Hanoi’den su dağıtımının geleceğini hayal etmek için bir şeyler öğrenmek

Toplayın, tedavi edin, dağıtın, tüketin. Bu, birçok ülkede su dağıtımının içerdiği şeydir. Su önce doğal bir kaynaktan toplanır ve bir su arıtma tesisine pompalanır ve ardından arıtılır. Daha sonra, sistematik olarak basınçlandırılması gereken büyük boru ağlarına doğru itilir, böylece bir musluğu her açtığımızda içilebilir su dışarı akar; Şekil 1a’ya bakın . Tüm dünyada, bu genellikle su dağıtım sistemlerini çalıştırmak için tercih edilen çözüm olarak görülmektedir; yani “altın standart”. Sorun şu ki, bu model yirmi birinci yüzyılın zorluklarının üstesinden gelmek için uyarlanmamış ve en az iki büyük sorunu barındırıyor.

Birincisi, su borularının sistematik olarak basınçlandırılmasını sağlamak, aşırı miktarda enerji gerektirir (Amerika Birleşik Devletleri’ndeki su hizmetleri tarafından kullanılan tüm enerjinin ~% 80’i ). Bu, o kadar çok enerjiyi temsil eder ki, su hizmetleri genellikle elektrik hizmetlerinin en büyük müşterisidir. Chini ve Stillwell  , ABD’de suyun arıtılması ve dağıtımının ortalama olarak 340 Wh m ⁻³ gerektirdiğini buldu.. İkincisi, su dağıtım sistemleri esnek değildir. Yine su boruları sürekli yüksek basınç altında olduğu için boru duvarlarına çok büyük kuvvetler uygulanır ve su dağıtım sistemleri yaşlandıkça boru kırılmaları kaçınılmazdır. Sonuç olarak, birçok su hizmeti kuruluşu, boru kırılmalarına neden olabilecek ve büyük ölçekli kirlenmeye yol açabilecek su darbelerinden kaçınmak için su basıncındaki her türlü ince değişikliği en aza indirmek için büyük çaba gösterir. Dünyanın pek çok şehrinde su dağıtım sistemleri yaşlandıkça, su dağıtımının altın standardını yeniden gözden geçirmenin zamanı gelebilir.

Farklı bir model arayışında Vietnam’ın başkenti Hanoi’den öğrenebiliriz; Şekil 1b’ye bakın. Hanoi’deki ilk süreç altın standarda benzer. Su, doğal bir kaynaktan (yani, yüzey suyu kütleleri veya yeraltı suyu kuyularından) toplanır ve arıtılır. Su daha sonra geniş bir boru ağına pompalanır. Aradaki fark, 2008 yılına kadar tüm şehri beslemeye yetecek kadar su arıtılamadı ve pompalanamadı ve bu nedenle tek tek şehirlerin belirli bölümleri gün boyunca su dağıtım sistemlerinden kapatıldı – bu sistemlere aralıklı su denir Sürekli su temini (CWS) sistemlerinin aksine, tedarik (IWS) sistemleri ve düşük ve orta gelirli ülkelerde yaygındır. Sonuç olarak, hemen hemen her binanın bodrum katında, sistem çalışmıyorken suyu depolamak için bir su deposu vardı – bu ikincil, bina içi sistemlere ikincil su temini (SWS) sistemleri denir. Hanoi artık sürekli olarak su ile beslenirken, uygulama devam ediyor. Sonuç olarak, binalar genellikle su beslemesi kesildiğinde birkaç gün kendi kendine yeterlidir. Örnek olarak, Ekim 2019’da, Hanoi’deki bir su arıtma tesisi kirlendi ve bu da su şebekesinin bir bölümünü kirletti, ancak çoğu bina, kendilerini şebekeden zamanında izole ettikleri ve depoladıkları için kesintiye uğramadı. birkaç gün için yeterli su. Ayrıca binalar bodrum tankları ile donatıldığından sistemdeki su basıncı daha düşük olabilir. Hanoi’de, düşük basınçlı bölgeler yaklaşık 10 metre (yangın güvenliği için kabul edilebilir minimum) basınçlara sahiptir ve bu nedenle ABD’deki örnek olarak altın standarttan daha az enerji gerektirir. ortalama su basıncı ~ 30 metre olma eğilimindedir (kabaca beş katlı bir bina sağlamak için). Daha genel olarak, Hanoi bağlamının ötesinde, su basıncı yönetimi iyi incelenmiştir ve sızıntıyı ve enerji tüketimini azaltmaya yardımcı olduğu kabul edilmiştir.³ .

Ek olarak, Hanoi’deki çoğu binada çatılara yerleştirilmiş daha küçük bir su deposu vardır. Bodrum tankından gelen su önce tavan tankına pompalanır – işlem genellikle otomatiktir ancak sadece elektrik talebi düşük olduğunda çalışacak şekilde programlanabilir. Tipik bir ev için, bodrum deposu 3–5 metreküp hacme sahipken, çatıdaki depo yaklaşık 1–2 metreküp su içerir; Tipik tavan üstü tankları ile bir resme bakın, Şekil 2 . Tank çatıda olduğu için, bir binanın her yerine su sağlamak için tek başına yerçekimi kullanılır ve bu nedenle elektrik kesintileri sırasında (çatıdaki tank boşalana kadar) su sağlanabilir.

