vakuumska kanalizacija, predstavitev in …

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO

Rok Sagadin

VAKUUMSKA KANALIZACIJA, PREDSTAVITEV IN UTEMELJITEV

ODLOČITVE O IZBIRI

Diplomsko delo

Hajdoše, junij 2013

I

FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO

Smetanova ulica 17

2000 Maribor, Slovenija

www.fg.um.si

Diplomsko delo visokošolskega študijskega programa

VAKUUMSKA KANALIZACIJA, PREDSTAVITEV IN UTEMELJITEV

ODLOČITVE O IZBIRI

Študent: Rok Sagadin

Študijski program: visokošolski, Gradbeništvo

Smer: Prometno-hidrotehnična

Mentor: viš. pred. Matjaž Nekrep Perc, univ. dipl. inž. grad.

Somentor:

Lektorica:

izr. prof. dr. Bojan Žlender, univ. dipl. inž. grad.

Jasna Medved, prof. slovenščine

Maribor, junij 2013

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju višjemu predavatelju

Matjažu Nekrepu Percu za vso strokovno pomoč

in vodenje pri izdelavi diplomskega dela ter

somentorju izr. prof. dr. Bojanu Žlendru.

Zahvala gre tudi Cestnemu podjetju Ptuj ter

njegovim zaposlenim, ki so mi pomagali s

strokovnimi nasveti iz prakse.

Posebej bi se rad zahvalil staršem, ki so mi

omogočili študij, ter bratu in punci, ki sta mi

stala ob strani v času študija in pisanja

diplomskega dela.

IV

VAKUUMSKA KANALIZACIJA, PREDSTAVITEV IN UTEMELJITEV ODLOČITVE O IZBIRI

Ključne besede: vakuumska kanalizacija, cevovod, odvodnjavanje, stroški. UDK: 696.136(043.2)

Povzetek

Diplomsko delo predstavi vakuumsko kanalizacijo primerjalno z drugimi sistemi. V

nalogi so predstavljeni vsi parametri, ki jih mora upoštevati investitor pri sprejemanju

odločitve o izbiri sistema odvodnjavanja odplak. V zamišljenem projektu je z uporabo

predpisa ATV-DVWK-116 in standarda EN 1091 dimenzioniran celotni sistem

vakuumske kanalizacije. Zaradi plitvih izkopov in velikih prometnih obtežb je obdelana

problematika temeljenja in nasipov cevi z uporabo predpisa ATV-DVWK-A127. Na

osnovi projekta, predstavljenega v nalogi, je obdelana primerjava gradbenih stroškov,

stroškov obratovanja in stroškov vzdrževanja med vakuumskim in gravitacijskim

sistemom.

V

VACUUM SEWER, PRESENTATION AND JUSTIFICATION OF

THE SELECTION DECISION

Key words: vacuum sewer, pipe line, water outflow, costs.

UDK: 696.136(043.2)

Abstract The diploma work presents the vacuum canalization system compared to other systems.

It presents all parameters that should be considered by the investor when making

decisions about choosing the wastewater system. In the conceived project, applying the

regulation ATV-DVWK-116 and the standard EN 1091, the complete vacuum

canalization system has been dimensioned. Because of shallow excavations and heavy

traffic loads the problem of foundation and the earth covering of pipes has been settled

by using the regulation ATV-DVWK-A127. On the basis of the project presented in the

diploma work the comparison of building, operating and maintenance costs between the

vacuum and gravitation system has been made.

VI

VSEBINA

1 UVOD ...................................................................................................................... 1

2 ZGODOVINSKI RAZVOJ VAKUUMSKE KANALIZACIJE ........................ 2

3 PREDSTAVITEV SISTEMA VAKUUMSKE KANALIZACIJE ..................... 5

3.1 PREDSTAVITEV DELOVANJA IN UPORABE VAKUUMSKE KANALIZACIJE .............. 5

3.2 SESTAVNI DELI VAKUUMSKE KANALIZACIJE ...................................................... 8

3.2.1 Vakuumski priključni jašek ........................................................................... 8

3.2.2 Vakuumsko cevovodno omrežje .................................................................. 10

3.2.3 Vakuumska postaja ..................................................................................... 11

3.2.4 Monitoring .................................................................................................. 12

4 IZGRADNJA VAKUUMSKE KANALIZACIJE V NASELJU A IN B ......... 13

4.1 DIMENZIONIRANJE VAKUUMSKEGA CEVOVODA IN VAKUUMSKE POSTAJE ....... 13

4.1.1 Tehnično poročilo ....................................................................................... 13

4.1.2 Dimenzioniranje podtlačnega cevovoda .................................................... 14

4.1.3 Dimenzioniranje vakuumske postaje .......................................................... 19

4.2 IZVEDBA .......................................................................................................... 26

4.2.1 Izkopi in zasipi ............................................................................................ 26

4.2.2 Cevi vakuumskega omrežja ........................................................................ 26

4.2.3 Vakuumski priključni jaški.......................................................................... 27

4.3 UPORABA NEMŠKIH PREDPISOV ATV-DVWK-A 127E ................................... 28

4.3.1 Splošno o standardu ATV-DVWK-A 127 E ................................................ 28

4.3.2 Vrste zemljin ............................................................................................... 28

4.3.3 Izvedba posteljice in zasip jarka ................................................................. 30

4.3.4 Deformacijski moduli ................................................................................. 31

4.3.5 Srednja vertikalna napetost tal v višini temena cevi (��) .......................... 34

4.3.6 Prometne obtežbe ....................................................................................... 37

5 PRIMERJAVA STROŠKOV IZGRADNJE, OBRATOVANJA IN

VZDRŽEVANJA VAKUUMSKE IN GRAVITACIJSKE KANALIZACIJE ....... 41

VII

5.1 ZNAČILNOSTI POSAMEZNIH KANALIZACIJSKIH SISTEMOV ................................ 41

5.2 PRIMERJAVA STROŠKOV IZGRADNJE ................................................................ 43

5.3 PRIMERJAVA STROŠKOV VZDRŽEVANJA IN OBRATOVANJA .............................. 48

6 ZAKLJUČNE UGOTOVITVE ........................................................................... 53

7 LITERATURA ..................................................................................................... 55

8 PRILOGE .............................................................................................................. 56

8.1 SEZNAM SLIK ................................................................................................... 56

8.2 SEZNAM TABEL ................................................................................................ 57

8.3 NASLOV ŠTUDENTA ......................................................................................... 57

8.4 KRATEK ŽIVLJENJEPIS...................................................................................... 58

8.5 NAČRTI ............................................................................................................ 58

Vakuumska kanalizacija, predstavitev in utemeljitev odločitve o izbiri Stran 1

1 UVOD

Oskrba z vodo je primarnega pomena za ustvarjanje kvalitetnega življenja vseh živih bitij

na zemlji. Vzporedno z oskrbo z vodo pa se postavljata tudi potreba in zahteva po

pravilnem in ekološko nespornem odvajanju ter čiščenju odplak.

Namen diplomskega dela je predstavitev enega od sistemov za odvajanje odplak –

vakuumske kanalizacije in s primerjavo stroškov gradnje, obratovanja in vzdrževanja

vakuumske kanalizacije s stroški gradnje, obratovanja in vzdrževanja gravitacijske

kanalizacije omogočiti pravilno odločitev o izbiri sistemov.

Vakuumska kanalizacija je kljub dolgoletni zgodovini in uporabi v Evropi in Ameriki v

Sloveniji manj znana. Iz predrimskih časov pa do danes so prevladovali gravitacijski

sistemi, ki pa jih v zadnjih desetletjih uspešno nadomeščajo in dopolnjujejo sistemi tlačne

kanalizacije in sistemi vakuumske kanalizacije.

Diplomsko delo je sestavljeno iz šestih delov. Na začetku je iz različnih virov povzeta

kratka zgodovina razvoja vakuumske kanalizacije. Sledi predstavitev sistema in delovanja

vakuumske kanalizacije. Na izmišljenih oz. približno določenih parametrih naselij A in B

je obdelan projektni pristop za dimenzioniranje glavnih delov sistema: dimenzioniranje

vakuumskega cevovoda in dimenzioniranje vakuumske postaje. Obdelana so navodila za

izvedbo – gradnjo z zahtevami, ki jih določajo predpisi in standardi. Ker gre za cevovodno

omrežje, ki je položeno v plitvih jarkih, kjer imajo prometne obtežbe velik vpliv na

obremenitev cevi, so v nalogi posebej obdelani vgradnja in zasipi cevi z zemljino z

uporabo predpisov ATV-DVWK-A127E.

Zaradi še vedno prisotnih dvomov, kaj je boljše in kaj bolj stroškovno sprejemljivo, je v

zadnjem poglavju obdelana primerjava stroškov izgradnje, obratovanja in vzdrževanja

gravitacijske kanalizacije in vakuumske kanalizacije.

V zaključnih ugotovitvah so povzetki tehničnih in ekonomskih primerjav obeh sistemov.


2 ZGODOVINSKI RAZVOJ VAKUUMSKE KANALIZACIJE

Odvajanje odpadnih voda je ob vodooskrbi velikega pomena za ustvarjanje ustreznega

življenjskega okolja. Zahteva po odvodnjavanju odpadnih voda se je pojavila z nastankom

prvih večjih naselij in mest, ki so za vzdrževanje higiene in za preprečevanje bolezni

morale odvajati odplake izven mest, in sega v davno zgodovino, v čase pred našim štetjem.

Pojavili so se prvi kanalizacijski sistemi; najbolj znani iz časov rimskega imperija. Odprte

jarke so zamenjali podzemni kanali, zidani iz kamna in opeke, ki so se ponekod ohranili

vse do konca 19. stoletja.

Klasični gravitacijski sistemi, ki prevladujejo v svetu, pa so težko izvedljivi na velikih

ravninskih območjih in območjih z visoko podtalnico, zato ni naključje, da so se s tem

problemom prvič soočili na Nizozemskem. Nizozemski inženir LIERNUR je razvil in leta

1866 patentiral vakuumski način odstranjevanja odpadnih vod. Sistem vakuumskega

odvodnjavanja odpadnih vod je bil prvič preizkušen v nizozemskem mestu Harlem. V 90.

letih 19. stoletja so bili vakuumski (podtlačni) kanalizacijski sistemi zgrajeni v

Amsterdamu, Pragi, nemškem Hanauu, angleškem Stanstedu in drugod v Evropi. Obstajajo

tudi podatki o uporabi podobnih sistemov v Severni Ameriki, kjer je bil leta 1888

uporabljen sistem odvodnjavanja s podtlakom. Naprave iz časov g. Liernurja niso več

ohranjene. Še vedno pa delujejo naprave iz dvajsetih let preteklega stoletja, ki so jih

zgradili njegovi učenci in nasledniki.

Najstarejša fotografija prve vakuumske (podtlačne) kanalizacije, ki je bila zgrajena v

Amsterdamu leta 1873, prikazuje nekatere elemente, ki se uporabljajo še danes (podtlačna

posoda, vertikalni prehodi itd. ) (Slika 2.1). Prvi vakuumski sistemi so bili zaradi uporabe

takratnih materialov (lite cevi, gus) dragi za izvajanje in vzdrževanje.

Velik razvoj in uporaba vakuumskih sistemov za odvajanje odpadnih vod se začne s

patentom švedskega inženirja Liliendahla iz leta 1956. Podobno kot pri Liernurjevem

sistemu je tudi Liliendahl uporabil sifone, v katerih se zlivajo manjše količine odpadnih

vod, ki jih nato zračni mehurji v obliki tekočinskih zamaškov odvajajo skozi omrežje.


Liliendahl je svoj patent prodal leta 1968 švedski firmi Elektolux, ki ga je razvijala in

uporabljala v glavnem na vlakih, ladjah in letalih. Patent Liliendahla in sistem, ki ga je

razvil Elektolux, je leta 1985 prevzela švedska firma Ifö Sanitär AB in ga pod trgovskim

imenom »Evac« priredila tudi za komunalno uporabo. Leta 1990 je podjetje D.G.Quatfas

nadaljevalo z razvojem in prodajo sistema, ki je danes poznan pod imenom QUA-VAC

oziroma VACUFLOW in uporabljen v številnih državah v Evropi in drugod.

