Wieża ciśnień ( Water tower / Wasserturm ) kojarzona również jako wodna wieża jest konstrukcją budowlaną. Przeznaczoną do samodzielnej regulacji ciśnienia oraz kontroli przepływu wody w układzie hydraulicznym obejmującym niewielki obszar, na którym została wzniesiona. Wieża ciśnień jest obiektem opierającym swoje działanie na prostych prawach fizyki. Posiada wiele cech funkcjonalnych, na których opierają się fundamenty modułu infrastruktury wodnej, zaplanowanej dla sektorów przemysłowych, miejskich oraz kolejowych.
 |
| Podstawową funkcją wież ciśnień jest zwiększanie ciśnienia wody do dystrybucji. |
Zasada działania wieży ciśnień
Cechą priorytetową przy projektowaniu wieży ciśnień jest wyszukanie odpowiedniego terenu pod przyszłe fundamenty obiektu. Konstrukcja, aby mogła być w pełni funkcjonalna musi zostać wybudowana na najwyższym lokalnym wzniesieniu. Ponieważ gromadząca się woda w zbiorniku wieży ciśnień musi być umieszczona wyżej, niż instalacje wodne znajdujące się u odbiorców. Schemat działania całego układu hydraulicznego, opartego o wieże wodną polega na tym, że pompa zasysa wodę ze zbiornika głębinowego, tłocząc ciecz w górę, wprost do zbiornika wodnego, który znajduje się w górnej części wieży ciśnień. Następnie pod wpływem swojej ciężkości i dzięki prawu grawitacji wypiera wodę z rur, aż ciśnienie w zbiorniku wieżowym stanie się równe ciśnieniu w całym układzie hydraulicznym rurociągu ( Prawo Pascala ). Więc cały proces funkcjonowania pracy wieży ciśnień opiera się na zjawisku równowagi hydrostatycznej, działającej na zasadzie przepływu cieczy w " naczyniach połączonych ".
Przeznaczenie i cel wieży ciśnień
Oprócz autonomicznego stabilizowania przepływu wody, wieża ciśnień posiada kilka innych praktycznych cech. Gdy pompy parowe zostały wyparte przez pompy elektryczne. Rola wieży ciśnień została wyznaczona do pełnienia funkcji rezerwy zasobów wodnych dla systemu hydraulicznego. Obieg wody ma początek w pompowni i przez przez filtry dociera do odbiorców. W między czasie zbiornik wieżowy jest uzupełniany wodą, aż poziom wodnego zbiornika zostanie osiągnięty w odpowiedniej normie.
W szczytowym okresie pobierania wody przez odbiorców, układ hydrauliczny działający na danym obszarze jest przeciążony a stacja pomp nie radzi sobie z natężeniem przepływu wody. Otwiera się w zbiorniku zawór odcinający i woda z wieży dodatkowo zasila układ rurociągów. Jeśli wydajność stacji pomp się poprawia, zawór ponownie zamyka przepływ wody ze zbiornika, a pompy powracają do swojej pracy. Powyższy obieg wody w układzie hydraulicznym jest cykliczny.
Funkcjonalność wieży ciśnień
W dawnych czasach stawianie wież ciśnień było naprawdę bardzo ważnym wydarzeniem. Te hydrauliczne cudo techniki potrafiło wyręczyć mieszkańców w podstawowych obowiązkach domowych. Wyobraźmy sobie noszenie wiader wody na czwarte piętro budynku !! - coś okropnego. Wieża ciśnień potrafiła wyręczyć ludzi i dostarczała samoczynnie wodę na wyższe kondygnację. Ale zaraz co z ciepłą wodą ? Dużo wodnych wież połączonych było z kotłownią i kominem. Woda była podgrzewana i dostarczana do kranów. Cudowne jest mieć gorącą wodę w kranie i to nie wychodząc z domu.
Historia wieży ciśnień - Od prehistorii po czasy współczesne.
Naturalnie wieże ciśnień - Himalaje
Do najwyższej wieży ciśnień na naszej planecie, można uznać łańcuch górski - Himalaje, leżący w południowej Azji. Himalaje powstały podczas orogenezy alpejskiej w wyniku kolizji kontynentu azjatyckiego z platformą dekańską. Więc można uznać, że najwyższa wieża ciśnień na ziemi, jest dziełem natury, niż człowieka. Dlaczego Himalaje są najwyższą wieżą ciśnień na świecie ? - ponieważ w Himalajach znajduje się wiele najwyższych gór, a także bardzo dużo lodowców. Powstała woda z topniejących lodowców i pokrywy śnieżnej przyczynia się do zaopatrzenia w wodę ludzi w otaczającym regionie, podobnie jak wieże ciśnień magazynują i rozprowadzają wodę do aglomeracji miejskich.
Skąd się wzięła i co oznacza nazwa Himalaje ?
Nazwa Himalaje pochodzi od sanskryckich słów (हिमालय, Himālaya) i znaczy „siedziba śniegów” (z himá, „zima, śnieg”, oraz ālaya, „siedziba, leżący”).
Jaką przestrzeń zajmują lodowce w Himalajach ?
Lodowce w Himalajach są zmagazynowane na obszarze wynoszącym 10 tysięcy kilometrów kwadratowych. Natomiast masa lodu ma objętość około 6,6 tysięcy kilometrów sześciennych.
Dlaczego Himalaje są nazywane wieżami wodnymi Azji
Ponieważ Himalaje odgrywają kluczową rolę w dostarczaniu wody na kontynent azjatycki. Zmagazynowana woda pod postacią lodu topnieje i pod wpływem praw grawitacji, spływa górskimi potokami do dorzeczy w Azji i kilku głównych rzek, w tym Indusu i Gangesu. Woda z masywnych himalajskich lodowców, zaopatruje ponad miliard ludzi.
 |
| Urządzenia do podawania wody - żuraw rzeczny, noria. |
Żuraw studzienny
Jednym z pierwszych mechanicznych konstrukcji służących do pobierania wody ze zbiornika wodnego ( źródła, rzeki, studni )została wynaleziona w Mezopotamii około 3000 lat przed naszą erą. W zasadzie był to rodzaj dźwignicy, zbudowany z drewnianej podpory, szyi, obciążnika i czerpaka, sięgającym przeważnie około 10 metrów. Czerpak najczęściej był wykonany ze skóry lub trzciny, związanej trwałym materiałem. Natomiast szyja i podpora z drewna. Obciążnik, który występuje tutaj jako ciężarek, najczęściej wykonany był z gliny, kamienia lub podobnego materiału i służył jako przeciwwaga dla dźwigni. Ten prosty mechanizm miał za zadanie uzyskanie działania większej siły przez zastosowanie siły mniejszej. Woda ze zbiornika wodnego nabierana była poprzez nachylenie szyi z umocowanym nad studnią czerpakiem (np. wiadrem) ku wodzie, zaczerpnięcie i uniesienie czerpaka, ułatwione dzięki umieszczonemu na drugim końcu szyi obciążnikowi.
 |
| Historyczny herb Leszczyn z żurawiem studziennym na niebieskim tle. |
Wynalezienie wodnego dźwigu miało wpływ na wydajność w dystrybucji wody i było szybsze oraz sprawniejsze, niż ręczne pozyskiwanie wody przez starożytne ludy. Dźwignica służyła również do nawadniania pól w Mezopotamii. W starożytnym Egipcie znana była jako - Shadoof, a w późniejszych wiekach była wykorzystywana również przez dawnych Minojczyków i Chińczyków. W Europie wodny dźwig był również znany i w późniejszych latach zostanie zastąpiony kołowrotem.
 |
| Żuraw studzienny z zamontowaną sprężyną, ułatwiającą pobór wody. |
Sakija
Mechaniczne urządzenie służące do podnoszenia wody nazywane Sakiją, było wykorzystywane na terenie dzisiejszego północnego Sudanu i południowego Egiptu, które wchodziły w skład starożytnego królestwa Kusz. Sakija była stosowana przez Nubijczyków do pobierania wody z Nilu oraz nawadniania pól uprawnych. Wynalazek został opracowany i udoskonalany przez cały okres panowania królestwa, które w przybliżeniu jest datowane na lata 1070 p.n.e - 550 n.e. Budowa urządzenia była budowana z drewna i składała się z :
- nieruchomego palu, wbitego głęboko w ziemię.
- obrotowego koła zębatego, osadzonego poziomo na pionowym palu.
- obrotowego koła zębatego, osadzonego pionowo również na nieruchomej osi, wzmocnionego dodatkowo drewnianymi belkami.
