Etablering af ny fabrikationshal for Maskinfabrikken A/S

Transkript

1 Etablering af ny fabrikationshal for Dokumentationsrapport for afløbsteknik Byggeri- & anlægskonstruktion 4. Semester Gruppe: B4-1-F12 Dato: 29/ Hovedvejleder: Jens Hagelskjær Faglig vejleder: Henrik Skytte

2 Dato: 29/ B4-1-F12 A2

3 Aalborg Universitet Esbjerg Byggeri & Anlægskonstruktion Projekt titel: Tema: Underemne: Etablering af ny fabrikationshal for Bygningen og dens omgivelser Dokumentationsrapport for afløbsteknik Projektperiode: 02/ til 29/ Afleveringsdato: 29/ Hovedvejleder: Faglig vejleder: Jens Hagelskjær Henrik Skytte Antal sider: 32 Synopsis: Denne dokumentationsrapport er udarbejdet i forbindelse med dimensionering af et nyt afløbssystem for det nye erhvervsområde i Kjersing i Esbjerg N. Det nye erhvervsområde dækker over et oplandsareal på 34 ha og vil blive bebygget af store fabrikationshaller og andet type virksomhed, heriblandt Sydenergi A/S. I denne rapport udarbejdes et forslag til dimensionering af regnvandsledningen kombineret med LAR for hele oplandsarealet. Regnvandsledningen kobles til en eksisterende regnvandsledning vest for oplandsarealet. Derudover dimensioneres en spildevandsledning kombineret med en pumpestation samt trykledning til bortledning af spildevandsmængden til en eksisterende ledning syd for Kjersing. Til slut gives der et eksempel på hvordan LAR-princippet fungere ved dimensionering af en faskine for. Gruppemedlemmer: Allan Vind Aske Feldberg Arber Kadriu Alaa Taha Rasmus Johan Johansen Dato: 29/ B4-1-F12 A3

4 Indholdsfortegnelse 1 Indledning Lovgivning og planer Spildevandsplan Skrift Kloakbekendtgørelsen Lokalplan for området Valg af afløbssystem Dimensionering af regnvandsledning Dimensionering af spildevandsledningen Bestemmelse af spildevandsmængden Pumpestation samt trykledning Dimensionering af trykledning Opholdstid i trykledningen Pumpernes modtryk Geometrisk løftehøjde Ledningstab Valg af pumpetype Udformning af pumpesump LAR Lokal Afledning af Regnvand Eksempel på dimensionering af faskine Bestemmelse af faskinens volumen Konklusion Litteraturliste Dato: 29/ B4-1-F12 A4

5 1 Indledning Området omkring Kjersing Ringvej i Esbjergs nordlige bydel vil i den nærmeste fremtid opleve en stor udvidelse af erhvervsområderne, eftersom den meget miljøbevidste virksomhed, Syd Energi A/S, vil påbegynde byggeriet af Danmarks største erhvervsbyggeri i passivhus-standard, som plusenergihus. Der vil blandt andet blive opført et nyt domicil bestående af kvadratmeter, og dermed det største plusenergi-domicil i Danmark og blandt de største i verden. Det nye erhvervsområde vil få navnet Next Step City og kommer alt i alt til at dække over mere end kvadratmeter, og sikre en etablering af omtrent 1000 nye arbejdspladser. 1 Herunder ses et kort over det nye område samt hvorledes det eksisterende kloaksystem er udformet i området. Figur A 1: Oversigt over det nye område samt det eksisterende ledningsnet. Som det kan ses er det nærmeste kloakerede område, området omkring Skagerrakvej. Dette område er separatkloakeret og en tilslutning af det nye område hertil ville være optimal, men ud fra forsyningens oplysninger er der hverken kapacitet i spilde- eller regnvandsledningen. 1 Dato: 29/ B4-1-F12 A5

6 Derimod er kapacitet i den regnvandsledning som ligger i Kjersing Ringvej og som fører regnvandet videre til et regnvandsbassin via Storstrømsvej. Desværre er der ikke kapacitet at finde til spildevandsledningen i Kjersing Ringvej, og derfor må der findes et alternativ. Det er vurderet, at det bedste alternativ må være at sende spildevandet fra det nye erhvervsområde til den eksisterende ledning som ligger i nærheden af Lykkesvej, da denne ledning ifølge forsyningens oplysninger skulle have kapacitet nok. Fra denne ledning sendes spildevandet til rensningsanlægget. Spildevandsledningen fra det nye erhvervsområde og ned til Lykkesvej, skal dog udformes som en trykledning, da terrænet ikke tillader en gravitationsledning. Det nye separate afløbssystem ønskes etableret på en miljøbevidst måde, hvilket munder ud i følgende problemformulering, som ønskes besvaret i denne rapport: "Hvordan kan et separat afløbssystem kombineret med LAR i det nye erhvervsområde udformes, således, at der sikres en miljøvenlig bortledning af overfladevand samt spildevand?" Til besvarelse af ovenstående problemformulering vil der blive udarbejdet følgende løsningsforslag: Der projekteres et helt nyt separat afløbssystem, som ved hjælp af selvrensende afløbsledninger i nødvendige dimensioner, skal sikre en optimal bortledning af det nye områdes spilde- samt regnvand. Hvad angår regnvandsledningen så suppleres denne med LAR, Lokal Afledning af Regnvand, som primært er baseret på forskellige teknikker til forsinkelse og nedsivning af regnvand. Der etableres derfor en faskine til nedsivning af regnvand. Med hensyn til spildevandsledningen, etableres der en pumpestation som skal bortpumpe spildevandet via en trykledning fra oplandsarealets endepunkt og videre til det eksisterende kloaknet, som er placeret ved den sydlige del af området. Dato: 29/ B4-1-F12 A6

