Potenciál využití alternativních zdrojů vody v budovách
Příspěvek představuje naměřené údaje a vyhodnocení spotřeby vody v rodinném domě, kde byl zavedený sekundární zdroj vody – voda ze studny. Voda z vodovodu byla na účely splachovaní toalet a praní prádla plně nahrazena vodou ze studny.
1. Úvod
Šetrenie pitnou vodou je celosvetový trend. Nahrádzanie pitnej vody v objekte pre činnosti, kde je možné využiť alternatívny zdroj vody prevažne na nepitné účely, nie je trendom len v krajinách, ktoré nie sú bohaté na vodné zdroje, ale aj v rozvinutých krajinách, ktoré majú dostatočné vodné zdroje. Použitie alternatívneho zdroja vody znižuje našu závislosť od dodávky vody z verejného vodovodu a samozrejme tiež prispieva k šetreniu pitnej vody ako vzácneho zdroja.
Podobný trend je v posledných rokoch aj v podmienkach Slovenska a Čiech. Nielen samotný investori, ale ja projektanti navrhujú riešenie alternatívneho zdroja vody už vo fáze vypracovania projektu na vydanie stavebného povolenia.
Predkladaný príspevok predstavuje namerané údaje a vyhodnotenie spotreby vody v rodinnom dome, kde bol zavedený sekundárny zdroj vody – voda zo studne. Voda z vodovodu bola na účely splachovania toaliet a prania bielizne plne nahradená studňovou vodou.
Príspevok tiež predstavuje namerané údaje zrážkovej vody odtekajúcej zo strešnej konštrukcie školskej budovy ako potencionálneho alternatívneho zdroja úžitkovej vody pre daný objekt. Následne bola porovnaná súčasná spotreba pitnej vody v danej budove podľa a jej potenciál pre zásobovanie objektu v prípade jej akumulácie a následného využitia.
2. Alternatívne zdroje vody
Žijeme v časoch, ktoré sa vyznačujú zmenou klimatických podmienok, častými výskytmi sucha a zvyšujúcimi sa cenami na úpravu odpadových vôd, čo núti inžinierov, projektantov, ľudí zodpovedných za územné plánovanie, developerov a tiež politikov zmeniť myslenie v oblasti využívania vodných zdrojov. Preto sa najmä zo strany projektantov a developerov neustále hľadajú rozličné riešenia alternatívnych zdrojov vody pre zásobovanie objektov už v prvotných fázach ich projektov [1, 2].
Z využívania alternatívneho zdroja vody vyplýva niekoľko benefitov:
- znižovanie spotreby pitnej vody;
- diverzifikácia vodných zdrojov a ich sprístupnenie;
- znižovanie celkového objemu odpadových vôd vypúšťaných do životného prostredia;
- znižovanie energie potrebnej na transport vody z miesta produkcie ku koncovým spotrebiteľom;
- nižšie náklady na potrebnú rekonštrukciu existujúcich sietí;
- zníženie investičných nákladov zo strany štátu vo forme verejných financií;
- flexibilita a adaptácia na zmeny týkajúce sa nárastu počtu obyvateľstva a tomu prislúchajúcej zvýšenej požiadavky na dopyt po vode, a tiež spôsobe užívania územia a využívania nových technológii [11].
Vo všeobecnosti, keď uvažujeme s implementáciou alternatívneho zdroja vody je nutné brať do úvahy najmä [4]:
- Prístupnosť alternatívneho zdroja vody a jeho potenciál pre využívanie
- Požiadavka úpravy alternatívneho zdroja vody a požiadavka na kvalitu vody podľa jej plánovaného spôsobu využitia
- Návrh celkovej infraštruktúry a ako sú potrubné rozvody, spôsob retencie, spôsob dodávky do a v rámci objektu
- Preventívne opatrenia voči odvádzaniu prebytočných objemov daného zdroja vody a tiež prevencia voči spätnému prúdeniu
- Cenová efektivita riešenia a využívania plánovaného zdroja vody
- Splnenie požiadaviek miestnych štatutárnych orgánov v oblasti legislatívy pre povolenie zavedenia daného zdroja vody v danom objekte
Najčastejšie využívanými alternatívnymi zdrojmi vody sú [5, 9, 10]:
- Voda zo studne
- Dažďová voda
- Sivá voda
- Iné zdroje (kondenzačná voda, čierna voda – kultivovaná odpadová voda, voda z purifikačných zariadení, bazénová voda atď.)
