Kanalizacja podciśnieniowa kontra grawitacyjna

Kanalizacja sanitarna podciśnieniowa stosowana jest od prawie 40 lat w wielu krajach świata. Jest to więc system stosunkowo młody w porównaniu z kanalizacją grawitacyjną (początek XIX wieku). Kanalizacja podciśnieniowa początkowo była stosowana głównie w samolotach i na statkach, czyli w miejscach o zakłóconym działaniu sił grawitacji w wyniku ruch i zmiany położeń tych obiektów. Jednak dynamiczny rozwój budownictwa i nowe standardy architektoniczne wymuszają zmiany ułatwiające projektowanie, instalowanie i użytkowanie systemów sanitarnych. Również wzrost kosztów robocizny związany z dostosowaniem się do realiów ekonomicznych istniejących w największych krajach UE, zwiększa zainteresowanie inwestorów i firm wykonawczych systemami podciśnieniowymi. Ponad to wiele obiektów będzie modernizowanych z konieczności dostosowania ich do standardów obowiązujących w Unii.

System podciśnieniowej kanalizacji stosowany jest w następujących obiektach budowlanych:
- szpitale, sanatoria i kliniki;
- centra handlowe, supermarkety i centra wystawowe;
- więzienia wojskowe obozy i bazy, schrony, bazy robotnicze;
- hotele, motele, centra rekreacji, przystanie wodne i schroniska;
- biura, banki i szkoły.
Instalacja kanalizacji podciśnieniowej musi być indywidualnie zaprojektowana dla każdego obiektu. Dotyczy to także doboru wyposażenia i rozwiązań technicznych.
Pierwszym obiektem w Warszawie, w którym wykonano instalację kanalizacji podciśnieniowej jest Klinika Stomatologiczna „MALO” w biurowcu „RONDO”. Całość prac – projekt, wykonanie i rozruch instalacji – zrealizowała firma TMW, bazując na urządzeniach i doradztwie technicznym firmy EVAC wchodzącej w skład koncernu ZODIAC.

Budowa i zasada działania

Instalacja kanalizacji podciśnieniowej składa się z czterech elementów:
- podciśnieniowej miski ustępowej,
- przewodów,
- centrali próżniowej.
Podciśnienie w instalacji wytwarza pompa próżniowa lub pompa strumieniowa (strumienica), przez którą przetłaczane są ścieki za pomocą pompy cyrkulacyjnej. W instalacji wykonanej w biurowcu „RONDO” podciśnienie wytwarza pompa strumieniowa. Ścieki przetłaczane pompą cyrkulacyjną przez eżektor w strumienicy, powodują zasysanie powietrza oraz ścieków z instalacji i utrzymanie w niej podciśnienia od -30 do -60 kPa. Podciśnienie -30 kPa jest minimalnym, pod którym działają zawory sprzęgające przyborów sanitarnych i możliwy jest odbiór ścieków. Poprzez naciśnięcie przycisku spłukującego otwiera się zawór zamykający miski ustępowej, który łączy syfon miski z instalacją podciśnieniową. Wówczas powietrze o ciśnieniu atmosferycznym wtłacza zawartość najpierw poprzez zawór, później system rurociągów do zbiornika ścieków. W międzyczasie zawór kontrolujący dopływ wody otwiera się i 1,2 litra wody z instalacji wodociągowej napływając do miski, oczyszcza ją.
Fekalia zgromadzone w centralnym zbiorniku są pompowane do istniejącej sieci kanalizacyjnej. Pompowanie jest kontrolowane przez zegar lub czujniki poziomu. Pompy utrzymują podciśnienie w rurociągach instalacji maksymalnie do -60 kPa. Daje to dużą szybkość transportu ścieków rzędu 6m/s.
Do systemu podciśnieniowego za pomocą zbiornika pośredniego wyposażonego  w zawór sprzęgający (GW V) mogą być podłączone inne urządzenia sanitarne, takie jak: umywalki, prysznice, wanny, pisuary, kratki ściekowe podłogowe. Ścieki z tych urządzeń napływają grawitacyjnie do zbiornika GW V. Transport ścieków odbywa się tylko w momencie spłukiwania miski lub opróżniania zbiornika pośredniego. Instalacja działa na zasadzie transportu skokowego i natychmiastowego dostępu do próżni. Powietrze przepływając przez rurociąg, przepycha ścieki znajdujące się w rurociągu w postaci tzw. korków. Gdy nastąpi wyrównanie ciśnienia w instalacji, ciecz w rurociągu się zatrzyma.
Uwaga! Kanalizacja podciśnieniowa nie jest instalacją ujemnego ciśnienia, gdzie cała zawartość rurociągu może być transportowana jednocześnie.

