Využívání dešťových vod (III) - praktický příklad
VYUŽITÍ DEŠŤOVÉ VODY PRO AREÁL STAVEBNÍ FAKULTY VUT V BRNĚ
Článek ukazuje na reálné budově praktický příklad využívání dešťových vod s popisem, zařízení včetně základních ekonomických souvislostí.
1. Úvod
Stavební fakulta se nachází v centru města Brna v městské části Veveří. Komplex sestává ze sedmi hlavních budov A, B, C, D, E, F, a Z. Areál se nachází na ulicích Veveří a Žižkova (budova Z).
Stavební fakulta ročně spotřebuje asi 10 000 m3 vody. Podstatná část této vody se spotřebuje na splachování toalet, kde není zapotřebí voda kvality vody pitné. Dešťová voda ze střech je odváděna do kanalizace. Celková plocha střech budov v areálu činí 15500 m2, za rok, při průměrném ročním úhrnu deště 550 mm, musí být kanalizací odvedeno přes 6000 m3 dešťové vody. Jeden metr krychlový kanalizací odvedené vody v současné době stojí 26,66 Kč, fakulta tedy za odvod dešťové vody pouze ze střešních částí areálu zaplatí skoro 200 000 Kč ročně. Snížení objemu dešťového odtoku je žádoucí vzhledem k znečištění, které způsobuje odlehčení z kanalizace do vodního toku, vzhledem k velkému hydraulickému zatížení na čistírně za deště, a v neposlední řadě k nebezpečí záplav, vznikajících z velkého objemu dešťových vod povrchově odváděných ze zpevněných ploch. Pro využívání dešťové vody hovoří i fakt, že množství pitné vody z vodovodního řadu, nutné pro potřeby fakulty, se sníží o objem využívané dešťové vody.
Obr. 1 - Pohled na areál Stavební fakulty
2. Geologické, hydrogeologické a půdní poměry
Zájmové území se nachází na předkvartérním podloží, které tvoří spodně tortonské jíly vápnité (tégly) a písky. Kvartérní pokryv tvoří mohutná návěj spraší, které jsou překryty antropogenní navážkou. Hladina podzemní vody se zdržuje na styku neogenních jílů a spraší.
Předpokládaný geologický profil:
| 0 - 0,8 | navážka hlinitokamenitá, ulehlá |
| 0,8 - 12,0 | spraš žlutohnědá, vápnitá, pevná |
| 12,0 - | jíl vápnitý, šedozelený, pevný |
Hladina podzemní vody se zdržuje 11,5m pod terénem.
Inženýrsko-geologické zhodnocení:
Popsané základové poměry lze hodnotit jako jednoduché (čl.20, ČSN 731001). Projektované nádrže na dešťovou vodu jsou konstrukčně nenáročné, přitížení v základové spáře lze očekávat nižší než by odpovídalo původnímu geostatickému napětí.
3. Množství dešťové vody akumulované k využití na splachování WC
3.1. Množství využitelné srážkové vody
Množství využitelné srážkové vody se spočítá ze vzorce:
| ψ | odtokový součinitel jako poměrové číslo [-] |
| A | půdorysná plocha střechy [m2] |
| HN | roční srážky [mm/rok = l/(m2 . rok)] |
| I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | XII | ROK |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 18,0 | 17,0 | 32,0 | 30,0 | 49,0 | 76,0 | 75,0 | 57,0 | 54,0 | 34,0 | 40,0 | 33,0 | 514,0 |
Tab. 1 - Průměrný úhrn srážek (mm) za období 1990-2000
| Budova | A | B | C | D | E | F | Z | Σ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Σred [m2] | 1607,4 | 2062,3 | 2256,6 | 3319,4 | 877,6 | 154,0 | 1853,3 | 12359,6 |
Tab. 2 - Plocha je redukovaná příslušným odtokovým koeficientem dle povrchu střechy
3.2. Potřeba vody na splachování WC
Dešťovou vodu je v rámci fakulty možno využít převážně ke splachování toalet. Potřebu je možné vyčíslit ze vzorce:
| QWC | roční potřeba pro splachování WC [m3/rok] |
| q | průměrná denní spotřeba vody na splachování na jednu osobu |
| n | počet osob |
Dle DIN 1989 Regenwassernutzungsanlagen činí spotřeba vody na toaletách na jednoho žáka 6 l/den, na jednoho zaměstnance 12 l/den. Na stavební fakultě je 4500 studentů a 500 zaměstnanců.
