Водяная башня - Water tower

Водонапорная башня в Мондевиле , Кальвадос , Франция

Башня вода является повышение потенциала поддерживает резервуар для воды , построенный на высоте , достаточной для создания избыточного давления в систему распределения для питьевой воды , а также обеспечить экстренное хранение для противопожарной защиты. Водонапорные башни часто работают вместе с подземными или наземными резервуарами для обслуживания , которые хранят очищенную воду рядом с тем местом, где она будет использоваться. Водонапорные башни других типов могут хранить только сырую (непитьевую) воду для противопожарных или промышленных целей и не обязательно могут быть подключены к коммунальному водопроводу.

Водонапорные башни могут подавать воду даже во время перебоев в подаче электроэнергии , поскольку они зависят от гидростатического давления, создаваемого подъемом воды (из-за силы тяжести ), чтобы протолкнуть воду в бытовые и промышленные системы водоснабжения; однако они не могут подавать воду в течение длительного времени без электроэнергии, потому что для пополнения башни обычно требуется насос. Водонапорная башня также служит резервуаром для удовлетворения потребностей в воде в периоды пиковой нагрузки. Уровень воды в градирне обычно падает в часы пиковой нагрузки дня, а затем насос снова наполняет его ночью. Этот процесс также предотвращает замерзание воды в холодную погоду, поскольку градирня постоянно сливается и наполняется заново.

История

Заброшенная сферическая железнодорожная водонапорная башня в Трире , Германия

Хотя использование приподнятых резервуаров для хранения воды существовало с древних времен в различных формах, современное использование водонапорных башен для систем водоснабжения, находящихся под давлением, появилось в середине 19-го века, когда паровая помпа стала более распространенной, а трубы стали более подходящими. были разработаны более высокие давления. В Соединенном Королевстве стояки состояли из высоких открытых труб N-образной формы, используемых для сброса давления и обеспечения фиксированной отметки для паровых насосных двигателей, которые, как правило, создавали пульсирующий поток, в то время как для системы распределения воды под давлением требовалось постоянное давление. . Стояночные трубы также обеспечивают удобное фиксированное место для измерения расхода. Обычно дизайнеры заключали стояки в декоративную кладку или деревянные конструкции. К концу 19 века водозаборники разрослись и стали включать резервуары для хранения, чтобы удовлетворить постоянно растущие потребности растущих городов.

Многие ранние водонапорные башни теперь считаются исторически значимыми и были включены в различные списки наследия по всему миру. Некоторые из них переоборудованы в апартаменты или эксклюзивные пентхаусы . В некоторых районах, например в Нью-Йорке в США, для отдельных зданий строятся водонапорные башни меньшего размера. В Калифорнии и некоторых других штатах внутренние водонапорные башни, окруженные сайдингом ( резервуары ), когда-то были построены (1850–1930-е годы) для снабжения отдельных домов; ветряные мельницы перекачивают воду из вырытых вручную колодцев в резервуар в Нью-Йорке.

Водонапорные башни использовались для снабжения остановки воды для паровых локомотивов на железнодорожных линиях. Ранние паровозы требовали остановки с водой каждые 7-10 миль (11-16 км).

Дизайн и конструкция

Водонапорная башня Шутерс-Хилл - достопримечательность Лондона , Великобритания . Водонапорные башни - обычное дело в окрестностях Лондона.

Для постройки типичной водонапорной башни можно использовать самые разные материалы; Чаще всего используются сталь и армированный или предварительно напряженный бетон ( также используются дерево, стекловолокно или кирпич) с внутренним покрытием для защиты воды от любых воздействий материала облицовки. Резервуар в башне может быть сферическим , цилиндрическим или эллипсоидным , с минимальной высотой приблизительно 6 метров (20 футов) и минимальным диаметром 4 м (13 футов). Стандартная водонапорная башня обычно имеет высоту примерно 40 м (130 футов).

Водонапорная башня Росс Барнетт в Миссисипи

Повышение давления происходит за счет гидростатического давления воды на возвышении; на каждые 10,20 см (4,016 дюйма) высоты он создает давление в 1 килопаскаль (0,145  фунт / кв. дюйм ). На высоте 30 м (98,43 фута) создается примерно 300 кПа (43,511 фунт / кв. Дюйм), что является достаточным давлением для работы и обеспечивает большинство требований к давлению воды в бытовых условиях и требованиям распределительной системы.

