Mer om Mengderegulering

I avløpsteknikken benyttes en mengderegulator til å begrense vannføringen. Den blir også betegnet som vannbrems, struper, mengdebegrenser, vannføringsregulator. Vannføring er et mål på hastigheten til en væskestrøm. Dvs hvor mye væske (volum) som passerer per tidsenhet. (liter/sekund). I en mengderegulator passerer gjerne væsken gjennom en kalibrert åpning. Når strømningstverrsnittet (åpningen) (A) minker i størrelse, reduseres også vannføringen (Q). For en gitt åpning vil vannføringen øke hvis vanntrykket (h) øker - og omvendt. Videre vil formen eller motstandskoeffisienten (my) til åpningen påvirke vannføringen. Dette er uttrykt i Toricellis ligning, og utgjør det grunnleggende teorien bak våre mengderegulatorer. For en kalibrert mengderegulator er det vesentlig at motstandskoeffisienten er kartlagt gjennom laboratorieforsøk. I et avløpssystem er det normalt en fordel med liten motstand/trykktap. For en mengderegulator forholder det seg annerledes. En optimal mengderegulator skal yte stor motstand, slik at vannet bremses effektivt samtidig som stor åpning opprettholdes. Dette gir redusert risiko for tilstopping.

Videoen under er utarbeidet av NMBU, v Kim A, H. Paus, og forklarer den generelle teorien om mengderegulatorer.

2.1 Fordrøyningsanlegg
Sterk nedbør kan føre til at avløpsnettet blir overbelastet. Et overbelastet avløpssystem kan føre til kjelleroversvømmelser og skader på bygninger og infrastruktur. For å redusere risiko for overbelastning, ønsker man å begrense tilførselen av regnvann(overvann) til avløpsnettet.
Mulige tiltak er å sørge for infiltrasjon i grunnen, fordrøyning eller en kombinasjon av disse. Fordrøyning innebærer at regnvannet lagres før det gradvis slippes ut på nettet eller ut i grunnen. Slike løsninger kreve en mengderegulatorer. Mengderegulatoren sørger for at utslippstilatelsen overholdes, og dermed reduserer tilføreslen av overvann til avløpssystemet.

2.4 Sandfang
Overvannet er ikke så rent som man tror. Avrenningen i sentrumsområder og fra veianlegg kan inneholde vesentlige mengder forurensing, blant annet tungmetaller. Sandfangene kan holde tilbake mye av forurensningen. Dette krever at sandfangene tømmes regelmessig. En annen utfordring er at høy vannføring/overbelastning reduserer virkningsgraden. Forurensede partikler, som skulle holdes tilbake i sandfanget, skylles videre og ut i nærmeste elv/sjø. En mengderegulator begrenser vannføringen, sikrer sandfanget ikke overbelastes og bidra til redusert forurensning.

3.1 Driftssikkerhet

Begrensning av vannføringer innebærer en form for innsnevring. En innsnevring betyr igjen økt risiko for tilstopping. Det gjelder derfor å begrense vannføring, og samtidig opprettholde størst mulig åpning.

Flere bevegelige deler øker tilsynsbehovet. Introduseres elektroniske komponenter, øker vedlikeholdsbehovet vesentlig. En mengderegulator med færrest bevegelige deler (helst ingen) og i et korrosjonsfritt materiale reduserer vedlikeholdsbehovet og øker levetiden.

Størst mulig strømningstverrsnitt på mengderegulatoren oppnås ved å redusere trykkhøyden på mengderegulatoren. Dette gjelder både for virvelkammere og tradisjonelle strupeanordninger. I fordrøyningsanlegg er det med andre ord gunstig å velge et volum som bygger minst mulig i høyden. Dette gjelder spesielt ved små vannføringer. Hvis dette ikke er mulig, for eksempel i skrånende terreng, finnes det andre løsninger. FluidCasca bidrar til å redusere trykkhøyde og dermed forbedre driftssikkerheten.

3.2 Kapasitetsgaranti

Det bør stilles krav til nøyaktigheten til mengderegulatoren. Hvis det er krav om maksimum vannføring, bør det kunne dokumenteres at den har ønsket kapasitet med en definert usikkerhet. Kapasiteten til en mengderegulator vises gjerne som forholdet mellom vannføring (l/s) og oppstrøms trykk (m vannsøyle).

Ved hjelp av en mengderegulator med dokumentert hydraulisk karakteristikk, kan man registrere vannmengde/vannføring kun ved å måle vannivået. Figurene nedenfor viser mengdemåling ved hjelp av kalibrert mengderegulator og mengderegulator i kombinasjon med en kalibrert terskel.

3.3 Høy midlere vannføring
Høy gjennomsnittlig vannføring, kan blant annet anvendes til å redusere tilhørende fordrøyningsvolum eller gjøre et gitt volum i stand til å håndtere mer intenst regn. I tillegg til bedre utnyttelse av magasinvolumet, vil en effektiv mengderegulator også sørge for at magasinet tømmes raskere og klar for neste regnskyll.

For å ta høyde for mengderegulatorens egenskaper ved beregning av fordrøyningsvolum, må den hydrauliske karakteristikken være kjent. I tillegg må magasinets utforming tas hensyn til. Videre må det antas et realistisk tidsforløp (eks Aron-Kibler). Vi kan fremskaffe digital hydraulisk data for våre mengderegulatorer. Om du har behov for dette eller ønsker bistand i forbindelse med magasinvolumberegninger, kontakt oss.

Regnenvelopmetoden med antatt konstant innløp (kasseregn) og utløp, blir ofte anvendt ved beregning av fordrøyningsvolum for mindre nedslagsfelt. I midlertid viser ikke metoden et realistisk tidsforløp for tilførsel og avrenning fra magasinet. Dermed er det vanskelig å benytte Q-h kurven til mengderegulatoren ved beregning av fordrøyningsvolum. For å få en mest mulig representativ utløpsvannføring og ta høyde for at den avhenger av fyllingsgraden i magasinet, kan man anvende en faktor (f) for videreført vannmengde. En konservativ tilnærming er å sette f lik det teoretiske forholdet mellom maks og midlere avrenning over trykkhøyden for et strupet utløp (2⁄3 ≈ 0,7). Å definere en tilsvarende og generell faktor for andre typer mengderegualtorer er ikke mulig siden virkningsgraden er styrt av forhold modellen ikke tar høyde for og som er avhengig av valgte mengderegulator og utforming av anlegget. For mer informasjon, se VA-blad nr 69 og VA-blad nr 116.

Andre måter å redusere fordrøyningsvolum og forenkle driften av fordrøyningsanlegget kan du lese om her.

3.4 Mengderegulatorer og små vannføringer
Med Strømningstverrsnittet mener vi den minste åpningen gjennom en mengderegulator. Generelt ønsker man så stort strømingstverrsnitt som mulig for å redusere tilstoppingsrisikoen og oppnå enkel drift. Som nevnt i kapittel 1 vil strømningstversnittet reduseres som følge av lavere vannføring (l/s) og økt trykkhøyde (m).

Overvann
For separerte overvannsystemer tilbyr vi mengderegulatorer med vannføringer ned til under 1 l/s (avhengig av dimensjonerende trykk). Strømningstverssnittet til et vertikalt virvelkammer vil ved disse forholdene være på mellom ø25 og ø40mm (avhengig av modell). Med et tradisjonelt strupet utløpet ville strømningstverrsnittet typisk være under det halve. Strømningstverrsnitt ned til 25mm innebærer økt risiko for tilstopping, selv i separert overvannsystem. Det kan det imidlertid gjøres grep for å hindre tilstopping:

Benytte vertikalt virvelkammer (dykket innløp hindrer flytelegemer i å nå innløpet på regulatoren, strømningstverrsnitt areal typisk 4 ganger så stort som et strupet utløp).
Utforme anlegget slik at dimensjonerende trykkhøyde reduseres (eks redusere byggehøyden på fordrøyningsvolumet). Økt trykk driver strømningstverrsnittet ned.
Sørge for et arrangement som hindrer partikler i å nå mengderegulatoren (eks skumskjerm eller dykket utløp fra oppstrøms fordrøyningsvolum)
Regelmessige og gode rutiner for tømming av sandfang ol.

Vår erfaring tilsier at i overvannsystemer gir en mengderegulator, med strømningstverrsnitt på minimum ø65mm, en robust løsning som krever lite tilsyn. For et vertikal virvelkammer tilsvarer dette min 2,0 l/s ved ca 1,0m trykk (for et tradisjonelt strupet utløp tilsvarer dette drøyt 9 l/s ved samme trykk). Mindre åpninger setter større krav til anlegget (se over). Vi anbefaler våtoppstilte mengderegulatorer for overvann.

Avløp Felles (AF)
Avløpsvann inneholder partikler, sedimenter, flytestoffer og varierende mengder fremmedvann. I et typisk Fellesystemet vil det periodevis være tørrværsavrenning med lite fremmedvann og høy konsentrasjon av partikler og fare for sedimentering. Dette er forhold som i stor grad setter krav til en mengderegulator.
Vår erfaring tilsier at i fellessystemer gir en mengderegulator, med strømningstverrsnitt på minimum ø150mm, en robust og driftsmessig løsning. For et tørroppstilt virvelkammer tilsvarer dette ca 9,0 l/s ved 0,5m trykk. (FluidCon Sut). Vi anbefaler tørroppstilte mengderegulatorer for avløpsvann.

I tillegg til å sørge for stort nok strømningstverrsnitt (dimensjonerende vannføring og trykk), vil følgende tiltak forenkle driften og redusere risiko for tilstopping:

Sikre tilstrekkelig fall og høydedropp ved utløpet av mengderegulatoren (øker selvrensing)
Jevnlig tilsyn og spyling (anlegg med lav fremmedvannsandel og perioder med lite regn øker gjerne sedimentering og begroing, og krever hyppigere tilsyn). Det er derfor viktig at regulatorkummen utformes med tanke på lett tilgang for vedlikehold (stige, stigbrett, spylesystemer ol)

For installasjoner med rammebetingelser (vannføring og trykk) som ikke gjør det mulig å oppnå 150mm strømningstverrsnitt, må det kompenseres med hyppigere tilsyn og rengjøring. Automatiske varslingssystemer anbefales. Vi tilråder ikke regulatorer med strømningstverrsnitt under ø100mm. For et tørroppstilt virvelkammer tilsvarer dette ca 5,0 l/s ved 0,5m trykk.
Det kan nevnes at i følge tyske standarder bør vannføringen settes lavere enn 10 l/s i fellessystemet. Les mer om det her (link)

Mengderegulatorer med aktiv elektrisk struping (styrte mengderegulatorer) kan tåle noe lavere vannføring. Disse gjerne har mekanismer som skal hindre fullstendig blokkering (åpnes automatisk ved tilstopping). Imidlertid bør det sørges for tilstrekkelig vanntrykk, slik at systemet «flushes» regelmessig. I tillegg krever mengdemåleren integrert i systemene et tilstrekkelig trykk for å måle nøyaktig nok. I motsetning til eksempelvis virvelkammere, er det altså en fordel med høyere trykk når vannføringen er lav.
Et mulig kompenserende tiltak er å etablere intervallvise påslipp. Fremfor å sette en lav konstant dimensjonerende vannføring, etablerer man et system som viderefører vannet i pulser med større vannføring, og setter varigheten på intervallene slik at den ønskede akkumulerte vannføring gjennom et lengre tidsintervall (eks per time) oppnås.

Dimensjonerende trykk
Som tidligere nevnt, vil en reduksjon i dimensjonerende trykk bidra til å øke strømningstverrsnittet. Imidlertid finnes det grenser for hvor lavt trykket kan være og samtidig oppnå nøyaktig mengderegulering. For et virvelkammer bør dimensjonerende vannivå typisk ligge høyere enn sneglehuset på virvelkammeret og minimum 2DN over bunn innløp (DN er innløpsdimensjonen på virvelkammeret). For en kalibrert strupeluke (eks FluidGate) anbefaler vi en dimensjonerende trykkhøyde på minimum 1,1 DN (der DN er modellstørrelsen)
Det samme prinsippet gjelder styrete mengderegulatorer. Se over.

4.1 Strupeledning
Ved å redusere rørdimensjonen over en viss lengde, minker kapasiteten og vannføringen. I tillegg til rørdimensjon og vanntrykk, er vannføringen bestemt av blant annet innvendig røroverfalte(ruhet), fall, utforming innløp og utløp. Basert på dette kan man estimere den teoretiske vannføringen.

Metoden er imidlertid svært unøyaktig. Både begroing og utforming av innløp/utløp påvirker ytelsen. Videre vil små vannføringer kreve små åpning/rørdimensjon, noe som øker risiko for tilstopping. Den hydrauliske karakteristikken tilsvarer en strupeåpning.

På samme måte som en strupeanordning, bestemmes vannføringen av oppstrøms vanntrykk. For en gitt vannføring gir et virvelkammer ca 4 ganger så stort strømningstverrsnitt/åpning. Dette reduserer tilstoppingsrisikoen vesentlig. Virvelkammeret er også mer robust mot kaotiske hydrauliske forhold i innløpet. Virvelkammeret kan for eksempel monteres i en samlekum, der flere innløpsrør kan skape kaotiske hydrauliske forhold.

Et virvelkammer gir høyere midlere vannføring sammenlignet med et tradisjonelt strupet utløp. Dette kan blant annet utnyttes til å redusere et fordrøyningsvolum.

Det finnes en rekke forskjellige typer virvelkammere. Felles for de alle er det tangentielle innløpet og sneglehuset. Vi deler gjerne virvelkammerne opp i følgende kategorier:

På tørroppstilte mengderegulatorer er Innløpet er lukket og koblet direkte på innløpsrøret i kummen. Ut fra regulatoren renner vannet fritt. Dvs at det ikke bygges opp et vannspeil i kummen mengderegulatoren er montert i. Dette gir enklere tilgang i forbindelse med drift og vedlikehold. I fellessystemet benyttes derfor gjerne tørroppstilte mengderegulatorer. Eksempelet til høyre viser et tørroppstilt virvelkammer. Imidlertid har vi også andre kategorier av tørroppstilte mengderegulatorer.

6.1 Dimensjoneringskriterier
Riktig valg av type mengderegulator er betinget av applikasjonen og rammebetingelsene. Vi hjelper gjerne til med dette. Ta kontakt med oss for råd.

Som nevnt i det i kapittel 3, prioriter MFT normalt følgende ved valg og dimensjonering av mengderegulatorer:
1. Nøyaktighet /Kapasitet
2. Driftssikkerhet (vi forsøker å oppnå et størst mulig strømningstverrsnitt)
3. Hydrauliske egenskaper

Som et minimum, må følgende variabler spesifiseres ved forespørsler og valg av regulatortype:
- Type medium (overvann/fellesystem/spillvann) og Modus
- Dimensjonerende vannføring, Qb (l/s)
- Dimensjonerende trykkhøyde, hb (m), høyde forskjell mengderegulator til maks vannivå (h1) (referansenivå er betinget av type mengderegulator)

Det henvises til figuren under. Merk at denne viser virvelkammer av typen FluidVertic. Prinsippet er det samme for alle mengderegulatorer, men detaljer og referansepunkter kan variere.

Standardiserte løsninger (tilpasses ikke)
Hvis et standardisert virvelkammer er aktuelt, kan riktig modell velges basert på Qb og hb (se oversikt).

Tilpassede løsninger (tilpasses)
Øvrige mengderegulatorer tilpasses alltid prosjektets rammebetingelser. Basert på Qb og hb, kan riktig type og modell velges (se eksempel FluidVertic VSU). Imidlertid tilpasses dysen aktuelle hb og Qb.

For å sikre at den mengderegulatoren som faktisk installeres tilfredsstiller prosjektets krav (uavhengig av leverandør), er derfor nødvendig å spesifisere aktuelle Qb og hb. Vi anbefaler vi alltid å oppgi Qb og hb på eventuelle prosjekttegninger.

Til flere av våre mengderegulatorer har vi utarbeidet interaktive tabeller og grafikk, for hjelp til å finne riktig modell basert på dimensjonerende vannføring, Qb, og dimensjonerende trykk, hb. Se eksempler, FluidVertic VSU og FluidHose.

6.2 Dimensjonerende trykk, hb
Avhengig av type mengderegulator, måles trykkhøyden, h, som enten høyden over senter utløp eller bunn innvendig utløp (h5). Dimensjonerende trykk, hb er definert som høydeforskjellen mellom dimensjonerende vannivå, h1 og h5 (hb = h1-h5). Se figuren over.
I forbindelse med fordrøyningsanlegg er det normalt å velge h1 lik nivå topp fordrøyningsvolum, siden dette gjerne er i best overenstemmelse med måten man beregner nødvendig fordrøyningsvolum. Hvis nødoverløpet er plasser høyere enn h1, vil vannføringen overstige Qb når anlegget går i overløp. Desto større høydeforskjellen er mellom h1 og nivå nødoverløp, jo mer vil Qb overskrides (se illustrasjon ovenfor, alternativ 1). Hvis dette ikke aksepteres, kan dimensjonerende vannivå, h1, velges lik nivå nødoverløp (ref illustrasjon, alternativ 2).

Merk: Når et anlegg prosjekteres, bør det konfereres med de lokale VA-bestemmelsene/myndighetene, med hensyn til valg av dimensjonerende vannivå. Dette kan praktiseres ulikt kommunene imellom.

Alle våre mengderegulatorer har definert en minimum anbefalt dimensjonerende trykkhøyde (hb min). Hensikten er å sikre at ønsket nøyaktighet oppnås. Dimensjoneringspunktet på Q-h kurven bør ligge i et område der vannstrømmen er stabil og lite turbulent. I praksis betyr dette at dimensjonerende vannivå, h1, bør plasseres litt over byggehøyden til mengderegulatoren. Med et virvelkammer innebærer dette at virvelen er fullt utviklet og stabil før vannivået når dimensjoneringspunktet.

6.3 Krav til annlegget
Vi kan finne en passende mengderegulator for de fleste forhold. Imidlertid setter gjerne mengderegulatoren krav til anlegget. Spesielt gjelder dette utløpet fra mengderegulatoren og nedstrøms rørstrekk. For å oppnå god presisjon, ønsker vi generelt at bremsingen av vannet i størst mulig grad skjer i mengderegulatoren - og ikke i oppstrøms og nedstrøms rørsystem. Ved behov kan vi ta høyde for trykktapet i anlegget når vi dimensjonerer en mengderegulator.

For alle type mengderegulatorer anbefaler vi at utløpsrøret dimensjoneres (fall og dimensjon) for «fritt utløp». Dette tilsvarer maks ca 60-70% fylling ved dimensjonerende vannføring Qb. Virvelkammeret vil fortsatt fungere om det vanntrykk nedstrøms virvelkammeret, men det kan påvirke nøyaktigheten. Ved slike situasjoner kan trykkhøyden, h, på Q-h kurven lese som trykkforskjellen oppstrøms og nedstrøms virvelkammer. For å oppnå en gitt vannføring, må derfor vannivået oppstrøms virvelkammer økes tilsvarende nedstrøms trykk. Se figur.

Virvelkammerne og våre øvrige mengderegulatorer er hovedsakelig testet under "fritt utløps"-forhold. Derfor knytter kapasitetsgarantien seg til dette. Generelt anbefaler vi 1-2m avstand fra virvelkammer til alt nedstrøms som reduserer kapasiteten vesentlig. Om det ikke er mulig å tilfredsstille, vil ikke det ødelegge funksjonen til virvelkammeret, men altså kunne påvirke nøyaktigheten.

6.4 Tilbakeslagsventil montert nedstrøms mengderegulator
I enkelte anlegg med fare for tilbakeslag, kan det være ønskelig å montere en tilbakeslagsventil på utløpet fra mengderegulatoren.En tilbakeslagsventil montert på utløpet vil hindre tilbakeslag, men kan påvirke nøyaktigheten på mengdereguleringen, og anbefales derfor ikke med mindre det er helt nødvendig.

Våre mengderegulatorer er testet ved "fritt utløp", som er en forutsetning for nøyaktighetsgarantien .Så lenge det er "fritt utløp" (ca maks 70-80% rørfylling) nedstrøms mengderegulator, vil ikke tilbakeslagsventilen påvirke mengdereguleringen nevneverdig. Systemets trykktap(hb) = trykktap gjennom mengderegulator (hbf)

Pga trykktapet gjennom tilbakeslagsventilen, vil det lett kunne oppstå oppstuvning i utløpsrøret (ikke fritt utløp). Ved slike forhold må man ta hensyn til trykktapet gjennom Wastop ved etablering av dimensjonerende trykk gjennom mengderegulatoren. Systemets trykktap (hb) = trykktap gjennom mengderegulator (hbf) + tilbakeslagsventilen (hc). Se figuren nedenfor. Nøyaktigheten på mengdereguleringen vil reduseres ved slike forhold, og vi stiller ingen nøyaktighetsgaranti.

Innhold

Mer informasjon

1. Hva er en mengderegulator?

NMBU - Mengderegulatorerer - del 1

2. Bruksområder

3. Viktige egenskaper - kriterier for valg av type

4. Typer Mengderegulatorer

5. Modus

6. Spesifisering av mengderegulatorer