Zalety kanalizacji podciśnieniowej

Układ podciśnieniowy w porównaniu z grawitacyjnym ma wiele zalet. Miski ustępowe są utrzymane w większej czystości, za zapach jest zredukowany do minimum, ponieważ podczas spłukiwania poprzez syfon miski razem ze ściekami zasysane jest 80 litrów powietrza z pomieszczenia. Poziom głośności jest niższy niż w systemie grawitacyjnym. Hałas rzędu 78-80 dB(A)  utrzymuje się przez 3s (tyle trwa cykl spłukiwania podciśnieniowego, podczas gdy w kanalizacji grawitacyjnej trwa to 12s).
System podciśnieniowy pozwala na ciekawe rozwiązania projektowe poszczególnych pomieszczeń i łazienek. Toalety mogą być ulokowane gdziekolwiek, ponieważ ich działanie jest niezależne od sił grawitacji. W  związku z tym łazienki i pomieszczenia sanitarne w budynkach nie musza być umieszczane w jednym pionie bezpośrednio pod sobą.
Kanalizacja podciśnieniowa to swoboda w prowadzeniu rurociągów sanitarnych. Ścieki mogą być odbierane z misek ustępowych lub zaworów GW V do wysokości 6 m, mierząc od miejsca ich zainstalowania w kierunku prostopadłym do sufitu. System ten pozwala na swobodne omijanie przeszkód (belki nośne, ściany pożarowe, systemy wentylacyjne itp.).
Należy zaznaczyć, iż rurociągi wykorzystywane w podciśnieniowym systemie mają mniejszą średnice (DN 40, 50) niż rurociągi systemu grawitacyjnego (DN100, 125 i 150). Zmniejsza to koszty materiału i oszczędza przestrzeń budowlaną.
Kanalizacja podciśnieniowa jest systemem, który łączy:
- brak ograniczeń w projektowaniu sanitariatów, wynikających z konieczności dostosowania się do położenia pionu kanalizacyjnego;
- oszczędność wody;
- niższe koszty wykonania instalacji, szczególnie w obiektach starych, których coraz więcej jest modernizowanych i remontowanych;
- niezawodne działanie systemu.

Optymalizacja ilości ścieków

Objętość ścieków w instalacji podciśnieniowej z misek ustępowych stanowi 10% objętości ścieków z systemu grawitacyjnego. Ilość ścieków z innych przyborów sanitarnych odbieranych przez tę samą instalację podciśnieniową zależy od oszczędności wody (poprzez zastosowanie baterii elektronicznych). Przekłada się to na obniżenie kosztów odprowadzania ścieków do oczyszczalni lub kolektora miejscowego. Koszt roczny może być nawet pięciokrotnie niższy. Redukcja objętości pozwala również na opróżnienie zbiornika fekaliów podczas obciążenia pozaszczytowego – ważne jest to w miejscach, w których istniejąca sieć kanalizacyjna nie może przyjąć dodatkowych ścieków z powodu przeciążenia.

Specjalnie dla szpitali


Szczególnym miejscem, w którym znajduje zastosowanie podciśnieniowy system sanitarny są szpitale i kliniki. Ogólnie znana jest słaba kondycja służby zdrowia w Polsce. Stan techniczny wielu obiektów odbiega od ustawowych wymagań, a w wielu szpitalach brakuje sanitariatów dla pacjentów i personelu. Ma to znaczny wpływ na higienę, a w rezultacie na jakość leczenia. Technologia podciśnieniowa umożliwia wyposażenie starych klinik i szpitali w system sanitarny bez zamykania całych obiektów na czas przebudowy. Instalacja systemu odbywa się piętrami, dlatego szpital może prowadzić normalne zajęcia i czynności na kondygnacjach nie objętych jeszcze przebudową. Centralę wytwarzania próżni można usytuować w dowolnym miejscu budynku, nawet do 2 km poza nim.
Prefabrykowane kabiny sanitarne montuje się wg potrzeb czy to w Sali z pacjentami, czy w pokoju lekarskim. Przewody zaś prowadzone są równolegle pod sufitem do jednego pionu, który jest podłączony do centrali próżniowej. Instalacja kanalizacyjna nie potrzebuje odpowietrzenia.
Wyspecjalizowana ekipa jest w stanie zainstalować system na jednym piętrze w ciągu 8 godzin. Sanitariaty mogą być usytuowane w piwnicach pod poziomem istniejącej kanalizacji komunalnej i podłączone do instalacji podciśnieniowej. Dzięki temu unika się kosztownych przepompowni oraz zbiorników pośrednich. Kanalizacja podciśnieniowa jest zamknięta, nie emituje zapachów, jakie towarzyszą przepompowni ścieków. Ma to duże znaczenie zwłaszcza w szpitalach zakaźnych. Małą ilość ścieków można łatwo i tanio dezynfekować np. za pomocą urządzeń UV.
Pierwszy szpitalem w Polsce, w którym wykonano tego typu instalację, wykorzystując urządzenia firmy EVAC, jest Klinika Akademii Medycznej w Białymstoku. Instalacja odbiera ścieki z pomieszczeń sanitarnych, laboratorium oraz skropliny z urządzeń klimatyzacyjnych. Pomieszczenia obsługiwane przez instalację kanalizacyjną podciśnieniową usytuowane są w piwnicznej części budynku poniżej kolektora ścieków. Dzięki zastosowaniu tej instalacji uniknięto kosztownych robót izolacyjnych płyty podłogowej z powodu wysokiego poziomu wód gruntowych. Uniknięto też budowy kesonów dla przepompowni ścieków.