7 2 Lovgivning og planer Med det formål, at sætte projektets problemstilling i perspektiv med Esbjerg Kommunes fremtidige ønsker med henblik på kloakering i kommunen, vil der i det følgende blive redegjort for en række relevante planer og lovgivning. Der vil blandt andet blive kigget på spildevandsplanen for Esbjerg Kommune samt lokalplanen for det pågældende område, mens der samtidig også vil blive redegjort for miljøbeskyttelsesloven samt kloakeringsbekendtgørelsen. 2.1 Spildevandsplan Denne spildevandsplan, som giver borgere og organisationer indflydelse på kloakforsyningens arbejde, er blandt andet udarbejdet i henhold til skrift 27 og Miljøbeskyttelseslovens kapitel 4, 32, og har det overordnede formål, at sikre et ensartet serviceniveau for alle i Esbjerg Kommune. Ifølge spildevandsplanen er de tekniske målsætninger for Esbjerg Kommune følgende: At forbedre vandkvaliteten i recipienterne ved at nedlægge 10 mindre renseanlæg. Spildevandet pumpes til Renseanlæg Øst eller Ribe Renseanlæg. Desuden rettes fokus på at fjerne eller reducere overløb fra fælleskloakken, blandt andet ved at øge nedsivning af regnvand i fælleskloakerede områder. At sikre afledning af spildevand ved at intensivere kloakfornyelsen, så kloakken ikke længere forfalder hurtigere end den fornys. Der tages desuden højde for klimaforandringer. At sørge for at grundvandet ikke forurenes som følge af utætte kloakker. At sørge for, at kloakforsyningens aktiviteter fremmer rekreative værdier og bæredygtighed. Der er opstillet retningslinjer for udformning af regnvandsbassiner og anlæg. Spildeplanens vigtigste tekniske målsætninger er altså blandt andet, at sikre en forbedring af recipienternes vandkvalitet samt sørge for, at grundvandet ikke forurenes grundet utætte kloakker. Der vil derfor i dette projekt blive taget hensyn til dette ved, at sikre en forsinkelse af afløb til recipient samtidig med at regnvandsledningerne dimensioneres med sikkerhedsfaktorer som hjælper til at forøge ledningernes levetid med hensyn til klimaforandringer i fremtiden. Se bilag A Skrift 27 Skrift 27 er udgivet af Spildevandskomiteen, med det formål at anbefale en ny fælles dansk praksis for, hvorledes afløbssystemer skal fungere under regn. Skrift 27 er ikke længere en dimensioneringspraksis, som tager udgangspunkt i beregningsmæssige hændelser, men derimod en funktionspraksis som tager udgangspunkt i opstuvningshændelser. Dette skyldes, at de tidligere hydrauliske dimensioneringskriterier, heriblandt gentagelsesperioden som var fastsat til 5 år, tit resulterede i overdimensionering. Dette har medført, at der nu blandt andet regnes med en hydrologisk reduktionsfaktor, således at der opnås en mindre konservativ beregning og dermed en mindre indbygget metodesikkerhed end tidligere. Dato: 29/ B4-1-F12 A7

8 Den nye fælles praksis tager altså udgangspunkt i følgende tre elementer: Formulering af funktionskrav. Anbefaling af beregninger som benyttes ved nydimensionering og analyse af systemer. Brug af sikkerhedstillæg på såvel beregninger som på fremtidsscenarier, herunder konsekvenser af klimaforandringer og byfortætning. For yderligere informationer se Bilag A Kloakbekendtgørelsen Den gældende kloakbekendtgørelse nr. 473 af 7. oktober 1983 er udarbejdet af arbejdstilsynet, og har som overordnet formål, at sikre et acceptabelt arbejdsmiljø ved udførelse af kloakarbejde. Kloakbekendtgørelsen indeholder derfor en række arbejdsmiljømæssige regler og krav, som omfatter arbejde i og indretning af private og offentlige spilde- og regnvandsafledningssystemer, herunder kloak- og regnvandsledninger, bygværker, pumpebrønde, pumpestationer, renseanlæg og regnvandsbassiner. Forpligtelserne til bekendtgørelsens regler og krav påhviler på blandt andet arbejdsgivere, øvrige ansatte, leverandører og rådgivere. Kloakbekendtgørelsen beskriver blandt andet, hvordan indretningen af et arbejdssted skal foregå, minimumskrav for adgangsveje og nedgange samt hvordan et kloakarbejde skal udføres. Ved dimensionering af en pumpestation og et regnvandsbassin i dette projekt, er det derfor vigtigt, at der bliver taget højde for kloakbekendtgørelsens bestemmelse, da en overtrædelse af disse vil føre til et bødetillæg. 2.4 Lokalplan for området De gældende lokalplaner for det nye erhvervsområde er lokalplan samt lokalplan Ifølge lokalplanerne er en del af området i Spildevandsplan udlagt som separatkloakeret område, mens den østlige del af området ikke er omfattet af spildevandsplanen. Lokalplanerne giver udtryk for, at der ønskes fokus på håndtering af overfladevand for at undgå overbelastning af kloaksystemet, og derfor skal overfladevand indgå i de rekreative miljøer. Udledningen af regnvand til kloaknettet kan ydereligere mindskes ved anvendelse af grønne tage, som har flere fordele til følge. De grønne tage, er tage dækket af vegetation, som derfor reducere og forsinker afstrømningen af regnvand. Grønne tage er dog kun en løsning ud af mange andre LARløsninger. Samtidig siger lokalplanen, at regnvandsbassiner i form af våde bassiner med flade skråninger kan udformes rekreativt som en naturlig del af landskabet. Ifølge lokalplanen må det bebyggede areal dække 60 procent af grundens areal. For ydereligere detaljer se Bilag A1 og A2. Dato: 29/ B4-1-F12 A8

