Niet aan het net gekoppeld systeem

In dit artikel wordt uitgegaan van een autonoom systeem waarbij het water afkomstig is uit een rivier op 60,9 m van de hut en naar een opslagtank wordt gepompt die 4,6 m boven de hut is geplaatst. De hut ligt 20 meter boven het niveau van de rivier. Deze tank maakt gebruik van de zwaartekracht om water via een netwerk van leidingen te verdelen naar verschillende armaturen, zoals kranen en toiletten. Kleppen zijn strategisch geplaatst om de waterstroom te regelen. In de volgende paragrafen wordt elk van deze onderdelen in detail uitgelegd.

Waterbron

Er is een waterbron nodig: een put, een bron, een beek of regenwater opgevangen in een regenbak. Normaal gesproken liggen waterbronnen lager dan hutten, dus is er een pomp nodig om het water van de bron naar de tank te laten stromen. Als alternatief kan water van een nabijgelegen bron worden aangevoerd om de opslagtank handmatig te vullen. Als het water bedoeld is om te drinken, is het belangrijk om leidingen, slangen en kleppen te gebruiken die gemaakt zijn van materialen die veilig zijn voor drinkwater en die over de nodige certificaten beschikken. Enkele veelvoorkomende materialen die veilig zijn voor drinkwater zijn:

• RVS
• Koper
• PVC
• PEX

Het is ook belangrijk om het watersysteem regelmatig schoon te maken om de groei van bacteriën te voorkomen. Enkele veelgebruikte reinigingsmethoden zijn:

• Het systeem doorspoelen met schoon water
• Een chloorbleekoplossing gebruiken
• Een commerciële reiniger voor watersystemen gebruiken

Als het water alleen wordt gebruikt voor het doorspoelen van het toilet en het wassen van de handen, dan is het niet nodig om specifiek veilige materialen te gebruiken voor drinkwater. Het blijft echter belangrijk om duurzame materialen te gebruiken die bestand zijn tegen corrosie en lekken. Enkele veelvoorkomende materialen die geschikt zijn voor niet-drinkbaar water zijn:

• PVC
• ABS
• Staal gegalvaniseerd

Pomp

Een pomp verplaatst het water van de bron naar de opslagtank. Dit is het enige onderdeel van het systeem dat energie vereist. Afhankelijk van de beschikbaarheid en efficiëntie kan een handpomp, een zonnepomp, een windmolenpomp of een door een motor aangedreven pomp worden gebruikt. Het is belangrijk om een zeef te gebruiken op de aanzuigslang van een waterpomp om te voorkomen dat er vuil in de pomp komt. Dit kan de pomp beschadigen en de levensduur verkorten.

Pompgrootte en -selectie

1. Bereken de totale dynamische opvoerhoogte (TDH): TDH is de totale weerstand die de pomp moet overwinnen. Dit omvat het hoogteverschil tussen de pomp en het leveringspunt, het wrijvingsverlies in de leiding en de aanzuighoogte.

1. Verhoogde kop: In het bovenstaande voorbeeld bevindt de wateropslagtank zich ongeveer 15 voet boven de cabine, die zich op een hoogte van 20 voet van de waterbron bevindt; de opvoerhoogte is dus 35 voet.
2. Wrijvingsverlies: Wrijvingsverlies kwantificeert de weerstand tegen stroming en de wrijvingsverliezen die optreden wanneer water door een leiding stroomt, zoals een buis of slang. Dit hangt af van de grootte en lengte van de slang en de stroomsnelheid. Neem bijvoorbeeld een slang met een diameter van 1" met een wrijvingsverlies van ongeveer 4 ft per 100 ft bij een stroomsnelheid van ongeveer 18,93 liter per minuut (5 gallons per minuut) (wat typisch is voor huishoudelijk gebruik). Het wrijvingsverlies voor een pijplengte van ongeveer 200 voet is dus (60,96/30,48) * 1,22 = ongeveer 8 voet.

