СПОСОБЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ФОНТАНОВ

Фонтан является эффективным методом формирования микроклимата в парковых пространствах и городских площадей.

Для его оптимального функционирования и экономичности важен выбор рационального конструктивного решения и его местоположения. При выборе того или иного типа фонтана необходимо учитывать не только рельеф, окружающую застройку, но и размещение фонтана относительно искусственных или естественных источников воды. От мощности по расходу воды (от 1 до 150 л/сек) так же многое зависит, например, способ водоснабжения фонтана.

Оптимальный расход воды в фонтанах, расположенных в парках и скверах не должен превышать 50-60 л/сек, что бы не вызывать значительного изменения влажности воздуха, и не навредить тем самым растениям вокруг фонтана.

При правильном выборе способа водоснабжения фонтана, будут обеспечены:

— бесперебойная работа фонтана;

— соответствие водного рисунка проектному решению;

— снижение стоимости эксплуатационных затрат и обслуживание.

Способы водоснабжения фонтанов можно разделить на две группы:

1. Прямоточная система водоснабжения – это система, при которой вода из водопровода или водоема однократно подается к фонтану, а затем спускается в водосточную сеть или водоем.

2. Оборотная система водоснабжения – это система, при которой вода для подачи в фонтан забирается из той же емкости, в которую после сбрасывается, т.е. осуществляется повторное использовании воды, путем ее рециркуляции насосным оборудованием.

Рисунок 1. Водоснабжение фонтана от городского водопровода со сбросом воды в лоток

Рисунок 2. Прямоточная система водоснабжения: а — от городского водопровода со сбросом в сеть водостока, б — из различных источников при помощи насоса со сбросом в водосточную систему

Прямоточная система водоснабжения обычно применяется при:

— небольшом расходе воды (2-5 л/сек). Подача производится от городского водопровода со сливом использованной воды в лотки (рис. 1).

— расходе воды более 5 л/сек, но небольшой ее стоимости. В случае если давления в водопроводной сети недостаточно для формирования нужной высоты струи, используются насосы (рис. 2).

— наличии двух достаточно чистых и больших водоемов, имеющих значительную разность высот и связанных между собой водотоками, которые образуют единую экосистему. В этом случае вода из верхнего водоема под небольшим давлением будет поступать в фонтан, а далее спускаться нижний водоем (рис. 3).

Прямоточная система хоть и простая в работе, но имеет весомые недостатки, такие как нерациональное использование воды и отключение фонтана в случае перебоя подачи нужного объема воды с сети водоснабжения.

Рисунок 3. Водоснабжение фонтана из местного источника, расположенного выше форсунки, со сбросом в нижний водоем

Для экономии воды и при ограниченной мощности источника водоснабжения применяется система рециркуляции воды (рис. 4). В таких фонтанах выпуск воды в водосточную сеть производится только при осушении бассейна фонтана или при его чистке.

Суть данной системы состоит в том, что вода (предварительно прошедшая фильтрацию от загрязнений) в фонтане используется многократно.

Вода из городского водопровода заполняет бассейн фонтана или резервуар, находящийся под землей, далее при помощи насоса поступает по трубопроводу к форсункам, а затем снова попадает в бассейн фонтана. Благодаря оборотному водоснабжению общее количество воды в системе остается прежним, а количество свежей воды, значительно уменьшается и составляет 5…10 % от количества оборотной воды. Подпитка фонтана водой из городского водоснабжения необходима, что бы восполнить потери от испарения и унос воды ветром. А чтобы снизить разнос капель в местах установки фонтана с сильным или порывистым ветром, нужно спроектировать чашу радиусом не меньше, чем максимальная высоты струи.

В конструкции фонтана крайне важно предусмотреть не только постоянное пополнение воды, но и поддержание ее на определенном уровне, что достигается устройством механического или электронного сенсора уровня воды.

Рисунок 4. Водоснабжение при помощи насоса из специальной емкости для воды или другого источника со сбросом в этот же резервуар

Применение циркуляционных насосов значительно усложняет и удорожает систему водоснабжения фонтана, а также увеличивает потребление электроэнергии, но при этом обеспечивает экономию воды и бесперебойную работу фонтана.