- wiader, czerpaków ( lub innych naczyń, służących do pobierania wody )
- pasa wykonanego ze sznura ( lub z innego materiału ), do którego przymocowane były czerpaki, mogące swobodnie czerpać wodę
- wału napędowego, które wprawiało w ruch koło obrotowe.
 |
| Sakija - koło perskie, urządzenie wykorzystywane do dnia dzisiejszego, w wielu regionach świata. |
Sakija nie była urządzeniem w pełni zautomatyzowanym i nie korzystała z siły prądu płynącej rzeki czy strumienia. Drewnianą konstrukcję napędzała praca zwierząt ( woły, osły ), które krążyły po specjalnym torowisku, wytyczonym na planie okręgu. Zasada działania Sakiji była prosta. Urządzenie było budowane na płaskim terenie, gdzie obszarem pobierania wody, był uskok z płynącą rzeką lub wykopana studnia. Wprawione w ruch zwierzęta, napędzały poprzez drewniany wal poziome koło, które było zaziębione z pionowym kołem. Układ ten wprawiał w ruch szeroki pas z naczyniami, które opuszczane na dół, czerpały wodę ze zbiornika wodnego, w górę. Wydajność tego mechanizmu zależała od siły pociągowej zwierząt, wysokości i wielkości koła. Sakija była również wykorzystywana do nawadniania pól. Typowe urządzenie może nawodnić nawet około 2-5 ha ziemi.
Warto tutaj zaznaczyć, że w mechanizmie po raz pierwszy w historii, została użyta do budowy przekładnia kątowa. Z definicji wiemy, że składa się ona z kół zębatych stożkowych, które mają równą liczbę zębów. Wały są ustawione względem siebie pod kątem prostym, a koła zębate mają dopasowane powierzchnie podziałowe i kąty, ze stożkową powierzchnią podziałową. Przekładnie kątowe są przydatne do przenoszenia ruchu obrotowego pod kątem 90 stopni z przełożeniem.
Tympanon
Bliźniacze urządzenie, wykorzystywane do czerpania wody ze zbiorników wodnych, można odnaleźć również w starożytnym Rzymie ( Zasady działania maszyny było bardzo podobne do idei funkcjonowania Sakiji ). Jak podają źródła Tympanon był przeważnie napędzany przez ludzi (zazwyczaj niewolników niskiego stopnia lub skazanych przestępców), rzadziej wykorzystywano do napędu pracę zwierząt. Tympanon w języku łacińskim oznacza tyle co bęben i tak też nazwane zostało serce powyższego układu.
 |
| Tympanon - schemat konstrukcji |
Tympanon jest najprawdopodobniej najstarszym typem koła wodnego, służącego do podnoszenia wody. Chociaż wynalazek ten był znany już w starożytnej Grecji. Urządzenie zostało przez Rzymian zaprojektowane z myślą o szybkim pobieraniu wody ze zbiornika wodnego. Czerpak bębnowy składał się z :
- bębna o sporych rozmiarach.
- ośmiu przegród, ułożonych względem siebie, w małych odstępach, na obwodzie koła wodnego, przez które podczas obrotu bębna wlewała się woda. Połączony był z sąsiadującym mniejszym bębnem (o pojemności równej jednej przegrodzie bębna głównego), z którego woda przez otwory spływała do odprowadzającego koryta.
W późniejszych wiekach Tympanon doczekał się w znacznym stopniu ulepszeń. Przede wszystkim konstruktorzy tego urządzenia w swoich projektach wykluczali napęd koła przez pracę ludzi czy zwierząt, wdrażając moc płynącej wody jako źródło napędu urządzenia. Zmieniła się również zasada pobierania wody przez urządzenie. Na płaszczyźnie tarczy bębna, dodana została spirala wykonana z drewna. Prąd rzeki napędzał bęben za pomocą łopatek, przymocowanych do koła, a te z kolei pobierały wodę, która poprzez otwory i spiralę, napełniała koryto. Następnie woda z koryta płynęła przez sieć rur do urządzeń odbiorczych. W tamtych czasach były to przeważnie kanały wydrążone w ziemi, służące do nawadniania pól
 |
| Zmodyfikowana wersja Tympanonu, wykorzystującego moc płynącej rzeki. |
Noria
Arabscy konstruktorzy udoskonalając urządzenie nazywane norią, położyli kamień węgielny pod przyszły, w pełni zautomatyzowany system wodociągowy, będący niezależny, od mało wydajnej pracy ludzkich mięśni, czy siły napędowej zwierząt. Energia pozyskiwana z nurtu płynącej rzeki, w tamtym okresie, nie miała sobie równych. A mierzono się nawet z energią kinetyczną, jaką niesie ze sobą wiatr. Norie w krajach muzułmańskich pojawiły się już w okresie średniowiecza, natomiast przez następne stulecia były udoskonalane. Można więc śmiało uznać, że norie były pierwszymi wieżami wodnymi, w tej części świata. Chociaż nazwa tego urządzenia jest arabska( Na-urah, oznaczającego " pierwszą maszynę wodną "), to w rzeczywistości Noria została skonstruowana była pod wpływem greckiego wynalazku, jakim było koło wodne. Z poniższego zdjęcia można wywnioskować, że czerpaki z napełnioną wodą, osiągają maksymalne położenie na kole wodnym, ponad dachami miejskiej osady. Więc na tej wysokości znajduje się początek rurociągu bądź akweduktu, który odpowiedzialny jest za dystrybucje wody, która na wskutek takiego rozmieszczenia, spełnia wymagane kryteria, do swobodnego i zgodnego z prawami grawitacji, transferu wody.
 |
| Noria w mieście Hama ( Syria ), jedna z siedemnastu maszyn do podnoszenia wody wzdłuż rzeki Orontes w Syrii. ( Zdjęcie - Dosseman ) |
 |
| Koło wodne wykonane ze stali ( dodatkowo pokryte warstwą antykorozyjną ) W powyżej strukturze pogłębione łopatki zostały wykorzystane jako czerpaki na wodę. |
Ogólnie można wyróżnić trzy typy tego urządzenia:
1. Noria w początkowej fazie rozwoju, używała siły napędowej zwierząt ( osły, woły, muły ). Struktura urządzenia składała się z :
- kół zębatych ( najbardziej rozbudowane konstrukcje osiągały wysokość około 8 metrów.
- łańcucha lub sznura
- naczyń ceramicznych lub drewnianych: wiadra, dzbany, które były wypalane z gliny Wy ( na terenie Hiszpanii nazwa naczynia do pobierania wody brzmi Arcaduz )
Wprawiony w ruch mechanizm czerpał wodę z brzegu rzeki lub studni poprzez naczynia, zawieszone na łańcuchu. Koła zębate kręciły się w jedną stronę. A puste naczynia zanurzały się w wodzie i wracały w górę napełnione cieczą.
 |
| Rycina z roku 1874, przedstawia mechanizm Noria, napędzany przez osiołka. |
2. Drugi typ norii jest już bardziej rozbudowany. Urządzenie posiada zabudowę w formie wieży, wykonaną na planie koła z czerwonej cegły lub oszlifowanego kamienia polnego. Lico muru może być pokryte białym tynkiem. Noria wiatrowa, wykorzystuje do napędu mechanizmu przekładni stożkowej energię wiatru i do złudzenia przypomina młyn ( wiatrak ). Cechą charakterystyczną odróżniającą norie wiatrową od młyna, jest mała nisza pozostawiona przez murarza, położona w tylnej względem wiatraka elewacji budynku. W niszy tej można rozpoznać koło zębate z czerpakami.
 |
| Noria wiatrowa w Hiszpanii. |
Noria wiatrowa ( wieżowa ) wyposażona jest w skrzydła, poruszane siłą wiatru. Więc w tym wypadku wydajność czerpania wody ze zbiornika wodnego, będzie zależna od warunków meteorologicznych. Noria wiatrowa według praw fizyki - przekształca energię kinetyczną na energię mechaniczną, która wykonuje pracę, tj. poruszony przez wiatr żagiel napędza wał wiatrowy, a ten z kolei przenosi ruch na mechanizmy, rozpoczynając cykl napełniania wody przez koła zębate i wiadra, umocowane na taśmie łańcuchowej.
 |
| Rodzaje arcaduza - ( od strony lewej ) - egipski arcaduz wykonany z gliny, arabski arcaduz, dwa pozostałe arcaduzy pochodzą z Hiszpanii ( autor pracy: Milartino ) |
3. Trzeci typ norii jest zwieńczeniem wszystkich idei związanych z rozwojem wynalazku. Arabscy inżynierowie opracowali urządzenie, napędzane przez siłę nurtu rzeki. Okazało się, że koncepcja wykorzystująca energię ruchu wody jest najbardziej wydajna. Dowodem słuszności tej tezy są wysokich rozmiarów koła zębate, wznoszone bardzo często przy brzegach rzek. Ponieważ chwilowy brak wiatru automatycznie wpływa na pobór wody, to energia pobierana z płynącej rzeki wydaje się trwalsza, aczkolwiek nie doskonała. Bowiem również w rejonach południowej Europy i Bliskiego Wschodu następują susze.