3.3. Objem zásobních nádrží
Objem zásobních nádrží je navržen na průměrnou měsíční potřebu, protože roční objem srážkové vody je větší než roční objem potřeby vody pro splachování WC.
| QWc [m3] | Qd [m3] | přebytek Qd [m3] | nedostatek Qd [m3] | |
|---|---|---|---|---|
| leden | 552,00 | 222,47 | - | -329,53 |
| únor | 504,00 | 210,11 | - | -293,89 |
| březen | 504,00 | 395,51 | - | -108,49 |
| duben | 504,00 | 370,79 | - | -133,21 |
| květen | 504,00 | 605,62 | 101,62 | - |
| červen | 235,20 | 939,33 | 704,13 | - |
| červenec | 177,60 | 926,97 | 749,37 | - |
| srpen | 177,60 | 704,49 | 526,89 | - |
| září | 309,00 | 667,42 | 358,42 | - |
| říjen | 552,00 | 420,22 | - | -131,78 |
| listopad | 552,00 | 494,38 | - | -57,62 |
| prosinec | 384,00 | 407,87 | 23,87 | - |
| Σ | 4955,40 | 6365,18 | 2464,30 | 1054,52 |
Tab. 3 - Porovnání teoretické potřeby vody na splachování WC a množství vody využitelné z atmosférických
srážek v jednotlivých měsících v roce
Objem nádrže VZ:
Celkový objem nádrží na dešťovou vodu, navržený na překlenutí období jednoměsíčního sucha bez přivedení pitné vody činí 413 m3.
4. Znečištění dešťového odtoku ze střech
V dešťové vodě se může vyskytnout proměnlivé složení nerozpuštěných látek, rozpuštěných látek, mikroorganismů i těžkých kovů. Mikrobiologické rozbory ukazují částečná znečištění fekálními streptokoky a koliformními bakteriemi. V dešťové vodě, odtékající ze střechy se vyskytují klacíky, listí, ptačí trus a látky, které vznikají při kontaktu dešťové vody s materiály střechy. Střechy jsou tvořeny z převážné části pálenými taškami a plechovou krytinou, malá část je tvořena plastovou krytinou a na pochůzné části je betonová dlažba. Vlivem deště, slunce a mrazu se uvolňují částečky krytiny střech, betonu, kovů a barev. Dešťové okapy a kovové součásti střech korodují a uvolňují toxické látky jako měď nebo zinek.
Byl proveden chemický rozbor srážkové vody, odtékající dešťovými okapy ze střechy budovy Z v areálu fakulty stavební. Srážce předcházelo jednoměsíční bezdeštné období. Odběr byl proveden na počátku dešťové epizody tak, aby byl zachycen první splach ze střechy, který vždy obsahuje největší koncentrace znečištění. Naměřené hodnoty leží v hranicích nařízení pro jakost pitné vody.
| pH | NLcelk | NO3- | SO2-4 | Zn | Pb | Ca | Mg | KNK4,5 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 7,2 | 33 mg/l | 18,6 mg/l | 42,7mg/l | 0,2mg/l | 0,94mg/l | 26,8mg/l | 1,62mg/l | 0,6 mmol/l |
Tab. 4 - Složení dešťové vody ze střechy budovy Z
5. Čištění dešťové vody
Vzhledem k tomu že při splachování WC nepřichází uživatel s touto vodou do styku, je chemické a mikrobiologické složení dešťové vody k tomuto způsobu jejího užití dostačující. Pro použití dešťové vody ke splachování WC je nutné odstranit z vody jen pevné částečky, které by mohly zanést trysky splachovacího zařízení.
- Hrubé nečistoty jsou zachycovány filtrační nátokovou šachtou, osazenou pod každým okapovým svodem (viz obr. 2).
- Jemná filtrace je zajištěna šachtovými samočistícími filtry, osazenými na spojných potrubích před zaústěním do jímky (hustota síta 0,35 mm), (viz obr. 3).
- Sedimentace v nádržích
- Jemný filtr se zpětným proplachem do tlakového potrubí za čerpadlem vyloučí možnost ucpávání trysek splachovacího zařízení (hustota síta 0,1 mm).
 Obr. 2 - Filtrační nátoková šachta |
 Obr. 3 - Šachtový samočistící filtr |
6. Technické řešení
6.1. Zásobní nádrže
V areálu je navrženo šest nádrží (viz obr. 4). Nádrže jsou betonové, monolitické, třída betonu B20 V4. Jsou posazeny na 50 cm silnou základovou desku, tloušťka stěn je 300 mm. Každá nádrž je vybavena vstupní šachtou DN 1000 mm s betonovým poklopem DN 625 mm a ocelovými stupadly (viz obr. 5).
Obr. 4 - Situace
Obr. 5 - Zásobní nádrž
Pro správnou funkci systému využití dešťových vod musí být každá nádrž vybavena:
- Uklidněným přítokem, tvořeným dvěma koleny 90o příslušného DN trubek. Těmito tvarovkami je proud přitékající vody usměrněn svisle vzhůru, tím se zabrání víření sedimentu na dně nádrže.