9 3 Valg af afløbssystem De afløbssystemer, som udføres i praksis i Danmark i øjeblikket er i form af: Fællessystemer Separatsystemer Seperatkloakering kombineret med LAR I et fællessystem bortledes regnvand og spildevand i selv samme ledning, hvilket ofte medfører store dimensioner og stor lægningsdybde på afløbsledningerne. Ved et fællessystem er der også stor risiko for kælderoversvømmelser med opstuvet spildevand under kraftig regn, og med hensyn til renseanlæg så er det nødvendigt at disse ved fælleskloakering har større dimensioner. Fordelen ved fælleskloakering er dog, at selvom stikledningerne oftest har store dimensioner, så behøves der kun en stikledning, hvilket gør, at der ikke er mulighed for fejlkoblinger. Problemet er dog, at der bruges store ressourcer på at rense regnvand, hvilket egentligt ikke er nødvendigt. Grundet en større fokus på miljø og beskyttelse af grundvandet samt naturområder er det derfor blevet nødvendigt med separatkloakering. Et separatsystem består altså af to adskilte ledningssystemer, et for overfladevand og et for spildevand. Spildevandet bortledes til nærmeste rensningsanlæg, hvor det renses grundigt og derefter bliver ledt videre til nærmeste recipient. Overfladevandet bliver derimod oftest anvendt til rekreative formål ved, at der udformes regnvandsbassiner til forsinkelse af regnvandet inden det ledes videre til recipienten. Endelig er der den sidste metode som er et seperatkloakering kombineret med LAR lokal afledning af regnvand. Ved denne metode nedsives en del af regnvandet på selve grunden, og dermed skal der bruges mindre dimensioner på resten af systemet og samtidigt skånes recipienten. Det er valgt på baggrund af det nye erhvervsområdes lokalplan, samt fordelene ved udformning af et separat afløbssystem kombineret med LAR, valgt at der skal udformes et sådan system i dette projekt. Dato: 29/ B4-1-F12 A9

10 4 Dimensionering af regnvandsledning For at kunne fastslå en dimension på regnvandsledningen er det nødvendigt at kigge på planlægningen for det betragtede område, og på den måde fastlægge oplandsstørrelsen samt oplandsanvendelsen. Regnvandsmængdens størrelse kan bestemmes ud fra rationelle metode som består af følgende formel: hvor er afløbskoefficienten, der kan beregnes som produktet af den hydrologiske reduktionsfaktor, α, tilslutningsgraden, γ, og befæstelsesgraden,. A er det totale afvandingsareal og i er den dimensionsgivende regnintensitet. Vandmængden Q bestemmes normalt under hensyntagen til begrebet forsinkelse, hvilket vil sige, at der ved kortvarige regnskyl i store oplande med lange afløbstider er forsinkelse på vandet fra dele af oplandet. Dette medfører en vandmængdereduktion og dermed kan afløbsledningens størrelse reduceres. Dog er oplandet i dette tilfælde forholdsvist lille og derfor skal der ikke foretages en vandmængdereduktion. Det nye erhvervsområde som regnvandsledningen skal dimensioneres for er afgrænset på nedenstående kort. Figur A 2: Oversigt over det samlede oplandsareal som regnvandsledningen skal håndtere. Dato: 29/ B4-1-F12 A10

11 Som det ses på ovenstående figur, er det samlede oplandsareal som regnvandsledningen skal dimensioneres for på 34ha. Hvad angår afløbskoefficienten,, som er et dimensionsløst tal der udtrykker den andel af regnen der strømmer til afløbssystemet, så jf. tabel 12 i Spildevandsplanen sættes befæstelsesgraden til = 0,70. Dette skyldes at, området er udlagt som et erhvervsområde der skal separatkloakeres. Regnvandsledninger i Esbjerg Kommune skal som sagt dimensioneres i henhold til den nationale praksis som beskrevet i Spildevandskomiteens Skrift 27, hvor det jf. tabel 1 anbefales at gentagelsesperioden, som betyder fuld udnyttelse af rørkapaciteten, vælges til T=1år for separatkloakering i erhvervsområder. Når gentagelsesperioden og koncentrationstiden, t r = 10min, kendes kan regnintensiteten ydermere blot bestemmes ud fra følgende tabel, som er en generel landsregnrække bestemt ud fra 139 års målinger ( ): Figur A 3: Aflæsning af regnintensiteten ved hjælp af gentagelsesperiode samt regnvarighed. Regnintensiteten aflæses altså ud fra en gentagelsesperiode på 1år og varighed på 10min til 110 L/s ha. Som tidligere nævnt er det også funktionspraksis ved nydimensionering at indregne en række sikkerhedsfaktorer, som skal ganges på regnintensiteten. Disse dækker blandt andet over scenariefaktoren, som har til formål, at sørge for at der tages hensyn til øgede nedbørsmængder som følge af eventuelle klimaforandringer i fremtiden. Derudover skal der også tages højde for statistikfaktoren, der tager hensyn til beregningsmetode og beregningsgrundlag, og er en faktor der derfor kan variere. Fortætningen tager højde for, at der eventuelt vil foretages en fremtidig forøgelse i de belagte arealer, som eksempelvis parkeringspladser og tilbygninger. Med udgangspunkt i Spildevandsplanen tabel 14 er de forskellige sikkerhedsfaktorer valgt og anført i nedenstående skema: Dato: 29/ B4-1-F12 A11

