Budoucnost ZTI – informace z mezinárodního sympózia o zásobovaní vodou a kanalizaci v budovách

Úvod

Potreba zmeny zmýšľania spoločnosti, ktorá bude v rovnováhe s prírodou a závažnosť problémov, vznikajúcich príchodom klimatických zmien, zvyšujúcej sa urbanizácie, zdvíhaním sa hladiny morí, problémy s prívalovými dažďami a suchom iba potvrdzujú nutnosť vyvíjajúcich sa nových technológií, prístupov a riešení v ZTI, ako aj návrh zelených alternatív pre prechod k trvalo udržateľnej spoločnosti.

Poprednou univerzitou, zaoberajúcou sa touto problematikou je aj Heriot-Watt univerzita v Škótsku. Je známa svojou vedúcou pozíciou pri riešení kritických globálnych problémov a je uznávaná po celom svete pre kvalitu svojej výučby a aplikovaného výskumu. Jedným z jej cieľov je vytvárať novú generáciu vodcov a mysliteľov, ktorí zmenia svet. Práve táto univerzita zorganizovala koncom augusta 2012 už 38. medzinárodné sympózium o zásobovaní vodou a kanalizácii v budovách v spolupráci s komisiou CIB W062. Komisia CIB W062 je dnes už rozvinutá do celosvetovej siete cez 5000 expertov z viac ako 500 členských organizácií z výskumu, univerzít, priemyslu a vlády, aktívnych vo všetkých smeroch výskumu a inovácií budov a konštrukcií.

Na tohtoročnom podujatí odznelo 50 príspevkov a zúčastnených bolo 150 účastníkov zo 14 krajín. Príspevky boli rozdelené do 4 sekcií. Zborník mal úctyhodných 620 strán.

Odborný program zahŕňal nasledujúce témy:

• Vodovody v budovách
• Odvodnenie (vrátane odvodnenia striech)
• Kanalizácia v budovách
• Dažďové vody a opätovné použitie odpadových vôd
• Účinnosť vody
• Ekonomika vody
• Materiály pre zásobovanie vodou a kanalizácia
• Počítačové modelovanie
• Trvalá udržateľnosť a klimatické zmeny
• Verejné zdravie – normy a vládne nariadenia.

Ako zástupcovia Slovenska a Česka sme sa s 2 príspevkami zúčastnili aj my.

1. Najzaujímavejšie príspevky v sekciách

1.1 Využitie zrážkových vôd a recyklácia odpadových vôd

Prvú sekciu, v ktorej bolo odprezentovaných 12 prednášok, sme otvorili my s naším príspevkom zaoberajúcim sa aktivitami Centra pre využívanie a opätovné použitie zrážkových a odpadových vôd na Stavebnej fakulte TUKE v Košiciach. Následne odzneli príspevky od Brazílčanov, Portugalcov, Angličanov, Japoncov, Taiwančanov a Holanďanov.

Brazílčania sa zaoberali ohodnotením simulačných postupov v 2 prípadových štúdiách na existujúcej budove a na novej budove v meste Campinas s využitím LID prístupov pri odvádzaní dažďových vôd v rámci manažmentu s dažďovými vodami. Využívali hydrologický simulačný program SWMM. V tejto štúdii výsledky získané simuláciou infiltračných zákopov dažďovej vody, priepustnej dlažby, strom-box a nádrží na oboch budovách preukázali, že prijatím postupov s nízkym dopadom na životné prostredie (LID), sú schopní zlepšiť výkon stavebných systémov dažďovej vody s predikciou na 5 rokov (podľa nameraných údajov). Zelené strechy patria k dôležitým prvkom stratégie hospodárenia so zrážkovými vodami a teda vyrovnávaním sa s nedostatkom vody v mestách. Brazílčania sa venovali aj prípadovej štúdii 3 zelených striech o rôznych hrúbkach (extenzívnych a semi-intenzívnych), kde analyzovali retenčné schopnosti striech, ako aj kvalitu vody v porovnaní so vzorkami vody z klasických striech a priamo dažďovou vodou (Obr. 1).

