Využitie zrážkovej vody z povrchového odtoku v budovách

Hospodárenie s vodnými zdrojmi sa stáva nepochybne jednou z naliehavých otázok tohto tisícročia. Neustály nárast populácie a s tým súvisiace zvyšovanie potrieb pitnej vody spôsobuje celosvetový problém, preto sa hľadajú nové spôsoby čo najefektívnejšieho využívania zdrojov – a to nielen pitnej, ale aj úžitkovej a zrážkovej vody – z povrchového odtoku.

Veľký význam má z hľadiska budúcnosti akékoľvek zvyšovanie efektívnosti využitia pitnej vody pre potreby človeka a znižovanie jej potrieb na iné účely. Dôvodom je očakávaný pokles zásob pitnej vody v budúcnosti, ktorý bude sprevádzať zvyšujúca sa potreba pitnej vody vzhľadom na neustály nárast populácie. Jednou z alternatív šetrenia vzácnej pitnej vody je aj využívanie zráž­kových vôd z povrchového odtoku v objektoch.

Spôsoby využitia zrážkovej vody z povrchového odtoku v budovách
Zrážkovú vodu možno v objektoch využiť na:

• splachovanie WC,
• dopúšťanie zrážkovej vody do systému ústredného vykurovania,
• zavlažovanie,
• umývanie,
• pranie,
• pitie – v zahraničí sa uvažuje o zrážkovej vode po príslušnej úprave aj ako o pitnej vode.

Predpoklady na využívanie zrážkovej vody z povrchového odtoku má prakticky každý stavebný objekt. Plochu povodia, resp. záchytnú plochu zrážkovej vody tvorí strešná konštrukcia alebo spevnená plocha, z ktorej sa zrážková voda následne odvádza dažďovými odpadovými potrubiami do akumulačnej nádrže. Najčastejšie sa však systém využívania zrážkovej vody na zásobovanie vodou využíva v rodinných domoch. Priemernú celoročnú potrebu vody domácnosti dokáže štvorčlennej rodine zabezpečiť strecha s plochou asi 160 m² – za predpokladu, že zrážková voda by bola aj pitnou vodou. V našich podmienkach sa zrážková voda využíva len ako úžitková voda, aj tak však dokáže nahradiť až 60 % potreby vody rodinného domu.

Ako vyplýva z grafu na obr. 1, rozbor priemernej potreby 150 litrov pitnej vody na osobu a deň ukazuje, že asi 60 % tejto potreby sa dá nahradiť vodou zo zrážok. Dôležitá je najmä náhrada pitnej vody na splachovanie toaliet, čo predstavuje takmer 1/3 celkovej priemernej potreby vody. Tu sa ukazuje výrazný environmentálny prínos využívania zrážkovej vody.

Okrem zníženia potreby vody z vodovodu znižuje domáce využitie zrážkovej vody aj odtok zrážkovej vody do kanalizácie a uličných vpustov, čím sa redukuje zaťaženie kanalizácie. Hoci plochy striech domov zahŕňajú len zlomok z celkovej plochy mestského povrchového odtoku, aj malé nádrže tento odtok znižujú, čím priaznivo vplývajú na odkanalizovanie území [3], [4].

Technologické zariadenia na využívanie zrážkovej vody v budovách
Zariadenie na využívanie zrážkovej vody sa skladá (obr. 2) z [9]):

• nádrže na akumuláciu zrážkovej vody,
• čerpadla na zabezpečenie dopravy vody k výtokom,
• filtrov,
• potrubných rozvodov zrážkovej a pitnej vody na dopúšťanie vody do akumulačnej nádrže.

Voda z individuálneho zdroja sa spravidla nepodrobuje nepretržitej fyzikálno-chemickej a bakteriologickej kontrole tak, ako sa vyžaduje pri zdrojoch, ktoré zásobujú vodou verejné vodovody. Rozvody privádzajúce vodu, ktorá nie je pitná alebo má kvalitu nižšej triedy ako je stupeň 1 (napríklad voda z individuálnych zdrojov), musia byť oddelené od zvyšných častí rozvodu a musia byť primerane označené, prípadne sa na rozvod pitnej vody musí umiestniť zabezpečovacie zariadenie proti spätnému prúdeniu vody [7].