Slika 2.1: Prva podtlačna (vakuumska) kanalizacija, zgrajena v Amsterdamu. [6]

V Ameriki je podjetje Airvac leta 1970 razvilo in patentiralo polaganje podtlačnih

cevovodov v obliki "žagastega profila" (sifoni) ter razvilo nov 3-colski (76,2 mm) batni

ventil. To je pri optimalnih pogojih omogočilo zbiranje komunalnih odplak na razdaljah do

3 km. Leta 1978 je nemško podjetje Roediger na podlagi švedskih izkušenj začelo razvijati

vakuumski način odvajanja odplak. Za razliko od Airvac-a so izumili membranski ventil,

ki ga uporabljajo še danes.

Vzporedno z razvojem podtlačnega odvajanja odplak so se razvijali tudi monitoringi za

spremljanje delovanja sistemov (štetje ciklov in javljanje napak).[5,6]


Danes je na svetu le nekaj velikih sistemov, ki se ukvarjajo z razvojem in proizvodnjo

podtlačne kanalizacije. Bistvena razlika je v uporabi vakuumskih ventilov: batni ventil

(Airvac, Quavac, Flovac in japonski Iseki) ali membranski ventil (Roediger).

V Sloveniji so se v preteklosti uporabljali izključno gravitacijski ali težnostni

kanalizacijski sistemi, danes pa se v vse večjem obsegu pojavljajo predvsem za transport

odplak po terenu z neustrezno konfiguracijo (ravnina, podtalnica, skalnat teren) tlačni in

podtlačni sistemi. Prva podtlačna kanalizacija v Sloveniji je bila zgrajena v industrijsko-

obrtni coni v Logatcu in je pričela obratovati leta 2004.

Kljub številnim študijam o primernosti izgradnje in uporabe vakuumske kanalizacije z

vidika nižjih stroškov izgradnje in obratovanja ter boljših tehničnih rešitev pa si je

vakuumska kanalizacija s težavo ustvarila pot.

Eden od večjih sistemov vakuumske kanalizacije je bil po fazah zgrajen v obdobju 2005–

2008 v Občini Dornava, in sicer za vasi Dornava in Mezgovci. Pred oddajo del je bilo

dokazano, da je za 20 % cenejši od že projektiranega gravitacijskega sistema. Uporabljena

je bila tehnologija Airvac.

V okviru projekta "Zaščita podtalnice Dravskega in Ptujskega polja" so bili na Dravskem

in Ptujskem polju v obdobju 2004–2013 zgrajeni kombinirani kanalizacijski sistemi

(gravitacija, tlačni vodi, podtlačni vodi) v Občini Dornava (Airvac), Občini Gorišnica

(Roevac), Občini Kidričevo (Roevac), v pripravi pa je izgradnja novih vakuumskih

kanalizacij v Občini Kidričevo (Roevac) in Občini Trnovska vas, v naselju Biš (Quavac).


3 PREDSTAVITEV SISTEMA VAKUUMSKE KANALIZACIJE

Vakuumska kanalizacija je v svetu poznana že več kot 100 let. Šele zadnjih 25 let pa lahko

govorimo o sodobnih sistemih vakuumske kanalizacije, ki po obsegu in tehnični

dovršenosti uspešno nadomeščajo klasične gravitacijske sisteme.

3.1 Predstavitev delovanja in uporabe vakuumske kanalizacije

Uporaba vakuumske kanalizacije je primerna v naslednjih primerih:

– na območjih z visoko podtalnico;

– na ravninskih predelih;

– na območjih z nekvalitetnimi, slabo nosilnimi tlemi (npr. močvirje);

– na skalnatih terenih;

– na terenih, kjer je v zemlji položenih že mnogo drugih komunalnih vodov

(vodovod, ptt, n.n.o., CATV, plin, itd.);

– na območjih z redko poseljenostjo;

– na območjih z visokimi zahtevami za zaščito okolja (npr. zaščita podtalnice);

– pri občasno obremenjenih kanalizacijskih sistemih …

Glavna prednost vakuumske kanalizacije v primerjavi z gravitacijsko pa je uporaba cevi

malih premerov (od 90 mm do največ 250 mm) in plitvo polaganje (izven zmrzlinskega

območja, t.j. od 90 cm do 140 cm globine). [5,6]


Zelo pregleden prikaz primerjave prednosti vakuumske kanalizacije pred gravitacijsko je

prikazan na sliki 3.1.

Slika 3.1: Primerjava vakuumske in gravitacijske kanalizacije (privzeto po: Alpha project)


Delovanje vakuumske kanalizacije temelji na razliki med atmosferskim tlakom in

vakuumom v vakuumskem sistemu. Glavni deli vakuumske kanalizacije so:

– vakuumska (podtlačna) postaja, v kateri se nahajajo vakuumski rezervoarji,

vakuumske črpalke, tlačne črpalke za odvod odplak iz vakuumskih rezervoarjev,

merilna in upravljalna tehnika ter pomožni vir energije (električni generator);

– vakuumski priključni jaški, v katerih je vgrajen vakuumski ventil;

– vakuumsko cevovodno omrežje z vertikalnimi (žagastimi) prehodi (skoki).

Slika 3.2: Shematski prikaz vakuumske kanalizacije [4]

Atmosferski tlak v vakuumskem priključnem jašku potiska odplake v vakuumske

cevovode in vakuumski rezervoar. Vakuumske črpalke izsesavajo zrak iz vakuumskih

rezervoarjev, na katere so priključeni vakuumski cevovodi. Te črpalke proizvajajo podtlak

od 30 do 40 kPa (od 0,3 do 0,4 bara). Podtlak se po vakuumskih cevovodih širi do

vakuumskega priključnega jaška – hišnega priključka. V vakuumskem priključnem jašku

je montiran vakuumski ventil, ki deluje avtomatsko. Ko se v vakuumskem jašku nabere

določena količina odplak, ki se po gravitacijski hišni kanalizacije stekajo v jašek, se


vakuumski ventil avtomatsko odpre in odpadne vode se izsesajo v vakuumski cevovod. S

pomočjo mehaničnega (plovec) ali pnevmatskega mehanizma se usklajujejo cikli odpiranja

– zapiranja ventila. Za odplakami vdre v vakuumski cevovod tudi določena količina zraka

z atmosferskim pritiskom, ki potiska odplake po cevovodu. [4,5,6]

Slika 3.3: Shema vakuumskega sistema [6]

3.2 Sestavni deli vakuumske kanalizacije

3.2.1 Vakuumski priključni jašek

Vakuumski priključni jašek predstavlja stičišče med gravitacijskim hišnim priključkom in

vakuumskim cevovodnim omrežjem. Dovodna cev, ki po gravitacijskem principu odvaja

odplake, je običajno premera DN 150, lahko pa tudi DN 200 ali izjemoma tudi DN 250.

Priključi se na retencijsko vertikalno posodo (Roediger) ali direktno na vakuumski jašek

(Airvac in Quavac). Zaradi hitrega izsesavanja odplak iz retencijske posode oz.


vakuumskega jaška se lahko pojavi podtlak v hišni kanalizaciji, zato mora biti ta dobro

zračena (slika 3.4).

Slika 3.4: Prikaz odzračevanja hišne kanalizacije [8]

V vakuumskem priključnem jašku, ki je narejen iz odpornega plastičnega materiala, so

nameščeni avtomatski pnevmatski ventil, sesalnik, vakuumski in zračni cevovod ter

instalacija za priklop monitoringa. V evropski in slovenski praksi sta v uporabi

membranski ventil (Roediger-Roevac) in batni ventil (Airvac, Quavac, Iseki). Razen

različnih vakuumskih ventilov pa je bistvena razlika med jaški ta, da se v Roevac-ovem

sistemu nahajajo odplake v kanalizaciji in retencijski posodi in torej ne morejo poplaviti

notranjosti jaška, pri Airvac-ovem (tudi Quavac in Iseki) pa se odplake nahajajo v jašku in

v primeru okvare na sistemu (izpad elektrike v podtlačni postaji) poplavijo jašek nad

predvidenim nivojem ter zalijejo vakuumski ventil in senzor monitoringa. Vendar vsi

proizvajalci batnih ventilov zagotavljajo, da ventil deluje tudi, ko je poplavljen.

Slika 3.5: Jašek z batnim ali membranskim ventilom [8]


Vakuumski ventil je stik gravitacijskega hišnega priključka z vakuumskim cevovodnim

omrežjem. V Evropi pa tudi v Sloveniji so zastopani trije vakuumski sistemi: Roevac, ki

uporablja membranski ventil, ter Airvac in Quavac, ki uporabljata batni ventil. Vzporedne

meritve delovanja 2,5" membranskega ventila in 3" batnega ventila dajejo prednost

Roevac-ovemu membranskemu ventilu. Plasma enega ali drugega ventila in s tem tudi

celotnega sistema pa je ob možnem dokazovanju prednosti in pomanjkljivosti v domeni

investitorjev.

Slika 3.6: Vakuumski ventili proizvajalcev Airvac, Iseki, Roevac [6]

Oba ventila, membranski in batni, delujeta avtomatsko in ne potrebujeta dodatne energije.

Pri Roevac-ovemu in Airvac-ovemu ventilu krmilniki odpirajo in zapirajo vakuum v

odvisnosti od nivoja odplake v jašku, pri Quavac-ovemu pa mehanski plovek. [4,6,8]

3.2.2 Vakuumsko cevovodno omrežje

Vakuumsko cevovodno omrežje predstavljajo vakuumski cevovodi, ki so položeni žagasto

(Slika 3.7). Dolgi odseki cevovoda (do 160 m) z minimalnim padcem 0,2 % so prekinjeni s

kratkimi, strmimi dvigi (lifti), visokimi do 30 cm.

Dolžina dolgih odsekov in pogostost liftov sta odvisni od konfiguracije terena, ovir,

zaželene globine izkopov, višine podtalnice itd. Sam cevni sistem ni zahteven za

temeljenje, saj dodatni nekontrolirani delni posedki ne ogrožajo delovanja celotnega

sistema. Uporabljajo se cevi premera 75 mm do 90 mm za stranske odcepe, za glavne

zbiralne cevovode pa od 110 mm do 250 mm. Praviloma se uporabljajo PHD cevi SRD 17,

PE 100 ali P 80 (PH≥6), ki se varijo z elektro spojkami. Sistem deluje ciklično. Ko so

ventili zaprti, se odplake scejajo proti najnižji točki in zalijejo "lift".


Ko se vakuumski ventil odpre, prične v omrežje uhajati zrak z normalnim zračnim

pritiskom, ki potisne "vodne zamaške", ki so se nabrali pri liftih, v smeri vakuumske

postaje. Voda (odplake) in zrak se turbolentno pomešata in zapolnita celotni presek cevi,

kar prepreči odlaganje trdih delcev v ceveh. [4,6,8]

Slika 3.7: Žagasto polaganje [4]

Slika 3.8: Delovanje "liftov" [4]

3.2.3 Vakuumska postaja

Vakuumska postaja je srce celotnega sistema. Tu nastaja podtlak, ki se širi po celotnem

omrežju do vakuumskih priključnih jaškov, sem pa se v obratni smeri "sesajo" odplake.

Postajo lociramo praviloma na najnižji točki omrežja in čim bližje čistilni napravi ali

izpustu v gravitacijsko kanalizacijo. S tem skrajšamo dolžine tlačnih vodov za odvod

odplak iz vakuumske postaje (vakuumske posode). Glavni elementi vakuumske postaje so:


vakuumske črpalke, vakuumska posoda, tlačne črpalke za odpadne vode, pomožni vir

energije, monitoring. V vakuumski postaji je vakuumsko cevovodno omrežje priključeno

na vakuumsko posodo, v kateri vakuumske črpalke ustvarjajo podtlak. Tlak v tlačni posodi

znaša od 0,6 do 0,7 bara (60kPa-70 kPa).

Med različnimi načini projektiranja izvedbe vakuumske postaje prevladujeta dva: z

vkopano podtlačno posodo in s posodo v objektu vakuumske postaje (mokra in suha

izvedba).

Slika 3.9: Podtlačna postaja v "mokri in suhi izvedbi" [8]

Izvedba z vakuumsko posodo v objektu je mogoče z vidika stroškov gradnje dražja,

nedvomno pa je enostavnejša z vidika vzdrževanja, saj so vsi elementi dostopni.

