Wieża ciśnień - zasada działania - budowa - schemat - przeznaczenie

Wieża Ciśnień - do czego służy ?

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.

Wieża ciśnień - zasada działania - budowa - schemat - przeznaczenie
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

Wieża ciśnień nie jest wymysłem naszych czasów. Już od czasów starożytnego Rzymu powstawały akwedukty, które na zasadach grawitacji zaopatrywały miasta w świeżą wodę pochodzącą z górskich potoków. Góry są świetną analogią przedstawiającą schemat działania wieży ciśnień. Rozkwit budowania wież ciśnień przypadł na przełom XIX i XX wieku. W tym okresie wieże ciśnień służyły do magazynowania wody na obszarach miejskich, przemysłowych, a także ważną role pełniły w infrastrukturze kolejowej ; zaopatrując lokomotywy oraz nieruchomości w wodę.

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
  • Zbiornik o zaokrąglonej podstawie
  • Zbiornik typu Intze
  • Zbiornik typu Intze z cylindrem wewnętrznym
  • Zbiornik typu Intze 2
  • Zbiornik Barkhausena
  • Zbiornik typu Klönne
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.

Filtry

System filtrowania i oczyszczania wody

Przepompownia 

Obiekt najczęściej zlokalizowany w bliskim położeniu od wieży ciśnień. Przepompownia odpowiedzialna jest za sterowanie poprzez zawory cieczą w całym układzie hydraulicznym.

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.


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.

Naturalna wieża ciśnień

Można sobie wyobrazić, że największe wieże ciśnień nie zostały zbudowane przez ludzi, ale przez naturę. Mam na myśli szczyty górskie, przez które strumienie słodkiej wody płyną zgodnie z prawami grawitacji w kierunku dolin i nizin. 

Pokrywy lodowe na szczytach gór gromadzą ogromne ilości wody przez większość dni w roku, aby w ciepłe letnie dni stopić się pod wpływem słońca i zasilić cały obieg wody w przyrodzie. Natura jest potężna, człowiek poznaje jej prawa, by później wykorzystać swoją wiedzę w wysublimowanych i funkcjonalnych konstrukcjach. 

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.

Wieże ciśnień w Polsce

Wieże ciśnień woj. opolskie

Wieże ciśnień z woj. śląskiego

Wieże ciśnień z woj. mazowieckiego