| Alternatívny zdroj vody | Potenciálny vplyv na kvalitu vody | Potencionálna úprava | Potenciálne využitie | Poznámka |
|---|---|---|---|---|
| Voda zo studne | Patogény, organické rozpustné látky | Filtrácia | Zavlažovanie, splachovanie toaliet, pranie | Minimálna úprava pre zavlažovanie a splachovanie toaliet |
| Dažďová voda | Nerozpustné látky, patogény | Filtrácia, sedimentácia dezinfekcia | Zavlažovanie, splachovanie toaliet, pranie | Minimálna úprava pre zavlažovanie a splachovanie toaliet |
| Sivá voda | Patogény, sedimenty, organické pevné rozpustné látky | Sedimentácia, biologická úprava | Zavlažovanie, splachovanie toaliet | Podzemné zavlažovanie sa odporúča len po dezinfekcii |
| Iné zdroje | Ťažké kovy, rast baktérií, pevné rozpustné látky, patogény, sedimenty, organické látky | Filtrácia, dezinfekcia, biologická úprava | Riešenie podľa typu zdroja vody a jej možnosti znovu využitia | Úpravy nutné prispôsobiť vzhľadom na vybraný alternatívny zdroj vody |
3. Meranie úspor pitnej vody pri použití alternatívneho zdroja vody v rodinnom dome
Meranie spotreby vody bolo vykonané na vybranom rodinnom dome. V predmetnom rodinnom dome bol zdroj pitnej vody pre potreby splachovania toaliet a prania bielizne plne nahradený vodou zo studne. Pre ďalšie účely, ako napríklad zalievanie zelených plôch, alebo umývanie (upratovanie) sa studňová voda počas obdobia merania zatiaľ nevyužívala.
Vzhľadom na to, že vrt má dostatočnú výdatnosť, jedná sa o systém bezakumulačného riešenia odberu vody. Systém klasicky pozostáva z čerpacej zostavy, systému vertikálnych a horizontálnych rozvodov vody zásobujúcich jednotlivé zariaďovacie predmety, jednoduchého filtra a príslušných uzatváracích armatúr (obrázok 1, 2). Zariaďovacie predmety sú napájané studňovou vodou a sú umiestnené na oboch podlažiach daného rodinného domu. Merania v reálnych podmienkach ukazujú reálnu spotrebu alternatívneho zdroja vody po nahradení zdroja pitnej vody pre dané zariaďovacie predmety – splachovanie toaliet a pranie bielizne. Merania sú prezentované pre prvý rok výskumu a neustále kontinuálne prebiehajú. Merania spotreby vody sú zaznamenávané v týždňovom intervale a sú odčítavané namerané spotreby vody na už spomínané činnosti v rodinnom dome.
Obr. 1 Osadenie čerpadla pre prívod studňovej vody do objektu
Obr. 2 Osadený vodomer na prívodnom potrubí na meranie spotreby studňovej vody
Obr. 3 Celková spotreba vody čerpanej z verejného vodovodu oproti celkovej spotrebe vody zo studne počas obdobia merania
Obr. 4 Porovnanie celkovej spotreby vody čerpanej z verejného vodovodu oproti celkovej spotrebe vody zo studne za dané obdobie merania
Dáta sú odčítavané na vodomere, ktorý je umiestnený v pivničných priestoroch rodinného domu na horizontálnom potrubí, ktorým je studňová voda privádzaná do objektu. Počiatočná hodnota na inštalovanom vodomery bola 53.174 m3 t.j. štartovania hodnota pre meranie spotreby vody zo studne a pre porovnanie bola tiež zaznamenaná štartovacia hodnota na prívodnom potrubí z verejného vodovodu – 114.0185 m3.