Vakuumska postaja je edini objekt v vakuumskem kanalizacijskem sistemu, ki potrebuje

električni priključek. Za nemoteno delovanje je smiselno zagotoviti tudi pomožni vir

električne energije (električni agregat s pogonom na diesel). Zrak iz vakuumskih črpalk

odvajamo preko biofiltrov, ki se nahajajo ob vakuumski postaji.[4,6,8]

3.2.4 Monitoring

Motnje, ki se lahko pojavijo pri obratovanju vakuumske kanalizacije, zahtevajo obsežno pa

tudi dolgotrajno iskanje okvare, v katerega se mora vključiti večje število delavcev. Z

uvedbo monitoringa uspešno nadziramo delovanje sistema in hitro ter natančno lociramo

okvare. Z monitoringom spremljamo delovanje vsakega ventila v omrežju. Kljub očitnim

prednostim monitoringa pa nekateri proizvajalci opreme za vakuumsko kanalizacijo

ponujajo sistem brez monitoringa. To utemeljujejo z delovanjem številnih vakuumskih

omrežij, ki nimajo monitoringa (npr. Quavac v okolici in v Amsterdamu). [4,5]


4 IZGRADNJA VAKUUMSKE KANALIZACIJE V NASELJU A IN B

4.1 Dimenzioniranje vakuumskega cevovoda in vakuumske postaje

V diplomski nalogi je obravnavano in obdelano dimenzioniranje vakuumskega cevovoda

in vakuumske postaje v naseljih A in B. Izhodiščni podatki, število prebivalcev in dolžine

cevovodov so izmišljeni oziroma približno določeni s pomočjo situacijskega načrta, ki je

vrisan na ortofoto posnetku dveh vasi na Dravskem polju (priloga 1). V nalogi niso bili

uporabljeni nobeni podatki in izračuni iz tehnične dokumentacije delno že izvedene

kanalizacije v obeh vaseh.

4.1.1 Tehnično poročilo

Naselji A in B ležita na ravninskem predelu z visoko podtalnico. Potek vakuumskih

cevovodov in lokacija vakuumske postaje sta prikazana v situacijskem načrtu (priloga 1 in

2) in v karakterističnem vzdolžnem profilu (priloga 3 in 4). Vakuumska postaja je locirana

centralno tako, da so dolžine glavnih vej cevovodov v mejah dopustnih in v neposredni

bližini zamišljene čistilne naprave, ki je locirana ob potoku, ki teče južno od naselij. Na

sistem se smejo priključiti le komunalne odplake. To pomeni, da se na sistem ne smejo

priključiti padavinske vode, kmetijske odplake (gnojevka) in tehnološke odplake.

Povsod, kjer so višinske razlike to omogočale, so hišni priključki združeni in gravitacijsko

vodeni do vakuumskega priključnega jaška (praviloma tri hiše na en vakuumski priključni

jašek). Označevanje dolžin (stacionaža) se začne pri najbolj oddaljenem hišnem

priključnem jašku in narašča do vakuumske postaje ali do priključka na glavno vejo.

Dimenzioniranje (projektiranje) je izvedeno po standardu EN 1091 (Vakuumski

kanalizacijski sistemi zunaj stavb) in smernicah ATV-DVWK-A 116. Sistem je projektiran


za 1333 EE (ekvivalentnih enot). Skupna dolžina cevovoda je 7312 m, brez upoštevanja

priključkov od vakuumskega priključnega jaška na vakuumski cevovod.

Veja 1: �� = 2225; � = 398 prebivalcev



4.1.2 Dimenzioniranje podtlačnega cevovoda

Naselji A in B sta izrazito ruralni naselji, zato ni pričakovati večjega porasta števila

prebivalcev. Predvidena je 0,5 % rast prebivalstva za projektno dobo 30 let.

Veja 1:

� = � × (1 + 0,01 × �)� (4.1)

�� = 398 × (1 + 0,01 × 0,5)��

�� = 398 × 1,005�� = 462 prebivalcev

Veja 2:

� = � × (1 + 0,01 × �)�

�� = 434 × (1 + 0,01 × 0,5)��

�� = 434 × 1,005�� = 504 prebivalcev

Veja 3:

� = � × (1 + 0,01 × �)�

�� = 316 × (1 + 0,01 × 0,5)��

�� = 316 × 1,005�� = 367 prebivalcev

n…projektna doba

�… št. prebivalcev konec projektne dobe


Izračun količine odplak :

Količina odplak je izračunana po smernicah predpisa ATV-DVWK-A 116. Upoštevamo

samo komunalne odplake iz hišnih priključkov, saj po omenjenih smernicah tujih vod

(npr. vdor podtalnice v omrežje) ni potrebno upoštevati. Pogoj pa je, da je omrežje v

celotni dolžini, in sicer od hišnega priključnega jaška do vakuumske postaje, izvedeno

vodotesno.

��,� = ∑(! × !�,�) (4.2)

��,� = "(! × 0,005 � × #)

��,� = "(( 462 + 504 + 367) × 0,005)

��,� = 6,67 �#

��,�… količina odpadne vode na sekundo

EW… vsota prebivalcev (EE), ki so priključeni na vakuumsko postajo

!�,�… količina odplak, ki jo porabi en prebivalec na dan

S pomočjo tabele iz ATV–DVWK-A 116 določimo srednje razmerje med zrakom in

odpadno vodo.

Dolžina glavne veje Faktor f ( število prebivalcev na tekoči meter omrežja ) 0,05 EE/m 0,1 EE/m 0,2 EE/m 0,5 EE/m Razmerje zrak/odpadna voda

500 m 3,5-7 3-6 2,5-5 2-5 1000 m 4-8 3,5-7 3-6 2,5-5 1500 m 5-9 4-8 3,5-7 3-6 3000 m 6-10 5-9 4-8 3,5-7 4000 m 7-12 6-10 5-9 4-8

8-15 7-12 6-10 (5-9)* *posebni primeri

Tabela 4.1: Določanje razmerja zrak/voda [1]


Pri določevanju srednjega razmerja zrak/odpadna voda je upoštevano, da so vrednosti

največje na začetku posamezne veje, proti vakuumski postaji pa ta razmerja padajo.

Določitev faktorja f (število prebivalcev na tekoči meter omrežja) in razmerja

zrak/odpadna voda:

Dolžina veje [m] število EE faktor f [ EE/m ] razmerje zrak/odpadna Veja 1 2225 462 0,20 4-8 Veja 1,1 432 79 0,18 2,5-5 Veja 1,2 125 24 0,19 2,5-5 Veja 2 2724 504 0,19 5-9 Veja 2,1 473 78 0,16 2,5-5 Veja 2,2 745 129 0,17 3-6 Veja 2,3 237 55 0,23 2,5-5 Veja 3 2363 367 0,16 4-8 Veja 3,1 245 20 0,08 3-6 Veja 3,2 209 39 0,19 2,5-5 Veja 3,3 287 63 0,22 2,5-5

Tabela 4.2: Določitev faktorja f in razmerja zrak/odpadna voda [1]

Določitev nazivnih premerov cevovoda:

Za določitev nazivnih premerov cevovoda uporabimo tabelo iz ATV-DVWK-A 116.

Srednje razmerje zrak/od.voda

Nazivni premer cevi

DN 65 DN 80 DN 100 DN 125 DN 150 DN 200 DN 250*

Število prebivalcev, ki gravitirajo na kanal 2 0-110 0-350 250-600 350-900 500-1400 750-2100 1100-3000

4 0-65 0-200 135-340 300-800 300-800 400-1200 600-1650

6 0-45 0-140 95-240 200-550 200-550 300-820 400-1150

8 0-35 0-105 75-185 150-425 150-425 220-625 300-850

10 0-30 0-85 60-150 120-340 120-340 175-500 250-700

12 0-25 0-75 50-125 100-290 100-290 150-425 200-600 *v posebnih primerih

Tabela 4.3: Določevanje premerov cevi vakuumskega cevovoda [1]


Premer cevi je odvisen od števila priključnih enot, torej od količine odplak in od razmerja

zrak/odpadna voda. Ker bo vgrajen 3" ventil, so v izogib zožitvam uporabljene cevi DN 90

in večje.

Veja 1:

$ = 462 2225 = 0,20⁄ � iz tabele 4.1: zrak/odpadna voda 4-8

ODSEK Σ &'()* (+,-.(*/ (0)')Č 2 ZRAK/VODA Øtabela Øizbran

451 451 94 0 0 94 8 100 110 789 1240 187 103 94 384 6 150 160 428 1668 78 0 384 462 4 200 225

Veja 1,1:

$ = 79 432⁄ = 0,18 � iz tabele 4.1: zrak/odpadna voda 2,5-5 (izberemo 4) � Ø90 (tabela 2: Ø80)

Veja 1,2:

$ = 14 125 = 0,19⁄ � iz tabele 4.1: zrak/odpadna voda 2,5-5 (izberemo 4) � Ø90 (tabela 2: Ø80)

Veja 2:

$ = 504 2724 = 0,19⁄ � iz tabele 4.1: zrak/odpadna voda 5-9


759 759 195 0 0 195 8 100 110 221 980 47 78 195 320 6 150 160 289 1269 0 184 320 504 6 200 225

Veja 2,1: $ = 78 473⁄ = 0,16 � iz tabele 4.1: zrak/odpadna voda 2,5-5 (izberemo 4) � Ø90

(tabela 2: Ø80)

Veja 2,2: $ = 129 745⁄ = 0,17 � iz tabele 4.1: zrak/odpadna voda 3-6 (izberemo 6) �Ø110 (tabela 2 Ø100)

Veja 2,3: $ = 55 237⁄ = 0,23 � iz tabele 4.1: zrak/odpadna voda 2,5-5 (izberemo 4) � Ø90

(tabela 2: Ø80)


Veja 3:

$ = 504 2724⁄ = 0,19� iz tabele 4.1: zrak/odpadna voda 5-9


806 806 113 63 0 176 6 100 110 816 1622 132 59 176 367 4 150 160

Veja 3,1: $ = 20 245⁄ = 0,08� iz tabele 4.1: zrak/odpadna voda 3-6 (izberemo 6) � Ø90 (tabela 2:Ø80)

Veja 3,2: $ = 39 209⁄ = 0,19 � iz tabele 4.1: zrak/odpadna voda 2,5-5 (izberemo 4) � Ø90 (tabela 2: Ø80)

Veja 3,3: $ = 63 287 = 0,22⁄ � iz tabele 4.1: zrak/odpadna voda 2,5-5 (izberemo 4) � Ø90 (tabela 2 Ø80)

V tabeli št. 4.4 so zbirno prikazane dolžine in premeri za glavne in stranske veje (skupna

dolžina 7312 m).

V= 345 × 6 [89] VEJA Odsek Dolžina

[ m ] Nazivni premer

[mm ] Notranji premer

[mm] Prostornina

[89 ] Veja 1 0-451 451 110 90 2,87 Veja 1 451-1240 789 160 131 10,63 Veja 1 1240-1668 428 225 184 11,31 Veja 1,1 0-432 432 90 74 1,86 Veja 1,2 0-125 125 90 74 0,54 Veja 2 0-759 759 110 90 4,83 Veja 2 759-980 221 160 131 2,98 Veja 2 980-1269 289 225 184 7,68 Veja 2,1 0-473 473 90 74 2,03 Veja 2,2 0-745 745 110 90 4,74 Veja 2,3 0-237 237 90 74 1,02 Veja 3 0-806 806 110 90 5,12 Veja 3 806-1622 816 160 131 11,0 Veja 3,1 0-245 245 90 74 1,05 Veja 3,2 0-209 209 90 74 0,90 Veja 3,3 0-287 287 90 74 1,23 SKUPAJ 7.312 69,79

Tabela 4.4: Izračun prostornine cevovoda


4.1.3 Dimenzioniranje vakuumske postaje

Za učinkovito delovanje celotnega sistema vakuumske kanalizacije moramo v vakuumski

postaji določiti kapacitete treh sklopov:

– vakuumskih črpalk,

– vakuumskega rezervoarja,

– tlačnih črpalk za odpadne vode.