Akumulačné nádrže zrážkovej vody a ich dispozičné riešenie
Akumulačná nádrž je základnou zložkou celého systému využívania zrážkovej vody z povrchového odtoku. Na akumuláciu zrážkovej vody existuje viacero metód. V minulosti sa najčastejšie využívali murované nádrže s objemom 2 až 3 m³. V niektorých prípadoch boli akumulačné nádrže zostavené z betónových skruží. V poslednom období sa však začala priemyselná výroba akumulačných nádrží z plastových materiálov [1].
V súčasnosti existuje viacero možností umiestnenia akumulačných nádrží zrážkovej vody z povrchu budov vzhľadom na veľkosť pozemku, dispozíciu objektu a iné okrajové podmienky.

Podzemná akumulačná nádrž
Umiestnenie akumulačnej nádrže zrážkovej vody pod zem sa považuje za najvýhodnejšie dispozičné riešenie (obr. 2). Dôvodom je zamedzenie prístupu slnečného svetla nevyhnutného na tvorbu mikrobiologických procesov, ktoré negatívne vplývajú na senzorické vlastnosti vody. Veľkou výhodou je tiež to, že pod zemou je voda chladná a má stálu teplotu. Pri tomto umiestnení sa do značnej miery vylučuje aj prístup zvierat a hmyzu do akumulačnej nádrže. Zároveň odpadávajú priestorové nároky na umiestnenie nádrže a súčasne sa vylučuje možnosť zaplavenia v budove. V neposlednom rade je zaujímavým faktorom neobmedzená veľkosť či objem akumulačnej nádrže.

Nádrž umiestnená v rámci dispozície podzemného podlažia
Umiestnenie akumulačnej nádrže zrážkovej vody v rámci dispozície podzemného podlažia – či už v pivnici, alebo strojovni (obr. 3) – je oproti stavbe podzemnej nádrže jednoduchšie. V porovnaní s podzemnou nádržou sa v tomto prípade nevyžadujú výkopové práce pre nádrže a vedenia potrubí. Aj obsluha tejto nádrže je jednoduchšia vzhľadom na jednoduchý a ľahký prístup. K nevýhodám patria priestorové nároky v rámci dispozície podlažia či reálna možnosť zaplavenia podzemného podlažia. Nádrž sa môže umiestniť priamo v rámci dispozície suterénu alebo sa môže vybudovať ako samostatná menšia miestnosť po stavebných úpravách. Samozrejme, veľkosť nádrže limitujú priestorové možnosti danej dispozície.

Obr. 3  Nádrž umiestená v rámci dispozície podzemného podlažia	Obr. 4  Nadzemná nádrž zrážkovej vody [8]

Nadzemná akumulačná nádrž
Nadzemná nádrž sa umiestňuje zvyčajne v tesnej blízkosti budovy, ktorá sa bude zásobovať zrážkovou vodou (obr. 4). Výhodou pri tomto type nádrže je jej ľahká obsluha, dostupnosť, monitorovanie a údržba. Nevýhodou sú priestorové nároky dané najmä požadovanou veľkosťou, resp. objemom nádrže. Takisto je v tomto prípade možný prístup zvierat a hmyzu a do úvahy prichádza aj vystavenie slnečnému žiareniu a pôsobeniu teploty vonkajšieho prostredia.

Potrubia
Na rozvod pitnej vody v dome sa používajú materiály vhodné aj na použitie v systémoch na využívanie zrážkových vôd – najvhodnejšie sú plas­tové (viacvrstvové) alebo medené potrubia.

Ak je to možné, mali by všetky časti prívodného potrubia smerovať nadol a zrážkové vody by mali pritekať do hornej časti nádrže. Sklon potrubia je dôležitý na eliminovanie potenciálnych miest na tvorbu sedimentov, biofilmov a stojatých vôd. Na maximalizáciu zachytávania zrážkovej vody sa musí nadimenzovať dostatočný priemer dažďového odpadového potrubia na prietok vody zo strešných vtokov, a to aj počas náhlych prívalových zrážok.

Čerpadlá
Čerpadlo je hlavnou zložkou celého systému a jeho úlohou je zabezpečiť prúdenie vody na výtokoch s dostatočným tlakom. Najčastejšie používanými typmi čerpadiel sú samonasávacie alebo ponorné čerpadlá.

Samonasávacie čerpadlá môžu byť umiestnené nezávisle od nádrže v inom priestore alebo dokonca v inej budove. Vzdialenosť čerpadla od nádrže je však obmedzená jeho schopnosťou nasávať vodu. Pri montáži čerpadla platia tieto pravidlá:

• čerpadlo musí byť chránené pred chladom,
• musí mať ochranu proti chodu na sucho,
• flexibilný hadicový spoj medzi čerpadlom a potrubím by mal obmedziť prenos hluku a chrániť čerpadlo,
• nasávacie potrubie musí z nádrže k čerpadlu stúpať,
• pred prvým použitím treba čerpadlo a nasávacie potrubie naplniť vodou,
• nádrž by mala byť naplnená tak, aby bol koniec nasávacieho potrubia ponorený do vody.

