دراسة تصميم متكاملة لنافورة حضرية

دراسة تصميم متكاملة لنافورة حضرية

من تعريف المتطلبات إلى الحسابات الأولية والتنفيذ والتسليم

وفي هذا الفصل تم تجميع موضوعات الكتاب في شكل مشروع افتراضي. الهدف هو إظهار العلاقة بين القرارات المعمارية والهيدروليكية والميكانيكية والكهربائية والتشغيلية.

أحد الأمثلة على المشروع هو ميزة مائية لبركة في ساحة المدينة، والتي تنشئ أوضاع عرض متعددة عن طريق تغيير مجموعة النوافير والإضاءة. تبدأ عملية اتخاذ القرار من تعريف المستخدم وتستمر حتى تقدير الاستهلاك وخطة اعتماده.

هذه العينة عبارة عن دراسة تعليمية وتصميم أولي. لا تنطبق الأبعاد ومواصفات الفوهة والكفاءات والقوى المفترضة وبيانات أو رسومات المنتج الفعلية. يتطلب الاختيار النهائي للمعدات وتفاصيل البناء معلومات عن الموقع ووثائق البناء والتصميم التفصيلي.

42–1. معرف المشروع ومتطلبات صاحب العمل

من المفترض أن صاحب العمل يريد ميزة مائية لإنشاء نقطة توقف ومشاهدة عامة.

العمق المفترض ليس مقياسًا لسلامة البركة. يجب مراعاة كيفية منع الدخول غير المرغوب فيه وتفاصيل الحافة ومسار الحركة والمخاطر المتوقعة في التصميم.

في هذا المثال، نظام الصوت ليس في المجال الأساسي. إضافة عرض موسيقي سيتطلب تصميم الصوت والبرمجة والتحقق من الظروف المحيطة.

42–2. التنظيم المكاني وتحديد المواقع المفاهيمية

يتم وضع الفوهات في أربع مجموعات متماثلة. يمكن تغيير كل مجموعة بشكل مستقل عن المجموعات الأخرى، لكن الفوهات الست الموجودة بداخلها تشترك في تخطيط التوجيه الأساسي.

يجب أن يجيب الموضع على هذه الأسئلة:

• إمكانية رؤية التكوين من نقاط المشاهدة الرئيسية.

• تجمع البقع في منطقة البركة.

• المسافة المناسبة من الحواف بناءً على اختبار الرش.

• الوصول إلى الفوهات والأضواء للخدمة.

• التنسيق مع الأرصفة ومسار العودة.

• إمكانية مرور الأنابيب والكابلات دون تداخل.

للحفاظ على مرونة التصميم، يتم تحديد الموقع الدقيق للفوهات بعد التحقق من نمط الرش وظروف الرياح.

يجب أيضًا أن يكون مسار الوصول للإصلاح واضحًا من البداية. لا ينبغي أن يعتمد فتح الفوهة أو المصباح على التدمير الشامل للطلاء.

المكان الشكل 42-1 — نموذج للخطة المفاهيمية

الشكل المقترح: بركة 10 × 6 م مع أربع مجموعات من ستة، ونقاط المشاهدة، ومسار الوصول، والموقع التقريبي للخزان والمرافق.

العنوان الفرعي: "الخطة التعليمية؛ سيتم استكمال المسافات وتفاصيل التركيب بعد اختيار المعدات ومعاينة الموقع.

42–3. تحديد نقطة التشغيل الافتراضية للفوهة

بالنسبة للحساب التعليمي، من المفترض أن الفوهة التي تم فحصها لها الأداء التالي في ظل ظروف معينة:

• معدل التدفق لكل فوهة: 0.75 متر مكعب في الساعة.

• رأس الضغط اللازم عند مدخل الفوهة: سبعة أمتار من عمود الماء.

• ارتفاع مخرج الهدف : حوالي ثلاثة أمتار .

هذه القيم الثلاث هي افتراضات وليست مستخرجة من كتالوج منتج معين.

في التصميم الفعلي، يجب تحديد المنحنى أو جدول الشركة المصنعة لشكل الإخراج المطلوب. ارتفاع النافورة ليس هو نفس الرأس المطلوب عند مدخل الفوهة؛ يتم استهلاك جزء من الطاقة في الفوهة نفسها وتشكيل نمط الإخراج.