Vakuumska postaja in izračuni kapacitet posameznih sklopov so izračunani v skladu s

smernicami ATV-DVWK-A 116.

4.1.3.1 Vakuumske črpalke:

Vakuumske črpalke morajo iz vakuumskega sistema izčrpati takšno količino zraka, da

ustvarijo zahtevani vakuum, t.j. od 35 kPa do 45 kPa. Volumen zraka, ki ga moramo

izčrpati (�0), določimo v odvisnosti od maksimalnega sušnega pretoka odpadne vode (��)

in srednjega razmerja zrak/odpadna voda. Izračun je izdelan za vsako primarno vejo

posebej in mora bit v seštevku manjši od kapacitete izbranih črpalk.

Sušni pretok �( = EE × 0,005 l/s (4.3) �0 = �( × zrak/odpadna voda (4.4)

[ simbol ] Veja 1 Veja 2 Veja 3

Število enot leta 2043 [ EE ] 462 504 367

Sušni pretok �( [ l/s ] 2,31 2,52 1,84

Dolžina glavne veje

Skupna dolžina

[ m ]

[ m ]

2225

2985

2724

3484

2363

3321

Gostota prebivalstva [ E/m ] 0,21 0,19 0,16

Razmerje zrak/voda 8,00 9,0 6,0

Volumen zraka �0 [ N l/s ] 18,48 22,68 11,04

Tabela 4.5: Podatki za posamezno glavno vejo


QL = QL� + QL� + QL� (4.5)

Skupaj QL = 52,20 Norm l sC zraka

Skupaj QL = 187,92 Norm m� hC zraka Izračun najmanjšega potrebnega sesalnega volumna vakuumskih črpalk (�0,�):

QL,H = SF×QL×MNOPQRS OPTUV (4.6)

Tlak, pri katerem se vakuumska črpalka vklopi (absolutni tlak): �WX� = 35 YZ[

Tlak, pri katerem se vakuumska črpalka izklopi (absolutni tlak): �W\] = 45 YZ[

Srednji tlak v vakuumskem zbiralniku (absolutni tlak): ��^ = 40 YZ[

Atmosferski tlak (�_): �_ = 100 YZ[

Varnostni faktor (SF): 1,2≤ SF ≤ 1,5 izberemo : SF = 1,25

�0,� = 1,25 × 187,92 × 10035 + 452

�0,� = 587,25 � ℎ⁄

Izberemo :

ZXab^\�c = 2 x 11 kW (442� ℎ⁄ �176,80 � ℎ⁄ ) in

1 x 5 kW (250 � ℎ⁄ � 100,00 � ℎ⁄ ) - rezerva

Izbrali smo dve 11kW in eno 5 kW vakuumsko črpalko. Kapaciteta ene 11kW črpalke pri ��^ = 40 YZ[ je 176,80 � ℎ⁄ . V delovanju sta dve 11kW vakuumski črpalki, medtem ko

eno 5kW pustimo v rezervi. Pri ��^ = 40 YZ[ je izkoristek črpalk 40 %.

Kapaciteta črpalk znaša:

�0,d = 176,80 efg � ℎ⁄ + 176,80 efg � ℎ⁄ = 353,60 � ℎ⁄


Izračun najmanjšega potrebnega sesalnega volumna v normalnem stanju :

�0,d ≥ �0 × ij (k0 − 1 )⁄ (4.7)

�0,d ≥ 187,92 × 1,25 (3 − 1 )⁄

�0,d ≥ 117,45 � ℎ⁄

Izračun srednjega potrebnega sesalnega volumna vakuumske črpalke v stanju delovanja:

�0,d,� ≥ �0,� (k0⁄ − 1) (4.8)

353,60 � ℎ⁄ ≥ 587,25 ( 3 − 1 )⁄

353,60 � ℎ⁄ ≥ 293,63 � ℎ⁄

Pogoj je izpolnjen !

4.1.3.2 Vakuumski zbiralnik

Volumen vakuumskega zbiralnika (m0) izračunamo glede na število maksimalnih vklopov

vakuumskih črpalk in črpalk za odpadno vodo.

Določitev minimalnega volumna za zrak:

m0 = 0,25 × �0,d,� × �� × (�W\] + �WX�) [(�W\] − �WX�) × $ × k0]⁄ (4.9)

�0,d,� … srednji sesalni volumen vakuumskih črpalk

( �W\] − �WX�) … razlika v podtlaku pri vklopu in izklopu vakuumskih črpalk

f … maksimalno število vklopov (12 – 15 / h); izberemo: 12

[k0] … število vakuumskih črpalk


m0 = 0,25 × 442 × 12 × ( 45 + 30)[ (45 − 30) × 12 × 3] m0 = 7,67 � ≈ 8,0 �

Določitev minimalnega volumna za odpadno vodo:

mp = 0,25 × �p,d $⁄ (4.10)

�p,d…črpalna kapaciteta črpalk za odpadno vodo (izberemo 12 l/s, kar je 43,2 � ℎ⁄ )

f… maksimalno število vklopov (izberemo 12)

mq = 0,25 × 43,212

mq = 0,9 � ≈ 1,0�

m0 = 8� + 1�

Potreben volumen vakuumskega zbiralnika je 9 �.

Najmanjši volumen vakuumskega zbiralnika:

Potreben volumen vakuumskih zbiralnikov se lahko zmanjša za volumen odpadne vode, ki

se akumulira po ceveh.

mrs = m0 + mq − m�

mrs = 8� + 1� − 3�

mrs = 6 �

Pogoj iz ATV-DWVK-A116:

m ≥ 3 t mq

m ≥ 3 t 1�

m ≥ 3 �

Izberemo vakuumski zbiralnik V = 6�.


4.1.3.3 Fekalne črpalke

Fekalne črpalke bodo črpale odpadno vodo iz vakuumskega rezervoarja v tlačni vod, kateri

vodi odpadno vodo do 355 m oddaljene čistilne naprave. Upoštevati moramo, da ima

črpalka večjo prehodnost trdih delcev kot sesalni ventil.

Da lahko določimo moč potrebne fekalne črpalke, potrebujemo naslednje podatke:

Količina odpadne vode �� = 6,67 � #⁄

Število črpalk : k� = 2

Izkoristek črpalke : 60 %

Cevovod PE 100 ∅160 SDR11 (notranji premer je 141 mm)

Pretok Q = 12 l/s

Dolžina cevovoda L = 355m

Izračun hitrosti v cevovodu:

w = �i = 0,012 �/#3,14 × (0,0655)� = 0,89 #⁄

Izračun lokalnih izgub v cevovodu: [9]

Lokalne izgube lahko upoštevamo tako, da povečamo dolžino računske cevi za 10 %.

y�z_d�c = y + 10% y (4.11)

y�z_d�c = 355 + 0,1 × 355

y�z_d�c = 390,5

Linijske izgube v cevovodu:

∆}X� = ~ × 0� × �V�� (4.12)

E… izguba tlaka v ceveh (mVS)


v… hitrost vode (m/s)

L… dolžina cevi (m)

g… zemeljski pospešek (9,81 #�⁄ )

d… notranji premer cevi (m)

λ… koeficient trenja

Za koeficient trenja se pogosto uporablja Manningova enačba oziroma zveza med

koeficientom trenja in Manningovim koeficientom hrapavosti.

~ = 124,60 × k�� × �� (4.13)

λ…koeficient trenja

d…notranji premer cevi (m)

k�…Manningov koeficient hrapavosti (PE cevi:k�= 0,010 do 0,013) – izberemo 0,011

~ = 124,60 × 0,011� × 0,141��

~ = 0,0290

∆}X� = 0,0290 × 390,50,141 × 0,89�2 × 9,81

∆�6�� = 9, 5� 8�� – linijska izguba v cevovodu

Geodetska višina: 1mVS

Podtlak v vakuumski posodi: 6mVS

Potrebna tlačna višina:

�č = 3,24mi + 1mi + 6mi

�č = 10,24 mi


Moč črpalke izračunamo po naslednji enačbi:

Z = �×�×�×�č� (4.14)

P…moč (W)

Q…pretok (� #⁄ )

ρ…gostota vode (ρ=1000 Y� �⁄ )

g… zemeljski pospešek (g = 9,81 #�⁄ )

�č…višina črpanja (m)

�…izkoristek črpalke

Z = 0,012 × 1000 × 9,81 × 10,240,60

Z = 2009,08 ! = 2Y!

Pogoj iz ATV:

��,d ≥ ��k� − 1

��,d ≥ 6,67 � #⁄1 = 6,67 � #⁄

12� #⁄ > 6,67� #⁄

Pogoj je izpolnjen.

Izberemo 2 fekalni črpalki moči 1,8 kW z pretokom 12� #⁄ .


4.2 Izvedba

4.2.1 Izkopi in zasipi

Trasa vakuumskih zbiralnikov poteka pretežno po vaških ulicah. Pločniki in ulice so

asfaltirani, zato povsod, kjer je to mogoče, izberemo za izkop rob vozišča ali bankino.

Izkop kanalov za položitev cevovodov je predviden strojno z dodatkom ročnega izkopa

zaradi obstoječih napeljav (vodovod, javna razsvetljava, n. n. omrežje, CATV, telefon,

itd.). Izkopi se izvajajo v širini 80 cm in globini 100 cm do 150 cm. Razpiranja gradbene

jame v večini primerov niso potrebna. Po izkopu se zravna posteljica temeljnih tal v

zahtevani ravnosti in padcu; posteljico vgradimo z vibracijskimi deskami do komprimacije

Me= 40 MN/m�(MPa). Zasip jarka v območju cevi se izvede z ustreznim drobnozrnatim

materialom, sicer pa se za zasip uporablja izkopni material. Zasip cevi se mora

komprimirati ob cevi in 30 cm nad temenom cevi z lahkimi komprimacijskimi stroji do Me

≥ 40 MPa. Pri vgrajevanju cevi se morajo upoštevati norme in navodila EN 1610 in ATV

A 127. Povsod, kjer so nad kanalizacijo povozne površine za srednji in težki promet,

vgrajujemo zasipe v območju nevezanih nosilnih plasti po zahtevah Tehničnih specifikacij

za ceste (TSC).

4.2.2 Cevi vakuumskega omrežja

Za izvedbo vakuumskega omrežja so predvidene vodovodne cevi SDR 11 (priporoča se

vgradnja materiala PE 100). Padci cevi so podani v vzdolžnih profilih (priloga 3 in 4).

Minimalni padec je 2 promila. Višina liftov je med 25 in 30 cm, tako da so razdalje med

lifti maksimalno 150 m. Stikovanje cevovoda se izvaja z elektro varilnimi spoji. Čelno

varjenje je prepovedano zaradi zožitve profila cevi na spoju, kar ustvarja turbolentne

tokove in slabo vpliva na delovanje sistema. Vsi detajli se morajo izvesti v skladu z

navodili EN 1091. Če so predvideni inšpekcijski jaški, mora biti priključek izveden ±60°

na vertikalno os (slika 4.1). [8]

Slika 4.1: Cevni priključek [8]


Priključki stranskih vej na glavni vod ali priključki vakuumskih priključnih jaškov na

vakuumski kolektor morajo biti izvedeni pod kotom najmanj 45° v smeri toka proti

vakuumski postaji. V območju liftov (±2 m) se ne smejo izvajati priključki na vakuumsko

omrežje.

Slika 4.2: Priključek stranskih vej vertikalno in horizontalno [8]

Za zapiranje posameznih odsekov ali vej cevovodnega omrežja vgradimo ustrezno število

zasunov. Nad cevovodom se mora obvezno vgraditi opozorilni trak »kanalizacija«. Trak se

vgradi 50 cm nad cevovodom. Cevovodi morajo biti izvedeni vodotesno in zrakotesno.

Priporočljivo je izvajati meritve zrakotesnosti pred zasipom cevovoda. Vsa križanja z

drugimi komunalnimi vodi se morajo opraviti z navodili in soglasji upravljalca vodov.