Ponorné čerpadlá nepotrebujú nasávacie potrubia, do zásobníka sa čerpadlo postaví, zavesí alebo položí. Prednosťou ponorných čerpadiel je, že:

• hluk z prevádzky čerpadla vznikajúci v nádrži sa tlmí vodou,
• nevznikajú problémy s umiestnením čerpadla.

Filtre
Voda stekajúca z povodia strechy obsahuje nečistoty rozličného pôvodu, či už ide o rastlinné alebo biologické znečistenie alebo znečistenie z ovzdušia. Od účelu použitia zrážkovej vody závisí, do akej miery by sa mala voda filtrovať alebo dezinfikovať. Ak sa zrážková voda používa aj ako pitná voda, stupeň filtrácie a prípadnej dezinfekcie musí byť zabezpečený precíznejšie, ako keď sa používa iba ako úžitková.

Filter má vyčistiť zrážkovú vodu od nečistôt tak, aby:

• sa zabezpečila čistota čerpadla a armatúr,
• sa dosiahlo prevádzkovanie akumulačnej nádrže bez čistenia na dlhšie obdobie,
• voda obsahovala čo najmenšie množstvo organických látok.

Prvotnú filtráciu zabezpečuje sito nasadené na odkvapové žľaby, ktoré zachytáva najmä hrubé nečistoty. Na hrdlo dažďového odpadového potrubia môže byť umiestnený lapač lístia zachytávajúci najmä hrubé nečistoty.

Filter na dažďovom odpadovom potrubí
Spodná časť dažďového odpadového potrubia je dobrým miestom na vstavanie filtra. Na to slúži filter, v ktorom zrážková voda preteká jemným oceľovým sitom s veľkosťou oka 0,17 mm a následne odteká do akumulačnej nádrže. Hrubšie či jemnejšie nečistoty nemôžu filter upchať, pretože filtračná tkanina stojí vo filtri kolmo, takže sa nečistoty s časťou zrážkovej vody odplavia do kanalizácie.

Pri bežných zrážkach odvádza filter asi 90 % zrážkovej vody do zberača, pri výdatnejších zrážkach podiel zachytenej vody klesá a pri prietržiach sa môže znížiť až na 50 %. Zníženie zisku zrážkovej vody pri bežných zrážkach je asi 10 % a tento údaj by sa mal tiež vziať do úvahy pri dimenzovaní nádrže. Veľké zníženie zachytenej vody pri prívalových zrážkach má menší význam vzhľadom na to, že zásobník pri týchto veľkých zrážkach často preteká. Výhodou filtra je možnosť jeho vstavania priamo do dažďového odpadového potrubia bez zmeny dimenzie.

Zrážková voda tečie dažďovým odpadovým potrubím z veľkej časti na jeho vnútornej stene a tam sa zachytáva filtračným zberačom. Minimálne 1 m pred zberačom musí byť potrubie rovné a nepoškodené, aby sa voda nezvírila. Filtrovaná zrážková voda následne opúšťa filtračný zberač výtokovým hrdlom s priemerom 50 mm.

Jemný filter
Filtre osadené na prítoku zrážkovej vody môžu vďaka relatívne veľkým priemerom oka na sitách zachytiť len hrubé nečistoty. Jemné nečistoty sa môžu zachytiť jemným filtrom v tlakovom potrubí čerpadla. Takýto jemný filter má veľkosť oka 0,1 mm. Dnes sú bežné filtre aj so spätným preplachom, pomocou ktorého sa častice usadené na filtri odstránia [3].

Jemný vírivý filter
Jemný vírivý filter je vstavaný do zeme a je vhodný aj na filtráciu väčšieho objemu vody z viacerých dažďových odpadových potrubí. Na rozdiel od filtračného zberača sa môže použiť aj v zime a mraze. Zrážková voda steká z rúry vodorovne uloženej v zemi do vírivého jemného filtra. Tu preteká ako vír sieťovou vložkou s veľkosťou oka 0,18 mm. Nečistoty a malé množstvo vody sitom neprejdú a odplavia sa do centrálneho odtoku a kanála.