يجب أن يكون اعتماد الفوهة على مستوى الماء واضحًا أيضًا. على سبيل المثال، تقدم OASE بعض الفوهات التي تعتمد على مستوى الماء وبعضها مستقل عنه. يؤثر هذا الاختلاف على الموضع والتحكم في المستوى. عينة فوهة تعتمد على مستوى الماء OASE ^[283]

كما تم إدخال الفوهات الكلاسيكية وفوهات التحكم في مجموعات منتجات GSO. يجب إكمال الاختيار الفعلي للنموذج من خلال تلقي معلومات الأداء والتثبيت. فوهات ومعدات النافورة الحضرية GSO ^[284]

42–4. حساب التدفق وهندسة الدوائر

معدل التدفق لكل مجموعة من ستة:

$Q_{group}=6\times 0.75=4.5m^3/h$

إجمالي التصريف للمجموعات الأربع في الولاية الرئيسية:

$Q_{display}=4\times 4.5=18m^3/h$

في هذا المثال، يتم أخذ مجموعة ضخ مستقلة بعين الاعتبار لكل مجموعة. ولذلك، فإن أربع مضخات تغذي الدائرة المكونة من ستة فوهات لكل منها.

يسمح هذا الاختيار بتغيير المجموعات، ولكنه يزيد أيضًا من عدد متطلبات المعدات والصيانة. في المشروع الفعلي، ينبغي مقارنتها بخيار المضخة المشتركة وصمامات التحكم.

المسار المفاهيمي لدائرة العرض:

الخزان ← المضخة الجماعية ← مسار التغذية ← المجمع والفوهات ← الحوض ← مسار العودة ← الخزان

في هذا المثال، تقوم دائرة التنقية بأخذ الماء من الخزان وتعيد الماء النقي إلى البركة. ونتيجة لذلك، يجب أن يجمع مسار العودة التدفق المتزامن لكلا النظامين.

42–5. حساب فقدان مسار التغذية للمجموعة

بالنسبة للجزء المشترك من مسار المجموعة، يفترض:

القطر الداخلي البالغ 40 ملم هو قيمة حسابية ولا ينبغي أن يُنسب إلى الحجم الاسمي دون التحقق من خصائص الأنبوب.

معدل التحويل:

$Q=\frac{4.5}{3600}=0.00125m^3/s$

متوسط السرعة:

$v=\frac{Q}{\pi D^2/4}=\frac{0.00125}{\pi (0.04{)}^2/4}\approx 0.995m/s$

الهبوط الطولي في علاقة دارسي-فايسباخ:

$h_f=f\frac{L}{D}\frac{v^2}{2g}$

$h_f\approx 0.025\times \frac{25}{0.04}\times \frac{0.995^2}{2\times 9.81}\approx 0.79m$

الهبوط المحلي:

$h_m=\Sigma K\frac{v^2}{2g}$

$h_m\approx 8\times \frac{0.995^2}{2\times 9.81}\approx 0.40m$

ويبلغ انخفاض هذا القسم حوالي 1.19 متر.

يجب تحديد معامل الاحتكاك والمعاملات المحلية في التصميم النهائي من خلال المادة والقطر الفعلي وظروف التدفق والوصلات المختارة. يتم أيضًا حساب خسارة فروع التوزيع بشكل منفصل.

42–6. رأس المضخة الأولية وقوة كل مجموعة

بالنسبة للمسار الحرج للمجموعة، يتم أخذ الافتراضات الإضافية التالية بعين الاعتبار:

نقطة العمل الأولية لكل مضخة:

$Q=4.5m^3/hH\approx 10.8m$

أربع مضخات مستقلة، يجب أن توفر كل منها نقطة عمل دائرتها؛ رؤوسهم لا تجتمع مع بعضها البعض في هذا الترتيب.

بافتراض أن الكفاءة الإجمالية للكهرباء مقابل الماء تساوي 45%:

$P_{in}=\frac{\rho gQH}{\eta }$

$P_{in}\approx \frac{1000\times 9.81\times 0.00125\times 10.8}{0.45}\approx 294W$

طاقة الإدخال المقدرة لأربع مجموعات:

$P_{display}\approx 4\times 0.294=1.18kW$

هذا الحساب ليس اختيار القوة المقدرة للمحرك. يعتمد الاختيار النهائي على منحنى المضخة، ونطاق التشغيل، وظروف الشفط، والكفاءة الفعلية، وتحول المستوى، والأداء في الأوضاع المختلفة.

كما تم وصف طريقة جمع قطرات الرأس والمسار الثابتة في مصادر اختيار مضخة KSB. دليل اختيار مضخات الطرد المركزي KSB ^[285]

بدلاً من الشكل 42-2 — المسار الحرج لحساب الرأس

الشكل المقترح: مقطع تخطيطي من مستوى الماء في الخزان إلى الفوهة، يوضح فرق المستوى وطول الأنبوب والنعومة والوصلات والتفرع الحرج.