4.2.3 Vakuumski priključni jaški

Vakuumski priključni jaški morajo biti izvedeni vodotesno. Preprečiti se mora vdor

meteornih voda v jašek. Na povoznih površinah (na cestišču) se vgrajujejo duktilni pokrovi

400 kN, drugod 250 kN. Preprečiti se mora nalaganje pokrova na jašek. Pokrov z jaškom


spaja samo gumijasta manšeta, vso obremenitev pa mora prevzeti zasip okoli jaška. V vseh

primerih, ko so združeni hišni priključki pred priključkom na vakuumski priključni jašek,

morajo biti gravitacijski vodi izvedeni vodo neprepustno. [8]

Vsi materiali (cevi, jaški), ki so vgrajeni v sistem vakuumske kanalizacije, so

dimenzionirani na maksimalne možne obremenitve, zato statični izračuni za cevi in jaške

niso potrebni. Izračuni za vgrajevanje cevi so obdelani v naslednjem poglavju kot primer

uporabe nemških predpisov in standardov ATV-DVWK-A 127E.

4.3 Uporaba nemških predpisov ATV-DVWK-A 127E

4.3.1 Splošno o standardu ATV-DVWK-A 127 E

Standard je izdelala delovna skupina nemških inženirjev, ki deluje v okviru ATV-DVWK

združenja za tehniko voda. Namenjen je statičnim izračunom za podzemne drenaže in

kanalizacije, analogno pa se lahko uporablja tudi za druge podzemne cevovode. Prva izdaja

standarda je upoštevala DIN 4033, tretja izdaja, ki je izšla leta 2000, pa upošteva novi

standard DIN EN 1610. Metode statičnih izračunov, prikazanih v standardu, upoštevajo

vse vplive na cev po vgraditvi: tip zemljine, način vgraditve cevi, oblike jarka, vrste cevi,

pogoje, ki jih mora izpolnjevati posteljica, način zasipavanja jarka in vgradnja nasipne

zemljine, obremenitve itd. Standard ATV-A 127 je koristen pripomoček pri projektiranju

in statičnih izračunih, upoštevati pa se mora tudi DIN EN 1610 in drugi normativi. V

nalogi je standard ATV-A127 uporabljen samo v delu, ki obravnava vgrajevanje cevi in

zasipe jarkov ter zahtevane komprimacije.

4.3.2 Vrste zemljin

Izbrane so štiri značilne zemljine, označene od G1 do G4 (klasifikacija po DIN 181196):

G1 – nevezane zemljine

G2 – slabo vezane zemljine

G3 – vezane mešane zemljine in suha glina

G4 – vezane zemljine, glina, ilovica


Karakteristike (standardne) so prikazane v tabeli (Tabela 4.6). Kadar pa imamo natančne

podatke iz geomehanskih raziskav, pa uporabimo te.

Vrsta zemljine

Prostorninska teža zemjine

Prostorninska teža zasičene

zemljine

Kot notranjega

trenja zemljine

Deformacijski moduli zemljine �[��[], glede na stopnjo zbitosti po Proctorju �d^[%]

Redukcijski faktor lezenja

��[Ye �⁄ ] ��̀[Ye �⁄ ] �`[°] 85 90 92 95 97 100 $�

G1 20 11 35 2.0 6.0 9.0 16 23 40 1.0

G2 20 11 30 1.2 3.0 4.0 8.0 11 20 1.0

G3 20 10 25 0.8 2.0 3.0 5.0 8.0 13 0.8

G4 20 10 20 0.6 1.5 2.0 4.0 6.0 10 0.5

Tabela 4.6: Vrste zemljin [3]

Z ozirom na karakteristike zemljine so v tabeli podani elastični moduli za različne stopnje

zgoščenosti po Proctorju. Elastični moduli ( (strižni moduli) se gibljejo med 0 in 0,1

(MPa)

Elastični modul (() lahko izračunamo po naslednji enačbi

ES = ��G × ��,��(��'��)[ MPa] (4.15)

ES – modul elastičnosti zemljine (deformacijski modul)

G – število odvisno od vrste zemljine

DM - stopnja zbitosti po Proctorju v %

e – eksponent ali število (e=2,7182818)


4.3.3 Izvedba posteljice in zasip jarka

Priprava posteljice in zasip jarka sta obravnavana ločeno za pripravo posteljice in ločeno

za zasip jarkov. V izvedbi projekta je predvideno vgrajevanje zasipa po plasteh, zato

odpade vpliv sten jarka.

Določitev pogojev za izvedbo posteljice:

B1: Posteljica izvedena v obliki plasti proti raščenemu terenu, npr. v nasipu pregrade s

utrjeno posteljico (brez dokaza stopnje utrjenosti)

B2: Vertikalna vgradnja s kanalskimi deskami ali lahkimi zagatnicami, ki jih izvlečemo po

zapolnitv; vgrajene plošče ali naprave pod pogojem, da je zagotovljeno utrjevanje po

izvlečenju naprave; vlivanje posteljice, ki je primerno le za zemljino G1

B3: Vertikalna vgradnja v območju vodilne cone z zagatnimi stenami in lesenimi plohi;

izdelava posteljice s pomočjo vgradnje plošče ali naprave, le da po izvlečenju ni prisotno

učinkovito utrjevanje.

B4: Posteljice utrjena po plasteh proti raščenemu terenu oz. nasipu z dokazom po ZTVE-

StB zahtevane Proctorjeve gostote. Pogoj B4 ni uporaben pri zemljinah G4.

Določitev pogojev za zasip jarkov:

A1: Zasip utrjen v plasteh na raščena tla (brez dokaza stopnje utrjenosti)

A2: Vertikalna vgraditev s kanalskimi deskami ali zagatnicami, ki jih izvlečemo

postopoma ob zapolnjevanju jarka.; vlivanje zapolnitve – primerno le za zemljine G1

A3: Vertikalna izgradnja jarka z zagatnimi stenami ali lesenimi plohi; uporaba plošč ali

naprav, ki jih odstranimo postopoma ob zapolnjevanju jarka.

A4: Zapolnitev jarka po plasteh (z utrjevanjem) na raščena tla z dokazom Prostorjeve

gostote po ZTVE-StB. Pogoj A4 ni uporaben pri zemljinah G4.

V izvedbi je določena priprava posteljice z dodatnim utrjevanjem (B4) in zasipavanje po

plasteh (A4).


4.3.4 Deformacijski moduli

Vso vakuumsko omrežje je v vkopu, zato so obravnavani samo deformacijski moduli za

vkop. Deformacijski moduli so zelo pomembni za določitev notranjih obremenitev na cevi.

So v soodvisnosti od načina izvedbe posteljice in zasipavanja cevi.

Za znano zemljino in pogoje vgradnje izračunamo elastični modul z enačbo:

ES = ��G × ��,��(��'��) [ MPa] (4.16)

V odvisnosti od načina priprave posteljice, načina zasipavanja in karakteristik zemljine so

podani elastični moduli v naslednji tabeli:

Pogoji nadsipavanja za zasip jarkov

A1 A2 in A3 A4

Pogoji posteljice B1 B2 in B3 B4

Stopnja zbitosti �d^ v % ter deformacijski moduli �in ��v MPa

�d^[%] �,��[MPa] �d^[%] �,��[MPa] �d^[%] �,��[MPa]

Karakteristične vrste zemljine

G1 95 16 90 6 97 23 G2 95 8 90 3 97 11 G3 95 3 90 2 95 5 G4 95 2 90 1.5 - -

Tabela 4.7: Vrednosti deformacijskih modulov � in �� glede na pogoje posteljice ¡X in

pogoje nadsipavanja za zasip jarkov ¢X [3]

Slika 4.3: Oznake deformacijskih modulov pri vkopu [3]

E1 – deformacijski modul na temenu cevi

E2 – deformacijski modul ob cevi

E3 – deformacijski modul raščenih tal


E4 – deformacijski modul posteljice

Iz tabele je razvidno, da sta pomembna deformacijska modula � in �� (� ). �� je

dejansko modul � ; razlikujeta se namreč zaradi pogojev vgradnje, v praksi pa se

uporablja �= �� . Modul �se izračuna po formuli:

� = $� × $� × £� × �� [ MPa ] (4.17)

�- deformacijski modul ob cevi

$�- redukcijski faktor lezenja zemljine (kot notranjega trenja)

$�- faktor deformacijskega modula ��, ki ga izračunamo po enačbi:

$� = '��¤¥�� ≤ 1 (4.18)

$�- faktor deformacijskega modula ��

�d^- stopnja zbitosti po Proctorju v % (75% do 95 %)

£�- koeficient razmerja b/�\ in pogojene posteljice, ki ga določimo po formuli:

£� = 1 − (4 − b�§) × ��¨©ª� ≤ 1 (4.19)

b – širina jarka merjena nad temenom cevi v metrih

�\ – zunanji premer cevi v metrih

�� – osnovni deformacijski faktor odčrtan v tabeli ali računsko določen z enačbo

ES = ��G × ��,��(��'��) [ MPa] (4.20)


Koeficient £� lahko določimo iz diagrama :

Slika 4.4: Redukcijski faktor £�X [3]

V primeru nasipa nad jarkom moramo upoštevati � = �� oz. � = �. Raščena tla imajo

gostoto po Proctorju �d^ od 90% do 97%. Pri vgrajevanju izkopane zemlje v območju cevi

moramo upoštevati �=�=�.

Lastnosti cevi iz različnih materialov so podane v naslednji tabeli:

Material

Modul elastičnosti �« [MPa]

Prostorninska teža ¬« [kN/89] Upogibna natezna trdnost «[MPa]

Kratek čas ,,* [MPa] Dolgotrajno ,,0[MPa]

[kN/�] Kratek čas ®,,*[MPa]

Dolgotrajno ®,,0 [MPa] Azbest cement 20.000 20,00 V skladu z DIN EN 588

Beton 30.000 24,00 V skladu z DIN 4032 Armirani beto (AB) 30.000 25,00 V skladu z DIN 4035

Lito železo-(ZM), duktil 170.000 70,50 V skladu z DIN EN 598 Lito železo

(lamelni grafit ) 100.000 71,50 V skladu z DIN 19522-2

Polivinilklorid (PVC-U)

3.000 1.500 14,00 90,00 50,00

Polipropilen (PP) PP-B,PP-H

1.250 312 9,00 38,00 17,00

PP-R (random –copolymer)

800 200 9,00 27,00 14,00

(PE-HD) 800 160 9,40 21,00 14,00

Tabela 4.8: Specifične vrednosti materialov [3]


4.3.5 Srednja vertikalna napetost tal v višini temena cevi (�r)

Obremenitev cevi zaradi nasutja zemljine nad njo določimo s srednjo vertikalno napetostjo

v zemljini v ravnini temena cevi, in sicer neodvisno od vpliva cevi, pri izkopih s peščenimi

stenami pa upoštevamo tudi teorijo silosa. Teorija silosa trdi, da se med zasipom jarka in

steno izkopa pojavijo strižne sile, ki zmanjšujejo obremenitve na cev.

Zmanjšan vpliv obremenitve izkopa na cev se pojavi izrazito pri ožjih izkopih, praviloma

če je izpolnjen pogoj b< 4d±.

Slika 4.5: Jarek z nagnjenimi stenami [3]

Pri izračunu obremenitev na cev upoštevamo zmanjševalni faktor zaradi teorije silosa K ter

zmanjševalni faktor za izračun ploskovno obtežbe �c. Pri izkopih, kjer je ² ≥ 4�� ne

nastopi teorija silosa in določimo faktor 1. V primerih vertikalnih sten izkopa, ko je � ≤ �, računamo zmanjševalni faktor, če pa pogoj � ≤ � ni izpolnjen, je vrednost

faktorja 1.

Faktor zmanjšanja računamo po formuli:

³ = ��r´Vµ¶×·�×¸¹º�×µ¶×*�×»�¼ (4.21)

K – faktor zmanjšanja obtežbe po teoriji silosa


e – eksponentno ali številčno e=2.7182818

h – višina nasipa nad temenom cevi

b – širina jarka v višini temena cevi

³� - koeficient odvisen od zemljine s katero zasipavamo cev (glej tabelo)

½ - kot trenja med izkopom in zasipom

Pogoji nadsipavanja ³� ½

A1 0.50 23 �` A2 0.50 13 �` A3 0.50 0

A4 0.50 �`

Tabela 4.9: Vrednost koeficienta zemeljskega pritiska ³�in kota trenja ½ [3]

Ploskovno obtežbo (ob predpostavki, da je � < �) reduciramo za zmanjševalni faktor ³�, ki ga izračunamo po formuli:

³� = ��µ¶×*�×»�¼ (4.22)

Ploskovne obtežbe �� nimajo po standardu ATV A127E nobenih vplivov na izračun

omenjenih faktorjev. Za izračun ploskovne obtežbe lahko uporabimo le obtežbe, kot so

nasuti material nad cevjo in prometne obtežbe.

