Водонапорная башня — это надземная конструкция [1] , поддерживающая резервуар для воды , построенный на высоте, достаточной для создания давления в системе распределения питьевой воды и для обеспечения аварийного хранения для противопожарной защиты. [2] Водонапорные башни часто работают вместе с подземными или наземными резервуарами , в которых хранится очищенная вода рядом с местом ее использования. [3] Водонапорные башни других типов могут хранить только сырую (непитьевую) воду для противопожарных или промышленных целей и не обязательно могут быть подключены к общественному водоснабжению.
Водонапорные башни способны подавать воду даже во время отключения электроэнергии , поскольку они полагаются на гидростатическое давление , создаваемое подъемом воды (под действием силы тяжести ), чтобы нагнетать воду в бытовые и промышленные системы водоснабжения; однако они не могут подавать воду в течение длительного времени без электроэнергии, поскольку для наполнения башни обычно требуется насос. Водонапорная башня также служит резервуаром для удовлетворения потребностей в воде в часы пик. Уровень воды в башне обычно падает в часы пикового использования днем, а затем насос снова наполняет ее ночью. Этот процесс также предотвращает замерзание воды в холодную погоду, поскольку башня постоянно опорожняется и наполняется заново. [4]
Хотя использование надземных резервуаров для хранения воды в различных формах существовало с древних времен, современное использование водонапорных башен для общественных систем водоснабжения под давлением появилось в середине 19-го века, когда паровые насосы стали более распространенными, а более совершенные трубы , которые могли переносить воду, стали более распространенными. были созданы более высокие давления. В Соединенном Королевстве стояки представляли собой высокие открытые трубы N-образной формы, используемые для сброса давления и обеспечения фиксированной высоты для паровых насосных двигателей, которые имели тенденцию создавать пульсирующий поток, в то время как распределение воды под давлением система требовала постоянного давления. Стояки также обеспечивали удобное фиксированное место для измерения скорости потока. Проектировщики обычно заключали стояки в декоративную каменную или деревянную конструкцию. К концу 19-го века стояки стали включать в себя резервуары для хранения, чтобы удовлетворить постоянно растущие потребности растущих городов. [2]
Многие ранние водонапорные башни теперь считаются исторически значимыми и включены в различные списки наследия по всему миру. Некоторые из них переоборудованы в апартаменты или эксклюзивные пентхаусы . [1] В некоторых районах, например, в Нью-Йорке в США, для отдельных зданий строятся водонапорные башни меньшего размера. В Калифорнии и некоторых других штатах когда-то (1850–1930-е годы) были построены бытовые водонапорные башни, огороженные сайдингом ( резервуары ) для снабжения отдельных домов; ветряные мельницы перекачивали воду из выкопанных вручную колодцев в резервуар в Нью-Йорке.
Водонапорные башни использовались для подачи воды на паровозы на железнодорожных путях. [5] Ранним паровозам требовались остановки подачи воды каждые 7–10 миль (от 11 до 16 км).
Для строительства типичной водонапорной башни можно использовать самые разные материалы; Чаще всего используются сталь, армированный или предварительно напряженный бетон (также используется дерево, стекловолокно или кирпич), включая внутреннее покрытие для защиты воды от любого воздействия облицовочного материала. Резервуар в башне может быть сферическим , цилиндрическим или эллипсоидным , с минимальной высотой примерно 6 метров (20 футов) и диаметром минимум 4 м (13 футов). [ нужна цитата ] Стандартная водонапорная башня обычно имеет высоту примерно 40 м (130 футов).
Повышение давления происходит за счет гидростатического давления подъема воды; на каждые 102 миллиметра (4,016 дюйма) высоты он производит 1 килопаскаль (0,145 фунтов на квадратный дюйм ) давления. На высоте 30 м (98,43 фута) над уровнем моря создается давление примерно 300 кПа (43,511 фунтов на квадратный дюйм), что достаточно для работы и удовлетворения большинства требований к давлению бытовой воды и системам распределения.
Высота башни обеспечивает давление в системе водоснабжения, и ее можно дополнить насосом . Объем резервуара и диаметр трубопровода обеспечивают и поддерживают скорость потока. Однако полагаться на насос для создания давления дорого; Чтобы удовлетворить меняющийся спрос, насос должен быть рассчитан на пиковые нагрузки. В периоды низкого спроса для удовлетворения этих более низких требований к расходу воды используются жокей-насосы . Водонапорная башня снижает потребность в потреблении электроэнергии циклическими насосами и, следовательно, потребность в дорогостоящей системе управления насосами, поскольку эта система должна иметь достаточные размеры, чтобы обеспечивать одинаковое давление при высоких скоростях потока.
