التصميم المستدام وإدارة الماء والطاقة

التصميم المستدام وإدارة الماء والطاقة

الحفاظ على جودة التجربة الحضرية مع الاستهلاك الحكيم للموارد

تبدأ استدامة النافورة من قرارات التصميم الأولية وتستمر في اختيار المعدات وبرنامج العرض والصيانة والتجديد. إن شكل البركة، وارتفاع النافورة، ومسار عودة المياه، ونقطة تشغيل المضخة والوصول للصيانة، كلها تؤثر على استهلاك الموارد والتكاليف المستقبلية.

قد تقوم النافورة بتدوير المياه في دائرة مغلقة، ولكنها لا تزال بحاجة إلى مياه مكياج. كما أن استخدام مضخة التردد المتغير أو المصباح منخفض الاستهلاك، دون التصميم والتعديل المناسبين، لا يضمن قدرًا معينًا من التوفير.

الغرض من هذا الفصل هو توفير طريقة لحساب الاستهلاك وخفضه ومراقبته؛ بطريقة تحافظ على جودة العرض وصحة المياه وسهولة الاستخدام.

أرقام هذا الفصل تعليمية. وينبغي أن يستند التقدير النهائي إلى الظروف المناخية والتصميم والمعدات وجدول العمل الفعلي لكل مشروع.

40–1. تحديد هدف الاستدامة ومستوى الخدمة

قبل مقارنة الخيارات، ينبغي تحديد الخدمة التي تقدمها النافورة.

على سبيل المثال:

• العرض في ساعات محددة.

• إنشاء جودة بصرية واضحة من وجهات النظر الرئيسية.

• توفير الاستخدام التفاعلي في ظل الشروط المعتمدة.

• المحافظة على نوعية المياه حسب نوع الاستخدام.

• القدرة على الحفاظ على الموارد المتاحة للمستخدم.

ثم يتم تحديد أهداف الاستهلاك والمتانة بجوار هذه الخدمة.

يجب أن تتم المقارنة بين الخيارين بمستوى خدمة واضح. يمكن أن يؤدي تقليل ساعات العرض أو كثافته إلى تقليل الاستهلاك، ولكن يجب الإبلاغ عنه كتغيير في جدول التشغيل.

40–2. تحديد حدود الحساب

تحدد حدود الحساب المكونات المضمنة في التقييم.

بالنسبة للمياه، يمكن أن تشمل هذه الحدود البرك والخزانات والأنابيب ومعدات المعالجة. بالنسبة للكهرباء، ينبغي معرفة العداد أو الحساب الذي توجد فيه المضخات والضوء والتحكم والصوت والتنقية.

يجب تسجيل ثلاثة مفاهيم بشكل منفصل:

1. حجم تخزين المياه: الماء في البركة والخزان والدائرة. 2. معدل التدفق الدوراني: حجم الماء الذي يمر عبر الدائرة لكل وحدة زمنية. 3. المياه التعويضية: المياه التي تدخل لتعويض تدفق المياه إلى الخارج ولتغيير الاحتياطي.

على سبيل المثال، تداول 50 مترا مكعبا من الماء في الساعة لا يعني استهلاكا صافيا لنفس الكمية. يجب قياس كمية مياه التعويض بشكل منفصل.

من الأفضل فصل كمية المياه الأولية والصرف للإصلاح والأحداث غير العادية عن الاستهلاك العادي.

المكان الشكل 40-1 — حدود الماء والطاقة

الشكل المقترح: رسم تخطيطي للبركة والخزان ودائرة العرض والتنقية، بالإضافة إلى مدخل المياه التعويضية ومنافذ المياه وموقع عداد الكهرباء.

العنوان الفرعي: "الحدود الواضحة للقياس هي أساس المقارنة والإبلاغ عن الاستهلاك."

40–3. توازن الماء وحساب الطلب التعويضي

لفترة زمنية محددة:

$M+R=E+D+B+L+O+\Delta S$

وفي هذا الصدد:

• $M$ : ماء التعويض.

• $R$ : تم إدخال الترسيب الفعال في النظام.

• $E$ : التبخر.

• $D$: الماء المنطلق بسبب الرش وانتقال القطرات.

• $B$ : صرف للغسيل أو تغيير الماء أو الصيانة.

• $L$ : تسرب.

• $O$ : الخروج من الفائض.

• $\Delta S$ : تغيير حجم التخزين، يساوي الحجم النهائي ناقص البداية.

لذلك:

$M=E+D+B+L+O+\Delta S-R$

يجب تعريف المكونات بأنها غير متداخلة بحيث لا يتم احتساب نفس الناتج مرتين.

مثال تعليمي

لنفترض في يوم معين:

ونتيجة لذلك:

$M=0.40+0.12+0.24+0.05=0.81m^3/day$

المياه التعويضية لهذا اليوم 810 لترا.

التسرب المسجل في المثال هو عيب يجب تصحيحه ولا يجوز قبوله كاستهلاك عادي. وبعد إصلاحه، مع بقاء الشروط الأخرى ثابتة، يتم تقليل متطلبات التعويض إلى 760 لترًا.

لا يمكن استقراء هذه النتيجة للعام بأكمله دون مراعاة المواسم وساعات التشغيل وأحداث الصيانة.

40–4. تقدير التبخر والحد من الطرق البسيطة

لتحويل عمق التبخر إلى حجم يمكننا كتابة:

$V_E=A\times e$

حيث $A$ هي المساحة بالمتر المربع و $e$ هو عمق التبخر بالأمتار في الفترة المطلوبة.