Holandský výskumníci predstavili program SIMDEUM^®, ktorý môže simulovať odberové vzory studenej a teplej vody v bytových a nebytových budovách, rovnako ako vlastnosti budovy, súčiniteľ odtoku, koncentráciu živín, atď. Predstavili 3 úspešné aplikácie:

1. energeticky efektívny návrh ohrievačov vody
2. recyklácia sivej vody a dažďová voda
3. využitie tepelnej energie a živín z odpadových vôd.

Program využíva prístup koncového užívateľa – dôležitý je užívateľ, jeho správanie a návyky samostatne pre každý výtok. Potrebné je veľké množstvo údajov. Z výsledkov je zaujímavé, že simulovaním návrhu ohrievača vody vychádzajú 2–4× nižšie návrhové hodnoty ako pri návrhu od dodávateľa. Tiež sa vie simulovať potreba veľkosti nádrže, kde sa dá zabezpečiť úspora. Vplyvy ako budúci vývoj, rovnako ako zmeny v správaní užívateľov (meniace sa potreby, viac luxusné), demografické zmeny (starnutie), technický pokrok (iné spotrebiče), legislatívne konanie, sú v tomto programe zohľadnené. Hlavnou výhodou tohto programu je, že SIMDEUM sa môže použiť pre iné krajiny, budovy a účely, ak sú k dispozícii konkrétne informácie o užívateľoch a zariadeniach (Obr. 2).

Portugalci v tejto sekcii predstavili návody ako postupovať pri obnove starých budov vedúce k trvalej udržateľnosti.

Veľmi zaujímavý prístup predstavili Angličania s príspevkom pod názvom „Nedostatok vody a trvalá udržateľnosť: prístup OPEN HOUSE“, ktorý je súčasťou riešeného 7rámcového projektu (Obr. 3).

Celkovým cieľom stratégie OPEN HOUSE bolo na základe už existujúcich schém ako BREEAM, LEED, ... zaviesť spoločnú európsku transparentnú metodiku pre hodnotenie, plánovanie a výstavbu trvalo udržateľných budov na základe prideľovania kreditov a indexu efektívneho využívania vody. Metodika by mala byť ukončená a predstavená v Európe v roku 2013.

Angličania sa ďalej venovali aj problematike účinnosti vody, šetrenia vodou, výskumu akumulácie nánosov pri odkanalizovaní striech, vhodnom návrhu systému na zachytávanie zrážkových vôd v rámci problematiky klimatických zmien a využívaniu programu ROOFNET.

Japonský výskumníci poinformovali o histórii a využívaní zrážkovej vody v domácich podmienkach. Predstavili akútny problém akumulácie rádioaktívnych častíc v dažďovej vode, ktorý môže vzniknúť po nukleárnych haváriách. Štúdia taiwanských kolegov o simulovaní riadeného zaplavovania použitím napr. uličných blokov pomocou neurónových sietí pri tajfúnoch pomáha pri predikcii, správaní sa a výbere najvhodnejšieho riešenia v daných prípadoch. Sledovali 407 tajfúnov od roku 1961–2011.

1.2 Kanalizácia a ZTI

V tejto sekcii odznelo 13 príspevkov, 5 z Japonska, 2 z Taiwanu, 2 z UK a po 1 z Holandska, Portugalska, Brazílie a Číny.

Z príspevkov od japonských kolegov vyberám výskum zameraný na super-úspornú toaletu. Experiment bol vykonaný v 9podlažnej výškovej budove s inštalovanými 4litrovými extra úspornými WC.

Zaoberali sa potrebnou rýchlosťou prúdenia, vzdialenosťou napojenia, počte podlaží, atď. vo vnútornej kanalizácii a ich vplyve na úspory.

So štúdiou zápachovej uzávierky nového typu a jej inštaláciou v budove a možným šírením vírusu SARS sa predstavili Taiwančania. Jej účinnosť chcú skúmať na výškových budovách (Obr. 5).

V Taiwane riešia aj problematiku optimálneho návrhu počtu zariaďovacích predmetov v továrňach a konfrontujú ho s existujúcou legislatívou.

