Normy, konstrukční prvky a zkušenosti s podzemními a nadzemními hydranty
Požární hydrant, foto © TZB-info.cz
Podzemní a nadzemní hydranty mají v rámci uzavíracích armatur zvláštní postavení. Ve vodovodních sítích jsou používány pro různé funkce. Jejich důležitost ve vazbě na platné normy se odráží i v tom, že mají stanovenou vyšší minimální životnost v počtech cyklů (1000 cyklů), než běžné uzavírací armatury s ručním ovládáním. V současnosti je obvyklým kritériem pro jejich nákup cena, nejsou zohledňována kritéria konstrukce a užitečných prvků z hlediska dlouhodobé životnosti a spolehlivosti.
1. Normy a legislativa podzemních a nadzemních hydrantů
Laická veřejnost vidí použití hydrantů obvykle jako místo zdroje pro odběr hasicí vody nebo pro nouzové odběry vody. Pro vodárny se však jedná o důležité armatury pro provozní účely jako je odvzdušňování, odkalování, vyprazdňování, tlakovému odlehčování u dílčích úseků.
Pokud jsou hydranty používány jako armatury pro provozní účely, musí splňovat konstrukční požadavky, hydraulické charakteristiky, životnost, těsnost, odolnost vůči předepsaným zkouškám, výkonnost odvodňovacího systému, aj. podle normy ČSN EN 1074 – část 6 Armatury pro zásobování vodou – Požadavky na použitelnost a jejich ověřování zkouškami. Pokud jsou hydranty (podzemní i nadzemní) vyčleněny jako zdroj požární vody v rámci požárního řádu města/obce musí splňovat požadavky norem EN ČSN 14339 Požární podzemní hydranty a EN ČSN 14384 Nadzemní požární hydranty.
Požární hydranty samozřejmě podléhají také legislativě Evropské unie. Výrobce nebo dodavatel musí deklarovat shodu Prohlášením o vlastnostech dle Nařízení Evropského parlamentu a Rady (EU) č. 306/2011, zprávou o dohledu ne starší než 12 měsíců a hydranty musí být označeny značkou CE.
V praxi se setkáváme s názorem, že Prohlášení o vlastnostech není vlastně potřeba, jelikož hydrant nebude mít funkci požárního hydrantu. Tento názor je mylný, jelikož v okamžiku, kdy hydrant přichází např. k velkoobchodníkovi, není známo, k jakému účelu bude použitý.
Pokud jsou hydranty montovány na vodovody s pitnou vodou, musí mít dle Vyhlášky č. 409/2005 Sb. hygienický certifikát od české akreditované osoby potvrzující jejich vhodnost pro styk s pitnou vodou. Tuto vyhlášku není možné obejít certifikátem z jiné země.
2. Důležité konstrukční prvky hydrantů
2.1 Odvodňovací systém
Standardním požadavkem na konstrukci hydrantu je tzv. automatické vyprázdnění hydrantu bez zadržení vody. Zde je obecně používán termín „nulový zbytek vody“. Důvodem pro tento parametr je, vedle prevence zamrzání, především eliminace hygienických a zdravotních rizik, pokud je hydrant delší dobu v klidovém režimu. Tento požadavek má vazbu i na normu ČSN EN 1717 Ochrana proti znečištění pitné vody ve vnitřních vodovodech a všeobecné požadavky na zařízení na ochranu proti znečištění zpětným průtokem.