Vpliv poševnih izkopov jarka, ki vplivajo na zmanjševanje obtežbe po teoriji silosa, se

upošteva z naklonom izkopa jarka ¾.


Vrednost zmanjševalnih faktorjev ³¿ in ³�¿ v odvisnosti od nagiba stene izkopa ¾

odčitamo na spodnjem diagramu

Slika 4.6 : Vrednosti zmanjševalnih faktorjev ³¿ in ³�¿ [3]

Zmanjševalna faktorja izračunamo po formuli :

³¿ = 1 − ¿À� + *×¿À� (4.23)

³¿ - zmanjševalni faktor teorije silosa zaradi upoštevanja naklona izkopa jarka

¾ – naklonski kot izkopa jarka

K – zmanjševalni faktor zemeljskega pritiska

³�¿ = 1 − ¿À� + *Á×¿À� (4.24)

³�¿ - zmanjševalni faktor za izračun reducirane ploskovne obtežbe

¾ – naklonski kot izkopa jarka

³� - zmanjševalni faktor ploskovne obtežbe

Izračun srednje vertikalne obremenitve v višini temena cevi:

�) = ³¿ × �� × ℎ + ³�¿ × �� [kN/�] (4.25)

�� - specifična teža zemljine nad cevjo (v splošnem jemljemo 20 [kN/�])


4.3.6 Prometne obtežbe

Na obremenitev vgrajene cevi ima poleg zemeljskih obtežb velik vpliv tudi prometna

obtežba. Če je nasutje nad temenom cevi h > 2,0 m, je vpliv prometne obtežbe

nespremenjen, pri nasutjih med 0,5 m do 2,0 m pa so lahko vplivi zelo veliki. Za določitev

prometnih obremenitev uporabljamo standardna vozila, določena v DIN 1071.

Slika 4.7: Standardna vozila [3]

Karakteristični tip vozila

Celotna obtežba

Obtežba na kolo

Širina stika kolesa s tlemi

Dolžina stika kolesa s tlemi

HGV 60 ( težek promet )

600 kN 100kN 0.6 m 0.2 m

HGV 30 ( srednje težek

promet ) 300 kN 50kN 0.4 m 0.2 m

CV 12 ( lahek promet )

120 kN

spredaj 20kN zadaj 40kN

0.2 m 0.3 m

0.2 m 0.2 m

Tabela 4.10: Obtežbe in stik koles standardnih vozil [3]


Za izračun prometnih obtežb je razvit računski model, ki določa napetostne koncentracije v

tleh pod kolesi in vpliv na cev v prečni in vzdolžni smeri. Pri ploskvah koles (dolžina stika

x širina stika) vozil HGV60, HGV30 in CV 12 se upošteva razširitev obtežbe v tleh v

razmerju 2:1. Tako določena napetost se postavi na najbolj neugodno mesto nad cevjo. To

je maksimalna obremenitev na cevi.

Nadomestne napetosti pa so razvidne v krivuljah prometnih obremenitev.

Slika 4.8: Krivulje nadomestnih napetosti od globine h=0,5m do h=2,0 m [3]

Slika 4.9: Krivulje nadomestnih napetosti od globine h=2,0m do h=10,0 m [3]


Za prometne obtežbe se uporablja interakcijska enačba, ki izhaja iz Boussineisqujevih

napetosti �s in določa pripadajoče nadomestne napetosti p zaradi prometne obtežbe s

pomočjo enačbe za [s in v odvisnosti od srednjega premera cevi �W.

�s = ÂÃÄ× §̂V × Å1 − Æ ��ÇÈ�Ãµ ÉVÊ�VË + �×ÂÌ�×Ä×ÍV × Æ �

�ÇÈ�Îµ ÉVÊÏV[kN/�] (4.26)

�s – Boussineinesqujeve napetosti [kN/�]

j-, j) – pomožna vrednost obtežbe v kN, ki jo odčitamo iz tabele 8

g\, gr – vplivni radij, pomožnih vrednosti obtežb j- in j)

h – višina zasutja nad temenom cevi v metrih

aÐ = 1 − �,À�Ñ×ÒVSÒÓ�,�×ÔP

V� (4.27)

[s – korekcijski faktor prometne obtežbe

h – višina zasutja nad temenom cevi v metrih

�W – srednji premer cevi v metrih

Pri izračunu korekcijskega faktorja Õ[sÖ moramo upoštevati naslednje:

h ≥ 0,5

d ≤ 5,0

Končno vrednost prometne obtežbe v višini temena cevi izračunamo po enačbi:

� = [s × �s [ kN/�] (4.28)

Karakteristični tip vozila j-[kN] j)[kN] g-[m] gr[m] HGV 60 (težek promet ) 100 500 0,25 1,82

HGV 30 ( srednje težek promet ) 50 250 0,18 1,82 CV 12 (lahek promet ) 40 80 0,15 2,26

Tabela 4.11: Pomožne obtežbe prometa in pripadajoči pomožni radiji [3]


Če so cevi položene v zemljo, kjer je višina zasipa h > 2,0 m, se nove obtežbe po DIN 1072

HGV60/60, HGV 30/30, CV 12/12 ne uporabljajo, ker je računsko zvišanje skupne

obtežbe minimalno.

Izračunana napetost p se pomnoži z dinamičnim koeficientom Ф, kar da vrednost prometne

obtežbe.

�^ = Ф × � [kN/�] (4.29)

�^ – računska prometna obtežba

Ф – dinamični koeficient prometne obtežbe

p – prometna obtežba v ravnini temena cevi


5 PRIMERJAVA STROŠKOV IZGRADNJE, OBRATOVANJA IN

VZDRŽEVANJA VAKUUMSKE IN GRAVITACIJSKE

KANALIZACIJE

5.1 Značilnosti posameznih kanalizacijskih sistemov

Poznamo tri osnovne sisteme kanalizacije:

− gravitacijska kanalizacija,

− vakuumska kanalizacija,

− tlačna kanalizacija.

V praksi se pogosto uporabljajo tudi kombinacije vsaj dveh sistemov, na primer

gravitacijska in tlačna ali pa vakuumska in tlačna kanalizacija.

Gravitacijska kanalizacija:

Gravitacijska kanalizacija deluje na principu toka odplak od višje točke proti nižji točki v

smeri čistilne naprave. Primerna uporaba je povsod tam, kjer konfiguracija terena omogoča

ustrezne padce (min. 0,3 %). Na ravninskih območjih pa hitro pride do velikih globin in

zahteve po prečrpavanju odplak iz nižjih točk na višje točke, kar močno podraži gradnjo in

stroške obratovanja.

Gravitacijska kanalizacija je problematična tudi tam, kjer nimamo konstantnega pretoka

(npr. sezonska uporaba naselij). V tem primeru prihaja do zastajanja odplak in anaerobnih

gnitij odplak. Praviloma je na ravninskih predelih tudi visoka kota podtalnice, kar zelo

podraži gradbene stroške, včasih pa tudi onemogoči samo izvedbo.


Na območjih, kjer konfiguracija terena omogoča gravitacijski princip delovanja brez

prečrpavanj, je gravitacijski sistem enostaven in iz vidika gradbenih, obratovalnih in

vzdrževalnih stroškov cenovno sprejemljiv.

Vakuumska kanalizacija:

Uporaba vakuumske kanalizacije je primerna na ravninskih območjih in na območjih z

visokim nivojem podtalnice. Položni padci (0,2 %) in žagasti profil z vertikalnimi lifti

omogočajo polaganje kanalizacijskih cevi v malih globinah (največ 1,5 m) in vzporedno s

terenom. Zaradi plitvih izkopov so stroški gradnje in sanacije okolja zaradi posega nizki.

Transportni medij je zrak. Zaradi velikih hitrosti gibanja mešanice zrak – odplaka (do 6

m/s) so odplake aerirane, pa tudi nevarnosti nabiranja usedlin ni, zato cevovodi vakuumske

kanalizacije ne potrebujejo praktično nobenega vzdrževanja.

Stroški obratovanja so pri vakuumski kanalizaciji praviloma nižji kot pri gravitacijski

kanalizaciji (seveda je primerjava narejena na najneugodnejši varianti za gravitacijski

sistem – ravnina in številna črpališča).

Tlačna kanalizacija:

Tlačna kanalizacija deluje na principu potiskanja odplak po ceveh s pomočjo tlačnih

črpalk. Uporabljamo jo v manjšem obsegu kot dopolnitev gravitacijskih ali vakuumskih

kanalizacij, praviloma za transport odplak od vakuumske postaje do čistilne naprave ali za

povezovanje dveh odsekov gravitacijske kanalizacije, kjer je iz tehničnih razlogov

delovanje gravitacijskega načina nemogoče.


5.2 Primerjava stroškov izgradnje

Pri vseh realiziranih projektih gradnje vakuumske kanalizacije so bili v prvi fazi

načrtovanja izdelani projekti za gravitacijsko kanalizacijo. V načrtih za izgradnjo

gravitacijske kanalizacije so izstopali naslednji problemi:

− visoki stroški izgradnje zaradi dragih in številnih prečrpališč;

− otežena gradnja zaradi visokega nivoja podtalnice (cca. 2,0 m pod nivojem zgornjih

ureditev);

− visoki stroški obratovanja, predvsem porabe električne energije za pogon črpalk v

črpališčih.

Ponudniki vakuumskih sistemov (Roevac, Airvac, Quavac) so predvsem z dokazovanjem,

da so vakuumski sistemi cenejši z vidika gradnje in poznejšega obratovanja, prepričali

investitorje, da so se odločili v prid vakuumske kanalizacije. Realizacija projektov in

večletno uspešno delovanje vakuumskih sistemov dokazuje, da je v ekstremnih neugodnih

razmerah (ravnina in visoka podtalnica) izgradnja in obratovanje vakuumske kanalizacije

cenejša od gravitacijske kanalizacije.

Primerjava stroškov izgradnje gravitacijske kanalizacije z vakuumsko kanalizacijo je

narejena na dveh primerjalnih predračunih z enakimi funkcionalnimi opisi predračunskih

postavk in z različnimi količinami in cenami na enoto. Predračunske postavke, ki imajo v

enem in drugem predračunu enake količine in enake cene na enoto, so v obeh predračunih

zajete kot pavšal oz. enaki stroški. Cene po enoti mere so pridobljene iz realnih

predračunov, vendar so vse pomnožene z enakim faktorjem, ki ima vrednost med 1 in 1,3.


Predračun za gravitacijsko kanalizacijo ( l=7.312 m )

1. Rušitvena in zemeljska dela

Št. Opis postavke EM Količina Cena/EM Znesek 1.1 Rušenje obstoječega asfalta debeline 5

do 10 cm z odvozom na trajno deponijo do 10 km.

� 10.968 2,37 25.994,16

1.2 Strojno-ročni izkop zemljine (80:20) III. ktg., globine do 3,0 m z odvozom na začasno deponijo do 2 km.

� 21.936 7,16 157.061,76

1.3 Zavarovanje jarka z opažem z vsemi dodatnimi deli in transportom.

� 29.248 1,54 45.041,92

l.4 Planiranje in komprimiranje dna jarka do predpisane trdnosti.

� 10.968 1,16 12.722,88

1.5a Dobava in zasip cevi do višine 30 cm nad temenom iz nevezanega peska ali drobnega gramoza.

� 3.406 20,21 68.835,26

1.5b Zasip jarka z materialom iz deponije. � 18.530 5,17 95.800,10

SKUPAJ: 405.456,08

2. Kanalizacija

Št. Opis postavke EM Količina Cena/EM Znesek 2.1 Dobava in vgrajevanje betona C16/20,

izdelava betonskega ležišča za cevi v min. debelini 15cm. Območje nalaganja cevi na ležišče min. 120°.