При тушении пожаров необходимы очень большие объемы и скорости потока. 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 потребность в ней снизится.
Использование беспроводных сенсорных сетей для мониторинга уровня воды внутри башни позволяет муниципалитетам автоматически контролировать и управлять насосами без установки и обслуживания дорогостоящих кабелей передачи данных.
На соседнем изображении показаны три архитектурных подхода к включению этих резервуаров в дизайн здания, один из которых находится на Восточной 57-й улице в Нью-Йорке. Слева направо: полностью закрытая и богато украшенная кирпичная конструкция, простая кирпичная конструкция без крыши без украшений, скрывающая большую часть резервуара, но открывающая верхнюю часть резервуара, и простая утилитарная конструкция, которая не пытается скрыть резервуары или иным образом объединить их. в проект здания.
Эта технология восходит как минимум к 19 веку, и долгое время Нью-Йорк требовал, чтобы все здания выше шести этажей были оборудованы водонапорной башней на крыше. [6] Две компании в Нью-Йорке строят водонапорные башни, обе являются семейным бизнесом, работающим с 19 века. [6]
Первоначальными строителями водонапорных башен были производители бочек, которые расширили свое ремесло, чтобы удовлетворить современные потребности, поскольку здания в городе стали выше в высоту. Даже сегодня для удержания воды не используется герметик. Деревянные стены водонапорной башни скреплены стальными тросами или ремнями, но при первом заполнении вода просачивается через щели. По мере того, как вода пропитывает древесину, она разбухает, щели закрываются и становятся непроницаемыми. [7] Водонапорные башни на крыше хранят от 250 000 до 50 000 литров (от 55 000 до 11 000 имп галлонов; от 66 000 до 13 000 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 хранится в резерве для тушения пожара. Когда вода падает ниже определенного уровня, реле давления, реле уровня или поплавковый клапан активируют насос или открывают общественный водопровод для наполнения водонапорной башни. [7]
Архитекторы и строители использовали разные подходы к включению водонапорных башен в проект своих зданий. На многих крупных коммерческих зданиях водонапорные башни полностью скрыты за пристройкой фасада здания. Из косметических соображений 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 во многих зданиях водонапорные башни остаются на виду на вершинах утилитарных каркасных конструкций. [ нужна цитата ]
Водонапорные башни распространены в Индии , где электроснабжение в большинстве мест нестабильно. [ нужна цитата ]
Если насосы выйдут из строя (например, во время отключения электроэнергии), давление воды потеряется, что может вызвать потенциальную угрозу здоровью населения. Многие штаты США требуют выдачи « рекомендации о кипячении воды », если давление воды падает ниже 20 фунтов на квадратный дюйм (140 кПа). [ нужна цитация ] Эта рекомендация предполагает, что более низкое давление может позволить патогенам проникнуть в систему. [ нужна цитата ]
Некоторые из них были переоборудованы для современных целей, как, например, Wieża Ciśnień ( Вроцлавская водонапорная башня ) во Вроцлаве , Польша, которая сегодня является ресторанным комплексом. Остальные были переоборудованы под жилые помещения. [8]
Исторически железным дорогам, использовавшим паровозы, требовались средства пополнения тендеров на локомотивы. Водонапорные башни были обычным явлением вдоль железной дороги. Тендеры обычно пополнялись водопроводными кранами , питавшимися от водонапорной башни. [ нужна цитата ]
Некоторые водонапорные башни также используются в качестве смотровых башен, а некоторые рестораны, такие как Goldbergturm в Зиндельфингене , Германия, или вторая из трёх Кувейтских башен , в Государстве Кувейт . Водонапорные башни также часто используются в качестве мест расположения механизмов передачи в диапазоне УВЧ малой мощности, например, для закрытой сельской службы радиовещания, любительской радиосвязи или сотовой телефонной связи . [ нужна цитата ]
В холмистых регионах конструкции для подъема резервуаров можно заменить местной топографией. Эти резервуары часто представляют собой не что иное, как бетонные цистерны , расположенные террасами на склонах местных холмов или гор, но функционируют идентично традиционной водонапорной башне. При желании верхушки этих резервуаров можно озеленить или использовать в качестве паркового пространства. [ нужна цитата ]
Компания Chicago Bridge and Iron Company построила множество водных сфер и сфероидов, найденных в Соединенных Штатах. [9] На веб-сайте « Самая высокая водная сфера в мире» разница между водной сферой и водным сфероидом описывается следующим образом:
Водная сфера — это тип водонапорной башни, у которой наверху столба есть большая сфера. Сфера выглядит как мячик для гольфа, лежащий на тройнике, или 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 верхняя часть шире, чем высота. Сфероид выглядит как круглая подушка, несколько приплюснутая. Поперечное сечение сфероида в двух направлениях (восток-запад или север-юг) представляет собой эллипс, но только в одном направлении (верх-низ) — идеальный круг. И сферы, и сфероиды представляют собой эллипсоиды особого случая: сферы имеют симметрию в трех направлениях, сфероиды имеют симметрию в двух направлениях. Разносторонние эллипсоиды имеют три оси неравной длины и три неравных поперечных сечения. [10]
Union Watersphere — это водонапорная башня, увенчанная сферическим резервуаром для воды в Юнионе, штат Нью-Джерси , [11] и характеризующаяся как самая высокая водная сфера в мире .