العنوان الفرعي: "يجب أن يرتبط كل مكون رئيسي بجزء محدد من المسار الفعلي."

42–7. حجم الماء والخزان والعودة بعد التوقف

الحجم الأولي لمياه البركة:

$V_{basin}=10\times 6\times 0.30=18m^3$

من المفترض:

• حجم مياه الخزان في حالة القاعدة: ثلاثة أمتار مكعبة.

• الحجم التقريبي للمياه داخل خطوط ومكونات الدائرة: 0.20 متر مكعب.

ولذلك فإن حجم التشغيل هو أساس الحساب:

$V_{system}=18+3+0.20=21.2m^3$

للتحكم في جزء من تقدير الخطوط:

$V_{fourpipes}=4\times 25\times \frac{\pi (0.04{)}^2}{4}\approx 0.126m^3$

ويفترض في هذه المرحلة وجود فرق يصل إلى 0.20 متر مكعب بالنسبة للخطوط والمكونات الأخرى ويجب تصحيحه بعد الانتهاء من الخريطة.

عودة قبول المياه

ومن المفترض أن الحد الأقصى للمياه التي يمكن إرجاعها من الخطوط هو 0.20 متر مكعب والحصة التقديرية للمياه العالقة هي 0.01 متر مكعب:

$V_{return}=0.21m^3$

إذا سقط هطول أمطار افتراضي قدره 20 ملم مباشرة على سطح البركة الذي تبلغ مساحته 60 مترًا مربعًا:

$V_{rain}=60\times 0.020=1.2m^3$

مجموع هذين المدخلين:

$V_{additional}=0.21+1.2=1.41m^3$

في الدراسة الأولية، يفترض وجود مترين مكعبين من السعة الحرة الفعلية للقبول في الخزان. لا تعد مقارنة الحجم هذه بديلاً عن تصميم منطقة هطول الأمطار وسعة العودة اللحظية والفائض ومراعاة المدخلات الأخرى.

يجب أيضًا تحديد الحجم الهيكلي للخزان من حيث المساحة الحرة والحجم غير القابل للاستخدام ومستويات التحكم والوصول.

42–8. دائرة التنقية وقدرة الإرجاع المشتركة

لتعليم طريقة الحساب يفترض أن مدة التداول الاسمية هي ثلاث ساعات:

$Q_{treatment}=\frac{21.2}{3}\approx 7.07m^3/h$

ولذلك فإن الأساس الأولي لدائرة المعالجة هو حوالي 7.1 متر مكعب في الساعة.

ثلاث ساعات ليست متطلبًا عامًا للنافورة أو مقياسًا كافيًا لنظافة المياه. وينبغي تحديد الوقت والقدرة الفعلية حسب نوع الاستخدام ونوعية المياه والمعدات وخطة إدارة المياه. ولا تعني نسبة الحجم هذه أيضًا أن كل الماء يمر عبر عملية التنقية في نفس الوقت؛ جودة الخلط ومسار التدفق مهمان.

في الترتيب المحدد، الحد الأقصى لتيار الإرجاع المستمر عند التشغيل في وقت واحد:

$Q_{return,steady}=18+7.1=25.1m^3/h$

يجب أن يأخذ تصميم مسار الجاذبية في الاعتبار هذا التدفق جنبًا إلى جنب مع هطول الأمطار والظروف العابرة. ولا يمكن استنتاج قطر مسار العودة من قطر الأنبوب تحت الضغط.

يتطلب اختيار المرشح والتطهير وموقع أخذ العينات ومنطق الحقن تصميمًا إضافيًا. تؤكد إرشادات مركز السيطرة على الأمراض (CDC) للنوافير المزخرفة على برامج إدارة المياه والتنظيف والتطهير. دليل النوافير المزخرفة CDC ^[286]

42–9. الإضاءة وميزانية الطاقة الأولية

يُفترض وجود مصباح افتراضي بقدرة 12 وات مع مصدر طاقة 24 VDC لكل فوهة.

الطاقة الناتجة من إجمالي الأضواء:

$P_{LED}=24\times 12=288W$

إجمالي التيار على الجانب 24 فولت:

$I_{DC}=\frac{288}{24}=12A$

هذه القيمة هي مجموع الأحمال ولا تعني تغذية جميع الأضواء بنفس مسار الكابل.