12 Statistikfaktoren Scenariefaktoren Fortætning 1,2 1,2 1,0 Tabel A 1: Sikkerhedsfaktorer ifølge Spildevandsplanen. Sikkerhedsfaktoren som tager hensyn til fortætning af boligmassen vælges til 1,0, eftersom bebyggelsesprocenten er fastsat til 60 procent, og derfor vurderes det, at der ikke vil ske en fortætning af boligmassen. 2 Den samlede sikkerhedsfaktor bestemmes derfor til: Tilløbsmængderne for oplandene A, B og C kan derfor bestemmes ved hjælp af følgende ligning: De udregnede tilløbsmængder for oplandene er anført i nedenstående skema: Oplandsareal [ha] Befæstelsesgrad Regnintensitet [L/s ha] Tilløb [L/s] A: 7 0, B: 15 0, C: 12 0, Tabel A 2: Oversigt over regnvandsmængden for oplandsarealerne. Dog skal der som nævnt indledningsvis udføres seperatkloakering kombineret med LAR, og derfor regnes der med at ca. 1/4 af regnvandet fra de forskellige oplandsarealer skal bortledes ved hjælp af LAR-princippet. LAR beregninger kan læses i afsnit 6, mens de nye overfladevandstilløb ses i skemaet herunder: Oplandsareal [ha] Befæstelsesgrad Regnintensitet [L/s ha] Tilløb [L/s] A: 7 0, B: 15 0, C: 12 0, Tabel A 3: Regnvandsmængderne, hvor der er taget hensyn til LAR. På Kort og matrikelstyrelsens hjemmeside er det ved hjælp af en række målinger blevet bestemt hvilke terrænkoter der er i projekteringsområdet. Som det ses på nedenstående skema er terrænkoten for nedløbsbrønd nr. 1 fundet til 10,50 og derfor er bundkoten fastsat til 9,00. På den måde sikres det, at de omkringliggende virksomheder kan ved hjælp af en passende hældning på deres stikledninger bortlede regnvandet til brønden side 29. Dato: 29/ B4-1-F12 A12

13 Brønd nr. / strækning Terræn kote Længde [m] Fald [ ] Bund kote Relativ kote m.u.t. 1 10,50 9,00 1, ,70 7,40 1, ,00 6,40 1, ,30 4,40 1,90 Tabel A 4: Oversigt over terrænkorter samt bundkoter for regnvandsledningen. Som det ses i ovenstående tabel er det valgt at anvende et fald på 5, hvilket er gjort for at opnå selvrensning af regnvandsledningen. Faldet i regnvandsledningen har dog ikke den store betydningen for selvrensningen, da regnskyllene sikre rensningen af ledningen. Tilløbsmængderne til nedløbsbrøndene er fundet for hvert opland, og derfor kan dimensionerne på regnvandsledningen bestemmes ud fra diagrammet for fuldtløbende PVC-rør på figur 8.4 side 202 i Afløbsteknik bogen 6. udgave. De aflæste dimensioner er anført i nedenstående skema: Strækning Oplandsareal Q samlet Rørdimension Fald Opland [m] [ha] [ha] [mm] [ ] 1-2 = 320 A Ø = 200 A+B Ø = 400 A+B+C Ø Tabel A 5: Rørdimensioner for regnvandsledningen. Herunder ses længdeprofilet for regnvandsledningen. Dato: 29/ B4-1-F12 A13

14 Figur A 4: Illustration af længdeprofilet for regnvandsledningen, hvor blå linje viser terrænforløbet mens den røde linje viser regnvandsledningens forløb. Dato: 29/ B4-1-F12 A14

15 5 Dimensionering af spildevandsledningen Spildevandsafstrømning til afløbssystemet sikres ved hjælp af stikledninger fra virksomhedsejendommene i oplandet, hvor det meste af spildevandet, er spildevand som har været anvendt ved produktionen. Størrelsen af denne spildevandstilstrømning bestemmes oftest på baggrund af prognoser for forholdene i oplandet, eksempelvis bebyggelsesgraden, indbyggertal samt prognoser for spildevandsmængden pr. indbygger fra industrier. Spildevandsledningen skal dimensioneres for et erhvervsområde, hvor en række industribygninger skal etableres. Det er derfor vigtigt at tage hensyn til dette, eftersom industrispildevand adskiller sig fra husspildevand, da industrispildevand kan være stærkt forurenet med organiske stoffer. Dette har dog ikke nogen betydning for tilløbsmængden, dog kan det kræves af virksomhederne at disse renser spildevandet inden det bortledes. Det vurderes dog ikke at være tilfældet her, eftersom Syd Energi A/S er en meget miljøbevidst virksomhed, hvis ønske er at det nye erhvervsområde skal anvendes af miljøbevidste virksomheder. Som det ses på figuren herunder vil spildevandsledning løbe samme strækning som regnvandsledningen, og ende ved nedløbsbrønd nr. 3, hvorfra spildevandet skal pumpes videre i en trykledning og tilkobles det eksisterende spildevandsledningsnet som starter ca. 650m ved nedløbsbrønd 4. Det vil der dog først blive kigget på i de følgende afsnit. Figur A 5: Oversigt over spildevandsledningens forløb. Dato: 29/ B4-1-F12 A15