Высота башни обеспечивает напор водопроводной сети, и ее можно дополнить насосом . Объем резервуара и диаметр трубопровода обеспечивают и поддерживают расход. Однако использование насоса для создания давления обходится дорого; Чтобы удовлетворить меняющийся спрос, насос должен быть рассчитан на пиковые нагрузки. В периоды низкого спроса используются подпиточные насосы для удовлетворения этих требований к более низкому расходу воды. Водонапорная башня снижает потребность в электроэнергии циклических насосов и, следовательно, потребность в дорогостоящей системе управления насосом, поскольку эта система должна иметь достаточные размеры, чтобы обеспечивать такое же давление при высоких скоростях потока.

При тушении пожаров требуются очень большие объемы и расход. При наличии водонапорной башни насосы могут быть рассчитаны на средний, а не пиковый спрос; водонапорная башня может обеспечивать давление воды в течение дня, а насосы будут наполнять водонапорную башню, когда потребности будут ниже.

Использование беспроводных сенсорных сетей для мониторинга уровня воды внутри башни позволяет муниципалитетам автоматически контролировать и контролировать насосы без установки и обслуживания дорогостоящих кабелей передачи данных.

Архитектура

Башня с талисманом местной средней школы, тигром (Сентервиль, штат Техас)

Водонапорные башни могут быть окружены декоративными покрытиями, включая причудливую кирпичную кладку , большую увитую плющом решетку, или их можно просто раскрасить. Некоторые городские водонапорные башни имеют название города, написанное большими буквами на крыше, в качестве средства навигации для авиаторов и автомобилистов . Иногда украшение бывает юмористическим. Примером этого являются водонапорные башни, построенные бок о бок, обозначенные как ГОРЯЧЕЕ и ХОЛОДНОЕ . Города в Соединенных Штатах, имеющие расположенные рядом водонапорные башни с пометками HOT и COLD, включают Грейнджер, штат Айова ; Кантон, Канзас ; Пратт, штат Канзас , и Сент-Клер, штат Миссури ; В Эвелет, Миннесота, когда-то было две таких башни, но теперь их нет.

Многие небольшие города в Соединенных Штатах используют свои водонапорные башни для рекламы местного туризма, местных спортивных команд средней школы или других интересных фактов. Водонапорная башня «гриб» была построена в Эребру , Швеция, и вмещает почти два миллиона галлонов воды.

по всему миру

Водонапорные башни на крышах многоквартирных домов на 57-й Восточной улице в Нью-Йорке

На изображении слева показаны три архитектурных подхода к включению этих резервуаров в дизайн здания. Слева направо: полностью закрытая и богато украшенная кирпичная структура, простая неукрашенная кирпичная структура без крыши, скрывающая большую часть резервуара, но открывающая верх резервуара, и простая утилитарная структура, которая не делает никаких усилий, чтобы скрыть резервуары или иным образом их объединить. в дизайн здания.

Эта технология появилась как минимум в 19 веке, и долгое время в Нью-Йорке требовалось, чтобы все здания выше шести этажей были оборудованы водонапорной башней на крыше. Две компании в Нью-Йорке строят водонапорные башни, обе являются семейными предприятиями, действующими с 19 века.

Первоначальные строители водонапорных башен были производителями бочек, которые расширили свое ремесло, чтобы удовлетворить современные потребности, поскольку здания в городе становились все выше в высоту. Даже сегодня герметик не используется для удержания воды. Деревянные стены водонапорной башни скреплены стальными тросами или ремнями, но вода просачивается через щели при первом заполнении. По мере того, как вода насыщает дерево, оно набухает, зазоры закрываются и становятся непроницаемыми. Водонапорные башни на крыше хранят от 25 000 до 50 000 литров (от 5 500 до 11 000 имп галлонов; от 6 600 до 13 200 галлонов США) воды до тех пор, пока она не понадобится в здании ниже. Верхняя часть воды снимается сверху для повседневного использования, а вода в нижней части башни остается в резерве для борьбы с огнем. Когда вода опускается ниже определенного уровня, реле давления, реле уровня или поплавковый клапан активируют насос или открывают водопроводную линию для пополнения водонапорной башни.