Let op: Om het exacte wrijvingsverlies te berekenen, bepaal je de hypotenusa van de driehoek die wordt gevormd door de horizontale afstand van de pomp tot de cabine (200 ft) en de hoogte van de tank vanaf de pomp (35 ft); dit geeft de exacte slanglengte die het verpompte water vervoert. Ook is het wrijvingsverlies meestal klein vergeleken met de som van de opvoerhoogte en de aanzuighoogte.

3. Zuigkop: De opvoerhoogte is de verticale afstand tussen het waterniveau in de rivier en het midden van de inlaat van de pomp. Deze bepaalt de maximale hoogte tot waar de pomp water kan oppompen. In dit voorbeeld is de aanzuighoogte 5 voet.

De pomp moet een aanzuighoogte van minstens 5 voet hebben om het water zonder cavitatie van de rivier naar de opslagtank op te pompen. Caviteren verwijst naar de vorming van met damp gevulde holtes of bellen in een vloeistof, zoals water, als gevolg van een drukdaling, die kan optreden in een pomp wanneer de aanzuighoogte onvoldoende is, wat schade kan veroorzaken en de efficiëntie kan verlagen.

Dus de TDH = opvoerhoogte + wrijvingsverlies + opvoerhoogte = 35 ft + 8 ft + 5 ft = ongeveer 48 ft.

2. Selecteer de pomp: Kies een pomp die het vereiste debiet kan leveren bij de berekende TDH. Pompfabrikanten leveren prestatiecurves voor hun pompen, waarop het debiet bij verschillende opvoerhoogtes wordt weergegeven. Zoek een pomp die de benodigde aanzuighoogte, opvoerhoogte en stroomsnelheid voor de toepassing kan leveren. Kies een pomp met een hoger vermogen als snel vullen van de tank een prioriteit is. Figuur 4 toont een voorbeeld van een pompcurve. Voor een systeem met 48 voet totale dynamische opvoerhoogte en een vereist debiet van 5 gallon per minuut, kan de gebruiker pomp B selecteren (meestal hebben de curven hun corresponderende vermogenswaarden ernaast, zoals 0,5 HP of ¾ HP).

Slangen

Slangen transporteren het water van de bron naar de pomp en van de pomp naar de verhoogde tank. De slangen moeten voldoende druk hebben om de output van de pomp aan te kunnen. Versterkte PVC of rubberen slangen zouden geschikt zijn voor de voorbeeldtoepassing en een duurzame en meer permanente oplossing bieden in plaats van een scenario waarbij mensen hun apparatuur elke keer moeten monteren als ze water willen pompen. Veel gebruikers kiezen voor een systeem waarbij ze de pomp en de slang opbergen en wanneer ze water nodig hebben, halen ze de apparatuur gewoon op, sluiten ze hem aan, pompen ze en bergen ze hem weer op. Deze praktische aanpak benadrukt het belang van een betrouwbare slang, zoals een platliggende slang, die het proces aanzienlijk kan stroomlijnen, waardoor het efficiënter en gemakkelijker wordt om toegang te krijgen tot waterbronnen. Een slang met een diameter van 1" is over het algemeen geschikt voor ongeveer 9-12 gpm en is dus een geschikte keuze voor deze toepassing.

Opslagtank

De watertank moet hoger worden geplaatst dan het gebruikspunt. De zwaartekracht trekt het water naar beneden, waardoor er waterdruk ontstaat. De hoogte van de tank bepaalt de druk van het water; hoe hoger de tank, hoe hoger de druk. De tank moet genoeg water kunnen bevatten om aan alle behoeften te voldoen en moet ook afgedekt en verzegeld zijn om verontreiniging te voorkomen. Houd rekening met het weer wanneer u beslist of u de tank binnen of buiten plaatst. Bij koud weer kan het binnen plaatsen van de tank voorkomen dat het water bevriest, waardoor de tank beschadigd kan raken. Een buitentank kan echter handiger zijn bij zacht weer en ruimte besparen binnenshuis. De tank kan vierkant of rond zijn.