Wybrane aspekty projektowe, wykonawcze i ekonomiczne


Porównanie nakładów inwestycyjnych na instalację kanalizacji podciśnieniowej a grawitacyjnej musi być prowadzone z uwzględnieniem wszystkich korzyści, jakie daje system podciśnieniowy, a nie tylko oszczędności wody i zmniejszenia ilości ścieków. Należy tu najpierw wspomnieć o obiektach, w których wstępna analiza przekreśla możliwość wykonania kanalizacji grawitacyjnej. Obiektem takim była klinika „MALO” usytuowana na płycie betonowej budynku parkingu bez możliwości wykonania pionów kanalizacyjnych tak, aby zgodnie z projektem wykonać sanitariaty. Kanalizacja podciśnieniowa była tu optymalną alternatywą. Następna grupa obiektów to takie, w których prowadzenie instalacji grawitacyjnej z rur DN 100 wiąże się z bardzo dużymi kosztami i związanym z tym czasem montażu np. przejście przez grube mury, różne położenie stropów, brak powtarzalności układu pomieszczeń na różnych kondygnacjach itp. Dalej można wyróżnić obiekty, w których toalety są znacznie oddalone od siebie, co może powodować duże trudności w ułożeniu rurociągu DN 100 z wymaganym spadkiem. Rurociągi kanalizacji podciśnieniowej można prowadzić w poziomie i pionie, prostopadle do góry lub do dołu. Nie ma konieczności montażu ich ze spadkiem, jednak niezbędne jest uwzględnienie specyficznych wytycznych związanych z dużą prędkością przepływu ścieków. System ten potrzebuje tylko jednego przewodu wentylacyjnego, który jest podłączony do systemu wytwarzania próżni. Redukcja przejść dachowych dodatkowo obniża koszty instalacji.

Ile kosztuje eksploatacja systemu

Zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych obiektu publicznego z kanalizacją podciśnieniową jest łatwe do oszacowania w zakresie misek ustępowych. Dla 100 toalet, z których każda spłukiwana jest 20 razy na dobę ilością wody 6 l, zużycie roczne wyniesie 4380 m3 , a więc zmniejszenie kosztów wyniesie ponad 20 000 zł (dla założonego kosztu 1 m3 wody i 1 m3 ścieków łącznie na 5 zł).
Koszt zaś energii elektrycznej do zasilania urządzeń systemu jest niewielki (około 20 kWh/dzień dla systemu składającego się ze 130 toalet, w tym 60 toalet publicznych i z dwiema pompami próżniowymi) w porównaniu do oszczędności na zużyciu wody i odprowadzaniu ścieków.

Korzyści projektowo-wykonawcze kanalizacji podciśnieniowej w porównaniu do systemów grawitacyjnych
 

Projektowanie instalacji
Grawitacyjna Grawitacyjna ze stelażami podtynkowymi Podciśnieniowa
Spadki Konieczność zachowania Konieczność zachowania Bez spadków
Średnica rurociągu DN 100 DN 100 DN 40
Odległość od pionu Bezpośrednio przy pionie (zależy od typu WC) Maksymalnie kilka metrów Dowolna
Ułożenie rur Kucie ścian i stropów Instalacja naścienna, kucie stropów Orurowanie podwieszone pod stropem
Modernizacja obiektu, wykonanie 50 toalet na każdym z trzech pięter 25 pionów 25 pionów 1 pion
Uciążliwość robót Duża Duża Mała
Pracochłonność wykonania instalacji  porównywalna  Znacznie niższa