Vlastní doba odvodnění hydrantu v minutách je dána výše uvedenou normou a odvozuje se od výšky drenážního systému Pv, což je vzdálenost od drenážního otvoru hydrantu po ovládací rovinu. Normovaná doba je uvedena v tabulce:
| DN | Výška drenážního systému (Pv) ≤ 1 m [min] | Výška drenážního systému (Pva) > 1 m [min] | Maximální množství vody zbývají po odvodnění [ml] |
|---|---|---|---|
| 65 | 15 | 15 ∙ Pva | 100* |
| 80 | 15 | 15 ∙ Pva | 100* |
| 100 | 15 | 15 ∙ Pva | 150* |
| 150 | 15 | 15 ∙ Pva | 200* |
| * Povolený rozdíl v ml vtok vs. výtok | |||
Obr. 1 Detail odvodnění s trubkou přes stěnu tělesa
V roce 1999 provedlo německé sdružení vodáren a plynáren (DVGW) test, zda mají hydranty v Německu funkční odvodňovací systém. Ukázalo se, že z 55 000 testovaných hydrantů nemá funkční odvodnění 18 %. Na základě tohoto průzkumu byly hledány cesty ke snížení rizika ucpání odvodňovacího otvoru. V zásadě se jedná o tři možnosti:
- zvýšení počtu odvodňovacích otvorů,
- prevence ucpání hydrantu zevnitř změnou konstrukce odvodnění,
- ochrana odvodňovacího místa proti vnějším vlivům.
Společnost VAG byla první, která na trh přišla s dvojitým odvodněním podzemního hydrantu v kombinaci s drenážním blokem, jehož vnitřní prostor odpovídá objemu tělesa hydrantu. Voda se po uzavření hydrantu vyprázdní do drenážního bloku a následně rozlije do obsypu.
2.2 Hydranty se zpětným uzávěrem (dvojitý uzávěr)
V souvislosti s dvojitým uzávěrem se často hovoří o tom, že není nutné předřazovat před hydrant uzavírací šoupátko. Protože neexistuje závazné pravidlo, kdy šoupátko použít a kdy ne, je čistě na každé vodárenské společnosti, jak si nastaví svoje interní předpisy. Dvojitý uzávěr má však pro funkci hydrantu praktičtější význam:
- zvýšení průtočného množství vody až o 15 %, tím že se zlepší hydraulické poměry v místě sedla hydrantu (víření vody pod kuželkou zvyšuje ztrátu hydrantu),
- potlačení vibrací (především u nadzemních hydrantů), jejichž příčinou je opět víření vody pod kuželkou, důležité pro stabilní hasicí systémy, kde se používá vysoký pracovní přetlak (tunely, průmyslové areály)
- zvýšení bezpečnosti při opravě hydrantu, protože zpětný uzávěr eliminuje nenadálý nárůst tlaku při neodborné manipulaci.
Obr. 2 Podzemní hydrant s dvojitým odvodněním a drenážním blokem
U hydrantů s dvojitým uzávěrem je nutné při uvádění do provozu dát pozor během proplachování potrubí. Pokud totiž hydrant není dostatečně otevřený, mohou se v úzké štěrbině zachytit nečistoty či špony z navrtávek, které při následném uzavření způsobí netěsnost hydrantu. Důvodem, proč jsou při proplachu hydranty otevírány pouze na minimum, je úspora vody, kdy je pro proplach použito jen nezbytně nutné množství vody. Zde se nabízí jedna praktická zkušenost – v případě rekonstrukce vodovodu s více podzemními hydranty je pro proplach možné použít až poslední hydrant. Ostatní hydranty ani není nutné uzavírat, jelikož VAG HYDRUS® G Podzemní hydranty jsou v uzavřeném stavu již dodávány.
Dvojitý uzávěr zvyšuje zásadním způsobem průtočné množství vody (až 15% rozdíl). To je důležité především pro nadzemní hydranty, které jsou ve vodovodní síti obvykle instalovány jako součást protipožárního systému. S dvojitým uzávěrem jsou standardně jsou dodávány např. VAG NOVA Nadzemní hydranty.
Obr. 3 Pracovní polohy hydrantu s příznivým hydraulickým profilem v poloze otevřeno
Obr. 4, 5 Třepiny z navrtávky uvízlé v uzávěru podzemního hydrantu při nedostatečném proplachu
2.3 Praktické konstrukční prvky hydrantů
2.3.1 Bezpečnostní blokování vnitřní sestavy proti vystřelení
Ovládací sestava je vsazena do hydrantu např. přes bajonetový systém. Při nenadálém nástupu tlaku při opravě nemůže dojít k poškození zdraví montéra. V Německu je tento prvek povinný a je mezi parametry výběrového řízení jak podzemních tak nadzemních hydrantů.