Грибовидная бетонная водонапорная башня Ройхувуори в Хельсинки , Финляндия, была построена в 1970-х годах. Его высота составляет 52 метра (171 фут), и он может вмещать около 12 000 кубических метров (420 000 кубических футов) воды.

Архитекторы и строители использовали разные подходы к включению водонапорных башен в дизайн своих зданий. На многих крупных коммерческих зданиях водонапорные башни полностью скрыты за пристройкой фасада здания. По косметическим причинам многоквартирные дома часто заключают свои резервуары в конструкции на крыше, либо простые неукрашенные коробки на крыше, либо богато украшенные конструкции, предназначенные для повышения визуальной привлекательности здания. Однако многие здания оставляют свои водонапорные башни на виду на утилитарных каркасных конструкциях.

Водонапорные башни - обычное дело в Индии , где электроснабжение в большинстве мест нестабильно.

Если насосы выйдут из строя (например, при отключении электроэнергии), давление воды будет потеряно, что может вызвать проблемы со здоровьем. Многие штаты США требуют выдачи « рекомендации по кипячению воды », если давление воды упадет ниже 20 фунтов на квадратный дюйм (140 кПа). Этот совет предполагает, что более низкое давление может позволить патогенам проникнуть в систему.

Водонапорные башни часто считают памятниками гражданского строительства . Некоторые из них были переоборудованы для использования в современных целях, например, Wiea Ciśnień ( Вроцлавская водонапорная башня ) во Вроцлаве , Польша, которая сегодня является ресторанным комплексом. Остальные были переоборудованы в жилое помещение.

Исторически сложилось так, что железные дороги, которые использовали паровозы, нуждались в средствах пополнения тендеров на локомотивы. Водонапорные башни были обычным явлением вдоль железной дороги. Тендеры обычно пополнялись водяными кранами , которые питались водонапорной башней.

Некоторые водонапорные башни также используются в качестве смотровых башен и некоторых ресторанов, таких как Goldbergturm в Зиндельфингене , Германия, или вторая из трех башен Кувейта в Государстве Кувейт . Также часто используются водонапорные башни в качестве расположения механизмов передачи в диапазоне УВЧ с малой мощностью, например, для закрытых сельских радиовещательных служб, любительского радио или сотовой телефонной связи.

В холмистых регионах местная топография может быть заменена конструкциями для поднятия резервуаров. Эти резервуары часто представляют собой не что иное, как бетонные цистерны, террасированные по склонам местных холмов или гор, но функционируют идентично традиционной водонапорной башне. Крышки этих резервуаров при желании можно оформить ландшафтным дизайном или использовать в качестве паркового пространства.

Сферы и сфероиды

Водонапорная башня Пола Баньяна в Пекот- Лейкс, Миннесота

Компания Chicago Bridge and Iron построила множество водных сфер и сфероидов, найденных в Соединенных Штатах. Веб-сайт Самая высокая водная сфера в мире описывает различие между водной сферой и водным сфероидом следующим образом:

Водная сфера - это водонапорная башня с большой сферой на вершине столба. Сфера похожа на мяч для гольфа, сидящий на футболке, или на круглый леденец. Поперечное сечение сферы в любом направлении (восток-запад, север-юг или верх-низ) представляет собой идеальный круг. Водный сфероид выглядит как водный шар, но его вершина шире, чем высота. Сфероид похож на круглую подушку, которая несколько приплюснута. Поперечное сечение сфероида в двух направлениях (восток-запад или север-юг) представляет собой эллипс, но только в одном направлении (верх-низ) это идеальный круг. И сферы, и сфероиды являются эллипсоидами особого случая: сферы имеют симметрию в 3 направлениях, сфероиды имеют симметрию в 2 направлениях. Эллипсоиды скален имеют 3 оси неравной длины и три неравных сечения.