• Vierkante tanks zijn compact en gemakkelijk te verplaatsen. Door hun vlakke wanden hebben ze echter niet de inherente structurele sterkte van ronde tanks. Het toevoegen van een metalen kooi biedt structurele ondersteuning en voorkomt dat de tank instort of vervormt wanneer hij gevuld wordt.
• Ronde tanks nemen meer horizontale ruimte in beslag.

Het is een goed idee om een manier te hebben om extra water te laten ontsnappen als de tank te vol raakt wanneer je hem volpompt met water. Dit voorkomt dat de tank barst of je cabine overstroomt als de tank zich binnen bevindt. Overweeg om bovenaan de tank een kogelkraan te plaatsen die kan worden geopend tijdens het volpompen met water en kan worden gesloten als het vullen klaar is.

Vacuüm in opslagtank

Als je water uit een afgesloten tank gebruikt, ontstaat er een vacuüm in de tank. Terwijl het water wegstroomt, zet de lucht in de tank uit om de lege ruimte op te vullen. Dit verlaagt de druk in de tank en creëert een vacuüm.

De hoeveelheid vacuüm die wordt gecreëerd hangt af van een aantal factoren, waaronder de grootte van de tank, de snelheid waarmee het water wordt gebruikt en de temperatuur van het water. Als de tank groot is en het water langzaam wordt gebruikt, zal de onderdruk minder zijn dan wanneer de tank klein is en het water snel wordt gebruikt. Bovendien, hoe warmer het water, hoe meer het zal uitzetten, waardoor er een groter vacuüm ontstaat.

Hier zijn enkele tips om het vacuüm in je watertank te verminderen:

• Vul de tank langzaam.
• Installeer een vacuümonderbreker of overdrukventiel.
• Gebruik niet te veel water tegelijk.

Buizen

Doel en soorten

De opslagtank is via leidingen verbonden met de armaturen. Het hoogteverschil tussen de tank en het gebruikspunt creëert waterdruk in deze leidingen. De zwaartekracht trekt het water naar beneden en dwingt het door de leidingen, kraan en toilet als het geopend wordt.

• PEX-buizen (Cross-Linked Polyethylene): PEX-buizen zijn flexibel, gemakkelijk te installeren, bestand tegen kalkaanslag en chloor en geschikt voor warm en koud water. Ze hoeven ook niet gesoldeerd te worden zoals koper. Ze zijn echter ongeschikt voor buitengebruik omdat ze kunnen degraderen onder UV-licht.
• Koperen buizen: Koperen buizen zijn zeer duurzaam, corrosiebestendig en bestand tegen koude en hete temperaturen. Ze worden vaak gebruikt in hoogwaardige bouw- of renovatieprojecten. Ze zijn echter duurder en vereisen soldeervaardigheden om ze te installeren.

Ontwerp

Het leggen van waterleidingen vereist zorgvuldige planning om optimale systeemprestaties en eenvoudig onderhoud te garanderen. Hier zijn enkele belangrijke overwegingen:

• Ontwerp van gebouw: De lay-out is van grote invloed op hoe en waar de waterleidingen lopen. Het is essentieel om het ontwerp van het gebouw goed te begrijpen, inclusief waar de armaturen en apparaten die water nodig hebben zich bevinden.
• Isolatie: Isoleer de leidingen tegen bevriezing en warmteverlies. Dit is cruciaal voor niet aan het elektriciteitsnet gekoppelde woningen, die mogelijk geen consistente binnentemperatuur hebben. Isolatiematerialen zijn onder andere isolatieslangen van schuim of verwarmingskabels voor extreem koude klimaten.
• Pathway: Het pad van de leidingen moet elektrische bedrading, verwarmingsbuizen en gebieden waar ze beschadigd kunnen raken, zoals deuropeningen of drukke gebieden, vermijden.
• Door de muur: Om waterleidingen in de muren te leggen, boor je gaten door de noppen en steek je de buizen erin. Gebruik rozetplaten om boren in de pijp te voorkomen. Horizontale leidingen moeten lager lopen dan de toevoer- en afvoerbuizen om een neerwaartse helling mogelijk te maken.
• In plafonds: Leidingen door plafonds laten lopen is minder gebruikelijk, vooral vanwege de potentiële schade als er een lek optreedt. Het kan echter nodig zijn in gebouwen met meerdere verdiepingen.