В статье Star Ledger [12] говорится, что водонапорная башня в Эрвине, Северная Каролина , построенная в начале 2012 года, высотой 219,75 футов (66,98 м) и вмещающая 500 000 галлонов США (1900 м 3 ), [13] стала самой высокой водной сферой в мире. Однако фотографии водонапорной башни Эрвина показали, что новая башня представляет собой водяной сфероид. [14]
Водонапорная башня в Брамане, штат Оклахома , построенная компанией Kaw Nation и завершенная в 2010 году, имеет высоту 220,6 футов (67,2 м) и вмещает 350 000 галлонов США (1300 м 3 ). [15] Немного выше, чем Водная сфера Союза, это также сфероид. [16]
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 . [17] [18]
Earthoid , резервуар идеальной сферической формы, расположенный в Джермантауне, штат Мэриленд, имеет высоту 100 футов (30 м) и вмещает 2 000 000 галлонов США (7 600 м 3 ) воды. Название взято из-за того, что он нарисован так, чтобы напоминать глобус мира. [19] [20] [21] [22]
Резервуар водонапорной башни в Гонсалесе, штат Калифорния, в форме мяча для гольфа поддерживается тремя трубчатыми опорами и достигает высоты около 125 футов (38 м). [23] [24] [25]
Watertoren (или Водонапорные башни) в Эйндховене , Нидерланды, содержат три сферических резервуара диаметром 10 м (33 фута) каждый, способных вместить 500 кубических метров (130 000 галлонов США) воды, на трех шпилях высотой 43,45 м (142,6 фута). завершено в 1970 году. [26] [27]
Водонапорные башни могут быть окружены декоративными покрытиями, в том числе причудливой кирпичной кладкой , большой решеткой , увитой плющом , или их можно просто покрасить. На крыше некоторых городских водонапорных башен крупными буквами написано название города в качестве навигационного пособия для авиаторов и автомобилистов . Иногда украшение может быть юмористическим. Примером этого являются водонапорные башни, построенные рядом, с надписью « ГОРЯЧАЯ » и «ХОЛОДНАЯ» . Города в Соединенных Штатах, в которых есть расположенные рядом водонапорные башни с надписью «ГОРЯЧИЙ» и «ХОЛОДНЫЙ», включают Грейнджер, штат Айова ; Кантон, Канзас ; Пратт, Канзас , и Сент-Клер, Миссури ; В Эвелете, штат Миннесота, когда-то было две таких башни, но их больше нет. [28]
Многие небольшие города в Соединенных Штатах используют свои водонапорные башни для рекламы местного туризма, местных школьных спортивных команд или других примечательных мест. [29] «Грибная» водонапорная башня была построена в Эребру , Швеция, и вмещает почти два миллиона галлонов воды. [30]
Альтернативой водонапорным башням являются простые насосы, установленные на вершине водопроводных труб для повышения давления воды. [39] Этот новый подход является более простым, но также в большей степени подвержен потенциальным рискам для здоровья населения; если насосы выйдут из строя, то потеря давления воды может привести к попаданию загрязнений в систему водоснабжения. [40] Большинство крупных предприятий водоснабжения не используют этот подход, учитывая потенциальные риски. [ сомнительно ] [ нужна ссылка ]
_-_Wasserturm_(0005).JPG/1280px-Friedrichsplatz_(Mannheim)_-_Wasserturm_(0005).JPG)
Кувейтские башни , включающие в себя два водохранилища, и Кувейтские водонапорные башни (Грибные башни в городе Эль-Кувейт ).
Стояк — это водонапорная башня цилиндрической (или почти цилиндрической) формы по всей высоте, а не приподнятый резервуар на опорах с более узкой трубой, ведущей к земле и от нее.
Первоначально в Соединенных Штатах было более 400 водонапорных башен, но сегодня их осталось очень мало, в том числе: [43] [44]
Проектирование и расположение водонапорной башни гидротехнического сооружения.
.jpg/1280px-Warner_Bros_Studios_(51212906920).jpg)