Водонапорная башня East Bay Township недалеко от Траверс-Сити, штат Мичиган

Союз Watersphere является водонапорной башня увенчана шарообразным баком для воды в Союзе, Нью - Джерси , и характеризуются как мир высоких Water Sphere .

В статье Star Ledger говорится, что водонапорная башня в Эрвине, Северная Каролина, завершенная в начале 2012 года, высотой 219,75 футов (66,98 м) и вместимостью 500 000 галлонов США (1900 м 3 ) стала самой высокой водной сферой в мире. Однако фотографии водонапорной башни Эрвина показали, что новая башня представляет собой водяной сфероид.

Водонапорная башня в Брамане, штат Оклахома , построенная Kaw Nation и завершенная в 2010 году, имеет высоту 220,6 футов (67,2 м) и вмещает 350 000 галлонов США (1300 м 3 ). Немного выше, чем Водосфера Союза, это тоже сфероид.

Другая башня в Оклахоме, построенная в 1986 году и объявленная «самой большой водонапорной башней в стране» , имеет высоту 218 футов (66 м), вмещает 500 000 галлонов США (1900 м 3 ) и расположена в Эдмонде .

Earthoid , совершенно сферический резервуар расположен в Germantown, штат Мэриленд составляет 100 футов (30 м) в высоту и имеет 2000000 галлонов (7,600 м 3 ) воды. Название взято из-за того, что он нарисован, чтобы напоминать земной шар.

Резервуар в форме мяча для гольфа водонапорной башни в Гонсалесе, Калифорния , поддерживается тремя трубчатыми опорами и достигает высоты около 125 футов (38 м).

Водонапорные башни Эйндховена

Watertoren (или водные башни) в Эйндховене , Нидерланды содержат три сферические танки, каждые 10 м (33 футов) в диаметре и способен удерживать 500 кубических метр (130 000 галлонов США) воды, на три 43,45 м (142,6 футов) шпили были завершено в 1970 году.

Самый высокий

Водонапорная башня Мехелен-Зюйд , одна из самых высоких в мире
Башня Год Страна Город Высота вершины Замечания
Swisscom-Sendeturm Санкт-Кристона 1984   Швейцария Санкт-Кристона 250 м (820 футов)
Башни Кувейта , Башня А 1979 г.  Кувейт Кувейт 187 м (613 футов)
Башни Кувейта , Башня B 1979 г.  Кувейт Кувейт 146 м (479 футов)
Вальденбургская телебашня 1959 г.  Германия Вальденбург 145 м (475 футов) частично оттяжная башня, состоящая из водонапорной башни и антенной мачты, прикрепленной к земле в качестве вершины, антенная мачта демонтирована в 2008 г.
Водонапорная башня Мехелен-Зюйд 1978 г.  Бельгия Мехелен 143 м (469 футов) комбинированная водопроводная и телекоммуникационная башня
Водонапорная башня Джиноза 1915 г.  Италия Джиноза 130 м (426,5 футов)

Альтернативы

Альтернативой водонапорным башням являются простые насосы, установленные поверх водопроводных труб для увеличения давления воды. Этот новый подход более прост, но в большей степени подвержен потенциальным рискам для здоровья населения; в случае выхода из строя насосов потеря давления воды может привести к попаданию загрязняющих веществ в водную систему. Большинство крупных предприятий водоснабжения не используют этот подход из-за потенциальных рисков.

Примечательный

Австралия

Водохранилище Бэнкстаун было построено на железобетонных опорах , и оно является одним из старейших такого типа в районе Сиднея.

Австрия

Бельгия

Бразилия

Канада

Хорватия

Дания

Германия

Водонапорная башня Фридрихсплац, Мангейм

Индия

Италия

Нидерланды

Неоготическая водонапорная башня в Мальборке , Польша, 1905 г.

Польша

Словакия

Словения

Швеция

Дом в облаках в Thorpeness функционировал в качестве водонапорной башни города с 1923 до 1977 года.

Объединенное Королевство

Соединенные Штаты

Стояк

Луисвиллская водонапорная башня , одна из немногих сохранившихся водонапорных башен в США. Он был завершен в 1860 году.

Первоначально в Соединенных Штатах было более 400 водонапорных башен, но очень немногие из них остались сегодня, в том числе:

Галерея

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки