Αποκεντρωμένη διαχείριση αστικού νερού: συνδυασμένη χρήση πράσινων στεγών με πρακτικές επαναχρησιμοποίησης βρόχινου και γκρι νερού

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε μια νέα σχετικά τάση που επικρατεί στη διαχείριση υδατικών πόρων, η οποία αντιμετωπίζει το πρόβλημα στην πηγή του δημιουργώντας περιοχές ελέγχου της απορροής μικρής κλίμακας και όχι συστήματα μεταφοράς και επεξεργασίας αυτής σε μεγάλες εγκαταστάσεις στα κατάντη. Στα πλαίσια αυτής της τάσης έγινε θεωρητική ανάλυση της λειτουργίας της πράσινης στέγης και παρουσίαση των τεχνολογιών του γκρι νερού και της συλλογής βρόχινου νερού με σκοπό την επαναχρησιμοποίηση των παραγομένων ποσοτήτων ύδατος. Παράλληλα, δημιουργήθηκε ένα μοντέλο (μοντέλο πράσινης στέγης – συλλογής βρόχινου νερού) για τη μαθηματική περιγραφή ενός συστήματος που αποτελείται από μια πράσινη στέγη, μια δεξαμενή αποθήκευσης και τις παραπάνω τεχνολογίες με σκοπό τη βέλτιστη διαχείριση των υδάτων (ελαχιστοποίηση της συνολικής απορροής και της ποσότητας του πρόσθετου νερού), το οποίο ακολούθως εφαρμόστηκε στο κτίριο της Εθνικής Πινακοθήκης. Εν συνεχεία, έγινε βελτιστοποίηση του συστήματος και ανάλυση ευαισθησίας για διάφορες παραμέτρους. Επιπλέον, υπολογίστηκε η λανθάνουσα θερμότητα και έγινε διερεύνηση της ποσοτικής διακύμανσης της απορροής και του προστιθέμενου νερού για διάφορες ροές σε καζανάκια. Τέλος, εξετάστηκαν δύο παρεμφερή με το παραπάνω μοντέλα, το πρώτο χωρίς την πράσινη στέγη και το δεύτερο χωρίς την τεχνολογία της συλλογής του βρόχινου νερού. Τα αποτελέσματα για το μοντέλο πράσινης στέγης – συλλογής βρόχινου νερού έδειξαν ότι η συνολική απορροή μειώνεται αισθητά σε συνήθεις περιπτώσεις βροχοπτώσεων, ενώ η αναγκαία προστιθέμενη ποσότητα νερού είναι αυξημένη από τα μέσα Μαΐου έως τα τέλη Σεπτεμβρίου. Παράλληλα, η μείωση της συνολικής απορροής επιτυγχάνεται με την αύξηση του ποσοστού της πράσινης στέγης ή την αύξηση των διαστάσεων της δεξαμενής αποθήκευσης νερού. Αντιστοίχως, η μείωση της αναγκαίας προστιθέμενης ποσότητας πραγματοποιείται είτε με μείωση του ποσοστού της πράσινης στέγης είτε με αύξηση του όγκου της δεξαμενής. Από τις παραμέτρους που εξετάστηκαν, ο φυτικός συντελεστής και το πάχος του εδαφικού υποστρώματος έχουν άμεση επιρροή στην αναγκαία προστιθέμενη ποσότητα νερού. Επιπλέον, η λανθάνουσα θερμότητα είναι μεγαλύτερη τους μήνες Ιούνιο και Ιούλιο. Τέλος, από τη συγκριτική μελέτη των τριών μοντέλων καθίσταται προτιμότερη λύση για την εξοικονόμηση του πόσιμου νερού και δυσμενέστερη για τη συνολική απορροή το μοντέλο συλλογής βρόχινου νερού.

In the present thesis a relatively recent approach in stormwater management was analyzed. This concept is based on controlling stormwater at the source by the use of micro-scale controls, rather than conveying and managing runoff in large facilities located at the base of drainage areas. In this framework, a theoretical analysis of the operation of green roof was performed and the technologies of reusing grey water and rainwater were described. A model (green roof – rainwater harvesting) was introduced for the mathematical description of a system which consists of a green roof, a storage tank and the abovementioned technologies. Its aim is the optimization of water management (minimization of the total runoff and the amount of additional water). This model was then applied to the building of the National Gallery. Subsequently, the model was optimized and a sensitivity analysis of various parameters was conducted. Moreover, the latent heat and the quantitative variation of total runoff and additional water for various toilet flush volumes were estimated. Finally, two similar to the above models were tested, the first without the green roof and the second without the rainwater harvesting. The results for the model green roof - rainwater harvesting showed that the total runoff has been decreased significantly in casual rainfall, while the necessary amount of additional water has been increased from mid-May to late September. Furthermore, the reduction of the total runoff is achieved by increasing the percentage of green roof or increasing the dimensions of the water storage tank. Accordingly, the necessary additional water need is reduced either by lowering the percentage of green roof or by augmenting the volume of the reservoir. The sensitivity analysis of the parameters examined has revealed that the plant factor and the thickness of the soil substrate have a direct influence on water requirements. The analyses performed in this thesis have showed that the latent heat is greater during the months of June and July. Finally, a comparative study of three models showed that the most preferable solution for conserving potable water, despite the fact that it has the higher total runoff, is the rainwater harvesting model.