لكل مجموعة من ستة:

$P_{group}=72W{I}_{group}=3A$

بافتراض كفاءة 90% لمصادر الطاقة:

$P_{lighting,input}=\frac{288}{0.90}=320W$

الجهد 24 فولت وحده لا يثبت الامتثال للسلامة. يجب تحديد نوع المصدر وظروف الدائرة وتقسيم المناطق والكابل والاتصال والحماية وفقًا للتصميم الكهربائي.

ميزانية الطاقة الأولية:

إن قوة التطهير والتحكم في هذا الجدول ما هي إلا افتراضات الموازنة. يجب تحديد التفرع والحماية وسعة الكابل بعد الاختيار الفعلي للمعدات ومراجعة المواصفات الكهربائية.

42–10. منطق التحكم وأوضاع العمل

يتم تحديد أربعة أوضاع رئيسية للمثال:

وتشمل المدخلات التي تم أخذها في الاعتبار مستوى المياه، والرياح، وحالة المضخة، وظروف المعالجة، وأوامر المشغل.

يجب أن يتم توصيل الحماية ذات المستوى المنخفض إلى الدوائر التابعة وبعد أن يتم توضيح الحالة، يجب أن تتم عملية الاسترداد وفقًا للمنطق المعتمد.

بالنسبة للرياح، يتم تحديد الحالة المنخفضة أو المتوقفة بناءً على اختبار الرش. تقدم OASE أيضًا تحكمًا يعتمد على الرياح للحد من تأثيرات الرش الضارة. التحكم المعتمد على الرياح OASE ^[287]

في هذا المثال، لا يُتوقع التحكم المستقل في كل فوهة. إذا كانت هذه القدرة مطلوبة، فيجب مراجعة بنية الصمامات والمضخات ومنافذ التحكم.

42–11. حساب الطاقة اليومية

بالنسبة لميزانية الطاقة، من المفترض أن متوسط الطاقة لإجمالي دوائر العرض في وضع الخمول هو 0.75 كيلوواط. هذه القيمة هي تقدير تدريبي مستقل ويجب التحقق منها من خلال البرنامج الفعلي.

في هذا الجدول، لا تتضمن قوة العرض السطوع والتصفية، ولا يتم تنفيذ وضعي العرض في نفس الوقت.

عشر ساعات من أعمال التطهير هي أيضًا افتراض حسابي؛ يجب أن تلبي الخطة النهائية متطلبات إدارة المياه.

يتم احتساب الاستهلاك السنوي عن طريق جمع الأيام بخطط وشروط مختلفة. إن الضرب المباشر لهذا اليوم النموذجي بعدد أيام السنة، دون التحقق من التوقفات والمواسم، لا ينتج عنه تقدير موثوق.

42–12. تقدير المياه التعويضية ليوم العينة

ليوم جاف، من المفترض:

ونتيجة لذلك:

$M=0.30+0.08+0.20=0.58m^3/day$

وتبلغ كمية المياه التعويضية المقدرة ليوم العينة 580 لترا.

وتختلف هذه القيمة عن معدل التدفق البالغ 18 مترًا مكعبًا في الساعة. غالبًا ما يتم استخدام المياه المتداولة، لكن مخرجات النظام تتطلب التعويض.

يتم افتراض أحجام التبخر والرش في هذا المثال ويجب تعديلها حسب ظروف الموقع والاختبار الميداني. يعد نزح المياه الأولي لـ 21.2 مترًا مكعبًا أيضًا حدثًا منفصلاً.

الشكل 42-3 — نموذج رصيد اليوم

الشكل المقترح: يظهر 580 لترًا من المياه التعويضية مقابل مكونات مخرج المياه، مكتوب عليها بوضوح "قيم التدريس".

العنوان الفرعي: "معدل تدفق الدورة الدموية وحجم التخزين والمياه التعويضية هي ثلاث كميات مختلفة."

42–13. الوصول إلى الهيكل والختم والصيانة

الأبعاد الأولية للبركة ليست كافية لتحديد سمك الجدار والأرضية. يتطلب تصميم الهيكل معلومات عن التربة، والأحمال، والمفاصل، وظروف المياه الجوفية، وغيرها من المتطلبات.

العناصر المطلوبة لإكمال الخطة هي:

• التحقق من الهيكل في حالة كاملة وفارغة.

• تفاصيل وصلات الأنابيب والكابلات.

• اختيار نظام الختم المناسب.

• المنحدر والصرف للصيانة.