Graf na obrázku č. 3 znázorňuje celkovú spotrebu pitnej vody rovnako ako celkovú spotrebu vody zo studne počas predmetného merania v období 22. 5. 2015 – 22. 4. 2016 v danom rodinnom dome.
Červená čiara znázorňuje hodnoty spotreby vody z verejného vodovodu použitej na všetky činnosti v danom rodinnom dome okrem splachovania toaliet a prania bielizne, keďže tieto činnosti boli nahradené vodou zo studne. Celková spotreba pitnej vody počas doby výskumu bola 39.7 m3 (obrázok 3). Modrá čiara znázorňuje hodnoty spotreby vody čerpanej zo studne na splachovanie toaliet a pranie bielizne. Celková spotreba vody zo studne počas doby výskumu bola za dané obdobie 33.6 m3 (obrázok 3).
Graf na obrázku 4 zobrazuje porovnanie celkovej spotreby vody čerpanej z verejného vodovodu oproti celkovej spotrebe vody zo studne pre dané obdobie merania v období 22. 5. 2015 – 22. 4. 2016 v danom rodinnom dome. Porovnanie ukázalo, že úspora pitnej vody nahradením resp. použitím vody zo studne pre splachovanie toaliet a pranie bielizne je viac ako 50 % počas obdobia merania (obrázok 4).
Čo sa týka finančného hľadiska, pri uvažovanej hrubej návratnosti (cena pitnej vody voči finančným nákladom na zriadenie systému) sa návratnosť pohybuje na úrovni zhruba 17 rokov. Doba návratnosti sa samozrejme môže skrátiť po plánovanom rozšírení využívania daného zdroja na polievanie zelených plôch, resp. na využitie danej vody na účely umývania (upratovania).
4. Meranie úspor vody pri použití alternatívneho zdroja vody v školskej budove
V rámci projektov týkajúcich sa hospodárenia so zrážkovými vodami, prebieha na Stavebnej fakulte v Košiciach výskum kvality a kvantity zrážkových vôd. Výskum je zameraný na meranie prietokov zo strešnej konštrukcie do vsakovacích šácht, meranie kvality zrážkovej vody a meranie úhrnu zrážok v lokalite univerzity.
Údaje o kvalite a kvantite zrážkových vôd ako alternatívneho zdroja vody sú získavané meraním prietoku a kvality vody vo vsakovacích šachtách, ktoré boli zhotovené už pred začatím výskumu a meraní v nich. Obe vsakovacie šachty sa nachádzajú v areáli Technickej univerzity v Košiciach pri budove PK6, z ktorej celkový povrchový odtok zo strešnej konštrukcie (sedlovej strechy) je odvádzaný do spomínaných dvoch vsakovacích šácht (obr. 5) [1, 2].
Keďže daný objekt nemá systém deleného vodovodu, sú v článku pri porovnávaní uvažované celkové spotreby pitnej vody na všetky účely, voči reálne pritečeným objemom zrážkovej vody ako demonštrácia potencionálu tohto zdroja.
Obr. 5 Školská budova PK6 a Situovanie vsakovacích šácht pri budove PK6Graf na obrázku 3 zobrazuje celkovú spotrebu vody z vodovodu v danej budove používanú pre všetky účely ako aj prítok dažďovej vody ako alternatívneho zdroja vody v danej budove v období Január 2014 – December 2015.
Červená čiara znázorňuje hodnoty spotreby vody dodávanej z vodovodu ako bolo už vyššie spomenuté pre všetky činnosti a účely v danej budove PK6 počas doby výskumu (obrázok 6). Modrá čiara predstavuje reálne namerané hodnoty resp. objemy dažďovej vody pritečenej zo strešnej konštrukcie do vsakovacích šácht počas doby výskumu ako potencionálny alternatívny zdroj vody pre zásobovanie danej budovy PK6 (obrázok 6) [3, 4].