� 548 141,71 77.657,08

2.2 Dobava in polaganje PVC cevi razreda togosti SN 8 vključno s fazonskimi kosi DN 300.

1.120 37,63 42.145,60

2.3 Dobava in polaganje PVC cevi razreda togosti SN 8 vključno z fazonskimi kosi DN 250.

4.121 22,39 92.269,19

2.4 Dobava in polaganje PVC cevi razreda togosti SN 8 vključno z fazonskimi kosi DN 200.

2.071 19,95 41.316,45

2.5 Dobava in vgrajevanje kompletnih tipskih betonskih vodotesnih jaškov SIST EN1917. D=1000mm, H=1,6m do 3,0 m

kom 283 977,90 276.745,70

2.6a Dobava in vgrajevanje tipskega betonskega vodotesnega jaška, D=1500mm, za črpališče (komplet).

kom 9 2.934,82 26.413,38


2.6b Dobava in vgrajevanje tipskega betonskega vodotesnega jaška, D=1200mm, pomožni jašek za črpališče (komplet ).

kom 18 1.996,49 35.936,82

2.7 Dobava in montaža duktilnih pokrovov (LTŽ) protihrupnih Ø800 mm razred obremenitve 400 kN z betonskim obročem.

kom 283 209,55 59.302,65

SKUPAJ: 651.786,87

3. Ureditvena dela

Št. Opis postavke EM Količina Cena/EM Znesek 3.1 Fino planiranje pred asfaltiranjem. � 10.968 1,52 16.671,36 3.2 Dobava in strojno-ročno polaganje

asfalta na odstranjeni površini AC 22 base B50/70 A3 in debeline 6 cm.

� 10.968 16,51 181.081,68

3.3 Dobava in strojno-ročno polaganje asfalta na odstranjeni površini AC 8 surf B50/70 A3 in debeline 3 cm.

� 10.968 8,14 89.279,52

3.4 Snemanje notranjosti kanala z videokamero.

m 7.312 4,34 31.734,08

SKUPAJ: 318.766,64

4. Strojna in elektro oprema

Št. Opis postavke EM Količina Cena/EM Znesek 4.1 Črpališča komplet. kom 9 25.868,67 232.818,03 4.2 Dovod elektrike do objekta. kom 9 8.120,00 73.080,00

SKUPAJ: 305.898,03

5. Enaki stroški 100.000,00

REKAPITULACIJA GRAVITACIJSKA KANALIZACIJA

ZNESEK 1. Rušitvena in zemeljska dela 405.456,08 € 2. Kanalizacija 651.786,87 € 3. Ureditvena dela 318.766,64 € 4. Strojna in elektro oprema 305.898,03 € 5. Enaki stroški 1000.000,00 € SKUPAJ: 1.781.907,62 €


Predračun za vakuumsko kanalizacijo ( l=7.312 m )

1. Rušitvena in zemeljska dela

Št. Opis postavke EM Količina Cena/EM Znesek 1.1 Rušenje obstoječega asfalta debeline 5

do 10 cm z odvozom na trajno deponijo do 10 km.

� 5.849 2,37 13.862,13

1.2 Strojno ročni izkop zemljine (80:20) III. ktg., globine do 1,5 m z odmetom na rob izkopa.

� 7.019 4,49 31.515,31

1.3 Postavka odpade.

l.4 Planiranje in komprimiranje dna jarka do predpisane trdnosti.

� 5.849 1,15 6.726,35

1.5 Strojno-ročni zasip jarka z vgrajevanjem po plasteh. Uporabi se material iz izkopa (stranski odmet).

� 6.789 3,92 26.612,88

SKUPAJ: 78.716,67

2. Kanalizacija

Št. Opis postavke EM Količina Cena/EM Znesek 2.1 Postavka odpade 2.2 Dobava in polaganje PEHD cevi z

vsemi fazonskimi kosi in lifti (SDR11) DN 225.

717 34,12 24.464,04

2.3 Dobava in polaganje PEHD cevi z vsemi fazonskimi kosi in lifti (SDR11) DN 160.

1.826 18,17 33.178,42


2.761 10,11 27.913,71


m 2.008 7,77 15.602,16

2.5 Dobava in vgrajevanje vakuumskega hišnega priključnega jaška z vakuumskim ventilom.

kom 153 2.966,95 453.943,35

2.6 Dobava in montaža duktilnih (LTŽ) protihrupnih pokrovov Ø800mm razred obremenitve 400 kN z betonskim obročem.

kom 153 200,40 30.661,20


2.7 Dobava in vgrajevanje kompletnih tipskih betonskih jaškov SIST EN 1917, D = 800mm, H = 1,00–1,50 m.

kom 105 482,00 50.610,00

2.8 Dobava in montaža duktilnih (LTŽ) protihrupnih pokrovov Ø800, razred obremenitve 200 kN z betonskim obročem.

kom 105 183,70 19.288,50

SKUPAJ: 655.661,38

3. Ureditvena dela

Št. Opis postavke EM Količina Cena/EM Znesek 3.1 Fino planiranje pred asfaltiranjem. � 5.849 1,52 8.890,48

3.2 Dobava in strojno-ročno polaganje asfalta na odstranjeni površini AC 22 base B50/70 A3 in debeline 6 cm.

5.849 16,51 96.566,99

3.3 Dobava in strojno-ročno polaganje asfalta na odstranjeni površini AC 8 base B50/70 A3 in debeline 3 cm.

5.849 8,14 47.610,86

3.4 Postavka odpade.

SKUPAJ: 153.068,33

4. Objekt vakuumske postaje, strojna in elektro oprema

Št. Opis postavke EM Količina Cena/EM Znesek 4.1 Vakuumska postaja komplet. kom 1 332.893,67 332.893,67 4.2 Dovod elektrike do objekta. kom 1 8.120,00 8.120,00

SKUPAJ: 341.013,67

5. Enaki stroški 100.000,00

REKAPITULACIJA VAKUUMSKA KANALIZACIJA

ZNESEK 1. Rušitvena in zemeljska dela 78.716,67 2. Kanalizacija 655.661,38 3. Ureditvena dela 153.068,33 4. Strojna in elektro oprema 341.013,67 5. Enaki stroški 100.000,00 SKUPAJ: 1.328.460,05


PRIMERJAVA GRAVITACIJSKA – VAKUUMSKA KANALIZACIJA

GRAVITACIJSKA VAKUUMSKA 1. Rušitvena in zemeljska dela 405.456,08 € 78.716,67 2. Kanalizacija 651.786,87 € 655.661,38 3. Ureditvena dela 318.766,64 € 153.068,33 4. Strojna in elektro oprema 305.898,03 € 341.013,67 5. Enaki stroški 1000.000,00 € 100.000,00 SKUPAJ: 1.781.907,62 € 1.328.460,05

Pri primerjavi stroškov izgradnje gravitacijske in vakuumske kanalizacije ugotovimo, da je

vakuumska kanalizacija na predstavljenem projektu za 25,45 % cenejša od gravitacijske

kanalizacije.

Največja odstopanja v prid vakuumske kanalizacije so pri rušitvenih in zemeljskih delih ter

pri ureditvenih delih. V strnjenih naseljih, kjer je pravilo zgrajena vsa infrastruktura pred

izgradnjo kanalizacije (pločniki, ceste, vodovod, ptt, CATV, n. n. el. omrežje, itd.), so te

razlike lahko še večje. Pri vakuumski kanalizaciji so višji stroški strojne in elektro opreme

in monitoringa.

5.3 Primerjava stroškov vzdrževanja in obratovanja

Vakuumska kanalizacija je tehnično zahtevnejša od gravitacijske kanalizacije, kar pa še ne

pomeni višjih stroškov vzdrževanja in obratovanja. Predvsem pri gravitacijski kanalizaciji

s številnimi črpališči in možnimi odseki s tlačno odvodnjo odplak so lahko vzdrževalni in

obratovalni stroški enaki ali celo višji kot pri vakuumski kanalizaciji. Vsi primerjani

stroški vzdrževanja in obratovanja so prikazani kot letni stroški. Primerjamo dva sistema,

ki sta primerjana tudi z vidika stroška gradnje.

Evropske norme EN 1091 v prilogi M določajo čas trajanja oziroma življenjsko dobo

posameznih delov naprav:

− omrežje: 50–80 let

− hišni jaški: 30–55 let

− pnevmatsko vodeni ventili: 30 let

− vakuumska posoda: 25–40 let


− vakuumska črpalka: 20 let

− črpalke za odpadno vodo: 12 let

Določene so tudi smernice za kontrolo in vzdrževanje vakuumskih kanalizacijskih

sistemov:

− Vakuumski hišni priključni jašek se mora pregledati in očistiti najmanj vsaki 2 leti.

− Potrošne dele na vakuumskih ventilih (membrane, tesnila) je potrebno menjati

vsakih 4 do 5 let.

− Delovanje vakuumske postaje se kontrolira enkrat tedensko. Črpalke se vzdržuje po

navodilih proizvajalca črpalk.

− Čas delovanja črpalk evidentiramo preko monitoringa.

− Generalno vzdrževanje vakuumske postaje se izvaja enkrat letno. Vključeno je tudi

čiščenje vakuumske posode.

− Posegi v vakuumski sistem so omejeni pri zamenjavi ventila na 30 minut, za

zamenjavo črpalk ali čiščenja rezervoarja pa na največ 4 ure (pri majhnem dotoku

odpadnih vod – v nočnem času).

Stroški vzdrževanja in obratovanja gravitacijske kanalizacije:

1. Deratizacija ( 1x letno ) 2.166,00 2. Izpiranje z kanaljetom ( 1x letno )

7.312 m po 0,35 €/m 2.559,20

3. Tedenski obhodi črpališč ( 2 uri x 10 črp. x 52 tednov =1.040 ur 1.040 ur po 15 €/h

15.600,00

4. Električna energija za pogon potopnih črpalk v črpališčih 77.896,11 kWh x 0,64 €

49.853,51

SKUPAJ : 70.178,71 €/letno

Električna energija za pogon potopnih črpalk v črpališčih izračunamo z upoštevanjem:

− dnevne količine odplak (�/�[k)

− kapacitete črpalk (� ℎ⁄ )

− moči črpalk (kW)


Dnevna količina odplak:

1333 prebivalcev x 150 l/prebivalec/dan = 199.950 l/dan = 199,95 � �[k ⁄

Skupna dnevna količina odplak je 199,95 � �k�wkf ⁄ , vendar moramo prečrpati količino

odplak, ki je dosti večja saj črpamo odplake v treh etapah. Predpostavka je, da so prispevna

območja (dotok odplak) po tretjinah. Na vsaki veji imamo tri črpališča.

Črpalna količina odplak:

199,95 x �� x 199,95 x

�� + 199,95 = 399,90 � �[k ⁄

Količina odplak, ki jih moramo prečrpati je torej 399,90 � �[k ⁄ .

V devetih črpališčih imamo montiranih 15 potopnih črpalk moči 2,4 kW in kapacitete 4,5 � ℎ⁄ .

Čas delovanja črpalk = ØÙÚÛÙ± ÜÝÞßčßÙ± ÝØMÞ±ÜÜ±M±àßáÚá± č M±ÞÜ â šáÚÛßÞÝ č M±ÞÜ

1. Prva tretjina omrežja: ãã,ã¥ W� �\�⁄�]�,¥ W� Í⁄ = 4,94 ure/dan

2. Druga tretjina omrežja: ��,�� W� �\�⁄ã]�,¥ W� Í⁄ = 4,94 ure/dan

3. Tretja tretjina omrežja: �ÀÀ,À¥ W� �\�⁄ã]�,¥ W� Í⁄ = 7,41 ure/dan

Porabljena električna energija : število črpalk x čas x moč

1. Prva tretjina: 3 x 4,94 ure/dan x 2,4 kW = 35,57 kWh/dan

2. Druga tretjina: 6 x 4,94 ure/dan x 2,4 kW = 71,14 kWh/dan

3. Tretja tretjina: 6 x 7,41 ure/dan x 2,4 kW = 106,70 kWh/dan

SKUPAJ: 213,41 kWh/dan

Letna poraba : 213,41 kWh/dan x 365 dni = 77.896,11 kWh


Stroški vzdrževanja in obratovanja vakuumske kanalizacije:

1. Kontrola delovanja vakuumske postaje enkrat tedensko 2uri x 52 tednov = 104 ure/letno x 15 €/h.

1.560,00 €

2. Vzdrževalna dela na vakuumski postaji in čiščenje vakuumske posode enkrat letno. Ocenjeni stroški (podatki iz objekta v obratovanju).