16 5.1 Bestemmelse af spildevandsmængden Bestemmelsen af spildevandsmængden kan foretages ved hjælp af 3 forskellige metoder, hvor det så skal vurderes, hvilken af disse der vil være den mest passende for det nye erhvervsområde. De 3 fremgangsmåder dækker over: Målinger - Målinger taget dagligt over en længere periode. Aflæsning af vandforbrug - Der kan via vandforbruget, antages en spildevandsmængde. Erfaringstal - Erfaringstal for lignende områder. De to første fremgangsmåder kan ikke lade sig gøre i dette tilfælde, da spildevandsledningen skal forsyne et område som ikke er beboet i øjeblikket og derfor kan der ikke foretages målinger eller tages udgangspunkt i vandforbruget for området. Derimod vil der i det følgende blive anvendt tre andre metoder, som alle bygger på erfaringstal. Disse tre metoder og deres resultater vil blive beregnet og vurderet i det følgende. Metode 1 erfaringstal for lignende områder Ved denne metode er der via Esbjerg Forsynings hjemmeside fundet frem til nogle oplande som ligner det nye erhvervsområde. Et af disse oplande er nr. H46 som er et industriområde som ligger tæt på det nye erhvervsområde. I Bilag A5 ses for opland H46 at spildevandsmængden ligger på 14,3 l/s og at oplandsarealet er 85,94ha. Dermed kan det beregnes, hvor stor spildevandsmængden er pr. hektar: Det samlede oplandsareal som spildevandsledningen skal dimensioneres for er på 34 ha, og dermed kan spildevandsmængden for hele erhvervsområdet bestemmes til følgende: Der fås dermed en spildevandsmængde på 5,64 l/s for hele området ved anvendelse af metode 1. Metode 2 anvendelse af standardværdier En anden passende fremgangsmåde i det her tilfælde ville være en benyttelse af standardværdier, hvor spildevandmængden bestemmes ud fra et skøn af antal arbejdspladser i området. Ved denne metode skal der dog også tages hensyn til at vandforbruget vil variere mere eller mindre i løbet af døgntimerne, eftersom området udelukkende er et erhvervsområde. Dette betyder, at der oftest kun er et vandforbrug i normal arbejdstid, primært liggende mellem kl. 7 til kl. 16 i hverdagene. For at tage hensyn til dette i dimensioneringen, tager man udgangspunkt i middeldøgnsvandmængden og beregner heraf det maksimale timeforbrug ved hjælp af en døgnfaktor, f d max, og en timefaktor, f t max. Ud fra timeforbruget, findes sekundforbruget, da forbruget ikke ændrer sig meget over en time. Det Dato: 29/ B4-1-F12 A16

17 er denne sekundvandmængde, der lægges til grund for den dimensionerende spildevandsmængde i afløbssystemet. Beregninger: Middeldøgnsvandmængden til fremtidige forbrug i hele forbrugsområdet anbefales at sættes til 125 L/PE/dg. 3 Øvrige forudsætninger: Døgnfaktor 2,0 Timefaktor 2,0 Afløbsprocent 100 % Det er altså den maksimale vandmængdetilstrømning som kan forekomme på en time, dog skal antallet af personer for det samlede oplandsareal multipliceres, og som nævnt indledningsvis vil der blive etableret ca arbejdspladser. Dette medføre en spildevandsmængde på følgende: Metode 3 værdier fra Spildvandsplan Esbjerg Forsynings spildevandsplan skriver, at der i erhvervsområder bør tages udgangspunkt i en dimensionsgivende spildevandsmængde på 1 l/s/ha. 4 Det er derfor en mulighed, at bruge denne værdi til dimensionering af spildevandsledningen. Spildevandsmængden for hele det nye oplandsareal bestemmes til: Vurdering af de tre metoder Som det ses er der stor forskel på resultaterne af de tre metoder og det kan umiddelbart være svært at se, hvilken af de tre metoder som giver det bedste billede af virkeligheden. Det vælges dog at følge spildevandsplanens anvisninger, som siger 1l/s/ha, og i det følgende vil spildevandsledningen blive dimensioneret for denne værdi. 3 Info fra Orbicon side 28. Dato: 29/ B4-1-F12 A17

18 I tabellen herunder ses spildevandsmængden som er dimensionsgivende for hver enkelt ledningstrækning. Nedløbsbrønd Strækning Oplandsareal Q samlet [l/s] Opland [m] [ha] A A+B A+B+C Tabel A 6: Spildevandsmængderne fra de forskellige oplandsarealer. Beregning af minimumshældning Spildevandsledningen dimensioneres således at denne er selvrensende, for at undgå urenheder, da disse blandt andet kan føre til forstoppelse samt lugtgener. Selvrensning af ledningen kan derfor sikres ved hjælp af en tilstrækkelig hældning samt vandhastighed, som der tages hensyn til ved aflæsning i diagrammet for fuldtløbende PVC-rør, som tager udgangspunkt i Colebrook-Whites formel. Selvrensningen kan derudover også eftervises ved beregning af forskydningsspændingen: hvor: ( ) ( ) som for spildevandsledning sættes til 2,5 Pa ( ) ( ) 5 Dog kan der for cirkulære afløbsledninger og under normale fyldningsforhold findes et tilnærmet udtryk, som i Danmark traditionelt har været anvendt for spildevnads- og fællesledninger: Hvor: ( ) ( ) Ved anvendelse af denne formel ses det, at ledningsfaldet for ledningstrækning 1-2 minimum skal v re 8, mens det for ledningsstr kning 2-3 g lder at minimumsfaldet skal v re 5. 5 Afløbsteknik 6. udgave - side Dato: 29/ B4-1-F12 A18

19 Der v lges derfor et ledningsfald på 8 for str kning 1-2 samt et ledningsfald på 5 for str k- ning 2-3. Ud fra disse hældninger samt et ønske om en minimumshastighed på 1 m/s med hensyn til selvrensningsevnen, aflæses rørdimensioner ud fra diagrammet for fuldtløbende PVC-rør på figur 8.4 side 202 i Afløbsteknik bogen 6. udgave. Se tabel herunder: Oplandsareal Strækning [m] Q samlet [l/s] Rørdimension [mm] Fald [ ] A 1-2 = Ø200 8 A+B 2-3 = Ø200 5 A+B+C 3-4 = Trykledning Tabel A 7: Oversigt over rørdimensioner for spildevandsledningen. Ved aflæsning i diagrammet ses det at de valgte rørdimensioner anført i tabellen er tilstrækkelige og samtidig er der taget hensyn til Esbjerg Forsynings ønske om altid at lægge ledningsrør i en minimumsdimension på Ø200. Herunder ses en tabel over de forskellige ledningers koter og længder samt et længdeprofil for spildevandsledningen. Terrænkoterne er aflæst på Kort- og Matrikelstyrelsens hjemmeside. Brønd nr. / strækning Terræn kote Længde [m] Fald [ ] Bund kote Relativ kote m.u.t. 1 10,50 9,00 1, ,70 6,44 2, ,00 5,44 2, Trykledning 4 11,00 10,00 1,00 Tabel A 8: Terræn- samt bundkoter for spildevandsledningen. Længdeprofil for spildevandsledningen ses herunder: Dato: 29/ B4-1-F12 A19