Отличным вариантом для использования рециркуляции воды будет, если фонтан расположен непосредственно в естественном или искусственном водоеме с достаточной глубиной (рис. 5). Так вода может забираться прямо с этого водоема и не будет необходимости в устройстве отдельного резервуара или дополнительной подпитки из городского водоснабжения.

Рисунок 5. Водоснабжение при помощи насоса из водоема, в котором расположен фонтан со сбросом воды в него же

В современном ландшафтном проектировании микроклимату парковых пространств уделяется все больше внимания. Экологичность, энергетическая эффективность и обеспечение комфорта посетителей играют главную роль при принятии проектных решений. Фонтаны являются важной композиционной и функциональной частью не только парковых пространств, но и площадей города. Существует множество конструктивных решений, но для достижения вышеперечисленных целей важно выбирать наиболее оптимальный вариант для каждого объекта.

Список литературы:

1. Абрамов Н.Н. Водоснабжение. Учебник для вузов. Изд. 2-е. М.: Стройиздат, 1974 — 480 с.
2. Прозоров И.В. Гидравлика, водоснабжение и канализация: Учеб. пособие для строит. спец. вузов / И.В. Прозоров, Г.И. Николадзе, А.В. Минаев. – М.: Высш. шк., 1990. – 448с.
3. Сомов М.А. Водопроводные системы и сооружения. Учеб. для вузов. М.: Стройиздат, 1988 — 399 с.
4. Спышнов П.А. Фонтаны. Описание, конструкции, расчет. – М.: Государственное издательство архитектуры и градостроительства, 1950. – 174с.

Князева Татьяна Александровна

магистрант, кафедра ГиПЗ АСА ДГТУ, РФ, г. Ростов-на-Дону

Водоснабжение и гидравлический расчет фонтана

В ходе работы студент определяет способ водоснабжения фонтана и проводит необходимый гидравлический расчет.

Одной из важнейших характеристик, определяю­щих место размещения фонтана относительно искусст­венных или естественных источников воды, является его мощность по расходу воды (от 1 до 150 л/сек). Оптимально расход воды фонтана не должен превышать 50-60 л/сек (не вызывать значительное изменение влажности воздуха).

В настоящее время существует прямоточное и оборотное водоснабжение фонтана (рисунок 5). Правильный выбор способа водоснабжения обеспечивает бесперебойную работу фонтана, гарантирует соответствие водной картины проекту и снижает стоимость эксплуатационных затрат.

Рисунок 5 – Способы водоснабжения фонтанов

1— от городского водопровода со сбросом воды в лоток; 2 — от городского водопровода со сбросом воды в сеть водостока; 3 — из различных источников при помощи насоса со сбросом в водосточную систему; 4 — при помощи насоса из специальной емкости для воды или другого источника со сбросом в этот же резервуар (рециркуляция воды); 5 — при помощи насоса из водоема, в котором расположен фонтан со сбросом воды в него же; 6 — из местного источника, расположенного выше форсунки, с прямым сбросом в водоем

Прямоточное водоснабжение фонтанов осуществляется в ряде случаев:

1. При наличии двух водоемов (водотоков) имеющих значительную геодезическую разность высот и связанных между собой водотоком, образующих единую экосистему. В данном случае вода из верхнего водоема, прежде чем попасть в нижний, осуществляет питание фонтана.

2. При расходе фонтана 2-5 л/сек допустимо применение прямоточного водоснабжения от городского водопровода со спуском использованной воды в водосточную сеть.

3. При значительной стоимости электроэнергии и небольшой стоимости воды, допустимо использование прямоточного водоснабжения фонтана из городской сети при расходах более 5 л/сек. В случаях, когда давления в водопроводной сети не достаточно для формирования определенной водной картины, рекомендуется использовать насосы подкачки.

Оборотное водоснабжение фонтанов заключается в повторном использовании отработанной воды, путем ее рециркуляции насосным оборудованием. На сегодняшний день строительство новых фонтанов и реконструкция старых основывается на принципах оборотного водоснабжения (в РГР студент применяет оборотное водоснабжение).