Domáci výskumníci z Heriot-Watt univerzity sa predstavili s článkom „Zisťovanie chybných uzáverov použitím systému DYTEQTA – praktické odporúčania pre bytové domy“.Ide o sonarovú metódu – schopnosti systému DYTEQTA sú založené zásadne na mechanizme tlaku prechodného šírenia tekutín v potrubiach a upozorňuje na základné pochopenie reflexie a prenos nízkej amplitúdy vzduchu a na tlakové prechody v kanalizácii a pri jej odvetraní.

Brazílčania vo svojom výskume rozoberali numerickú analýzu na základe častíc prúdenia v kanalizácii pomocou MPS metódy – metóda na simulovanie založená na princípe algoritmu nestlačiteľného prúdenia – Lagrangeova metóda. Nadväzujúc na minuloročný článok, kde kolega z Holandska skúmal hluk vo vodovodných potrubiach teraz predstavil výskum hluku v kanalizačných potrubiach. Výsledky meraní ponúkajú možnosť rozvíjať výpočtový model a predvídať hladinu akustického tlaku spôsobeného WC v miestnosti. Výpočtový model by mal zabezpečiť správny výber opatrení, aby bol splnený stanovený limit hladiny hluku v miestnosti.

Číňania predstavili výskum plnej škály simulovaných experimentov pri zásobovaní budov a kanalizácie hlavne u výškových budov. Uviedli smer svojho výskumu a ďalšie ciele.

Druhú sekciu uzavreli Portugalci príspevkom o posúdení návrhu kanalizácie v priemyselnom parku na základe indikátorov a kritérií (Obr. 7).

1.3 Požiadavky na dodávku vody

V tretej sekcii odzneli príspevky od Japoncov, Brazílčanov, Portugalcov,Belgičanov, Nemcov, nášho zmiešaného tímu Slovákov-Čechov, z USA a Taiwanu.

Prvá prednáška zameraná na optimalizáciu strát energie pri zásobovaní vodou predstavila všeobecné rovnice pre riešenie energetických problémov optimalizácie strát spojených s tvarovkou T-potrubia vo vodovodnej sieti a stanovila matematický model pre optimalizáciu energetickej straty. Japonci tiež skúmali tieto vplyvy aj pomocou simulácii prietoku v CFD. Zaujal nás aj výskum korózie nehrdzavejúcej ocele u potrubí teplej vody a použitie titánu ako prostriedku proti korózii. V tomto prípade bol vybraný titán ako alternatívny materiál na báze jeho technickej bezpečnosti z hľadiska odolnosti proti korózii. Je to jedna z možností budúcich riešení. Portugalský výskumník popísal technologický vývoj a evolúciu v materiáloch pre vodovodné systémy. Zdôraznil dôležitú funkciu projektanta pri výbere vhodných materiálov. Taiwanský tím sa zaoberal výskumom údržbového servisu pre systémy ZTI vo výškovej budove. Išlo o 90podlažnú administratívnu budovuv Taiwane z roku 1960 a snažili sa zvýšiť jej životnosť údržbou jednotlivých systémov využitím metód facility managementu.

Ďalšia problematika, ktorej sa venujú naši kolegovia z Japonska, sa zaoberá vyhodnotením porovnania účinku šetrenia TV v pákovej batérii s rôznymi prevádzkovými metódami (Obr. 8).

Náš slovensko-český, ale aj belgický tím rozoberal problematiku merania spotreby vody v bytových domoch. Oba tímy sa zhodli, že sú potrebné ďalšie merania na viacerých budovách, aby sa zrelevantnili výsledky, keďže vznikali veľké rozdiely medzi nameranými a vypočítanými hodnotami podľa rôznych metód.

Nemecký kolega predstavil štúdiu o návrhu počtu toaliet pre verejné budovy. Experiment bol na nemeckom futbalovom štadióne. Merania začali už v roku 1997 a pokračujú doteraz (Obr. 9). Cieľom je získať relevantné údaje nie len o spotrebe vody, rýchlosti prúdenia, ale aj o správaní sa užívateľov a aplikovať výsledky v novom predpise.