2.3.2 Těleso podzemní části z jednoho kusu
Výrobci u podzemní části hydrantu často volí vícedílnou konstrukci s dělící rovinou nejčastěji nad sedlem hydrantu. Důvod je jednoduchý - je to zjednodušení výroby odlitku a vlastního strojního opracování dílů. Vniká tím však rizikové místo z hlediska těsnosti hydrantu.
2.3.3 Díly ovládacích sestav jsou spojeny nýty
Pro spojení vřetenové matice/kuželky s tyčemi ovládací sestavy je lepší místo lisovaného spoje použít nýty z korozivzdorné oceli. Existují totiž případy, kdy došlo k uvolnění lisovaného spoje a bylo nutné celý hydrant vykopat. V případě poškození kuželky/matice je nutné vyměnit celou ovládací soupravu. U nýtovaných spojů lze vyměnit pouze opotřebovaný díl. Stačí nýt odbrousit a nahradit jej nerezovým šroubkem s maticí.
2.3.4 Výtok podzemního hydrantu chráněný pryžovou manžetou
U podzemních hydrantů je velmi reálné nebezpečí zanesení výtoku štěrkem a blátem ze silnice z důvodu poškozeného nebo zcizeného víka poklopu. Membránový uzávěr na výtoku brání vnikání nečistot do hydrantu, aniž by omezoval průtočné množství vody.
2.3.5 Integrované těsnění na připojovací přírubě hydrantu
Bezpečnostní opatření, které umožňuje jednoduché nasazení hydrantu na přírubu potrubí bez nebezpečí, že by došlo k úrazu prstů montéra.
Obr. 6 Nadzemní hydrant vylomený z potrubí
2.3.6 Hydranty s odlomitelným zařízením
(tzv. s definovaným místem lomu)
Hydranty s tuhým sloupem jsou nakupovány především z cenových důvodů. Jejich uživatelé však vůbec neberou do úvahy fakt, že hydrant může být poškozen nárazem vozidla. Vzniká tak nenávratná škoda, která se pohybuje pod 100 000 Kč. Nárazem totiž obvykle dojde k vylomení hydrantu na potrubí a majitel musí financovat výkop, výměnu hydrantu, výměnu N-kusu, opravu potrubí a samozřejmě vzniká škoda na uniklé vodě.
2.3.7 Podmáčení terénu kolem hydrantu
Jak je uvedeno v odstavci 2.1., z hydrantu po jeho uzavření musí být samočinně odstraněna zbytková voda. Tato voda musí být rozptýlena do drenážního obsypu kolem hydrantu. Obsyp je tvořen buď čištěným štěrkem tzv. kačírkem, nebo jiným kamenivem. Problémem je to, že obsyp obvykle nemá dostatečnou kapacitu pohlcování zbytkové vody a např. při opakovaném otevíraní hydrantu při hasičském zásahu se okolí může podmáčet a následně propadnout. Důvodem je obvykle liknavost stavebních firem, které obsypu nevěnují potřebnou pozornost. Výrobci hydrantů obvykle doporučují objem obsypu pro komunální hydranty min. 0,5 m3. Výpočet tzv. mezerovitosti štěrku drenáže se určuje jako objemový poměr mezer ve směsi kameniva k jednotce objemu směsi. Specifikuje se v %. Mezerovitost volně sypaného štěrku je 45 %, u pěchovaného je to o 15 až 20 % méně. Pokud si vezmeme vnitřní objem největšího komunálního NOVA nadzemního hydrantu DN 100, je to 0,025 m3. Pokud si stanovíme objem pohlcené vody při jednom zásahu frekvencí 10 otevření, máme potřebu odvést do drenáže vodu o objemu 0,25 m3. U frakce 16/32 při pěchování 15 % je mezerovitost 38 %. Min. objem obsypu bude tedy 0,25/38 × 100. Bezpečný objem obsypu je tedy 0,7 m3. Schopnost pohlcovat vodu závisí také na tom, jak jsou chráněny odvodňovací otvory. Obvykle jsou používány vyztužené textilie chráněné plastovým pletivem. U Nova Nadzemních hydrantů jsou používány tzv. drenážní bloky, jejichž vnitřní objem odpovídá objemu hydrantu. To má výhodu v tom, že po uzavření hydrantu voda okamžitě steče do bloku a následně je vsakována do obsypu. Odvod vody z hydrantu není tedy závislý na okamžité hltnosti obsypu.