Насосы для подачи воды в системах оборотного водоснабжения фонтана могут быть расположены в насосной станции, в подвале ближайшего здания, в резервуаре под фонтанной чашей или непосредственно в фонтанной чаше.

В конструкции фонтана с оборотным водоснабжением необходимо предусматривать постоянное пополнение воды и поддержание ее на определенном уровне, что достигается устройством в борту фонтана или в скульптурной композиции – ниши с механическим (электронным) сенсором уровня воды и трубопроводом долива воды.

В РГР студент проектирует фонтан (чертеж на листе формата А3) с учетом минимизации потерь воды (рисунок 6).

Рисунок 6 – Продольный профиль фонтана с учетом минимизации потерь воды

1 — приемный лоток, 2 — самотечный трубопровод, 3 — погружной насос с поплавковым клапаном включения, 4 — гидроизолированный аккумуляторный бак, 5 — фильтр, 6-забор воды на фильтрацию

В РГР студент рассчитывает расход и потери воды фонтаном, общий напор по фонтанному трубопроводу. Расход воды в фонтане производится по формуле истечения жидкости через насадки:

Q = μω_НV₀ = μω_Н ,

где Q – расход воды, м 3 /с;

μ — коэффициент расхода насадки (смотри задание) зависит от ее формы, угла конусности (приложение А21);

ω_Н — площадь поперечного сечения выходного отвер­стия насадки (определяется по диаметру выходного отверстия насадки, приведенного в задании), м 2 ;

h₀ — скоростной напор у насадки или высота фонтанной струи, м (смотри задание);

V₀ — скорость воды при выходе из насадки, м/с.

При движении воды по фонтанному трубопроводу общий напор (Н) тра­тится на преодоление местных потерь (h_м), напора сопротивления по длине трубопро­вода (h_ДЛ) и на создание скоростного напора (h₀) при выходе струи из насадки:

Потери на местные сопротивления вычисляются по формуле Вейсбаха:

где ξм – коэффициент местного сопротивления;

V – скорость потока в трубе, м/сек.

При поворотах (смотри задание) значение коэффициента местного сопротивления ξм, в зависимости от угла поворота α (смотри задание), принимается по таблице 6 и умножается на количество поворотов.

Таблица 6 – Коэффициент местного сопротивления в зависимости от угла поворота

Читайте также: IX. Обеспечение своевременных расчетов по полученным кредитам. АВС-анализ. Расчет оптимальной партии заказа Автоматизация выполнения расчетной части курсовой работы Агрегатный индекс может быть преобразован а среднеарифметический и среднегармонический индекс при отсутствии исходной информации для расчета агрегатной формы индекса. Актуальные проблемы учета расчетов с бюджетом по налогам и сборам в коммерческих организациях Актуарные расчеты будущих пенсионных обязательств. Алгоритм проверочного расчета вала Алгоритм расчета индивидуального индекса Алгоритм расчета общего индекса Амортизация ОФ, методы расчета амортизации.

α	30 °	40 °	50 °	60 °	70 °	80 °	90 °
ξм	0,2	0,2	0,4	0,55	0,7	0,9	1,1

Скорость потока в трубе определяется по формуле:

где Q – расход воды в трубопроводе (расход воды в фонтане), м³/с;

ω – площадь внутреннего сечения трубы, м 2 .

Площадь внутреннего сечения трубы рассчитывается:

ω = ,

где D – внутренний диаметр трубы (смотри задание), м.

Потери напора по длине трубопровода (h_ДЛ) опреде­ляются по формуле:

где А — удельное сопротивление трубы на 1 пог. м при расходе воды 1 м3/с (таблица 7);

L — длина трубопровода (устанавливается по чертежу продольного профиля фонтана), м;

Q — расход воды в трубопроводе (расход воды в фонтане), м3/с.