Obrázok č. 7 znázorňuje porovnanie celkovej spotreby pitnej vody v budove PK6 pre dané mesiace výskumu a celkové možné objemy využitia pritečenej dažďovej vody v danom mesiaci. Porovnanie ukázalo, že v priebehu výskumu sa vyskytlo niekoľko mesiacov, kedy pritečený objem dažďovej vody bol vyšší ako celková spotreba pitnej vody v danom objekte, čiže v prípade využitia tohto zdroja ako úžitkovej vody pre určité účely by sa jednalo o plné pokrytie spotreby vody v danom mesiaci a akumulácii prebytku pre potreby vody v nasledujúcom období. Dažďová voda preto pre danú budovu predstavuje veľmi vhodný zdroj vody pre zásobovanie budovy vodou pre nepitné účely (obrázok 7).
Obr. 6 Porovnanie celkovej spotreby pitnej vody v budove PK6 a celkového možného zachytenia a následného využitia dažďovej vody v tejto budove
Obr. 7 Porovnanie celkovej spotreby pitnej vody v budove PK6 a celkového možného zachytenia a následného možného využitia dažďovej vody v tejto budove
Keďže ako bolo už vyššie spomenuté, v budove nie je delený vodovod, v tabuľke č. 2 je numericky vyčíslené porovnanie celkovej spotreby pitnej vody na všetky účely v danej budove s objemom pritečenej dažďovej vody počas jednotlivých mesiacov. Tabuľka tak znázorňuje vysoký potenciál tohto zdroja vzhľadom na to, že v niektorých mesiacoch je objem pritečenej dažďovej vody vyšší ako je celková spotreba pitnej vody v danom mesiaci. Pri zavedení zdroja dažďovej vody do danej budovy by bol samozrejme potrebný nižší objem danej vody, keďže by dažďová voda bola využívaná len napríklad na splachovanie toaliet.
| Mesiac | Objem pritečenej dažďovej vody z plochy 548,55 m2 [m3] | Celková spotreba pitnej vody na všetky účely v budove [m3] | Pretytok/nedostatok vody [m3] |
|---|---|---|---|
| Január 2014 | 10,9 | – | 10,9 |
| Február2014 | 12,4 | 6,0 | 6,4 |
| Marec 2014 | 8,3 | 18,0 | −9,7 |
| Apríl 2015 | 13,3 | 14,0 | −0,7 |
| Máj 2014 | 44,9 | 14,0 | 30,9 |
| Jún 2014 | 12,6 | 15,0 | −2,4 |
| Júl 2014 | 13,9 | 9,0 | 4,9 |
| August 2014 | 20,8 | 6,0 | 14,8 |
| September 2014 | – | 4,0 | – |
| Október 2014 | – | 11,0 | – |
| November 2014 | 4,1 | 23,0 | −18,9 |
| December 2014 | 4,7 | 17,0 | −12,3 |
| Január 2015 | 22,9 | 8 | 14,9 |
| Február2015 | 8,9 | 11 | −2,1 |
| Marec 2015 | 4,8 | 13 | −8,2 |
| Apríl 2015 | 2,1 | 10 | −7,9 |
| Máj 2015 | 19,9 | 23 | −3,1 |
| Jún 2015 | 11,0 | 12 | −1,0 |
| Júl 2015 | 23,3 | 9 | 14,3 |
| August 2015 | 3,9 | 3 | 0,9 |
| September 2015 | 4,1 | 9 | −4,9 |
| Október 2015 | 35,6 | 7 | 28,6 |
| November 2015 | 7,9 | 8 | −0,1 |
| December 2015 | 2,2 | 31 | −28,8 |
Vhodným riešením pre budovy je návrh objemu retenčného zásobníka na dobu 2–3 týždne. V súčasnej dobe je dažďová voda z daného objektu odkanalizovaná do vsakovacích zariadení vo forme vsakovacích šácht. V prípade zavedenia systému využívania dažďovej vody v danom objekte, by po stavebnej úprave boli možným riešením spôsobu retencie a následného využitia tejto vody v objekte.