3. Hydranty a požární řád obce
Obce zabezpečují zdroje vody pro hašení požárů a jejich trvalou použitelnost (Zákon o požární ochraně č. 133/85 Sb., ve znění pozdějších předpisů) a vypracovávají a vydávají „Požární řád obce“ (obecně závaznou vyhláškou v souladu se Zákonem o obcích č. 128/2000 Sb.).
Provozovatelé vodovodů vypracovávají „Provozní řád vodovodu obce“ dle Zákona o vodovodech a kanalizacích č. 275/2013 Sb. § 8, § 11. Přílohou provozního řádu vodovodu obce vyčleňují dostatečný počet podzemních a nadzemních hydrantů přednostně sloužících pro požární účely.
Obr. 7 Max. vzdálenost požárních hydrantů od objektů
Česká legislativa jednoznačně upřednostňuje pro požární ochranu používání nadzemních hydrantů. Z tohoto důvodu je stanovena max. vzdálenost hydrantu od objektu na 600 metrů (pokrytá plocha 1 130 400 m2). Pro podzemní hydrant je to pouze 200 metrů (pokrytá plocha 125 600 m2). S jedním nadzemním hydrantem tedy můžeme nahradit plošně až 9 ks podzemních hydrantů.
Dle normy ČSN EN 1074-6 jsou výrobci povinni uvádět min. průtočné množství při rozdílu tlaku před a za hydrantem 0,1 MPa. Pokud jsou tedy v projektu dány požadavky na min. dodávané množství vody hydrantem ve vazbě na plnění hasičských vozů, lze jednoduchými výpočty stanovit, jakého tlaku musí být dosaženo před hydrantem a na to musí být následně projektována celá vodovodní sít (resp. kde musí být síť dovybavena ATS).
Průtoková charakteristika hydrantu
kde je
- Q
- požadované průtokové množství
- Kv
- průtok při diferenciálním tlaku před a za hydrantem 0,1 MPa
- Δp
- tlaková ztráta hydrantu
Modelový příklad: Provozovatel požaduje na hydrantovém místě dodávku 1 900 l/min. Jaký musí být minimální tlak před hydrantem pro toto požadované množství?
Q = 1 900 l/min
Kv = 2 333 l/min
Δp = (Q / Kv)2 = (1 900 / 2 333)2 = 0,66 bar
Dynamický tlak pro hasičský vůz 1,5 bar
Kvh – tlaková ztráta hadic 2 × 0,4 bar
Min. tlak před hydrantem = 0,66 + 1,5 + 0,8 = 2,96 bar
4. Závěr
Pokud se setkáme s názorem, že „zákazníkům stačí nějaká roura s výstupem, hlavně že to bude levné“, je nutné upozornit na fakt, že v České republice existují normy a legislativa, které jednoznačně definují, co musí podzemní a nadzemní hydranty splňovat. Provozní společnosti event. provozní útvary smíšených vodárenských společností mají dostatečné nástroje pro stanovení takových parametrů výběrových řízení, aby byly do vodovodních sítí instalovány hydranty, které odpovídají úrovni českého vodárenství, které patří k nejvyspělejším nejen v rámci Evropy.
5. Použitá dokumentace
- Nadzemní hydranty v obcích, spolehlivý zdroj požární vody na stávajících řadech.
- Prezentace. Zdeněk Švarc, Požární voda s.r.o. Břeclav
Underground and above-ground hydrants have a special position within shut-off valves. They are used for various functions in water networks. Their importance in relation to the applicable standards is also reflected in the fact that they have a higher minimum service life in the number of cycles (1000 cycles) than conventional shut-off valves with manual control. At present, the usual criterion for their purchase is the price, the criteria of construction and useful elements in terms of long-term durability and reliability are not taken into account.