Таблица 7– Значение удельного сопротивления трубы в зависимости от внутреннего диаметра трубы

d, мм
А	82,4	31,4	6,86	2,11	0,805	0,176	0,054

Действительная высота фонтанной струи вследствие сопротивления воздуха и сжатия несколько меньше скоростного напора (h₀). Она вычисляется по формуле Люгера:

h_Д = ,

где h_Д – действительная высота фонтанной струи, м;

Значение φ в зависимости от диаметра выходного отверстия насадки находится по формуле:

φ = ,

где d_Н – диаметр выходного отверстия насадки (смотри задание), мм.

При устройстве циркуляционных систем водоснабжения фонтанов необходимо учитывать количество воды, теряемой на разбрызгивание, унос ветром и испарение.

Потери на разбрызгивание и унос ветром (в зависимости от конструкции фонтанной насадки, высоты струи и силы ветра), принимаются 1-2% для цилиндрических насадок и 1,5-3% для насадок распыляющих воду, от расхода воды пропускаемой насадкой. При скорости ветра более 2 м/сек. про­исходит снос капель диаметром до 0,5 мм, при скорости 7 м/сек. — диаметром до 3 мм.

В среднем, потери на испарение составляют 0,5-1% от расхода воды пропускаемой насадкой. При применении насадок специальных конструкций, предназначенных для мелкодисперсного разбрызгивания воды (создание эффекта тумана), необходимо добавлять на испарение 1% от расхода воды.

Таким образом, общие потери фонтанного комплекса составят:

Н общ. = Н исп. общ. + Н ветр.,

Количество испаряющейся с поверхности воды в основном зависит от температуры наружного воздуха, его влажности, средней скорости ветра и определяется приближенно по формуле:

Н исп. = 11,6 × (E1 – e₀) × B × t,

где Н исп. — слой испарения в фонтанной чаше за месяц, мм;

11,6 — коэффициент, учитывающий удельную всасывающую атмосферы, мм/мб мес.;

E1 — максимальная упругость водяных паров при заданной температуре (смотри задание) поверхности воды (определяется по таблице 8), мб;

e₀ — парциальное давление водяного пара в воздухе, мб;

Парциальное давление водяного пара в воздухе определяется по формуле:

где μ — относительная влажность воздуха (смотри задание), %.

В – коэффициент, учитывающий силу ветра, определяется по формуле:

где V_в — средняя скорость ветра за месяц (определяется студентом по агроклиматическим справочникам или берется по заданию), м/с;

t — расчетное время испарения (за 1 месяц).

Таблица 8 — Значения давления насыщенного пара над плоской

поверхностью воды (Е₁)

Т,°С	Е1, Па	Т,°С	Е1, Па	Т,°С	Е1, Па	Т,°С	Е1, Па
873,1	1313,5	1819,4	2488,9
1002,6	1403,4	1939,0	2646,0
1073,5	1498,7	2065,4	2811,7
1148,8	1599,6	2198,9	2986,4
1228,7	1706,4	2340,0	3170,6

При расчетах необходимо учитывать размерность (1мб=100Па)

После определения (Н исп.) и зная общую площадь зеркала воды фонтанного комплекса (устанавливается по чертежу продольного профиля фонтана) студент вычисляет (Н исп. общ.). Потери на разбрызгивание и унос ветром (Н ветр.) принимаются студентом на уровне 2% от расхода воды в фонтане.

В РГР студент выбирает насос согласно рассчитанного расхода воды и общего напора. Различаются две его разновидности: погружной и поверхностный.

Погружной (рисунок 7) используется в тех случаях, когда фонтан расположен в водоеме, а насос установ­лен на дне и вне воды не применяется. Такой насос имеет несколько преимуществ: он абсолютно бесшумен, не требует сложной установки.

Рисунок 7 – Устройство насоса

1— мотор; 2 — корпус мотора; 3 — крыльчатка насоса; 4 — сетка; 5 — выходная труба;

6 — тройник; 7 — кран для подключения дополнительных устройств;

8 — регулятор производительности; 9 — насадка

Работа насоса осуществляется по следующему принципу: вода из источника че­рез фильтр поступает в насос и выбрасывается непосредственно над ним или идет по шлангу к форсунке.