Let op: Flexibele slangen kunnen in sommige situaties praktischer zijn, vooral als de utiliteitseenheden verplaatst moeten worden. Deze slangen moeten veilig zijn voor drinkwater als ze worden gebruikt voor drinkwater. Gevlochten roestvrijstalen slangen worden hiervoor vaak gebruikt vanwege hun duurzaamheid en veiligheid.

Maat

Houd rekening met het debiet en de druk van de leidingen die het water van de tank naar de armaturen brengen. Er kunnen grotere leidingen nodig zijn om het gecombineerde debiet aan te kunnen als er meerdere armaturen tegelijkertijd worden gebruikt. Een 1/2" pijp kan echter goed dienen voor elk armatuur, omdat deze meestal een debiet van 1,5 gpm aankan, wat voldoende is voor de meeste armaturen.

Ventielen

Kleppen worden gebruikt in een watersysteem met zwaartekrachtvoeding om de waterstroom te regelen, systeemonderdelen te isoleren voor onderhoud en terugstroming te voorkomen.

• Terugslagkleppen: Vaak wordt er een terugslagklep geplaatst bij de pompuitlaat. Het laat het water slechts in één richting naar de opslagtank stromen. Als de pomp wordt uitgeschakeld, wordt voorkomen dat er water terugstroomt in de put of waterbron. In sommige gevallen kan de pomp een ingebouwde terugslagklep hebben.
• Bij de opslagtank: Hier worden vaak twee kleppen gebruikt. Met een afsluitklep (zoals een kogelkraan) bij de inlaat kan de gebruiker de watertoevoer naar de tank stoppen, wat handig is bij het schoonmaken of repareren van de tank.
• Bij de uitlaat van de tank: Een andere afsluitklep kan bij de uitlaat van de tank worden geplaatst. Dit voorkomt dat er water uit de tank in de leidingen stroomt wanneer onderdelen van het leidingsysteem worden gerepareerd of vervangen.
• Op elk gebruikspunt: Vaak worden op elk punt aparte afsluiters geïnstalleerd (bijvoorbeeld onder elke gootsteen, achter het toilet, bij de waterverwarmer, enz.) Hierdoor kan de watertoevoer naar individuele armaturen worden gestopt zonder dat dit invloed heeft op de rest van het systeem.
• Afvoerkleppen: Aftapkranen worden geplaatst op de laagste punten in het systeem, zoals de bodem van de tank, of op lage punten in het leidingwerk om het systeem af te tappen voor onderhoud of overwintering (wordt later besproken).

Elke klep moet compatibel zijn met water en de juiste afmetingen hebben voor het debiet en de druk (wordt later besproken).

Armaturen aansluiten

Waterverwarmingssysteem

In een niet aan het netwerk gekoppeld sanitair systeem wordt een warmwaterleiding meestal aangesloten op een waterverwarmingssysteem zoals een zonneboiler, propaanboiler of een houtkachel met een waterverwarmingshulpstuk. Het verwarmde water wordt vervolgens via de warmwaterleiding naar verschillende aansluitpunten in het systeem gedistribueerd, zoals douches, gootstenen en wasmachines. De warmwaterleiding moet goed geïsoleerd zijn om warmteverlies tijdens transport te voorkomen.

Kranen

Er zijn twee primaire kraanopties:

• Standaard kraan: Veel standaardkranen hebben een debiet van 2,2 gallons per minuut (GPM) of meer. Standaardkranen zijn meestal niet uitgerust met functies die het waterverbruik verminderen, zoals beluchters of debietbegrenzers, die het stromende water in fijne druppeltjes breken en zo de hoeveelheid gebruikt water verminderen zonder de prestaties in het gedrang te brengen.
• Lagedrukkranen: Deze zijn ontworpen om de hoeveelheid water die wegstroomt te beperken, waardoor ze waterzuiniger zijn dan standaardkranen. Ze zijn ideaal voor niet aan het elektriciteitsnet gekoppelde systemen waar waterbesparing een prioriteit is. Low-flow kranen hebben meestal een debiet van 1,5 GPM of minder. Dit betekent dat er veel minder water wordt gebruikt met een lagedrukkraan, zelfs voor eenvoudige taken zoals handen wassen of afwassen.

Filtratie

Afhankelijk van de kwaliteit van de waterbron kan een filtratie- of zuiveringssysteem nodig zijn om ervoor te zorgen dat het water veilig is om te drinken en voor ander gebruik. Dit kan een eenvoudige zeeffilter zijn om sediment en vuil te verwijderen of een complexer systeem om bacteriën, virussen en andere verontreinigingen te verwijderen. Filters worden meestal op de volgende locaties geïnstalleerd:

• Na de pomp maar vóór de opslagtank
• Voor de pomp op zuigslang
• Een secundair filter bij de kraan voor drinkwater

Een eenvoudig sedimentfilter kan volstaan als het water relatief schoon is en sedimentvrij moet zijn. Als het bronwater echter bacteriën of andere micro-organismen bevat, gebruik dan een UV-filter of een omgekeerd osmosesysteem.

Winterklaar maken

De leidingen van een niet aan het netwerk gekoppeld watersysteem winterklaar maken is cruciaal om te voorkomen dat ze bevriezen en mogelijk barsten, wat kan leiden tot dure reparaties. Een praktische manier om bevriezing te voorkomen/vertragen is om de tank te bedekken met zware zwarte landschapsstof. Hier volgt een stap-voor-stap handleiding voor het winterklaar maken van een niet aan het elektriciteitsnet gekoppeld loodgieterssysteem:

1. Schakel de watertoevoer uit: Sluit de watertoevoer af (door de inlaatklep van de opslagtank te sluiten) om te voorkomen dat er nog meer water in het systeem komt.
2. Laat het systeem leeglopen: Open de aftapkraan(s) om het water uit de leidingen te laten lopen. Open ook alle kranen om het systeem volledig te laten leeglopen.
3. Gebruik lucht om het resterende water eruit te blazen: Als het meeste water is afgevoerd, gebruik dan een luchtcompressor om het resterende water dat kan bevriezen eruit te blazen. Sluit de luchtcompressor aan op het systeem (bij een kraan of de aftapkraan) en oefen een lage druk uit om het resterende water eruit te persen. Zorg ervoor dat je elke kraan één voor één opent totdat al het water eruit is geblazen.
4. Voeg antivries toe: Voeg niet-giftige antivries voor loodgieters toe aan het systeem voor extra bescherming. Giet het antivriesmiddel in alle afvoeren, toiletten en apparaten. Dit voorkomt dat het resterende water bevriest. Niet-giftig antivriesmiddel voor loodgieterswerk is ontworpen om veilig te zijn voor het loodgieterssysteem en is meestal biologisch afbreekbaar. Het blijft achter in de leidingen en het afvoerkanaal totdat het geleidelijk wordt weggespoeld door regelmatig watergebruik zodra het weer warmer wordt.
5. Isoleer leidingen: Het isoleren van de leidingen kan helpen voorkomen dat ze bevriezen. Gebruik leidingisolatie of warmtetape op leidingen die blootstaan aan de kou.
6. Afsluitkleppen: Sluit ten slotte alle kleppen en kranen in je systeem. Dit omvat de afsluitkleppen op elk gebruikspunt en de hoofdafvoerklep bij de opslagtank.

Drukval

Het bepalen van het drukverlies van een verhoogde tank is cruciaal om ervoor te zorgen dat het waterdebiet voldoende is voor de behoeften van het systeem en om schade aan sanitair en apparaten door te hoge druk te voorkomen.

Statische druk

De druk in een verhoogde watertank kan worden bepaald met de formule:

P = ρgh

• P: Vloeistofdruk
• ρ: Dichtheid vloeistof
• g: Versnelling door zwaartekracht
• h: Hoogte van de vloeistofkolom boven het punt in kwestie

In dit geval is de vloeistof water, dus de dichtheid ρ is ongeveer 1000 kg/m^3. De versnelling door de zwaartekracht g is ongeveer 9,81 ^m/s2. De hoogte h is 4,57 m (15 voet).

Dus, P = 1000 kg/m^3 * 9,81 m/s^2 * 4,57 m = 44,77 kPa (6,5 psi)

Dit is de druk op de bodem van de tank of bij een uitlaat op grondniveau. Als de uitlaat hoger is, gebruik dan de hoogte van de waterkolom boven die uitlaat.

Drukval

Wanneer water stroomt, neemt de effectieve druk af door wrijvingsverliezen en andere factoren. De drukval wordt meestal berekend met de vergelijking van Darcy-Weisbach:

• ΔP: Drukval
• f: Darcy-wrijvingsfactor
• L: Lengte pijp
• V: Stroomsnelheid
• D: Diameter pijp
• 𝝆: Dichtheid vloeistof

De Darcy-wrijvingsfactor wordt voornamelijk bepaald door het stromingstype (laminair of turbulent) en de ruwheid van het binnenoppervlak van de pijp. Het kan worden verkregen met behulp van opzoektabellen, correlaties of software uit experimentele gegevens. Pas de vergelijking toe op elke pijpsectie en fitting om het drukverlies bij elke uitlaat te berekenen.

Bereken het drukverlies bij een gootsteen. Ga uit van een wrijvingsfactor (f) van 0,02 (typisch voor gladde leidingen) en een snelheid (v) van 1 m/s (typisch voor huishoudelijke watervoorziening).

ΔP = 0,02 * (10m / 0,025m) * (1000 kg/m³ * (1 m/s)² / 2) = 16000 Pa (2,32 psi). Dit is het drukverlies door wrijving in de pijp.

De werkelijke druk bij de uitlaat wanneer het water stroomt, is de statische druk min de dynamische druk:

P_outlet = P - ΔP = 44817,7 Pa - 16000 Pa = 28817,7 Pa (4,17 psi)
Let op:

• Gebruik een manometer bij de uitlaat voor de nauwkeurigste drukwaarden. Dit geeft real-time drukmetingen die vergeleken kunnen worden met de berekeningen om nauwkeurigheid te garanderen.
• Dit is een vereenvoudigd voorbeeld; de omstandigheden kunnen variëren op basis van leidingbochten, kleppen, fittingen, enz. Ook moeten de wrijvingsfactor en de stroomsnelheid meestal worden berekend op basis van meer gedetailleerde informatie over de pijp en de stromingsomstandigheden. Begin met het begrijpen van de basisprincipes van weerstand in je watersysteem. Verzamel relevante informatie, onderzoek de afmetingen van de leidingen en bereken de stroomsnelheid om een eerste idee te krijgen van het probleem.

FAQs

Wat zijn de opties voor off-grid watervoorziening?

Afhankelijk van de locatie en de beschikbare bronnen zijn de volgende opties voor watervoorziening mogelijk: regenwateropvang, bronwater, oppervlaktewater uit beken of vijvers en waterlevering door een vrachtwagen.

Hoe krijg ik warm water van het elektriciteitsnet?

Om warm water buiten het elektriciteitsnet te krijgen, kun je opties als zonneboilers, tankloze propaan- of gasboilers of houtboilers overwegen, afhankelijk van je energiebron en voorkeur.

Hoe werkt loodgieterij zonder net?

Haal water uit putten, bronnen of regenwater, sla het op in tanks, gebruik pompen die worden aangedreven door hernieuwbare energie, verdeel het water via leidingen naar armaturen en overweeg opties voor afvalbeheer.