20 Tabel A 9: Illustration af længdeprofilet for spildevandsledningen, hvor blå linje viser terrænforløbet, og den røde linje viser spildevandsledningens forløb. Dato: 29/ B4-1-F12 A20

21 6 Pumpestation samt trykledning Der ønskes etablering af en pumpestation ved oplandsarealernes samlepunkt ved brønd nr. 3, da spildevandet fra erhvervsområdet ønskes ledt videre til det eksisterende ledningssystem som ligger ca. 650m syd for brønd nr. 3. Behovet for pumpning skyldes, at kravene til gravitationsledningernes dybde ikke kan opfyldes i det foreliggende terræn. Figur A 6: Eksempel på pumpestation samt trykledning. Pumpesystemet skal håndtere spildevandet fra området, og derfor skal der forventes urenheder som dermed præger de funktionskrav som stilles afløbspumpen og afløbspumpesystemet. Blandt disse funktionskrav er, at pumpen skal være tilstopningsfri, stærk og holdbar. Derudover må pumpesystemet ikke være til fare for personer eller materiel, og gener som f.eks. ilde lugt og støj skal begrænses mest muligt, mens der skal være stor fokus på et sikkert arbejdsmiljø ved etableringen af pumpestationen. Der skal mindst være en pumpe i reserve, hvor de to pumper kører på skift. Dette skyldes, at såfremt den ene går i stykker eller skal til service fungere den anden pumpe. Ved nedbrud af begge pumper på samme tid, fx ved lynnedslag, kan etableres et bassin, i form af en brønd, til nødoverløb ved siden af pumpestationen. Spildevandsmængden som pumperne skal kunne håndtere, er tidligere beregnet til 34 l/s og derfor bør en kapacitet på 34 l/s fra hver pumpe være tilstrækkelig. Da der som tidligere nævnt ifølge Esbjerg Forsyning er ledig kapacitet i det sydlige eksisterende ledningssystem som den nye spildevandsledning skal kobles til, vil der ikke være nogen problemer herved. Det eksisterende ledningssystem består ifølge Esbjerg forsyning af en Ø315 spildevandsledning med 4 promille Dimensionering af trykledning Dimensionen på trykledningen vælges, således at hastigheden bliver mellem ca. 0,7-1,0m/s, mens opholdstiden ikke bør overstige timer. Der vælges derfor en Ø250, som har en indre diameter på 188mm 7 og denne har altså et tværsnitsareal på: ( ) 6 Den digitale spildevandsplan, Esbjerg Kommune. 7 Dato: 29/ B4-1-F12 A21

22 Og da kapaciteten på pumpen er fastlagt til 34 l/s kan hastigheden bestemmes til: Hastigheden i trykledningen er altså bestemt til 0,8 m/s, hvilket stemmer overens med anbefalingerne. 6.2 Opholdstid i trykledningen Trykledningen skal strække sig over en længde på 650m, og derfor kan volumen af ledningen bestemmes herunder: En for lang opholdstid i trykledningen fører til dannelse af svovlbrinte, og derfor ønskes det at opholdstiden i trykledningen er under et døgn. Dog vil der kunne opstå problemer i weekenderne, hvis alle virksomhederne står helt stille og her vil opholdstiden i værste fald være hele weekenden. Det er dog vurderet, at det er yderst usandsynligt, at alle virksomheder inden for oplandets totale areal står fuldstændigt stille inden for samme tidsperiode. Der vælges derfor en minimumsvandmængde på 1 l/s. Dette vurderes at være en acceptabel opholdstid, og der vil umiddelbart ikke opstå problemer med hensyn til svovlbrinte. Hvis det derimod viser sig, at der kan opstå problemer med svovlbrinte, kan der tages hensyn til dette ved installation af et system som kan forhindre dannelsen af svovlbrinte. Systemet kan bestå af, at der pumpes luft i trykledningen et par gange eller flere hver dag. Derudover kan der også tilføres kemikalier i pumpebrønden, som forhindre svovlbrintedannelsen, dog kan disse have negative følgevirkninger. 6.3 Pumpernes modtryk Pumperne skal kunne yde 34 l/s ved et samlet modtryk på følgende: Geometrisk løftehøjde Pumpesumpens bundkote sættes til 1,44m under tilløbsledningens kote og dermed bliver pumpesumpens bundkote lig 4,00. Højden op til pumpehuset sættes til 0,3m og dermed fås en stopkote på 4,30. Udløbskoten i punkt 4 sættes til 1m under terræn og er dermed 10,00. Den geometriske løftehøjde bliver derfor: Dato: 29/ B4-1-F12 A22

23 6.3.2 Ledningstab Ledningstabet opstår ved ensformig strømning i retlinede rør, og findes for en lige strækning, ved hjælp af følgende formel: Hvor L er ledningsstrækningens længde (m) og I er gradienten på energilinjen. Gradienten kan bestemmes ved: Hvor f er en dimensionsløs friktionsfaktor, der især er afhængig af strømningsformen samt rørets ruhed, og v er middelhastigheden (m/s) i røret. R er den hydrauliske radius (m), altså forholdet mellem gennemstrømmet tværsnitsareal A (m 2 ) og beskyllet omkreds P (m). R bestemmes således: Friktionsfaktoren f bestemmes af Colebrook-Whites formel for cirkulært tværsnit: ( ) Hvor: k: Ruhedsfaktor (mm) Re: Reynolds tal (dimensionsløs): Hvor er vands kinematiske viskositet (m 2 /s) for T = 10 C. Friktionstallet f kan nu beregnes: ( ) Dato: 29/ B4-1-F12 A23