Schemat i cel działania wodnej norii nie odbiega zasadniczo od działania wcześniejszych urządzeń. Zmienił się tylko rodzaj pobieranej energii, który ma bezpośredni wpływ na wydajność wodociągu, dla którego nuria pracuje. Do wprowadzonych zmian można zaliczyć :
- wprowadzenie wąskiego koła wodnego, oddzielonego wewnątrz, małymi, pionowymi, ułożonymi w bliskim odcinku - łopatkami. Przegrody te są poruszane siłą naporu wody, co w rezultacie przekłada się na ciągły ruch obrotowy koła wodnego.
- Naczynia, które mogą być wbudowane do koła wodnego pod różnym kątem. Opuszczony pojemnik. Gdy rzeka płynie, popycha te pojemniki do zbierania wody pod wodę, gdzie szybko się napełniają, a następnie są napędzane na szczyt koła, gdzie opróżniają się do rurociągu. Rurociąg może dostarczać wodę do budynków, ogrodów i pól uprawnych.
Noria spełnia funkcję przemieszczania wody z niższego wzniesienia na wyższy, wykorzystując energię pochodzącą z przepływu rzeki. Do dnia dzisiejszego zachowało się sporo egzemplarzy nurii, w różnych zakątkach świata ( miedzy innymi w Hiszpanii i Syrii ).
Schemat budowy wieży ciśnień
Wieża ciśnień składa się z kilku elementów ; budowlanych i mechanicznych.
Cokół
Konstrukcja może być wykonana z drewna, czerwonej cegły, żelbetu, blach stalowych nitowanych lub spawanych. Wieża ciśnień posiada solidny fundament, nakreślony na planie koła, kwadratu lub innych geometrycznych brył. Fundament wieży składa się przeważnie z masywnego cokołu, który jest wykonany z ciosanego kamienia, ceramicznych cegieł lub żelbetowej bryły.
Trzon ( podpora)
Następnym ważnym elementem wchodzącym w skład konstrukcji wieży ciśnień jest trzon nazywany również podporą, który jest osadzony pionowo pomiędzy podstawą a głowicą. W środku elementu znajdują się schody prowadzące do zbiornika oraz sieć rur odpowiedzialnych za tłoczenie i rozprowadzanie wody w rurociągach. Elewacja trzonu zazwyczaj nie odbiega pod kątem architektonicznym od reszty obiektu. Przeważnie przybiera wąski kształt walca o układzie wertykalnym i stąd jest łatwy do rozpoznania. Trzon wieży ciśnień posiada dodatkowo okna, pozwalające na poprawne oświetlenie wnętrza obiektu.
Głowica
W tej części wieży znajduje się zbiornik na wodę, który posiada swoje odmiany, rodzaje, pojemność oraz kształt. Rozróżnia się podstawowe typy zbiorników na wodę:
Zbiornik prostokątny
Pierwsze wodne wieże, a w późniejszych latach ( około 1830 ) wieże ciśnień, posiadały zbiornik płaskodenny i prostokątny. Prostokątne zbiorniki posiadały jednak wady i nie były stosunkowo wytrzymałe. W celu poprawy wzmocnienia ścian zbiornika, dodatkowo
montowano kotwy - ściegi wewnętrzne, wykonane ze stali, które były podatne na korozję i utrudniały czyszczenie zbiornika. Później zbiorniki zaokrąglono tak, że tylko podłoga, która była jeszcze płaska, musiała być dodatkowo podparta warstwą belek. Ten projekt był prawie wyłącznie zintegrowany z budynkami.
Zbiornik o zaokrąglonej podstawie
Konstruktywna poprawa pojawiła się od 1860 roku we Francji. Tak zwane zbiorniki z podwieszaną podłogą posiadały dno wklęsłe , które połączone było z okrągłą ścianą zbiornika i pełniło funkcję pierścienia dociskowego. Jednak rozszerzanie się pierścienia dociskowego wielokrotnie prowadziło do uszkodzenia sąsiednich struktur. Zewnętrznym wyróżnikiem tej konstrukcji jest zbiornik na wodę, który tylko nieznacznie wystaje ponad element stojaka.
Zbiorniki typu Intze
Inżynier Otto Intze rozwiązał problem rozszerzania się pierścienia dociskowego w 1883 roku za pomocą projektu, który stał się znany jako zasada Intze . Pierścień dociskowy jest umieszczony dalej pod pojemnikiem, a dno składa się z zewnętrznego stożka ściętego i wewnętrznego dna wypukłego. W rezultacie wszystkie siły działające poziomo są zrównoważone i żadne szkodliwe naprężenia nie mogą być przenoszone. Szczególną konstrukcją były zbiorniki kominowe , które budowano w pierścieniu wokół istniejących lub nowo budowanych kominów przemysłowych z 1885 r., m.in. B. przy wieży ciśnień zajezdni kolejowej Dahlhausen (obecnie muzeum kolejnictwa Bochum). Pierwszy zbiornik Intze został zbudowany w Remscheid w 1883 roku. Innym znaczącym przedstawicielem jest wieża ciśnień Deutsche Celluloid-Fabrik (1916) w Eilenburgu . Rozróżnia się trzy rodzaje zbiorników typu Intze :
- Zbiornik typu Intze
- Zbiornik typu Intze z cylindrem wewnętrznym
- Zbiornik typu Intze 2
Zbiornik Barkhausena
Z tak zwanym pojemnikiem Barkhausena (pojemnik z dnem kulistym), Georg Barkhausen opracował w 1898 roku pojemnik z półkulistym dnem. Pierścień nośny staje się zbędny ze względu na ciągłe przejście między ścianą a podstawą. Zbiorniki Barkhausen zostały zbudowane przez firmę z Dortmundu Aug. Klönne . Wieża ciśnień kopalni Minister Stein była pierwszym tego typu kontenerem zbudowanym w 1899 roku . Wieża ciśnień na Dworcu Centralnym w Darmstadt została zbudowana między innymi według tej zasady projektowej . Innym przykładem jest tak zwany Lanstroper Ei w północno-wschodniej części miasta Dortmund , ukończony w 1905 roku.
Zbiornik typu Klönne
W 1898 roku August Klönne otrzymał patent na kulisty pojemnik ze stożkową podstawą. Od 1906 r. budowano głównie zbiorniki wodne typu Klönne. Podpory działające na obwód kulistego pojemnika są zwykle połączone stycznie ze ścianką pojemnika, jak ma to miejsce w przypadku pojemników Barkhausena.
Zbiorniki wykonane są ze stali połączonej nitami, żelbetu lub plastiku. Pojemność zbiornika może wynosić od kilkudziesięciu lub kilku tysięcy metrów sześciennych.
Głowice wież ciśnień przybierają różne kształty w zależności od stylu architektonicznego, fantazji architekta lub funkcyjności. Najczęściej przybierają kształt kuli, prostopadłościanu, grzybka itd. Elewacja głowicy wieży ciśnień jest polem do podkreślenia ducha epoki, w której została zaprojektowana, miejscem kombinacji różnych detali i elementów architektury. Może również służyć do reklamy lokalnego biznesu, który nocą świeci pod postacią neonu itd.
Ważnym elementem głowicy są otwory wentylacyjne, które utrzymują wymaganą objętość powietrza w zbiorniku i zapobiegają stagnacji wody.
Źródła wody i ich ujęcia
Wieże ciśnień, korzystają z różnych źródeł wody. Dawniej kiedy woda w ujęciach naturalnych była jeszcze czysta, wieże ciśnień zasilane były :
- z rzek
- rzeczek
- potoków
- jezior
- stawów
- studzien kopanych zasilanych wodą podskórną i gruntową
- studzien wierconych.
Rzeka ma to do siebie, że jest niewyczarpanym źródłem wody. Bardzo często dodatkowo budowano również specjalną studnie w samej rzece, jeśli była ona płytka lub na jej brzegu.
Studnia taka nazywała się zasilająca i mogła to być studnia kopana, wiercona, połączona z rzeką otwartym lub zakrytym kanałem lub żelazną rurą, bądź w razie dostatecznej czystej wody za pomocą specjalnych smoków ( zakończenie rury ssawnej sitem ), umieszczonej w samej rzece. Tak, aby nie przedostały się do wnętrza rury zanieczyszczenia lub przedmioty. Niestety zimą przewód nie potrafił oprzeć się mrozom
Jeśli źródło pobieranej wody mieściło się w znacznej odległości od pompowni, wodę z rzeki lub ze studzien zasilających nad rzeką, doprowadzano za pomocą specjalnego lewaru do studni zbiorczej, mieszczącej się tuż przy pompowni, następnie z której
odbywało się czerpanie wody za pomocą przewodu ssawnego.
Na małych rzeczkach, przy małym prądzie i przepływie, budowane były sztuczne tamy i śluzy, w celu nagromadzenia większego zapasu wody. Dawniej, źródła z naturalnym wypływem wody podziemnej na powierzchnie nie wymagały filtrowania, były bardzo dobre do picia. Obudowano je specjalnymi sklepionymi studniami lub wnękami z cegieł, kamienia lub wylewką z betonu. Komory i studnie posiadały przelew do odprowadzania nadmiaru wody i spust do opróżniania ich.