Šachtový filter
Šachtové filtre sa vstavajú do zeme. Voda z dažďového odpadového potrubia preteká v šachtovom filtri so vstavaným sitom s priemerom oka 0,5 mm a odvádza sa do akumulačnej nádrže. Samočistiace šachtové filtre čistia vodu natoľko dobre, že takáto voda sa môže priamo používať v dome bez ďalších potrebných úprav.

Zariadenie na meranie stavu objemu vody v nádrži
Najčastejšie sa využívajú automatické elektrické snímače stavu vody v akumulačnej nádrži. Pri elektrickej metóde sa meria naplnenie nádrže pomocou kapacitného senzora a výsledok sa prenáša krokovo po 1 % na displej. Pri dosiahnutí najnižšieho stavu vody v nádrži zapne zariadenie (cez vedenie s napätím 24 V) magnetický ventil na doplnenie vody v nádrži. Pri použití tohto prístroja odpadá potreba použiť plavákový spínač. Iné prístroje môžu pracovať napríklad na princípe s ultrazvukovou sondou. Táto meracia metóda umožňuje naprogramovaním spínacích bodov riadiť doplňovanie vody do nádrže [1].

Návrh objemu nádrže a objemu vody v nádrži
Veľkosť nádrže závisí od rozsahu použitia zrážkovej vody (WC, zavlažovanie, práčovňa, pitie, príprava potravín, kúpeľňa a podobne) a finančnej náročnosti. Na potrebnú veľkosť nádrže má vplyv aj požadovaný stupeň zabezpečenia. Zabezpečovanie zásobovania vodou takmer za všetkých podmienok, vrátane období sucha, bude vyžadovať väčšiu nádrž, ako zabezpečovanie zásobovania vodou za normálnych podmienok. Nižší stupeň bezpečnosti bude vyžadovať alternatívny zdroj dodávky vody. Ak nádrž na zrážkovú vodu predstavuje jediný zdroj pitnej a úžitkovej vody a objem nádrže musí zabezpečiť požadovanú dodávku vody, bude finančná stránka tiež menej dôležitá.

Pri zvážení týchto okolností bude veľkosť nádrže závisieť od:

• požadovaného objemu vody,
• množstva a druhu zrážok,
• plochy strechy.

Objem zrážok bude v kombinácii s plochou strechy určovať maximálny objem vody, ktorý sa môže zachytiť a akumulovať. Ak toto množstvo nie je dostatočné, musí sa zväčšiť plocha na zachytávanie (napríklad garáž alebo sklad), alebo znížiť spotreba vody. Na zníženie spotreby vody existuje rad opatrení, ako sú splachovacie záchody s malým a veľkým spláchnutím, úsporne výtokové hlavice a podobne. Ak aj po vykonaní týchto opatrení objem zrážkovej vody stále nepostačuje na uspokojenie dopytu, voda sa musí získať z iných zdrojov [2].

Výpočet možného zisku zrážkovej vody
Pre výpočtový prietok zrážkovej vody podľa STN 73 6760 platí:

Qr = r . A . C  (l/s)

kde    r    –    výpočtová výdatnosť zrážok (l/(s . m²)),
A    –    pôdorysná plocha strechy (m²),
C    –    súčiniteľ odtoku zrážkovej vody (–).

Podľa v súčasnosti platnej STN 73 6760 sa pri návrhu odvodňovacích systémov v budovách vychádza zo zrážky v trvaní 5 minút, ktorá sa vyskytuje raz za 2 roky. Na celé územie SR sa stanovila výpočtová výdatnosť zrážok s hodnotou r = 250 l/(s . ha), resp. 0,025 l/(s . m²) [6], čo predstavuje približne 788 mm/rok.

Pri odkanalizovaní budov pomocou žľabov sa uvažuje výdatnosť dažďa podľa miery možného ohrozenia objektu, ktorú zohľadňuje súčiniteľ bezpečnosti.

Stanovenie teoretického objemu zrážkovej vody zo strechy objektu
Vr = zroč. . A . C  (l/rok)

kde zroč.    –    priemerný ročný úhrn zrážok pre da­nú lokalitu podľa tab. 3 (mm/rok),
A    –    pôdorysná plocha strechy (m²),
C    –    súčiniteľ odtoku zrážkovej vody (–).

Ak máme rodinný dom s plochou strechy 150 m² v lokalite Bratislava, priemerný ročný úhrn zrážok je približne 400 mm/rok.