2.300,00 €

3. Pregledi in čiščenje vakuumskih hišnih priključnih jaškov vsaki dve leti (kontinuirano). (178 jaškov x 2 uri/jašek x 15 €/h ) / 2

2.670,00 €

4. Električna energija za pogon vakuumskih in fekalnih črpalk. 40.639,10 kWh x 0,64 €

26.009,02 €

SKUPAJ: 32.539,02 €

Spremljanje delovanja vakuumskega kanalizacijskega sistema preko monitoringa in razna

nepredvidena vzdrževalna dela (zamenjava vakuumskih ventilov) zahtevajo zaposlitev

enega vzdrževalca, zato lahko iz obračuna letnih stroškov izvzamemo postavke 1 in 3 in

stroškom dodamo stroške plače in ostalih prejemkov za enega KV vzdrževalca.

32.539,02 € - 1.560,00 € - 2.670,00 € + 18.720,00 € = 47.029,02 €/leto

Letni stroški vzdrževanja in obratovanja vakuumske kanalizacije so torej 47.029,02 €.

Električno energijo za pogon vakuumskih in fekalnih črpalk izračunamo z upoštevanjem:

- Dnevne količine odplak : 199,95 � �[k ⁄

- Srednjega LWV faktorja : äå��,� = ¥�,� .cW }/�rzã,ã¤ }/�rz = 7,83

( æ0 = 187,92 Nom � �⁄ = 52,2 Nom l/sek )

- Skupna količina zraka, ki ga posesajo vakuumske črpalke na dan:

199,95 � �[k⁄ × 7,83 = 1.565,61 � �[k⁄

Čas delovanja vakuumskih črpalk : zc}XčX�\ Xač^d\�r�\ a^\z\z\d\çX»r»\ č^d\}z

V vakuumski postaji imamo tri črpalke moči 11 kW s kapaciteto 442 � ℎ⁄ . V delovanju

sta dve 11 kW črpalki (ena 11 kW črpalka je v rezervi). Pri izračunu moramo upoštevati

izkoristek črpalk pri srednjem podtlaku (Z�^ =40 kPa).


2 vakuumski črpalki 11 kW, 442 � ℎ⁄ ( 176,8 Norm � ℎ⁄ pri Z�^ =40 kPa )

Čas delovanja črpalk = �.¥ã¥,ã� W� �\�⁄� ×�¤ã,�� W� Í⁄ =4,43 ure/dan

Porabljena električna energija: število črpalk x čas x moč

2 x 4,43 ure/dan x 11kW = 97,46 kWh/dan

Letna poraba: 97,46 kWh/dan x 365 dni = 35.572,90 kWh/leto

Čas delovanja fekalnih črpalk : zc}XčX�\ c�d}\zz\d\çX»r»\ č^d\}z

Izkoristek črpalk pri Z�^ =40 kPa je 60 %.

V črpališču imamo dve črpalki moči 1,8 kW s kapaciteto 43,2 Norm � ℎ⁄ (25,92 � ℎ⁄ pri Z�^ =40)

V delovanju je ena črpalka izmenično:

Čas delovanja črpalke: �ÀÀ,À¥W� �\�⁄ �¥,À� W� Í⁄ = 7,71 ure/dan

Porabljena energija : število črpalk x čas x moč:

1 x 7,71 ure/dan x 1,8 kW = 13,88 kWh/dan

Letna poraba: 13,88 kWh/dan x 365 dni = 5.066,20 kWh/leto

Skupna poraba vakuumskih in fekalnih črpalk:

- Vakuumske črpalke : 35.572,90 kWh/leto

- Fekalne črpalke: 5. 066,20 kWh/leto

SKUPAJ: 40.639,10 kWh/leto

PRIMERJAVA STROŠKOV VZDRŽEVANJA IN OBRATOVANJA

GRAVITACIJSKA KANALIZACIJA VAKUUMSKA KANALIZACIJA

70.178,71 €/leto 47.029,02 €/leto


6 ZAKLJUČNE UGOTOVITVE

V diplomskem delu dokazujemo dve trditvi:

− da je izvedba vakuumske kanalizacije v določenih primerih tehnično enostavnejša

od izvedbe gravitacijske kanalizacije;

− da so stroški gradnje vakuumske kanalizacije skupaj s stroški obratovanja in

vzdrževanja nižji od stroškov pri gravitacijski kanalizaciji.

Prednosti vakuumskega načina odvodnjavanja odplak v primerjavi z gravitacijsko

kanalizacijo so predvsem na naslednjih področjih:

− na ravninskih predelih, kjer žagasti profil vakuumske kanalizacije omogoča

polaganje cevi vzporedno s površino terena v malih globinah izpod cone

zamrzovanja;

− na podeželju z naselji z redko naseljenostjo, kjer so prispevne količine odplak male;

− priključevanja nižje ležečih delov naselij ali zgradb;

− pri prečkanju ovir (potok, jarki, podzemni infrastrukturni vodi itd.);

− pri visoki gladini podtalnice;

− pri občasnem nastajanju odpadnih vod (npr. turistična naselja, šole itd.);

− pri neugodnih pogojih za izkope, npr. skalnat teren;

− v urejenih urbanih okoljih, kjer se zahtevajo minimalni gradbeni posegi, itd.

Vakuumski sistem je dimenzioniran na končno maksimalno kapaciteto odplak z

upoštevanjem rasti prebivalstva v določenem časovnem obdobju, vendar deluje tudi pri

začetnih manjših obremenitvah tehnično brezhibno in gospodarno.


Pomembni so tudi ekološki vidiki, kjer ima vakuumska kanalizacija določene tehnične

prednosti, predvsem pri zaščiti pitne vode. Pri vakuumski kanalizaciji je transportni medij

zrak, zato so odplake dobro ozračene, kar preprečuje gnitje odpadnih vod in s tem

povezane neugodne emisije v zraku. Zaradi velikih hitrosti gibanja mešanic odplak in

zraka deluje sistem »samočistilno«.

Stroškovna primerjava vakuumske kanalizacije z gravitacijsko kanalizacijo, narejena na

projektu, ki je za vakuumsko kanalizacijo iz tehničnih vidikov najugodnejši (za

gravitacijsko pa neugoden), na primer raven teren ali celo teren, ki se dviga proti iztoku oz.

čistilni napravi, dokazuje, da so stroški izgradnje, obratovanja in vzdrževanja pri

vakuumski kanalizaciji nižji kot pri gravitacijski kanalizaciji. Tako smo na primeru, ki je

obdelan v diplomskem delu, ugotovili, da so gradbeni stroški gravitacijske kanalizacije za

34 % višji od stroškov gradnje vakuumske kanalizacije. Stroški obratovanja in vzdrževanja

gravitacijske kanalizacije pa so za 49 % višji od stroškov obratovanja in vzdrževanja

vakuumske kanalizacije.

Ker gre za primerjavo dveh tehnično ekstremnih primerov, so te razlike zelo velike.

Ugotavljamo pa, da se tudi pri delujočih sistemih razlike med stroški gibljejo med 20 % in

30 % v prid vakuumske kanalizacije.

Vakuumska kanalizacija predstavlja poseben način zbiranja odpadnih vod, ki negira našo

predstavo, da vse teče iz višje točke proti nižji. V nalogi smo dokazali, da je pod

določenimi pogoji vakuumska kanalizacija tehnično enostavnejša za izvedbo in stroškovno

cenejša kot klasična gravitacijska kanalizacija.


7 LITERATURA

[1] ATV-DVWK-A116, Arbeitsblatt, Bessondere Entwässerungsverfahren-

Unterdruckenwasserungssysteme auserhal von Gebäuden, April 2004.

[2] Golob, D 2011, Uporaba nemškega predpisa ATV A127 pri načrtovanju cevovodnih

konstrukcij, Maribor.

[3] Static Calculation of Drains and Sewers, ATV-DVWK-A 127E, 3.izdaja, Gessellschaft

zur Förderung der Abwassertechink, Hennef 2000.

[4] Maleiner, F 2006, Projektiranje in obratovanje vakuumskih kanalizacij, 15.strokovni

seminar.

[5] Maleiner, F 2005, 'Prvo vakuumsko kanalizacijsko omrežje v Sloveniji', Gradbeni

vestnik, letnik 54, str. 42-48.

[6] Petrešin, E, Nekrep Perc, M, Hidravlični preračun vakuumske kanalizacije – praktične

izkušnje in priporočila, Fakulteta za gradbeništvo, Maribor.

[7] Sever, R 2004, Idejna študija odvodnje komunalnih odpadnih vod med ločenim in

vakuumskim sistemom kanalizacije za naselja Cven, Krapje, Mota, Maribor.

[8] Standard SIST EN 1091, Vakuumski kanalizacijski sistemi zunaj stavb, november

2000.

[9] Gradbeniški priročnik 2008, 1. izdaja, Tehniška založba Slovenije, Ljubljana.

[10] Tehnične specifikacije za ceste (TSC), DRSC, Ljubljana 2003.


8 PRILOGE

8.1 Seznam slik

Slika 2.1: Prva podtlačna (vakuumska) kanalizacija, zgrajena v Amsterdamu.

Slika 3.1: Primerjava vakuumske in gravitacijske kanalizacije

Slika 3.2: Shematski prikaz vakuumske kanalizacije

Slika 3.3: Shema vakuumskega sistema

Slika 3.4: Prikaz odzračevanja hišne kanalizacije

Slika 3.5: Jašek z batnim ali membranskim ventilom

Slika 3.6: Vakuumski ventili proizvajalcev Airvac, Iseki, Roevac

Slika 3.7: Žagasto polaganje

Slika 3.8: Delovanje "liftov"

Slika 3.9: Podtlačna postaja v "mokri in suhi izvedbi"

Slika 4.1: Cevni priključek

Slika 4.2: Priključek stranskih vej vertikalno in horizontalno

Slika 4.3: Oznake deformacijskih modulov pri vkopu

Slika 4.4: Redukcijski faktor £�X Slika 4.5: Jarek z nagnjenimi stenami

Slika 4.6 : Vrednosti zmanjševalnih faktorjev ³¿ in ³�¿

Slika 4.7: Standardna vozila

Slika 4.8: Krivulje nadomestnih napetosti od globine h=0,5m do h=2,0 m

Slika 4.9: Krivulje nadomestnih napetosti od globine h=2,0m do h=10,0 m


8.2 Seznam tabel

Tabela 4.1: Določanje razmerja zrak/voda

Tabela 4.2: Določitev faktorja f in razmerja zrak/odpadna voda

Tabela 4.3: Določevanje premerov cevi vakuumskega cevovoda

Tabela 4.4: Izračun prostornine cevovoda

Tabela 4.5: Podatki za posamezno glavno vejo

Tabela 4.6: Vrste zemljin

Tabela 4.7: Vrednosti deformacijskih modulov � in �� glede na pogoje posteljice ¡X in

pogoje nadsipavanja za zasip jarkov ¢X Tabela 4.8: Specifične vrednosti materialov

Tabela 4.9: Vrednost koeficienta zemeljskega pritiska ³�in kota trenja ½

Tabela 4.10: Obtežbe in stik koles standardnih vozil

Tabela 4.11: Pomožne obtežbe prometa in pripadajoči pomožni radiji

8.3 Naslov študenta

Rok Sagadin

Hajdoše 56b

2288 Hajdina

Tel: 040 387 055

e-mail: [email protected]


8.4 Kratek življenjepis

Rojen: 7.8.1985 Ptuj

Šolanje: 1992 - 2000 Osnovna šola Hajdina

2000 - 2004 Gimnazija Ptuj

2004 – 2013 Fakulteta za gradbeništvo Maribor

8.5 Načrti

Priloga 1: Situacijski načrt vakuumske kanalizacije v naseljih A in B, merilo: 1:5000

Priloga 2: Situacijski načrt vakuumske kanalizacije v naseljih A in B, merilo: 1:5000

Priloga 3: Vzdolžni profil veje V-1-0 in V-2-0, merilo 1:2000

Priloga 4: Vzdolžni profil veje V-3-0, merilo: 1:2000

vakuumska kanalizacija, predstavitev in …

Documents