Warstwy wodonośne były dokładnie zabezpieczone od zanieczyszczeń, wynikłej poprzez przesiąknięcie wody powierzchniowej z opadów atmosferycznych, a same studnie i komory od wpływu światła i mrozu.
Studnie
Studnie, o najmniejszej pojemności nazywamy studniami kopanymi. W zasadzie są one bardzo płytkie, sięgały do 5 metrów, wyłożone były drewnem i budowano je w miejscowościach niezamieszkanych w pobliżu wód powierzchniowych :
Natomiast studnie artezyjskie o głębokości do 30 metrów były już murowane, betonowe i żelbetonowe. Za wzorową wydajność uważano studnie, przy której poziom wody pozostaje bez zmiany przynajmniej w ciągu 16 godzin nieustannego pompowania. Studnie artezyjskie budowane były w tych przypadkach, kiedy nie było możliwości otrzymania w pobliżu wieży ciśnień wody powierzchownej i wody wgłębnej z małej głębokości, albo też gdy woda na tej głębokości nie odpowiadała stawianym wymaganiom.
 |
| Studnia zbiorcza połączona z dnem rzeki |
Rysunek przedstawia studnię zbiorczą na brzegiem rzeki. Wewnątrz studnia obudowana jest drewnianymi palami, a na zewnątrz zadaszeniem, co ma przyczyni się do ochrony
studni przed ciałami obcymi z zewnątrz jak i wewnątrz ( opady atmosferyczne, zanieczyszczenia ). Poza tym studnia połączona jest wydrążonym, podziemnym kanałem, również zabezpieczonym drewnianymi palami z korytem rzeki. Wylot kanału znajduje się w pobliżu dna rzeki, poniżej najniższego stanu wody. Wylot ten jest obsypany kamieniami, które zatrzymują różne zawiesiny, znajdujące się w wodzie i różne przedmioty, tak aby nie przedostały się one do studni. Następnie woda jest zasysana przez przewód ze smokiem do pompowni, a dalej do zbiornika w wieży ciśnień.
 |
| Studnia zbiorcza z przegrodą murowaną |
Na zdjęciu umieszczona została studnia zbiorcza, która na dnie jest podzielona ceglanym murem. Zabieg ten miał na celu stworzenie dwóch komór. W pierwszej komorze, od strony rzeki, gromadził się muł i inne zanieczyszczenia. Z drugiej komory była zasysana odmulona już woda, odpowiedniejsza do pompowania. Górna krawędź przegrody, znajduje się o tyle poniżej najniższego poziomu wody w rzece, aby przez nią zawsze przelewała się woda z lewej do prawej części studni w dostatecznej ilości. Studnia jest połączona z rzeką rurami, wykonanymi z żelaza, które są w studni zakończone zasuwą, a w rzece sitem - smokiem. Smok ten jest dodatkowo zabezpieczony od zniszczenia przez krę słupami okutymi, wbitymi w dno rzeki. Dopływ wody z rzeki do studni, można zamknąć przez opuszczenie klapy zasuwy ( klapę zasuwy zamyka się poprzez specjalną linkę ). Na zdjęciu są również widoczne lodołamacze, mają one za cel chronić obszar, pobierania wody przed lodem.
 |
| Rysunek przedstawia nowoczesne jak na tamte czasy rozwiązanie - studnia zasilająca oraz studnia zbiorcza |
Na zdjęciu widać bardzo nowatorskie rozwiązanie, ujęcie wody z rzeki ze studnią zasilającą nad brzegiem oraz studnią zbiorczą. Woda z rzeki przedostaje się do studni zasilającej przez warstwę kamieni, żwiru i ściankę drewnianą oraz przez warstwę wodonośną
i dno studni, które wyłożone jest tłuczniem ze żwirem w celu lepszej filtracji wody. W ten sposób woda w studni zasilającej jest już oczyszczona z zawiesin, a w górnej swojej warstwie jest w znacznym stopniu odstała. Następnie oczyszczona woda, która przelała się do pierwszej komory studni, pozostawia tam jeszcze pewne osady i dopiero po przelaniu się przez przegrodę do drugiej komory, jest zasysana przez pompy za pomocą rury zakończonej smokiem. Całość studni zamyka budynek, o zadaszeniu spadzistym, dodatkowo pokryty eternitem i zwieńczony wieżyczką wentylacyjną.
 |
| Studnia przy wieży ciśnień |
Na kolejnym zdjęciu widać studnię murowaną, zasilającej o średnicy 3m i głębokości 8m. Rysunek objaśnia w jaki sposób zawieszony jest przewód ssawny oraz na jakiej wysokości powinien znajdować się smok, w tym wypadku wysokość wynosi 60 cm ponad dnem. W miejscu gdzie woda, może sięgnąć najwyżej, wsparta na dwóch belkach, ułożona jest podłoga. W górnej pokrywie studni, która jest bardzo szczelna, znajduje się otwór wejściowy - właz, zamykany klapą lub drzwiczkami. Do wnętrza studni prowadzi drabina. Dno studni, przez które przenika woda gruntowa, jest wyłożona warstwą żwiru w celu filtracji.
 |
| Studnia wiercona - studnia artezyjska |
Przekrój studni wierconej / artezyjska. Śmiało można zauważyć na rysunku, że rury o największej średnicy są w górnej części, a im bardziej na dół się wgłębimy, to
widzimy, że rury są coraz bardziej wąskie, a średnica mniejsza. Na samym dole studni, w warstwie wodonośnej, zlokalizowana jest rura filtrowa, która składa się z drucianej siatki, wykonanej z miedzi ocynkowanej. Siatka jest połączona polutowaną cyną. Rura filtrowa służy do zatrzymywania piasku i mułu.
Średnice rur są zależne od wydajności studni i od jej głębokości, najczęściej wynoszą od 500 do 250 mm. Głębokość studni wynosi od 20 metrów wzwyż. Na zdjęciu zamieszczony jest również przekrój geologiczny studni z zaznaczeniem poszczególnych pokładów gruntu pokładów gruntu. Zwierciadło wody znajduje się znacznie wyżej ponad warstw ą wodonośną. Zwierciadło to ulega jednak pewnemu obniżeniu podczas pompowania (depresji), co uwzględnia się przy zakładaniu smoka przewodu ssawnego, który opuszcza się poniżej tego zwierciadła wody, obniżonego wskutek pompowania.
Poziom zwierciadła wody w studniach artezyjskich występuje rozmaicie. Dawniej tę nazwę dawano tylko studniom, z których woda biła na powierzchnię ziemi a nawet wyżej. Obecnie jednakową nazwę noszą tak studnie z samoczynnym wypływem jak i studnie, w których zwierciadło wody znajduje się pod powierzchnią ziemi i wodę należy pompować. Najniższy poziom zwierciadła wody w studni wierconej zależny jest od wydajności warstwy wodonośnej oraz od wydajności pomp.
Jeżeli warstw a wodonośna składa się ze żwiru lub piasku gruboziarnistego, to przy pompowaniu lustro wody obniża się niewiele. Natomiast gdy warstwę wodonośną stanowią piaski drobnoziarniste, to wówczas słabszy jest dopływ wody i w czasie pompowania zwierciadło wody obniża się znacznie. Aby uzyskać większą wydajność studni, należy cylinder pompy opuszczać głębiej, gdyż wówczas osiągamy możliwość większego obniżenia zwierciadła wody i w związku z tym uzyskujemy większą różnicę poziomów pomiędzy normalnym poziomem wody a czynnym zwierciadłem wody, co wpływa na zwiększenie prędkości przepływającej wody w warstwie wodonośnej i powoduje większy jej dopływ do studni.
Na ogół nie stosuje się większej depresji (różnicy poziomów zwierciadła wody w stanie normalnym i najniższym po odpompowaniu wody) jak 20 m, aby nie uszkodzić filtra i w następstwie nie zapiaszczyć studni. Jeżeli wydajność jednej studni wierconej jest niewystarczająca, a warstwa wodonośna jest obfita i czynne zwierciadło wody znajduje się niezbyt głęboko od powierzchni (około 12 m), to wówczas buduje się kilka studzien wierconych, które są studniami zasilającym. Studnie te łączy się przewodami lewarowymi do studni zbiorczej, skąd dopiero czerpie się wodę.
Filtry
Każda wieża ciśnień wyposażona jest w stacje filtrów, która ma za zadanie, oczyszczanie wody z piasku i innych zanieczyszczeń. Filtracja wody ma swój początek już
w studniach głębinowych, skąd wieża ciśnień czerpie wodę. Oczyszczona woda z piasku, pozwala również na sprawną pracę pomp i oraz ich podzespołów. Małe ziarenka piasku
płynące razem z wodą, mogą przyczynić się do zapchania przewodów ssawnych i w rezultacie do awarii pompy. Filtry również oczyszczają wodę z wapna oraz związków magnamu. Filtry są jednak podatne na zarastanie i bardzo często trzeba je czyścić.
