy hladiny, měření odtoku atd. se přenáší na dispečink.

  Vodní nádrž - zemní vodojem                                                                        Armaturní komora - zemní vodojem

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vodní nádrž – zemního vodojemu

• Přístup do ní je pouze přes armaturní komoru
• Zde se akumuluje potřebné množství vody

Manipulační (armaturní) komora – zemního vodojemu

• Do ní je vstup z venku
• Zde jsou umístěný veškeré ovládací zařízení vodojemu (armatury a ostatní zařízení) i ostatní pomocná zařízení (např. přívod el.nergie)

Výpočet akumulace

Objemy vodojemu se stanovují s ohledem na jeho funkci. Pokud má vodojem z hlediska požadované akumulace vody více funkcí, stanovuje se využitelný objem vodojemu jako součet objemů vody potřebných pro jednotlivé funkce v případě, že může nastat situace současného působení těchto funkcí.

Stanovení celkového objemu vodojemu

Celkový objem se skládá:

Využitelný objem – provozní, požární a poruchovou zásobu vody

Nevyužitelný objem – objem, jenž je dán konstrukcí vodojemu a který nelze využít k žádným účelům

Využitelný objem se vypočte jako součet provozní zásoby, požární a poruchové.

Celkový objem zemního vodojemu dle ČSN 75 5355 (Vodojemy) je zpravidla 60 – 80 % z maximální denní potřeby vody.

 

Výpočet objemu zásobního vodojemu (provozního)

Při navrhování vodojemu musíme brát v potaz několik potřebných objemů:

• Vyrovnávací objem
• Požární zásoba
• Poruchová zásoba

 

Vyrovnávací objem (Av)

vychází z maximální denní potřeby vody Q_m a při jeho stanovení se bere ohled na rozdíly mezi přítokem do vodojemu a odběrem z vodojemu závislé na odlišné denní spotřebě vody. Pro jeho stanovení je třeba znát časový průběh potřeby (odběrů) vody během dne a časový průběh přítoku vody do vodojemu během dne. Jeho stanovení je možné početní nebo grafickou metodou.

 

Přítok vody do vodojemu a odběr vody z vodojemu

• Rovnoměrný přítok

nepřerušovaný – je nejčastější při gravitačním přítoku vody do vodojemu anebo při nutnosti rovnoměrného odběru vody z předcházejícího objektu vodárenské soustavy během celých 24 hodin

přerušovaný – vyplývá z požadavků energetických závodů, které vyžadují čerpat vodu s přestávkami v době energetických špiček

V létě (duben-září) 10-12h, 19-21h – doba čerpání 20 h.

V zimě (říjen-březen) 7-11h, 18-21h – doba čerpání 17 h.

• Nerovnoměrný odběr vody z vodojemu

Závisí na druhu odběratelů (zemědělství, průmysl, obyvatele) a na jejich způsobu odběru vody (průběžný, směnný provoz).

 

Pro obytné pásmo – je potřeba stanovit hodinový průběh odběrů vody podle faktorů, které jej ovlivňují.

Pokud nejsou k dispozici podrobnější údaje, uvažuje se časový průběh odběrů vody podle přílohy C Směrnice č. 9/ 1973. 

Při početní metodě se sestaví tabulka, ve které se v jednotlivých hodinách dne počítají zásoby a nedostatky vody jako rozdíly mezi přítokem a odběrem.

Akumulační procento X se pak vypočítá jako součet absolutních hodnot největší zásoby a největšího nedostatku.

Tabulka: Výpočet akumulačního procenta X

Při grafické metodě pro stanovení akumulačního procenta X se do grafu ve vhodném měřítku vynese součtová čára přítoků do vodojemu společně se součtovou čárou odběrů z vodojemu. Hledaná hodnota akumulačního procenta X se pak určí součtem největších svislých odlehlostí mezi oběma křivkami, a to kladnou a zápornou odlehlostí.

 

 

 

 

 

 

 

 

Také časový průběh odběrů vody pro zemědělskou živočišnou výrobu je třeba průkazně stanovit. Pokud to není možné opět se vychází ze směrnice a tabulky viz.výše. Časový průběh odběrů vody pro průmysl je různý při odběrů vody pro pracovníky v průmyslu a při odběru pro provoz průmyslových závodů.

Třísměnný provoz – 6-14 h, 14-22 h, 22-6 h.

Máme numerický výpočet objemu provozní zásoby vodojemu a grafické určení objemu provozní zásoby. U věžového vodojemu je třeba volit celkový objem vodojemu podle velikosti dostupného typu a podle druhu věžového vodojemu.

Požární zásoba

vytváří ve vodojemu rezervu, která by měla plynule pokrýt dodávku požární vody po dobu alespoň půl hodiny.

q_p – potřeba požární vody stanovená ČSN 73 0873 a pohybuje se v rozmezí od 4 do 25 l/s a v rozmezí od 7,5 do 40 l/s v závislosti na charakteru spotřebiště a míře jeho požárního rizika (Q_p)

t – doba, po kterou je nutno zajistit dodávku požární vody v hodinách (min. 0,5 h, doporučeno 2 h)

n – značí počet odběrných míst (v některé lit. značeno jako h)

U věžových nadzemních vodojemů se s objemem pro požární vodu nepočítá z důvodu jejich omezené kapacity. Protipožární zabezpečení spotřebiště je zde řešeno jiným způsobem, například otevřenou požární nádrží nebo se počítá s možným odběrem z přírodního zdroje.

Poruchová zásoba

rozumíme rezervu vody pro případ přerušení dodávky vody nebo poruch ve zdrojové a přítokové části, úpravně vody a ve výtlačném nebo gravitačním přiváděcím řadu.

Q_m – maximální denní potřeba vody (m³)
T - doba trvání poruchy (h) – uvažuje se rozmezí 6-12 hodin

Podle normy se doporučuje zvětšit akumulační prostor vodojemu vypočtený jako součet objemu provozní a požární zásoby, tak aby celková akumulace ve vodojemu činila 60 až 100 % max. denní potřeby vody (Qm). Toto zvětšení akumulačního prostoru se uvažuje jako poruchová zásoba pro případ vzniku poruchy na vodárenském zařízení před vodojemem.

Výpočet objemu přerušovacího (pásmového) vodojemu

Využitelný objem přerušovacího vodojemu se stanoví s ohledem na systém regulace přítoků do vodojemu a odtoku z vodojemu. Při zajištění trvalé funkce vodojemu nesmí docházet ke ztrátám vody jejím odtokem do přepadu a musí být zajištěn bezporuchový provoz.

Výpočet využitelného objemu vodojemu prací vody

Využitelný objem vodojemu prací vody se stanovuje podle navrhovaného postupu praní filtrů v provozu úpravny vody, s cílem vyrovnávání přítoku do vodojemu využití výkonových přebytků úpravny vody.

Výpočet využitelného objemu provozního vodojemu

Využitelný objem provozního vodojemu se stanovuje podle provozních požadavků objektu, který je určen.