Wieża ciśnień
1. Stacja pomp
2. Zbiornik wody
3. Użytkownicy
Wieża ciśnień (inaczej: wieża wodna, rzadziej wieża wodociągowa) – budynek w formie wieży, na którego szczycie znajduje się zbiornik na wodę, służący do zapewnienia stabilnego ciśnienia w wodociągu, pokrywając chwilowy wzrost zapotrzebowania na wodę, także w przypadku np. awarii sieci elektrycznej[1]. Zbiornik zawsze musi być umieszczony powyżej odbiorców, ponieważ działa na zasadzie naczyń połączonych[2].
Zależnie od funkcji użytkowej wyróżnić można wieże ciśnień: wodociągowe (miejskie), kolejowe i zakładowe.
Opis
[edytuj | edytuj kod]
Wieża ciśnień bywa mylona z wieżowym zbiornikiem na wodę, który jest budowlą, natomiast wieża ciśnień to wielofunkcyjny budynek (posiadający fundamenty, ściany i dach), w którego górnej części – pod dachem – znajduje się zbiornik na wodę. Zbiorniki wieżowe mają za zadanie gromadzenie wody – zapewnienie rezerwy w przypadku zwiększonego zużycia i zapewnienia odpowiedniego ciśnienia oraz zachowania ciągłości procesów technologicznych w przypadku awarii instalacji hydroforowej wodociągu[2]. Pełnią również funkcję zbiornika przeciwpożarowego. W przypadku kolejowych wież ciśnień – często były to obiekty realizowane według powtarzalnych dokumentacji projektowych, które zabezpieczały zaopatrzenie w wodę lokomotywy parowe, ale także później była potrzebna dla składów pociągów z lokomotywami spalinowymi do wytwarzania pary do ogrzewania wagonów, oraz do spłukiwania toalet w pociągach[3].
Konstrukcja - projekty
[edytuj | edytuj kod]Wieże ciśnień różnią się zarówno pod względem zbiorników, jak i wyglądu zewnętrznego. Istnieją wieże o konstrukcji litej (ceglanej lub betonowej); jednak w zastosowaniach przemysłowych przeważały konstrukcje stalowe. Istnieją również drewniane wieże ciśnień[1].
Pierwsze wieże ciśnień (od 1830 roku) miały prostokątne zbiorniki na wodę z płaskim dnem. Do wzmocnienia ścian konieczne było zastosowanie wewnętrznych prętów mocujących; były one podatne na korozję i utrudniały czyszczenie zbiornika. Później zbiorniki zaczęto tworzyć w kształcie okrągłym, tak że jedynie płaskie dno wymagało dodatkowego podparcia w postaci belek konstrukcyjnych. Konstrukcja ta była niemal wyłącznie zintegrowana z budynkami. Konstrukcję udoskonalono we Francji w 1860 roku. Zbiorniki z dnem wiszącym (wypukłym), którego połączenie z okrągłą ścianą zbiornika działało jak pierścień dociskowy. Jednakże rozszerzanie się pierścienia dociskowego wielokrotnie prowadziło do uszkodzenia konstrukcji łączących. Zewnętrzną cechą wyróżniającą tę konstrukcję jest zbiornik na wodę, który tylko nieznacznie wystaje poza konstrukcję nośną. Problem rozszerzalności pierścienia ciśnieniowego został rozwiązany w 1883 roku przez inżyniera Otto Intze dzięki konstrukcji, która stała się znana jako zasada Intze. Pierścień ciśnieniowy jest umieszczony głębiej pod zbiornikiem, a podstawa składa się z zewnętrznego stożka ściętego i wewnętrznego wklęsłego końca. Taka konstrukcja równoważy wszystkie siły działające poziomo i zapobiega przenoszeniu szkodliwych naprężeń. Szczególnym rodzajem konstrukcji był zbiornik kominowy, który od 1885 roku był budowany w kształcie pierścienia wokół istniejących lub nowo budowanych kominów przemysłowych, na przykład przy wieży ciśnień w zajezdni kolejowej Dahlhausen (obecnie Muzeum Kolejnictwa w Bochum). Pierwszy zbiornik Intze został wzniesiony w Remscheid w 1883 roku[4].
Aquaglobus reprezentuje unikalną konstrukcję. Ten typ metalowej wieży ciśnień został opracowany na Węgrzech pod koniec lat 60. XX wieku. Składa się ona z kulistego zbiornika na wodę umieszczonego na kolumnowej podstawie. Konstrukcja ta była często stosowana w Niemczech Wschodnich, ale spotykane są także w Holandii[5].
-
Zbiornik kwadratowy z płaskim dnem -
Zbiornik z wypukłym dnem -
Zbiornik z wklęsłym dnem wg. 1 zasady Intzego -
Zbiornik z wklęsłym dnem wg. 1 zasady Intzego z cylindrem mogącym pomieścić np. schody, czy komin -
Zbiornik kulisty
Ponieważ napełniony zbiornik wywiera znaczne naprężenia ściskające na podpory, w projektowaniu wież ciśnień należy zwrócić szczególną uwagę na zapobieganie wyboczeniu. Problem ten rozwiązał niemiecki Otto Intze swoją pierwszą zasadą - system rozkładania ciężaru zbiornika i zmniejszania ryzyka uszkodzeń konstrukcyjnych. Obejmowało to pierścień, który zapewniał, że siły działały pionowo i rozkładały się równomiernie na całej powierzchni muru wieży. Ponieważ ryzyko wyboczenia jest największe dla osi o najniższym momencie bezwładności powierzchni, wieże ciśnień zazwyczaj mają symetryczny, a zwłaszcza okrągły, plan piętra[4].
W miastach wysokie budynki często muszą same rozwiązywać problemy z ciśnieniem wody. Ponieważ budynki są tak wysokie, że często przekraczają wysokość, jaką może wytrzymać ciśnienie wody w miejskiej sieci wodociągowej. Dlatego wysoki budynek będzie miał własne pompy i wieże ciśnień. Empire State Building w Nowym Jorku ma własną wieżę ciśnień na szczycie[1].
W Polsce wieże ciśnień zostały prawie całkowicie wyparte przez hydrofory (a później przez falownikowe układy regulacji obrotów pomp), i pozostały głównie jako awaryjne źródło wody (np. dla celów przeciwpożarowych), gdyż mogą dostarczyć stosunkowo dużo wody przy całkowitym braku zasilania. Niektóre wieże ciśnień zaadaptowano na obiekty użyteczności publicznej (kawiarnie, hotele, restauracje, wieże widokowe, a nawet kościoły), oraz obiekty mieszkalne[6].
Zobacz też
[edytuj | edytuj kod]
Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ a b c How Water Towers Work. people.howstuffworks.com. [dostęp 2025-12-05]. (ang.).
- ↑ a b Why Do We Have Water Towers ?. web.archive.org. [dostęp 2025-12-05]. (ang.).
- ↑ The importance of water on steam-operated railways. scrca.foscl.org.uk. [dostęp 2025-12-05]. (ang.).
- ↑ a b Otto Intze (1843–1904). erih.de. [dostęp 2025-12-04]. (niem.).
- ↑ WATERTOWER. web.archive.org. [dostęp 2025-12-05]. (ang.).
- ↑ 10 Industrial Water Towers Converted Into Awesome, Modern Homes. flavorwire.com. [dostęp 2025-12-05]. (ang.).