Istnieje bardzo dużo rodzajów filtrów, najbardziej znane są filtry siatkowe oraz żwirowe.
Filtry siatkowe i żwirowe
Filtry siatkowe wykonane były z z rur żelaznych pokrytych cyną ( tak, aby nie uległy szybko korozji ), asfaltowanych, rur mosiężnych oraz miedzianych.
Filtry żwirowe stosowano tylko w przypadku studni o większych gabarytach, a mianowicie tam gdzie chodziło o zwiększenie
wydajności wody z warstw wodonośnych, składających się z drobnych piasków, powodujących zarastanie filtra.
Filtry siatkowe - składały się z rury podziurkowanej, dodatkowo owiniętej siatką i zakończonym szpicem, do wbijania w ziemię lub świdrem, służącym do wkręcania w ziemię.
 |
| Filtry do studni głębinowych |
Filtry siatkowe z kolei zakładane już były w poprzednio wywierconym otworze, więc wybór rur był swobodny. Najczęściej zakładano rury żelazne, miedziane, mosiężne, stalowe. Jedyną przeszkodą co do wyboru przewodu rurowego były koszty i wytrzymałość na ciśnienie ziemi,
które przy dużym obciążeniu lustra wody w czasie pompowania, są dość duże i mogły zgnieść filtr. Przy budowie studni o większych gabarytach, stosowano rury, wykonane z drzewa i dodatkowo owinięte siatką miedzianą. Filtry żwirowe składały się natomiast z obsypki żwirowej i ulokowane były w glebie.
Pompownia
Pompownie budowane były w pobliżu miejsca ujęcia wody lub bezpośrednio nad źródłem. Były ogrzewane, oświetlone i wentylowane. Tak, aby praca w nich przez cały rok była dogodna i mogła trwać bez przerw technicznych. Wysokość budynków pompowni, które mieściły się nad studnią głębinową, była uzależniona od długości ogniw wału pionowego pompy. Tak, aby w razie konieczności istniała możliwość wydobycia pompy bez przeszkód, dotyczyło się to pomp głębinowych. Budynki pompowni były bardzo solidne, ponieważ na stropach montowano haki lub suwnice z wyciągarkami, służącymi do podnoszenia
cięższych maszyn. Osobą upoważnioną do obsługi maszyn w przepompowni był maszynista, który mieszkał w bliskim sąsiedztwie wieży ciśnień. Tak, aby w razie awarii, mógł być bardzo szybko w przepompowni i usunąć usterki.
Pompownie wyposażone były w urządzenia sygnałowe, dzwonkowe i świetlne, które informowały o najwyższym i najniższym poziomie wody w zbiorniku wieżowym.
Odżelaziacz
Tuż po wywierceniu studni zdarzało się, że pompy tłoczyły wodę do wieży ciśnień nieskazitelnie czystą, która jednak po jakimś czasie mętniała i zabarwiała się na żółto. U odbiorców wody, podczas gotowania, tworzył się osad, a w naczyniach, w których dłuższy czas stoi woda, żółkną od osadu wydzielającego się z wody. W takich wypadkach stwierdzano, że woda ze studni zawiera dużo żelaza.
 |
| Zasada działania odżelaziacza w studni |
Woda taka nie nadawała się do użytku domowego i przemysłowego. Aby poprawić jakość wody, wprowadzono w wieżach ciśnień odżelaziacz. Urządzenie to było bezpośrednio połączone z pompą. Duże zawartości żelaza pozbywano się z wody za pomocą powietrza. Odżelaziacz posiada osobny filtr, w którym osadza się zebrane w powietrzu żelazo.
Pływak
Pływak spełniał w wieży ciśnień dwie bardzo ważne funkcje, o których warto wspomnieć. Pływak wykonany jest z bardzo lekkiego materiału, przykładowo z drewna. Musi być lekki, tak aby z łatwością unosił się na wodzie.
Funkcje pływaka :
- Pływak może zostać użyty jako zawór sterowany siłą wyporu ( zawór pływakowy ). W praktyce zawór otwiera się, gdy tylko poziom wody spadnie poniżej określonego poziomu i zatrzymuje dopływ, gdy tylko poziom ten zostanie ponownie osiągnięty. Poziom napełnienia jest sprawdzany przez pływający korpus. Jest on połączony z zaworem za pomocą dźwigni i bezpośrednio powoduje otwieranie i zamykanie zaworu. Wysokość powierzchni wody określa położenie pływaka. Jeśli pływak znajduje się w górnym położeniu, zawór jest zamknięty; jeśli poziom spadnie, zawór otwiera się i woda z sieci może ponownie napełnić zbiornik.
 |
| Zasada działania zaworu pływakowego |
- Pływak jest używany jako część wskaźnika, nazywanego wodowskazem. Wodowskaz jest umieszczony na elewacji wieży ciśnień i informuje o poziomie wody w zbiorniku wieżowym. Zasada działania wskaźnika jest prosta: pływak dryfuje za pomocą siły wyporu po lustrze wody, przymocowany jest stalową linką do ciężarka, umieszczonego na tarczy wodowskazu. Linka opiera się na dwóch rolkach, umieszczonych tuż przy ścianie zbiornika. Kiedy woda w zbiorniku opada, pływak podnosi ciężarek do góry i na podziałce, pokazuje poziom wody w zbiorniku.
Rurociągi
System rur rozlokowanych w systemie hydraulicznym; początek rur jest związany ze źródłem ; miejsca skąd pompa zasysa wodę przez pionowy układ rur mieszczący się w trzonie wieży do zbiornika.
Zbiorniki kominowe, czyli kominowe wieże ciśnień
Spotkać je można przeważnie na terenach przemysłowych. Zbiornik kominowy jest to zbiornik wodny w kształcie pierścienia, który umieszcza się wokół komina przemysłowego.
W zasadzie jest to zaadoptowanie wysokiego komina na cele wodociągowe. Plusem powyższego rozwiązania jest to, że zbiorniki kominowe pod wpływem ciepłych gazów, chronią wodę zimą przed zamarznięciem. Pomysł na wykorzystanie kominów na potrzeby sieci wodociągowej narodził się w Niemczech.
 |
| Zbiornik kominowy w konstrukcji Intze do zasilania parowozów w byłej zajezdni Bochum-Dahlhausen. |
Pierwszą kominową wieżę ciśnień zaprojektował Otto Intze w 1885 roku. Było to bardzo ekonomiczne rozwiązanie dla ówczesnych fabryk, które mogły w ten sposób wstrzymać się od ponoszenia dodatkowych kosztów, związanej z budową wieży ciśnień. Kominowa wieża ciśnień składała się ze stalowego zbiornika o półkolistym dnie. Zbiornik umieszczony był na pierścieniu, dodatkowo wspartym żelaznymi wspornikami.
Zazwyczaj zbiornik wodny miał zdolność do przechowywania wody o pojemności mniejszej, niż 100 m3 wody. Wysokość zbiornika wynosiła od 20 do 30 metrów nad ziemią.
Drewniane wieże ciśnień
Drewniane wieże ciśnień bardzo często występują w USA. Ze względu na łatwy dostęp materiału oraz niższe koszty, wieże ciśnień posiadały nie tylko drewniany trzon, ale także zbiornik. Zbiornik wykonany z drewna ma pewną przewagę nad zbiornikami, wykonanymi z innych materiałów. Drewniany zbiornik wieżowy wymaga jednak częstej konserwacji. Zapewnia jednak ochronę przed gorącem i erozją oraz wytrzyma dłużej, niż stal.
Prawidłowo wykonany drewniany zbiornik, powinien pomieścić większość płynów bez żadnych zanieczyszczeń lub wypustów w połączeniach. Żywotność i szczelność zbiornika drewnianego zależy od zastosowania odpowiednich materiałów, projektu i wykonania.
Najodpowiedniejsze rodzaje drewna do budowy zbiornika wieżowego :
Cyprys
jest z łatwością najlepszym drewnem do zbiorników ze względu na jego wysoką trwałość. Badania pokazują, że cyprys, w przeciwieństwie do innych gatunków drewna, dobrze radzi sobie poza swoim rodzimym klimatem. Rośnie w gorącym środowisku bagiennym, co zapewnia mu dodatkową ochronę. Cyprys nie wydziela koloru, smaku ani zapachu. Woda ze zbiornika wykonanego z tego materiału jest szczególnie polecana do gotowania wody pitnej, octu, soków owocowych lub innych produktów spożywczych.
Jodła
Jodła ma wiele zalet cyprysu, zarówno dla wody, jak i dla powietrza, i jest równie odporna na niektóre kwasy i chemikalia jak cyprys. W przypadku wody jego żywotność jest nieco gorsza, ale ponieważ kosztuje mniej, jest zalecany, gdy potrzebne jest coś tańszego niż Cyprys.
Czerwone drzewo
Czerwone drewno jest najlepszym z zachodnich lasów do celów zbiornikowych. Charakteryzuje się trwałością zbliżoną do cyprysu. Zwykle jest wolne od wad i kosztuje mniej niż cyprys w większych rozmiarach.
Sosna żółta
Stosowany jest głównie w zbiornikach przemysłowych o dużych rozmiarach, które wymagają większej grubości materiału, takich jak zbiorniki do wytrawiania i papierni. Jest również używany do przechowywania niektórych kwasów i chemikaliów, zwłaszcza kwasu siarkowego.
Schemat budowy drewnianego zbiornika na wodę
Drewniany zbiornik na wodę jest montowany podobnie jak zwykła drewniana beczka i składa się z połączonych ze sobą szeregowo drewnianymi klepkami, dodatkowo spiętych metalowymi obręczami.
 |
| Drewniana wieża ciśnień - montaż drewnianego zbiornika na wodę |
Okrągły zbiornik powinien być używany wszędzie tam, gdzie jest to możliwe, zamiast innych kształtów, ponieważ jego konstrukcja i otręby są prostsze, a zatem jego wykonanie i zwijanie kosztuje znacznie mniej.
Budowa
Dolne kołki są obciągane, zgrywane, łączone maszynowo i dobrze dyblowane. Krawędzie są sfazowane w celu wykonania rowka erozyjnego w klepkach, ale pozostawione nieco grubsze, aby umożliwić ewentualny poślizg przed montażem. Podczas montażu należy zdjąć cienką strużynę za pomocą ręcznej strugarki, aby zapewnić dopasowanie do otworów w klepkach. Klepki są suszone, zgrywane i mechanicznie łączone, a następnie wycinane w celu dopasowania do okręgu dna i stożka zbiornika.
Obręcze
Obręcze, zwykle okrągłe, są wykonane z kutego żelaza, dzięki czemu nie rdzewieją. Dostępne są również obręcze z mosiądzu, galwanizowane, pokryte ołowiem, z brezentu, Mond Metal i inne. Obręcze powinny być wykonane z żelaza, a ich grubość ściśle zależy od pojemności, np. jeśli zbiornik drewniany może pomieścić więcej, niż 75 tyś litrów. To grubość obręczy musi być większa, niż 7.62 cm.
Dach
Zadaszenie wieży ciśnień wykonuje się z drewnianej pokrywy stożkowej w kształcie stożka. Pokrywa wyposażona jest w gumowe pokrycie dachowe lub wyłożona gontem czy blachą. Dach projektuje się tak, aby był odporny na mróz oraz najczęściej posiada boczną pokrywę, wspartą na lagrach.
 |
| Zadaszenie, drewnianej wieży ciśnień w kształcie stożka |
Wskaźniki poziomu wody
 |
| Pływak - wieża ciśnień |
W wieżach ciśnień montuje się specjalne wskaźniki, nazywane również pływakiem. Wskaźniki dostarczają informację na temat wysokości lustra wody w zbiorniku. Pływak jest lekki i swobodnie dryfuje na wodzie. Frywolnie natomiast opada na dół, kiedy poziom wody się obniża. Wskaźnik poziomu wody jest połączony linką lub łańcuchem z tabliczką, umocowaną na elewacji budynku. Jest to spore ułatwienie i nie trzeba wchodzić do środka wieży ciśnień, aby sprawdzić ile wody znajduje się w zbiorniku. Pływaki wykonane są z drzewa i posiadają najczęściej kulisty kształt.
 |
| Pływak wykonany z drewna w kształcie kuli / wieża ciśnień |
Zbiornik na wodę
 |
| Rodzaje zbiorników wodnych w drewnianej wieży ciśnień |
Rozróżnia się kilka podstawowych kształtów drewnianych zbiorników na wodę, ustawionych w drewnianej wieży ciśnień :
- Zbiorniki półokrągłe
- Zbiorniki eliptyczne
- Zbiorniki z wypukłym dnem
- Zbiorniki z podwójną głowicą
- Zbiorniki z dnem stożkowym
- Zbiorniki poziome lub okrągłe wagonowe
Fundamenty pod drewnianą lub stalową wieże ciśnień.
Wieża ciśnień może być zbudowana na wolnej powierzchni lub zamontowana na dachu jednego z budynków. Jeśli projektujemy wieżę ciśnień razem z fundamentem, to należy wziąć pod uwagę kilka czynników :
Bardzo istną rzeczą przy projektowaniu wież ciśnień jest fundament. Słabe fundamenty są przyczyną nieszczelności
wielu zbiorników. Istnieją trzy podstawowe zasady, których należy przestrzegać przy projektowaniu fundamentów :
1. Ciężar musi być podtrzymywany tylko od dołu. Klepki drewnianych zbiorników nie mogą przenosić żadnego obciążenia, a tam, gdzie zbiornik ma spoczywać na równej powierzchni, najlepiej jest użyć sztauowania lub podpór wymienionych poniżej, które będą wspierać dno i swobodnie podnosić końce klepek.
2. Elementy wspierające pod dnem nie mogą być oddalone od siebie o więcej niż 45 centymetrów, a najlepiej mniej, a dolne deski zbiorników drewnianych muszą przebiegać w poprzek sztauersów lub legarów podtrzymujących je.
3. Fundamenty muszą sięgać poniżej linii zamarzania, gdy znajdują się na ziemi.
Natomiast jeśli wieża ciśnień ma spocząć na dachu budynku, to należy pamiętać, że umieszczenie zbiornika na budynku jest niebezpieczne, chyba że zostaną podjęte pewne środki ostrożności. Jeśli budynek nie został specjalnie zaprojektowany do przenoszenia zbiornika, powinien zostać zbadany i przekazany pod kątem wytrzymałości ścian itp. przez wiarygodnego inżyniera lub architekta przed podjęciem próby umieszczenia na nim zbiornika. Wszelkie wymagane nowe cegły powinny być osadzone w zaprawie cementowej. Sam fundament jest bardzo ważny i powinien być zaprojektowany tylko przez kompetentnego inżyniera zaznajomionego z pracą ze zbiornikami, ponieważ okazuje się, że przeciętny architekt lub inżynier nie ma wymaganego doświadczenia, ani nie poświęcił temu tematowi tyle uwagi, na ile zasługuje.
Projektowanie podpór zbiorników wiąże się z problemami, które zwykle nie występują w innych gałęziach inżynierii. W większości przypadków okazuje się, że niektóre części konstrukcji są zbyt słabe lub, jeśli są wystarczająco wytrzymałe, materiał nie został umieszczony ekonomicznie.
Tylko okrągłe obręcze powinny być używane z drewnianym zbiornikiem na budynku.
 |
| Ilustracja przedstawia standardowy fundament zbiornika na ziemi. Składa się on ze stożkowych ścian z drewnianymi legarami w poprzek i został zaprojektowany tak, aby nie był potrzebny sztauer. |
 |
| Standartowe belki sztauerskie lub podłużnice - fundament zbiornika na budynku. Wycięcie pokazuje dno zbiornika ułożone na sztauerze. Okrąg sztauerski powinien być o około 10 cm mniejszy niż dno zbiornika. |
Stalowe wieże ciśnień
Powszechnie coraz częściej wznosi się zbiorniki na wodę oraz całą konstrukcje wieży ciśnień ze stali. Główną przyczyną tego trendu jest fakt, że stalowy zbiornik jest w stanie pomieścić większą pojemność wody, niż drewniany. Dotyczy się to również kosztów, gdzie postawienie stalowej wieży ciśnień okazuje się tańszym rozwiązaniem. Stalowa wieża ciśnień ma swoje plusy i minusy.
 |
| Wieże ciśnień wykonane ze stali ( zbiornik półkolisty oraz eliptyczny ) |
Minusem jest to, że zbiornik stalowy ma tendencję do korozji, a kwasy wżerają się w stal.
Plusem natomiast jest to, że całkowicie wykonany ze stali zbiornik oraz trzon, wymagają niewielkiej pielęgnacji. W zależności od lokalnych warunków pogodowych i zaniku ciepła, malowanie stalowej konstrukcji, odbywa się od trzech do pięciu lat. Poza tym stalowa
wieża ciśnień w porównaniu do dewnianej jest bardziej szczelna. Warto tutaj przypomnieć, że
" Zbiornik i wieża są lepsze od innych metod magazynowania wody, ponieważ cała pojemność jest dostępna w czasie nie krótszym niż ustalona minuta. Ciśnienie jest wywierane przez grawitację, niezawodną siłę, która jest lepsza od pomp lub jakiegokolwiek mechanicznego źródła ciśnienia. Z tego powodu zbiorniki i wieże są używane w takich usługach, jak miejskie wodociągi i automatyczne tryskacze przeciwpożarowe, gdzie niezawodność jest najważniejsza i prawie zawsze są wykonane w całości ze stali. "
Półkulisty typ dna powinien być preferowany do wszystkich zwykłych zastosowań, z wyjątkiem bardzo dużych rozmiarów lub tam, gdzie zmiany ciśnienia wody muszą być utrzymywane na minimalnym poziomie. W takich przypadkach preferowany jest typ z dnem elipsoidalnym.