Výpočet:
Vr = zroč. . A . C
Vr = 400 . 150 . 1
Vr = 60 000 l/rok.

Teoretický objem zrážkovej vody zo strechy daného objektu je 60 000 l/rok .

Zisk zrážkovej vody sa znižuje odparovaním a filtráciou vody. V závislosti od typu filtra sa môže strata dostať až k hodnote 10 %, preto treba zisk korigovať súčiniteľom 0,9 až 0,95. Presné straty filtrom udáva výrobca podľa daného typu filtra.

Výpočet objemu nádrže podľa potreby vody
Pri výpočte objemu nádrže treba vedieť rozsah použitia zrážkovej vody, zásobu, ktorú budeme uvažovať, počet osôb a ich priemernú spotrebu vody na určené využívanie zrážkovej vody. Platí vzorec
Qrok . Tz
Vz =   (l)
365 dní

kde Qrok je    ročná potreba vody (l/rok) – závisí od uvažovaného druhu použitia zrážkovej vody (splachovanie WC, umývanie, polievanie, pranie a podobne),
Tz    –    čas zásobovania (d) – predpokladaný čas zásobovania zrážkovou vodou na dané využívanie zrážkovej vody (2, 3, 4 týždne…).

Príklad výpočtu objemu nádrže pre štvorčlennú domácnosť, kde sa zrážková voda bude využívať na splachovanie toaliet, pranie a polievanie záhrady, je uvedený v tab. 4 [1].

ηi = Qi, out + fi . Eel, i, out

fy . Qi, in + fz . Wi, aux

Vz = Qrok . Tz  (l)    365 dní

Vz = 58 720 . 14-denná zásoba
= 2 252 l = 2,2 m³
365
Veľkosť nádrže bude 2,2 m³.

Tab. 2  Výdatnosť dažďa pre kanalizačné systémy so žľabmi

Tab. 3  Závislosť ročného úhrnu zrážok od nadmorskej výšky


Tab. 4  Príklad výpočtu potreby zrážkovej vody

Záver
Zrážková voda sa zatiaľ v budovách na Slovensku využíva minimálne, najväčšie praktické skúsenosti majú v USA, západnej Európe a Austrálii. Dôvodmi sú dosiaľ stále relatívne nižšia cena pitnej vody než vo svete a tiež investičné náklady na technologické zariadenia na využitie zrážkovej vody. Článok je príspevkom k problematike využívania zrážkovej vody z povrchového odtoku na zásobovanie budov vodou. Rozoberá a zohľadňuje, akým spôsobom možno využívať zrážkovú vodu v objekte, ukazuje základné dispozičné riešenia akumulačných nádrží zrážkovej vody a opisuje spôsob výpočtu návrhu objemu nádrže a objemu vody v nádrži.

Foto a obrázky: archív autorov, [1], WPL,
Gulf Coast Renewable Resources

Príspevok je spracovaný v rámci projektu VEGA č. 1/0730/08.

Literatúra
1.    Böse, K-H.: Dešťová voda pro zahradu a dům. Ostrava: nakladatelství HEL, 1999.
2.    Australian government: Guidance on Use of Rainwater Tanks. Publications Production Unit.
3.    Coombes, P. J., Kuczera G., Argue, J. & Kalma, J. D.: An Evaluation of the Benefits of Source Control Measures at the Regional Scale. In: Urban Water, vol. 4 (4), 2002, pp. 307 – 320.
4.    Mitchell, V. G., Mein, R. G. & McMahon, T. A.: Evaluating the Resource Potential of Stormwater and Wastewater; an Australian Perspective. In: Australian Journal of Water Resources, vol. 2 (1), 1997, pp. 19 – 22.
5.    STN EN 73 6760 Kanalizácia v budovách.
6.    Valášek J., Peráčková, J.: Bezpečnostné prepady striech z hľadiska ich bezporuchového odvodnenia. In: Zborník príspevkov z konferencie Poruchy a rekonštrukcie obvodových plášťov a striech, Podbanské 2008, s. 55 – 58.
7.    Valášek, J. a kol.: Ochrana pitnej vody vo vodovodných rozvodoch pred znečistením. Bratislava: vydavateľstvo AURIUS, 2003.
8.    Žabička, Z.: Dažďová voda, spôsob odvádzania a vplyv na riešenie stavby. In: TZB Haustechnik, 2007, č. 7, s. 34 – 36.
9.    Technické podklady firmy WPL.
10.    Technické podklady firmy Gulf Coast Renewable
Resources.

ČLánok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.