- Přívodem pitné vody (viz obr. 7) - množství doplňované pitné vody je rovno denní potřebě vody na splachování WC tak, aby zbývající objem nádrže zůstal prázdný a mohl se plnit srážkovou vodou. Doplňování pitné vody je v souladu s ČSN EN 1717 (75 5462) Ochrana proti znečištění pitné vody ve vnitřních vodovodech a všeobecné požadavky na zařízení na ochranu proti znečištění zpětným průtokem. Norma zakazuje propojení mezi rozvody pitné a užitkové vody. Mezi výtokem z potrubí a přítokovou nálevkou je splněn požadavek normy minimální vzdálenosti dvojnásobku vnitřního průměru potrubí.
- Plovákovým spínačem, který se sepne, je-li dosažena minimální hladina vody (0,5 m nade dnem nádrže). Plovákový spínač dá signál magnetickému ventilu, aby byl zahájen odběr pitné vody.
- Sacím košem umístěným na sací hadici zavěšené na plováku. Tato technologie zaručuje nasávání vody v hloubce cca 15 cm pod hladinou, kde nejsou plovoucí ani sedimentující nečistoty (viz obr. 6).
- Sifonovým přepadem s odtokem do kanalizace, zajištěným proti vzdutí z kanalizace zpětnou klapkou. Součástí uzávěru je klapka z nerez oceli proti vniku zvířat.
 Obr. 6 - Sací souprava zavěšena na plováku |
 Obr. 7 - Přívod pitné vody |
6.2. Přívodní potrubí
Svodná potrubí i přípojky z jednotlivých okapových svodů jsou navržena z PE. Všechny přípojky jsou profilu DN100, svodná potrubí mají DN100, DN150 a DN200. Minimální sklon přívodních potrubí je 1%, maximální 12%. Na potrubí delším než 50 m jsou navrženy čistící šachty Š1-Š11. Potrubí jsou uložena v minimální nezámrzné hloubce 0,8m pod terénem.
6.3. Odpadní potrubí
Odpadní potrubí jsou navržena z PE, profilu DN100-DN300. Minimální sklon přívodních potrubí je 1%, maximální 20%. Na potrubí je navrženo šest kontrolních šachet. Na potrubí delším než 50 m jsou navrženy čistící šachty. Šachty, které jsou na hlavních větvích před zaústěním do kanalizace musí být vybaveny průtokoměrem a zpětnou klapkou. Potrubí jsou uložena v minimální nezámrzné hloubce 0,8m pod terénem.
7. Závěr
Fakulta sice platí za odvod dešťové vody, investice do tohoto zařízení by však byly obrovské a je otázkou, za jakou dobu by došlo k jejich návratnosti. Největší přebytek dešťové vody je v letních měsících, kdy je na fakultě nejmenší spotřeba vody. Naopak množství využitelné srážkové vody v zimě nepokryje potřebu vody pro splachování WC. Snížení množství dešťových vod odváděných stokovou sítí je žádoucí z mnoha již výše jmenovaných důvodů. Využití dešťových vod je však velmi obtížné realizovat efektivně. Každá strategie musí být posouzena nejen ve vztahu k nákladům, ale také ve vztahu k ekologickým odezvám, vlivům na životní prostředí, sociálním dopadům, technické proveditelnosti a vhodnosti.
Literatura
- Polohopisné a výškopisné zaměření stávajícího stavu
- DIN 1989 Regenwassernutzungsanlagen, Teil 1: Planung, Ausführung, Betrieb und Wartung
- ČSN EN 1717 (75 5462) Ochrana proti znečištění pitné vody ve vnitřních vodovodech a všeobecné požadavky na zařízení na ochranu proti znečištění zpětným průtokem
- Vodné a stočné areálu FAST Veveří 95, k r.2005
- Hydrologické údaje z ČHMÚ
- König, K.W. Regenwassernutzung von A-Z, Ein Anwenderhandbuch für Planer, Handwerker und Bauherren: Mallbeton GmbH 2002
- ČSN EN 1717 (75 5462) Ochrana proti znečištění pitné vody ve vnitřních vodovodech a všeobecné požadavky na zařízení na ochranu proti znečištění zpětným průtokem
- Geologická mapa ČSSR, mapa předčtvrtohorních útvarů, 1:200 000, M-33-XXIX Brno
- J. Trupl: Intenzity krátkodobých dešťů v povodích Labe, Odry a Moravy (VÚV Praha, 1958)
- Situace kanalizační sítě ulic Veveří a Žižkova z BVK