Półkulisty kształt jest idealny dla dna podwieszanego, ponieważ przenosi obciążenie przy minimalnym naprężeniu w sobie i nie wytwarza nietypowych naprężeń w innych częściach zbiornika. Z tego powodu będzie przenosić to samo obciążenie przy cieńszych płytach niż jest to wymagane w przypadku kształtu elipsoidalnego. Rzeczywiste naprężenia można dokładniej obliczyć, ponieważ krzywizna jest jednolita na całej długości i inne części wieży mają na nie mniejszy wpływ.
 |
| Stalowe uchwyty mocujące - konstrukcja wieży ciśnień |
Duże piony z blachy stalowej, o średnicy trzech stóp i większej, są stosowane w obu typach bez kompensatorów i przenoszą część obciążenia wodą. Zalecamy stosowanie ich zamiast rur kutych lub żeliwnych z drewnianymi osłonami przeciwmrozowymi, ponieważ nie wymagają one takich osłon, a wyeliminowanie drewna jest zdecydowaną zaletą. Ich duży rozmiar zapobiega łatwemu zamarzaniu, a grzałka może być umieszczona wewnątrz pionu i dostarcza ciepło tam, gdzie jest ono najbardziej potrzebne.
 |
Akcesoria, w które wyposażona jest stalowa wieża ciśnień
|
Kolumny tych wież są odcinane kwadratowo na końcach, a następnie toczone na tokarce, aby zapewnić prawidłowe łożyskowanie względem wewnętrznego kołnierza w ciężkich odlewach gniazd, które tworzą połączenia, przy czym kołnierz ten jest również licowany. Gniazda te są wykonane pod odpowiednim kątem, aby pasowały do gąsiora wieży, i mają występ, który jest gwintowany, aby przyjąć bardzo długie gwintowane końce okrągłych stalowych prętów, które są używane do usztywnienia kołysania. Pręty te są wyposażone w kute klamry obrotowe, aby zapewnić odpowiednie napięcie.
 |
| Wieża ciśnień, w środku rura pionowa, przepływ i rury odprowadzające parę wodną. |
Konstrukcja wieży jest najprostsza ze wszystkich dostępnych na rynku i najłatwiejsza w montażu, ponieważ zastosowanie połączeń gniazdowych eliminuje wszelkie nitowanie i sprawia, że nie ma potrzeby korzystania z wykwalifikowanej siły roboczej przy jej montażu. Każdy zwykły mechanik może wznieść konstrukcję przy niewielkim nakładzie pracy.
Praktycznie nie jest wymagane rusztowanie, ponieważ sekcje są krótkie i każda jest taka sama jak inne, a jedna sekcja może być użyta do wzniesienia następnej. Wymagane są jedynie liny, bloczki i klucze.
Kolejowa wieża ciśnień
Kolejowa wieża ciśnień - pod pojęciem kolejowa wieża ciśnień rozumie się stację, która posiada urządzenia, przeznaczone do zaopatrywania w wodę, całą infrastrukturę kolejową. Kolejowa wieża ciśnień obsługuje wodociąg, który zasila w wodę :
- parowozy pociągowe
- parowozy manewrowe
- urządzenia przeciwpożarowe ( hydranty )
Kolejowa wieża ciśnień przeznaczona jest również do prac porządkowych.
- mycia wagonów
- przemywania kotłów parowych, oraz dla innych celów gospodarczych.
Kolejowe wieże ciśnień są tak rozmieszczone wzdłuż linii kolejowych i posiadają taką wydajność, aby w okresie największego przewidywanego ruchu, mogły sprostać o każdej porze, wymagane zaopatrzenie w wodę wszystkie przychodzące pociągi oraz zaspokoić wszystkie inne potrzeby stacji.
Do zaopatrywanie stacji kolejowej wodę były stosowane zbiorniki wodne, powietrzne i wodnopowietrzne. zbiorniki wodne przeważnie były budowane na poziomie gruntu.
Natomiast jeśli nie pozwalał na to układ terenu, umieszczano zbiornik na wodę w wieży ciśnień. Pojemność wybudowanego zbiornika musiała sprostać największemu, przewidywanemu rozchodu wody, zapas wody pokrywał całkowite zapotrzebowanie jej w ciągu przerwy pracy pomp. Przejście pomiędzy zbiornikiem, a ścianą zewnętrzną, posiadało co najmniej 0.6 m. szerokości.
Kolejowe wieże ciśnień posiadały najczęściej zbiorniki o układzie podwójnym. Spowodowane było to tym, że podczas wyłączenia pierwszego zbiornika np. w trakcie czyszczenia lub naprawy, drugi zbiornik mógł funkcjonować bez przeszkód. Pomieszczenia na zbiorniki były bardzo dobrze wentylowane. Na dachu wieży ciśnień montowane były wieżyczki wentylacyjne. Zima zbiorniki wodne były izolowane lub podgrzewane, aby wodą w nich nie zamarzła.
Kolejowe wieże ciśnień były projektowane według dokumentacji technicznej, najczęściej brano pod uwagę układ terenu przylegającego do stacji kolejowej oraz poziom zapotrzebowania na wodę. Wieża ciśnień wybudowana na stacji kolejowej, rzadko kiedy przekraczała wysokość 25 metrów. Zbiorniki wieżowe były wykonane z żelbetu lub ze stali, połączone nitami.
 |
| Drewniana, prowizoryczna wieża ciśnień, wybudowana w okresie I wojny światowej. |
Architektura wieży ciśnień
Styl neogotycki
Najczęściej spotykane w Polsce i Europie są wieże ciśnień wykonane z czerwonej cegły; nawiązujące do stylu neogotyckiego lub ogólnie do nurtu historyzującego, bardzo popularnego na przełomie XIX i XX wieku w centralnej części Europy. Tego typu konstrukcje budowlane imitują średniowieczne zamki lub baszty obronne. Do budowy używano oprócz wyżej wymienionej cegły kamienia polnego, który ociosany był wykorzystywany przy budowie fundamentalnej części wieży ciśnień - cokołu. Neogotyckie wieże ciśnień posiadają ostrołukowe, smukłe okna. Fryzy dekoracyjne wykonane z czerwonej cegły i ułożone w różnych kombinacjach i nachyleniach - główki, wozówki i podstawy. Najbardziej popularnym fryzem jest fryz arkadowy; składający się z małych ostrołukowych galeryjek. Detal akcentuje najczęściej gzyms pośredni między głowicą a trzonem ; nadając obiektowi charakter obronny w formie machikuł.
Czy zimą woda w zbiorniku wieży ciśnień zamarza ?
Oczywiście, że tak. Woda w zbiorniku mieszczącego się wewnątrz wieży podlega takim samym warunkom pogodowym, jakie panują na zewnątrz konstrukcji. W bardziej zimniejszych rejonach naszego globu wieże ciśnień wyposażone są dodatkowo w systemy grzewcze, a rury owijane są izolacją oraz aluminiowym płaszczem z watą. Wieże ciśnień posiadają również system grzewczy, gdzie grzałka wprowadza podgrzaną wodę lub parę do podstawy pionu. W obu przypadkach ciepło wznosi się do zbiornika, aby opóźnić zamarzanie.
Na powierzchni wody w zbiorniku tworzy się lód, w wielu przypadkach o grubości kilku centymetrów. Zwykle ta warstwa lodu unosi się na powierzchni, gdy poziom wody podnosi się i opada. Wiele razy lód zamarza na dachu lub górnych ścianach zbiornika i pozostaje tam, ponieważ poziom zmienia się pod spodem podczas codziennego użytkowania.
W bardziej umiarkowanym klimacie wewnątrz zbiornika instalowane są stalowe drabiny, a z dachu zwisają sondy kontrolujące pion i poziom wody. W chłodniejszym klimacie wszystkie wewnętrzne elementy wyposażenia należy pominąć, ponieważ warstwa lodu ma tendencję do ich wyrywania.
Spis polskich wież ciśnień :
Wieże ciśnień w województwie śląskim
Wieża ciśnień w Będzinie - została zbudowana w 1903 roku i jest wpisana do rejestru zabytków. Wieża ma wysokość 38 metrów i jest wykonana z czerwonej cegły.
Wieża ciśnień w Bieruniu - znajduje się na terenie Zakładów Tworzyw Sztucznych ERG. Została zbudowana w 1926 roku i jest wykonana z żelbetu. Wieża ma wysokość 30 metrów i mieści zbiornik o pojemności 1000 m sześciennych.