Záver
Možnosť zavedenia alternatívneho zdroja vody pre zásobovanie objektu sa pomaly stáva neoddeliteľnou súčasťou takmer každého projektu. Samozrejme, už vo fáze plánovania je nutné správne posúdiť, aký alternatívny zdroj vody je pre daný objekt najvhodnejší, jeho potenciál a možné riziká pri plánovanom zásobovaní objektu.
Najvhodnejšími stavebnými objektmi pre zavedenie alternatívneho zdroja vody sú novostavby, v prípade už existujúcich stavieb je vhodné riešiť tento zdroj počas rekonštrukcie objektu.
Článok je príspevkom k problematike využitia alternatívnych zdrojov vody pre zásobovanie budov vodou. Poskytuje prehľad o možných úsporách pitnej vody pri zavedení alternatívneho zdroja, resp. potenciál objektu a vhodnosť takýto zdroj v danom objekte zaviesť. Namerané údaje jednoznačne ukazujú, že alternatívny zdroj vody predstavuje zdroj s vysokým potenciálom pre šetrenie pitnej vody a rovnako tiež finančných prostriedkov.
Poďakovanie
Článok vznikol za podpory projektu VEGA 1/0202/15 Sustainable and Safe Water Management in Buildings of the 3rd Millennium.
Literatúra
- S. Dolnicar, & A. Hurlimann, “Drinking water from alternative water sources: differences in beliefs, social norms and factors of perceived behavioural control across eight Australian locations”. Water Science & Technology, 60 (6), 1433–1444, 2009.
- A. Pollicea, A. Lopeza, G. Laeraa, P. Rubinob, A. Lonigrob, “Tertiary filtered municipal wastewater as alternative water source in agriculture: a field investigation in Southern Italy”, Science of The Total Environment, vol. 324, Issues 1–3, pp. 201–210, 2003.
- Alliance for water efficiency – http://www.allianceforwaterefficiency.org
- http://energy.gov/eere/femp/best-management-practice-14-alternative-water-sources
- Markovič G, Vranayová, Z. – Infiltration as a means of surface water drainage, Košice: TU – 2013. – 137 s. – ISBN 978-80-553-1541-6.
- Markovič, G., Zeleňáková, M., Measurements of quality and quantity of rainwater runoff from roofs in experimental conditions – 2014. In: ICITSEM 2014: International conference on innovative trends in science, engineering and managment 2014: 12th and 13th February 2014, Dubaj, UAE. – [Bangalore]: Mudranik Technologies, 2014 P. 145-151. – ISBN 978-93-83303-19-9
- Markovič, G., Kaposztasova, D., Vranayová, Z., “The analysis of the possible use of harvested rainwater in real conditions at the university campus of Kosice”, Proceedings of the 2014 International Conference on Environmental Science and Geoscience (ESG '14) p. 46, March 15–17, 2014, Venice, Italy
- Zeleňáková, M., Purcz, P., Gargar, I. A. K., Hlavatá, H., “Research of Monthly Precipitation Trends in Libya and Slovakia”, Proceedings of the 2014 International Conference on Environmental Science and Geoscience (ESG '14) p. 46, March 15–17, 2014, Venice, Italy
This paper describes measured data and evaluation of water consumption in a family house, where secondary source of water was introduced - water from a well. Potable water was fully replaced by well water for the purpose of flushing toilets and laundry . This paper also describes the measurement data of stormwater runoff from the roof of the school building as a potential alternative water source for this building. Next step was the comparison of the current potable water consumption in the building with inflowed rainwater and evaluation of its potential for supplying the object in case of accumulation of this water.