Поверхностный насос в воде не работает, поэтому устанавливается на суше. Доступность в обслужива­нии — его основное преимущество. Также его удобно использовать при конструировании водных сооружений с расходом воды от 4,5 т/час, например несколь­ких фонтанов или крупных водопадов.

Для функционирования фонтана студент подбирает насосное оборудование фирмы Grundfos (стоимость 200-400 у.е.).

Данное оборудование изготовлено из нержавеющей стали, имеет одноступенчатый погружной блочный агрегат (с вертикальным нагнетательным патрубком и фильтром в основании). Электродвигатель однофазный, с защитой встроенного термовыключателя. Насосное оборудование обеспечивает расход воды до 35 м³/час, напор до 18 м, имеет диапазон рабочей температуры от 0ºС до плюс 55ºС, диаметр условного прохода патрубка до 50 мм, электропитание в 220 В (50 Гц). В таблице 9 представлен модельный ряд насосов фирмы Grundfos.

Таблица 9 — Эксплуатационные характеристики насосов

Модель	Мощность (P max), Вт	Напор (H max), м	Расход (Q max), м³/час
Насос KP 150 A1	5,5	8,5
Насос KP 250 A1	7,5	11,5
Насос КР 350 A1	9,0	14,0
Насос АР 12.40.04. A1	10,0	17,0
Насос АР 12.40.06. A1	13,0	18,0
Насос АР 12.40.08. A1	15,0	21,0
Насос АР 12.50.11. A1	17,0	30,0

Для обеспечения чистоты водной среды, при проектировании и строительстве фонтана необходимо предусмотреть систему фильтрации. В зависимости от габаритов, объема и типа инженерной схемы устройства циркуляции воды, подбирается фильтровальное оборудование.

Студент в РГР может применить серию напорных фильтров Filtoclear 3000 -15000 производства компании «OASE» (стоимость 270-560 у.е.). Фильтры подходят для многофункционального использования, встроенная в корпус УФ лампа позволяет сочетать в этой серии все необходимые функции, для очистки воды в фонтанах, прудах, водопадах. В таблице 10 представлен модельный напорных фильтров Filtoclear.

Таблица 10 — Эксплуатационные характеристикинапорных фильтров

Модель	Размер	Объем фильтра, литров	Мощность УФ лампы, Вт	Вес, кг.
Filtoclear 3000	380х310
Filtoclear 6000	380х430	5,5
Filtoclear 11000	380х550
Filtoclear 15000	380х670	6,5

После определения расхода и потерь воды в фонтане, подбора насосного оборудования студенту необходимо провести технико-экономический расчет способов водоснабжения фонтана по основным показателям, после чего сравнить их.

Схема с прямоточным водоснабжением применима в следующем случае:

где N_ф — мощность потребляемая насосом в кВт/часах,

P_эл — стоимость 1 кВт/часа электроэнергии, руб.,

Q_ф — расход воды фонтаном в куб.м/час,

P_в — стоимость 1 куб.м воды, руб.

Схема с оборотным водоснабжением применяется при:

2. Мощность потребляемая насосом (N_ф) =0,095 кВт/час.

3. Потери воды на испарение и брызгоунос составляет (Q_пот.) = 0,048 м 3 /ч.

4. Стоимость 1 куб.м воды (P_в) = 13,93 руб.

5. Стоимость 1 кВт/часа электроэнергии (P_эл) = 1,66 руб.

6. Стоимость насоса (G) = 8 600 руб.

7. Амортизация насоса составляет 12,5 % в год. (Ам) = 1075 руб./год = 2.95 руб./сут.

8. Время работы фонтана в сутки (Т) = 10 часов.

При прямоточной системе водоснабжения затраты составят:

где 2 — коэффициент учитывающий стоимость подачи воды из городского водопровода и сброс воды в городскую канализацию.

При оборотной системе водоснабжения затраты составят:

С_об. = 0,048×13,93×10 + 0,095×1,66×10 + 2,95 = 11,22 руб./сут.

Дополнительные затраты на сопутствующие работы при проектировании фонтана студент может вычислить по данным справочного приложения А22.

Дата добавления: 2014-11-13 ; просмотров: 417 ; Нарушение авторских прав