Genel olarak, Hanoi’de su dağıtımı , arıtma ve dağıtım için yaklaşık 100 Wh m ⁻³ (Hanoi Water Limited Company’den alınan veriler) ve bodrum tankından çatı tankına su pompalamak için yaklaşık 130 Wh m ⁻³ tüketmektedir (dört için hikaye oluşturma; bkz. Yöntemler), toplam 230 Wh m ⁻³ (ABD ortalamasının yaklaşık üçte ikisi).

Doğal olarak, Hanoi modeli kusursuz değildir. Su dağıtım sistemlerindeki büyük basınç farkları, IWS sistemlerinde yaygın olduğu gibi su borularını daha hızlı bozabilir. Ayrıca, daha düşük su basınçlarına izin verilmesi veya hatta su dağıtım sistemlerinin şehrin bir kısmına (eskiden olduğu gibi) kapatılmasının bir sonucu olarak, kirlenmiş yeraltı suyu boru ağına girebilir ve tüm sistemi kirletebilir. Su kalitesi sorunlarını kısmen çözmek için, Hanoi’de birçok bina, talep üzerine (genellikle su filtreleri şeklinde) içme suyunu arıtmak için çatıdaki su tankından sonra (yani, SWS sisteminden sonra) yerleştirilen ayrı arıtma süreçleriyle donatılmıştır. Bu strateji ayrıca su kalitesinin kullanıcı tarafından kontrol edilmesini sağlar. Aslında, su sayacını geçtikten sonra su mülk sahibine aittir. Sonuç olarak, su, SWS sistemine ulaştığında kalitesinden mal sahibi sorumludur; ve iyi korunmazsa, daha uzun su durgunluk süreleri, daha yüksek sıcaklıklar ve dezenfektan kalıntılarının kaybı nedeniyle SWS sistemlerinde su kalitesi etkilenebilir. . Sorumluluğun bir kısmını bina sahiplerine devretmenin bir sonucu, bazı mali yüklerin bina sahiplerine yüklenmesidir.

Genel olarak, Hanoi hem merkezi hem de merkezi olmayan bir hibrit sistem elde etti. Berrak, düşük basınçlı suyun dağıtımı, işlemin daha az enerji tüketme eğiliminde olması dışında altın standarda benzer şekilde merkezileştirilmiştir. Su bir binaya girdiğinde, genellikle bir bodrum tankında depolanır, ardından daha küçük bir çatı tankına pompalanır ve son olarak son bir kez içme suyuna dönüştürülür. Toplama, işleme, dağıtma, tüketme modelinin aksine, Hanoi bir toplama, işleme, dağıtma, saklama, işleme, tüketme modelini izler. Sonunda, Hanoi modeli hem daha dayanıklıdır hem de çalışması için potansiyel olarak daha az enerji gerektirir.

Nihayetinde, on dokuzuncu yüzyılın sonundan itibaren devasa boru ağlarını içme suyu ile basınç altında tutmanın mirası ne sürdürülebilir ne de dayanıklıdır. Bir bütün olarak su dağıtımı yeniden gözden geçirilmeli ve diğer altyapı sistemleri ile daha iyi entegre edilmelidir ^{5 , 6 , 7} . Altın standardı dönüştürmeye yönelik herhangi bir çaba, önemli bir öğrenme ve dramatik bir sosyoteknik geçiş gerektirecektir ve Hanoi modeli mükemmel olmasa da, bizi su dağıtımının geleceğine doğru yola koyacak değerli içgörüler ve fikirler sunar.

Yöntemler

Denklem ( 1), bir bodrum katından bir çatı tankına su _pompalamak için E _pompasının enerji tüketimini tahmin etmek için kullanılır .Ep u m p=ρ ⋅ g⋅ V⋅ ( H+hf)ηp u m p⋅ηm o t o r,Epump=ρ⋅g⋅V⋅(H+hf)ηpump⋅ηmotor,(1)

burada ρ su yoğunluğu (yani, 1000 kg m ^-3 ); g yerçekimi ivmesidir (yani, 9,81 m s ⁻² ); V , pompalanan su hacmidir; H jeodezik yükselmedir; h _f toplam sürtünme kaybıdır (yani, iç mekan boru ağı için sürtünme kayıplarının jeodezik yükselmenin% 30’unu oluşturduğu tahmin edilmektedir); η _pompa , pompanın verimidir (iç mekan sistemleri için η _pompa , pompanın ⁸ yaşına bağlı olarak ~% 30–60’tır ); η _motor , pompa motorunun verimidir (küçük motorlar için, nominal gücü 2,2 kW’ın altında, η _motor ~% 75).

Tipik dört katlı bir konut için ( H  = 14 m), pompa veriminin% 50 olduğu varsayıldığında , bodrumdan çatıya 1 m ³ su pompalamak için enerji tüketimi Wh, dolayısıyla ~ 130 Wh.Ep u m p=1 , 000 × 9,81 × 1 × 1,3 × 140,5 × 0,75 × 3600= 132.25