24 Herefter kan gradienten så bestemmes: ( ) Og så kan ledningstabet endelig beregnes, hvor rørlængden er L = 650m: Der skal yderligere tages højde for enkeltmodstande som findes i bøjninger, tværsnitsændringer, ventiler, flowmåler osv. Enkeltmodstandene kan slås op i pumpeståbien, men skønnes på den sikre side til maks. 1m. Det samlede modtryk udgøres altså af den reelle løftehøjde, enkeltmodstande samt friktionsmodstanden. Det samlede modtryk bliver derfor således: 6.4 Valg af pumpetype Som tidligere nævnt vil der blive etableret to pumper, som kører alternerende, og disse skal være i form af dykpumper. Grunden til, at der vælges dykpumper er, at disse erfaringsmæssigt har høj driftsikkerhed, kræver mindre plads og er relativt nemme at rengøre, da de kan løftes op fra pumpestationen og blive spulet. På nedenstående arbejdsdiagram kan der ud fra den kendte vandføringsmængde på 34 l/s samt det samlede modtryk på 8,60m aflæses en pumpetype fra producenten Figur A 7: Diagram til aflæsning af pumpetype. Dato: 29/ B4-1-F12 A24

25 Der vælges altså C3127 LT, 441 installations pumper, hvor der samtidig er mulighed for at regulere på pumpens kapacitet, således at de kan pumpe større mængder spildevand i fremtiden, hvis der bliver behov for dette. Se Bilag A6 for flere pumpespecifikationer. 6.5 Udformning af pumpesump Pumpesumpen har til formål, at fungere som en udligningsbeholder mellem vandtilløbet og pumpekapaciteten, hvilket vil sige, at pumpen vil starte og stoppe alt efter vandstandsvariationerne i pumpesumpen. Pumpesumpens effektive volumen kan bestemmes ved hjælp ad følgende formel: Hvor: V: Pumpesumpens effektive volumen (m 3 ) Q p : Pumpens volumenstrøm (m 3 /s) n max : Maksimal startfrekvens (pr. sekund s -1 ) For pumpestationer sættes normalt den samlede maksimale startfrekvens til pr. time, og eftersom der ved denne pumpestation er to ens pumper som køre i alternerende drift svarer dette ved en startfrekvens på 15 pr. time til 7,5 pr time pr. pumpe. Pumpesumpens effektive volumen bestemmes: Pumpestationen etableres med dykpumper i pumpebrønde udført af Ø2400 betonbrønde, mens pumpesumpens bund udføres med banketter med en hældning på 60, således at afløbsvandets indhold af bundfældeligt materiale ledes frem til pumpens indløb. Stopniveauet ligges 0,3m over brøndens bundkote således, at den valgte pumpe ikke har mulighed for luftindsugning. Startkoten for pumpen må ikke ligge højere end 0,10m under den laveste tilløbs kote, altså kote 5,34. Desuden må startkoten heller ikke være lavere end, at det effektive volumen opnås. Minimumshøjden fra stopkoten kan beregnes som følger: ( ) Det vil sige, at minimums startkoten er ca. 5,20m. Startkoten vælges inden for intervallet til kote 5,30m. På nedenstående figur ses en tegning af pumpestationen udformning. Dato: 29/ B4-1-F12 A25

26 Figur A 8: Snittegning af pumpestation. Dato: 29/ B4-1-F12 A26

27 7 LAR Lokal Afledning af Regnvand LAR som er en forkortelse af Lokal Afledning af Regnvand, og som er fremtidens løsning, har til formål at begrænse eller forsinke vandtilstrømningen til kloaksystemet. I stedet for at overfladevandet bortledes til kloaknettet, skal det håndteres, der hvor det falder, hvilket vil sige på ejerens egen grund. Dette kan sikres ved nedsivning, fordampning eller som minimum tilbageholdelse af regnvandet til der igen er plads i kloakken. LAR-princippet bygger dermed over flere løsningsmuligheder, heriblandt: Nedsivning/infiltration Forsinkelse/magasinering Fordampning Disse principper kan selvfølgelig kombineres, og bygger på følgende LAR-metoder: Faskiner (fjernelse ved kilden) Grønne tage (forsinkelse og fordampning) Rengvandsbeholdere (fjernelse) Genbrug til WC-skyl m.v. (forsinkelse) Nedsivning på grønne arealer (fjernelse) Grøfter (forsinkelse og evt. fjernelse) Permeable belægninger (delvis fjernelse) Regnbede (forsinkelse og fjernelse) Regnvandsbassiner (forsinkelse) Den forøgede miljøbevidsthed blandt verdens befolkninger, er en af grundene til, at LAR-princippet er blevet så udbredt og betegnes som fremtidens løsning. I dag består størstedelen af vandafløbet til kloaksystemerne af regnvand, og derfor ønskes det, at regnvandsmængderne som bortledes til kloaknettet reduceres, og der i stedet blandt andet udnyttes til rekreative formål. Dette medfører, at der spares en del dimensioner på ledningsnettet, samtidig med at der er en økonomisk fordel for den enkelte grundejer, da afgift på afledning af regnvand er lige om hjørnet. I dette projekt skal der som nævnt indledningsvis projekteres et separatafløbssystem kombineret med LAR, og derfor vil der i det følgende blive dimensioneret en faskine for en fabriksbygning som er placeret ved oplandsareal A. Generelt skal der for hele området etableres LAR-løsninger, som sikre, at 1/4 af områdets forventede overfladevand reduceres. Dette sørges der blandt andet for ved hjælp af grønne tage samt nedsivning på grønne arealer. Dato: 29/ B4-1-F12 A27