• تفاصيل تركيب الأضواء والفوهات.

• مقاومة وقفل الصمامات.

• الوصول إلى المضخة والفلتر والصمامات.

• الخروج من طريق المعدات للإصلاح.

• شروط التهوية وغمر مساحة المنشأة.

يجب تنسيق موقع جميع الأجزاء المدفونة مع الرسومات الميكانيكية والكهربائية قبل التنفيذ.

بالنسبة للتفاصيل الحساسة، يمكن أن يؤدي أخذ العينات أو الاختبار المحدود إلى تقليل الغموض. تقدم Crystal Fountains أيضًا النماذج الأولية ومراجعة التثبيت ودعم التشغيل في خدماتها الفنية. كريستال نوافير الخدمات الفنية والنماذج ^[288]

42–14. الحزمة التنفيذية والقائمة الأولية للمعدات

في هذه المرحلة، يتم إعداد القائمة المرجعية التالية لتطوير التصميم:

يجب أن تشمل خطة التنفيذ التصميم ومراجعة الوثائق والمشتريات وعمليات البناء والتركيب والاختبار والتدريب.

تشمل نقاط التوقف الهامة فحص المكونات المدفونة، وقبول الختم، واختبار الدوائر المغطاة والتحقق من الاستعداد قبل التنشيط.

42–15. نموذج اختبار وبرنامج القبول

بالنسبة لهذا المشروع، يجب أن تتحقق الاختبارات من أداء كل مجموعة ومجموعة.

يجب تحديد حدود القبول قبل الاختبار. على سبيل المثال، لا يعد الارتفاع المستهدف البالغ ثلاثة أمتار معيار قبول كامل دون تحديد التفاوتات المسموح بها وظروف الرياح ومستوى المياه وطريقة القياس.

بعد تصحيح كل عيب، يتم تكرار الاختبارات ذات الصلة. سيتم أيضًا تسجيل الحالة النهائية للإعدادات في ملف التسليم.

الشكل 42-4 - نموذج الاختبار المتكامل للمشروع

الصورة المقترحة: صورة أرشيفية مناسبة لاختبار نافورة الماء مع مكان أداة القياس. إذا كانت الصورة تابعة لمشروع آخر، فيجب تضمين اسمها الحقيقي ووصفها.

العنوان الفرعي المقترح: "عينة من وثائق اختبار الأداء؛ الصورة ليست تمثيلاً للمشروع الافتراضي لهذا الموسم.

42–16. المستندات اللازمة لتحويل الدراسة إلى خطة قابلة للتنفيذ

النتائج الرئيسية للدراسة الأولية هي:

• أربع مجموعات من ستة.

• التصريف المستهدف لكل مجموعة: 4.5 متر مكعب في الساعة.

• رأس الحوسبة الأولية لكل مجموعة: حوالي 10.8 متر.

• معدل تدفق العرض الكامل: 18 متر مكعب في الساعة.

• حجم التشغيل الافتراضي: 21.2 متر مكعب.

• الأساس التعليمي لمعدل تدفق المعالجة: حوالي 7.1 متر مكعب في الساعة.

• التدفق المشترك الراجع المستمر : حوالي 25.1 متر مكعب في الساعة .

• عينة الطاقة اليومية: حوالي 14.4 كيلووات/ساعة.

• عينة المياه التعويضية اليوم: حوالي 580 لتراً.

ولتحويل هذه الدراسة إلى خطة تنفيذية يجب استكمال ما يلي:

1. جمع المعلومات المناخية والبنية التحتية للمكان. 2. اختيار الفوهة الفعلي والتحقق من الأداء. 3. حساب شبكة التوزيع والعودة. 4. اختيار المضخة وفحص الشفط وجميع أوضاع العمل. 5. تصميم الخزان ومستويات الفائض والتحكم فيه. 6. تصميم المعالجة وخطة إدارة المياه. 7. حسابات وخرائط الكهرباء والحماية. 8. تصميم الهيكل والختم والتفاصيل المعمارية. 9. منطق التحكم وقائمة الإدخال والإخراج وبرنامج العرض. 10. معايير الاختبار ووثائق التسليم وجدول الصيانة.

يجب ترحيل أي تغييرات في الافتراضات الرئيسية إلى الحسابات التابعة. يمكن أن يؤدي تغيير نموذج الفوهة إلى تغيير معدل التدفق والرأس والطاقة وقدرة الإرجاع وبرنامج التحكم؛ ولذلك يجب مراجعة النسخة النهائية للوثائق وتسجيلها بشكل منسق.