Nemecká kolegyňa tiež predstavila štúdiu správania sa užívateľov na toaletách. Z výsledkov uvádzam, že v priemere ženy spotrebovali celkom 4,58 l vody na toaletu umytie rúk a páni celkom 5,9 litrov. Tento rozdiel ukazuje, že na rozdiel od mužov ženy používajú šetriace tlačidlo splachovacej nádrže. Zaujímavé bolo aj to, že 29 % žien si po použití toalety neumylo ruky a u mužov to bolo len 19 %.

Odborník z USA sa predstavil s prednáškou o odborných kvalifikačných normách na ochranu zdravia a bezpečnosti pracovníkov pri práci s potrubím. Predstavil štúdiu popisujúcu výmenu kanalizačného potrubia v budove so zabezpečením ochrany zdravia robotníkov.

1.4 Efektívne využívanie vody a energie

V poslednej sekcii bolo odprezentovaných 12 prednášok. V prvej polovici boli príspevky viac zamerané na efektívne využívanie vody a rôzne stratégie a v druhej polovici na znižovanie emisií CO₂.

Článok od anglických autorov sumarizuje stratégie účinnosti vody. Predkladá rôzne intervenčné stratégie používané v ekologických štúdiách a pojednáva o ich možnostiach, ale aj o ich obmedzenia. Záverom je, že dané intervenčné stratégie by mali viesť k racionálnemu hospodáreniu s vodou v obytných budovách. Na univerzite v Brightone zase navrhli zjednodušenú metódu pre stanovenie úspor vody v školách na základe využívania sivej a dažďovej vody.

Japonská experimentálna analýza pre vyhodnotenie účinnosti systému domových CO₂ tepelných čerpadiel v prípade opätovného prehriatia vody, posudzovala 4 rôzne typy ohrievačov na báze tepelného čerpadla pomocou regresnej analýzy. Na obrázku 11 sú znázornené meracie body.

Model hodnotenia emisií CO₂ pre stratégiu úspory vody bol predstavený taiwanským tímom. Výskumom mieria k zvýšeniu efektívneho využívania vody a chcú vytvoriť trvalo udržateľné šetrenie vodou a zabezpečiť znižovanie emisii uhlíka v spoločnosti. Veľmi zaujímavá informácia v tomto výskume bola, že spotreba vody v roku 2012 v Taiwane je 370 l/osobu, čo prevyšuje dvojnásobne a viac našu spotrebu vody. Avšak cena vody je tam zatiaľ nízka, čo sa však v budúcnosti môže zmeniť.

Posledný blok prednášok bol venovaný znižovanie emisií CO₂, diskusii o znižovaní spotreby vody a akumulácie energie v potrubiach, o energetických problémoch vznikajúcich pri zásobovaní vodou výškových budova podobne.

Záver

Trend vývoja technológií ZTI vo svete ide v ústrety trvalej udržateľnosti míľovými krokmi. Je preto nevyhnutné sledovať vývoj nielen u nás, ale aj získavať nové poznatky o postupoch, riešeniach, výskumoch a patentoch v zahraničí.

Trvalá udržateľnosť a znižovanie spotreby energie, ako aj využívanie dažďových a sivých vôd má vo svetovom výskume popredné miesto, a to bolo cítiť aj na tomto sympóziu.

Slovenský a český výskum sa drží trendov a nezaostáva za ostaným svetom. Veríme, že v budúcich ročníkoch kongresu CIB sa zviditeľníme ešte viac. V roku 2014 sa sympózium bude konať v Nagane, Japonsko, 2015 v San Paole, Brazília a roku 2016 by sa malo stať miestom konania sympózia Slovensko.

Článok vznikol za podpory projektu VEGA 1/0450/12 v rámci Centra spolupráce podporovaného Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. SUSPP-0007-09.

Literatúra

• [1] Kolektív autorov: Water Supply and Drainage for Buildings, Book of papers, 38^th International symposium CIB W062 2012, Edinburgh, Scotland, UK.