Wieża ciśnień w Borucinie - znajduje się na terenie dawnej posiadłości dworskiej. Została zbudowana w 1916 roku i jest wykonana z cegły. Wieża ma wysokość 25 metrów i mieści zbiornik o pojemności 500 m sześciennych.
Wieża ciśnień w Bieruniu - znajduje się na terenie Zakładów Tworzyw Sztucznych ERG. Została zbudowana w 1926 roku i jest wykonana z żelbetu. Wieża ma wysokość 30 metrów i mieści zbiornik o pojemności 1000 m sześciennych.
Wieża ciśnień w Boruszowicach - została wybudowana w roku 1929, na terenie nieczynnej już fabryki papieru. Wieża ciśnień rzutowana jest na planie kwadratu i w całości została wybudowana z czerwonej cegły.
Wieża ciśnień w Bielsku-Białej - była używana do dostarczania wody do miasta do 1990 roku. Obecnie jest wykorzystywana do celów kulturalnych i turystycznych. W wieży znajduje się restauracja i sala wystawowa. Wieża jest również wykorzystywana do organizacji imprez i koncertów.
Wieża ciśnień w Rydułtowach - obecnie miasto nie jest w posiadaniu tego typu budowli. Dawniej kolejowa wieża ciśnień, stała się ulicy Kolejowej. Została zbudowana w 1895 roku i była wykonana z cegły. Wieża miała wysokość 25 metrów i mieściła zbiornik o pojemności 500 m sześciennych.
Wieża ciśnień w Brynku - znajduje się przy ulicy Kolejowej. Została zbudowana w 1912 roku i jest wykonana z cegły. Wieża ma wysokość 25 metrów i mieści zbiornik o pojemności 500 m sześciennych.
Wieża ciśnień w Chełmie Śląskim - znajduje się w pobliżu stacji kolejowej w Chełmie Śląskim. Została zbudowana w 1945 roku według typowego projektu PKP. Wieża ma wysokość 30 metrów i dwa oddzielne zbiorniki na wodę o pojemności 1000 metrów sześciennych każdy.
Wieża ciśnień w Chorzowie - znajduje się przy ulicy Strzelców Bytomskich w Chorzowie. Została zbudowana w 1905 roku jako część kompleksu budynków Szpitala Spółki Brackiej. Wieża ma wysokość 42 metry i jest zbudowana z cegły. Ma cylindryczny kształt i jest zakończona stożkowym dachem.
Wieża ciśnień w Cieszynie - to zespół dwóch zbiorników ziemnych o pojemności 3200 metrów sześciennych, znajdujących się na wzniesieniu na terenie Parku Miejskiego w Cieszynie.
Wieża ciśnień w Dąbrowie Górniczej - to wieża ciśnień znajdująca się w dzielnicy Gołonóg. Została zbudowana w 1925 roku i jest wpisana do rejestru zabytków.
Wieża ciśnień w Gliwicach - znajduje się przy ulicy Sobieskiego 2 w Gliwicach. Została zbudowana w latach 1905-1908 i jest jedną z najstarszych i najbardziej znanych wież ciśnień w Polsce.
Wieża ciśnień w Herbach - znajdująca się na stacji kolejowej Herby Nowe. Została zbudowana w latach 30. XX wieku i jest wpisana do rejestru zabytków.
Wieża ciśnień w Jastrzębiu-Zdroju - to żelbetowa wieża ciśnień znajdująca się na terenie dzielnicy Zdrój, przy ul. Dworcowej. Została zbudowana w 1911 roku i jest wpisana do rejestru zabytków.
Wieża ciśnień w Jaworznie - znajduje się na terenie dawnej huty szkła w Szczakowej. Wieża została zbudowana w 1910 roku i jest wpisana do rejestru zabytków.
Wieża ciśnień w Katowicach - jedną z najsłynniejszych jest wieża ciśnień przy ulicy Piotra Skargi, która została wybudowana w 1908 roku. Wieża ma wysokość 30 metrów i mieści się na niej punkt widokowy, z którego roztacza się panoramiczny widok na miasto.
Wieża ciśnień w Kłomnicach - znajduje się na stacji kolejowej i jest wykorzystywana jako nastawnia. Druga wieża znajduje się na terenie dawnej fabryki i jest nieczynna.
Wieża ciśnień w Kochcicach - znajduje się w województwie śląskim, w powiecie lublinieckim, w gminie Kochanowice. Została wybudowana w 1909 roku na terenie dawnej gorzelni.
Wieża ciśnień w Koszęcinie - jest nieczynną wieżą ciśnień kolejową, która znajduje się w pobliżu stacji kolejowej w Koszecinie, w województwie śląskim, w Polsce. Została wybudowana w 1897 roku i jest wykonana z cegły.
Wieże ciśnień w Kozichgłowach - jedna z nich znajduje się przy ulicy Wolności i jest metalowa, a druga znajduje się przy ulicy Sportowej i jest ceglana.
Wieża ciśnień w Krzepicach - to wieża ciśnień kolejowa, która znajduje się w pobliżu stacji kolejowej w Krzepicach, w województwie śląskim, w Polsce.
Wieża ciśnień w Lipie - została wybudowana na początku XX wieku. Jest to budowla o wysokości 6 metrów, wykonana z cegły, na planie kwadratu.
Wieża ciśnień w Lublińcu - to wieża ciśnień, która znajduje się w mieście Lubliniec, w województwie śląskim, w Polsce. Została wybudowana w 1936 roku i jest wykonana z żelbetu i cegły.
Łaziska Górne wieża ciśnień - to żelbetowa wieża ciśnień z lat 20. XX wieku. Znajduje się w dzielnicy Łaziska Dolnych, na szczycie wzgórza. Wieża ma wysokość 32 metrów i jest widoczna z wielu punktów w mieście.
Wieża ciśnień w Łazach - jest nietypowa, ponieważ wygląda jak pięciokondygnacyjny biurowiec. Wieża została wybudowana w czasie II wojny światowej przez Niemców w ramach tzw. planu Otto.
Wieża ciśnień w Miasteczku Śląskim - to betonowa wieża na terenie Huty Cynku „Miasteczko Śląskie” S.A. Wieża ma wysokość 40 metrów i mieści na szczycie zbiornik wodny o pojemności 1000 metrów sześciennych.
Wieża ciśnień w Myszkowie - jest obiektem zabytkowym, wpisanym do rejestru zabytków pod numerem A/134/2022. Została wzniesiona w latach 1904-1905 według projektu inżyniera Karla Klimma.
Wieża ciśnień w Miedźnie - znajduje się we wsi Zawady, w powiecie kłobuckim. Jest to obiekt kolejowy, zbudowany na przełomie lat 20 i 30 XX wieku wraz z budową Magistrali Węglowej Śląsk - Porty.
Wieża ciśnień w Orzeszu - to nieczynny obiekt kolejowy, znajdujący się przy ulicy Dworcowej w Orzeszu. Został zbudowany w latach 20. XX wieku i wpisany do rejestru zabytków pod numerem A/207/2022.
Wieża ciśnień w Postaszowice - jest obiektem wodociągowym. Została zbudowana w 1958 roku i uruchomiona w 1965 roku.
Wieża ciśnień w Pszczynie - znajduje się przy ulicy Kilińskiego w Pszczynie, w województwie śląskim. Została zbudowana w latach 1927-1928, a przebudowana w latach 2006-2010.
Wieża ciśnień w Pszowie - znajduje się na osiedlu Grunwaldzkim w Pszowie, w województwie śląskim.
Wieża ciśnień w Raciborzu - znajduje się w centrum miasta, przy ulicy Starowiejskiej. Została zbudowana w latach 1933-1936 i służyła do dostarczania wody mieszkańcom miasta.
Wieża ciśnień w Rudzie Śląskiej - jest bardzo znany obiekt, "Wieża Ciśnień im. Józefa Wybickiego".
Wieża ciśnień w Rudach - obiekt mieści się na stacji kolejowej.
Wieża ciśnień w Rybniku - jest jednym z najbardziej charakterystycznych zabytków miasta. Zbudowana została w 1898 roku i służyła do dostarczania wody do szpitala psychiatrycznego.
Wieża ciśnień w Sierakowie - jest wieżą ciśnień o konstrukcji żelbetowej, zbudowaną w 1927 r. Jest to wieża cylindryczna o wysokości 32 metrów i średnicy 12 metrów.
Wieża ciśnień w Skoczowie - to obiekt wodociągowy zbudowany w 1908 roku. Znajduje się ona w północnej części miasta, przy ulicy 3 Maja.
Wieża ciśnień w Sosnowcu - to obiekt wodociągowy zbudowany w latach 60. XX wieku.
Linki :
Wieże ciśnień - zabawne zdjęcia
 |
| Kingsland - water tower / źródło: www.arkansasonline.com |