28 7.1 Eksempel på dimensionering af faskine I dette eksempel tages udgangspunkt i den nye fabrikationshal som skal bygge på Skagerrakvej. Maskinfabrikken har et stort halvtagsareal, hvor regnvandet der falder på dette ønskes bortskaffet ved hjælp af en faskine. En faskine er en kasse i jorden fyldt med specielle sten, regnvandskassetter eller faskineposer med letklinker, som regnvandet fra en bygning ledes hen til. Faskinen opholder vandet, så det lige så stille kan synke ned i undergrunden uden om afløb og kloaksystem. Faskinen aflaster kloaksystemet, da størstedelen af det vand der kommer i kloaksystemet er regnvand. Det er årsagen til at flere kommuner ønsker faskiner og andre elementer til at lokalaflede regnvand i nye bebyggelsesområder. Figur A 9: Eksempel på en faskinekonstruktion. På figuren er faskinen markeret som tre grønne kasser, som skal placeres med minimum 0,4 meter jord over sig. Inden faskinen placeres et sandfang som skal forhindre sand og lignende i at tilstoppe faskinen. Sandfanget skal placeres minimum 0,8 meter under jorden, dvs. i frostfri dybde, så det undgås at beton og plastrør sprænges, hvis vandet fryser til is om vinteren. En faskine skal som udgangspunkt være lang og smal, da dette giver den bedste nedsivning. For placering af en faskine er der nogle lovmæssige og vejledende krav for afstande til blandt andet beboelseshuse og skel. Se skema herunder: Betegnelse Drikkevandsboring Vand, søer, grøfter, dræn og lign. Beboelseshus Skel (nabo og vej) Afstand 25 m 25 m 5 m 2 m Tabel A 10: Oversigt over mindste afstande mellem faskine og ovenstående. Dato: 29/ B4-1-F12 A28

29 7.1.1 Bestemmelse af faskinens volumen For at bestemme faskinens volumen, er det nødvendigt at kende vandmængden som faskinen skal optage. Der regnes derfor med at hele vandmængden som falder på fabrikshallens tagareal skal optages og nedsives i jorden af faskinen. Følgende forudsætninger kendes: Tagareal: A = 28,8m 9,6m = 277m 2 Afløbskoefficient (tagareal): = 1,0 Regnintensitet (T=1år, t r = 10min): i = 110 l/s ha Samlet sikkerhedsfaktor: s = 1,44 stemmes vandsko- forudsæt- stemmer Faskinens nødvendige dimension kan nu beud fra et regneark udgivet af IDA Spildemiteen. Se Bilag A7. De ovenstående kendte ninger indtastes i et regneark, som så befaskinens nødvendige dimension. Regnearket tager samtidig hensyn til jord- bundsforholdene i området, da jordbund selvfølgelig har betydning for, hvor meget og hvor hurtigt regnvandet nedsiver. Ved jordbund bestående af sand og grus, siver regnvandet godt ned, men ved jordbunde af ler er jordens ledningsevne svagere. Ud fra den geotekniske rapport læses det at jorden omkring fabriksbygningen er moræneler og sandet ler. Ved normale omstændigheder ville der blive lavet en infiltrationstest til bestemmelse af jordens ledningsevne, men på grund af tidsmangel afgrænses der fra dette og benyttes en tabelværdi 8 for sandet ler på: Som faskine anvendes der regnvandskassetter som har højden 0,5m og derfor fås der følgende dimension på faskinen ud fra regnearkets beregninger: Bredde Højde Længde faskine Faskine Tabel A 11: Faskinens dimensioner. 1 m 0,5 m 36 m Faskinen skal altså have dimensionen: 8 %20anl%C3%A6g/Nedsivning%20af%20regnvand/M%C3%A5ling%20af%20jordens%20nedsivningsevne%20(Kv%C3%A6rdi).aspx Dato: 29/ B4-1-F12 A29

30 På figuren herunder ses en snittegning af faskinen som skal håndtere al regnvand som falder på Maskinfabrikkens store halvtag. Figur A 10: Snittegning af faskine til håndtering af halvtagets regnvand. På figuren herunder ses en skitse af hvordan faskinen kunne blive placeret i forhold til bygning og skel. Figur A 11: Plantegning af Maskinfabrikken A/s samt faskinens placering. Dato: 29/ B4-1-F12 A30

31 8 Konklusion Til løsning af problemet omkring kloakering af det nye erhvervsområde i Kjersing, er det valgt at lave et separat afløbssystem. Regnvandet sendes via en gravitationsledning til en eksisterende ledning på Kjersing Ringvej, mens virksomhedernes spildevand sendes via en gravitationsledning til Kjersing Ringvej, hvorfra det sendes i en trykledning til en eksisterende spildevandsledning ved Lykkesvej. Regnvandsledningen får dimensionerne Ø700, Ø1100 og Ø1300, mens der for gravitationsledningen til spildevand anvendes Ø200 og til trykledningen anvendes Ø250. For at mindske mængden af regnvand er det blevet besluttet at anvende LAR. Derfor er det som eksempel eftervist, at der for nye halvtag skal anvendes en faskine med en dimension på. Dato: 29/ B4-1-F12 A31

32 9 Litteraturliste [1] Afløbsteknik, Polyteknisk Forlag, 6. udgave, 2011 [2] Ledningsinfo, Esbjerg Forsyning, 15/ [3] Skrift 27 - Funktionspraksis for afløbssystemer under regn 2005, IDA Spildevandskomiteen, 15/ [4] Spildevandsplan , Esbjerg Kommune, 15/ [5] Flygt Pumper, 20/ Dato: 29/ B4-1-F12 A32