إذا كانت مساحة السطح 80 متراً مربعاً وعمق التبخر المفترض خمسة ملليمترات في اليوم:

$V_E=80\times 0.005=0.40m^3/day$

هذه العلاقة هي ببساطة تحويل الوحدة والمساحة إلى الحجم. وتعتمد صحة النتيجة على صحة معدل التبخر.

إذا كانت قيمة خمسة ملليمترات تتوافق مع مستوى المياه الراكدة، فلا يمكن استقراؤها على تبخر نافورة الرش بأكملها دون إجراء تحقيق. تؤثر القطرات والطائرات والرياح ودرجة الحرارة والرطوبة وجدول العمل على النتيجة.

مطلوب بيانات مناخية مناسبة أو نموذج صالح أو قياسات ميدانية للتصميم. وبعد الاستغلال يجب التحكم في التقدير بالتوازن المائي.

تشمل الإجراءات التي يمكن أخذها في الاعتبار تقليل مستويات المياه غير الضرورية، وتعديل أنماط العرض، وتقليل تناثر المياه في الظروف غير المناسبة. يجب تقييم كل إجراء جنبًا إلى جنب مع تأثيره على البنية وتجربة المستخدم.

40–5. التحكم في الرش والأداء في الرياح

يؤدي الرش خارج منطقة مستجمعات المياه إلى زيادة استهلاك المياه وقد يبلل الممرات المحيطة.

العوامل الفعالة هي:

• ارتفاع واتجاه النافورة.

• شكل وحجم القطرات.

• المسافة من الفوهة إلى الحافة.

• سرعة الرياح واتجاهها.

• العوائق والتيارات الهوائية المحلية .

• جودة طريق التجميع والعودة.

يمكن أن تشمل الحلول تعديل الموضع وضبط الارتفاع وتغيير ترتيب الفوهة وتحديد أوضاع الرياح المسموح بها.

تقدم Crystal Fountains مستشعر ECW الذي يقيس الرياح ويضبط أداء النافورة وفقًا لذلك. وينبغي تطبيق هذه القدرة بشكل صحيح في تصميم التحكم، ووضع أجهزة الاستشعار واختبار الموقع. مستشعر التحكم في الرياح ECW ^[273]

ليس لحدود التخفيض أو التوقف نفس القيمة العامة لجميع المشاريع. وينبغي تحديدها بناءً على نطاق الرش المقبول وسلوك النافورة الفعلي.

من أجل تجنب التغييرات المتعاقبة في الحالة، يتم التحقق من التأخير المناسب والفرق بين عتبات الدخول والخروج لكل حالة في تصميم التحكم.

الشكل 2-40 - الرش في وضعين للتشغيل

الصورة المقترحة: صورة للنافورة من مكان ثابت في ظروف الرياح العادية والمنخفضة، مع تمثيل لمنطقة تجمع المياه.

التسمية التوضيحية: "يجب التحقق من التكيف ليناسب الرياح من خلال مراقبة الرذاذ والحفاظ على الأداء المسموح به."

40–6. تقليل مياه الصيانة مع الحفاظ على جودة المياه

إن غسل الفلتر وتنظيف واستبدال جزء من الماء يمكن أن يكون له حصة كبيرة من مياه التعويض.

يتم دراسة التحسين في هذا القسم بالطرق التالية:

• منع دخول النفايات إلى الخزان.

• الاختيار والاستخدام السليم للمصفاة والمرشح.

• سجل حجم الغسيل الفعلي.

• تنفيذ الخدمة على أساس ظروف المعدات وتعليمات الشركة المصنعة.

• إصلاح المصارف والصمامات المتسربة.

• تصميم الوصول المناسب للتنظيف المحلي.

يجب أن يكون تقليل تكرار أو مدة الغسيل متوافقًا مع أداء التنقية. إن التوفير الناتج عن فقدان جودة المياه ليس نتيجة تصميم مقبولة.

بالنسبة للنوافير المزخرفة، يركز مركز السيطرة على الأمراض على إدارة الرواسب والأغشية الحيوية واحتباس الماء والتطهير. ويجب أن تغطي خطة الاستهلاك هذه الاحتياجات. دليل إدارة النوافير الزخرفية CDC ^[274]

يمكن أن تحتوي دائرة العرض ودائرة التنقية، إذا تم فصلهما في التصميم، على برامج مختلفة. إن إيقاف العرض لا يعني بالضرورة إيقاف العمليات الأساسية لإدارة المياه.

40–7. دراسة المصادر البديلة ومياه الأمطار

وينبغي التحقق من استخدام المصادر البديلة من خلال جودة المصدر ونوع الاستهلاك وإمكانية الاتصال بالأشخاص.

مياه الأمطار والجريان السطحي والمياه الرمادية ليس لها نفس الخصائص. يجب أن يكون اختيار طريقة التنقية والمراقبة متوافقًا أيضًا مع التطبيق النهائي.

تؤكد أبحاث وكالة حماية البيئة حول إعادة تدوير المواد غير الصالحة للشرب على التقييم المناسب للمصدر والاستخدام والمخاطر الصحية. لا تشكل هذه المصادر ترخيصًا عامًا لاستخدام المياه البديلة في ميزة مائية حضرية أو تفاعلية. بحث وكالة حماية البيئة (EPA) حول إعادة تدوير المواد غير الصالحة للشرب في الموقع ^[275]

توصي إرشادات مركز السيطرة على الأمراض (CDC) للنوافير المزخرفة باستخدام الماء البارد الصالح للشرب. لذلك، يجب أن يكون التحقيق في المصدر البديل مصحوبًا بمتطلبات الموقع وتقييم الخبراء. توصيات تصميم مركز السيطرة على الأمراض

مثال تعليمي لحجم جمع المطر

لإجراء تقييم أولي لتجميع المياه من السطح:

$V=P\times A\times C$

لنفترض:

• الهطول: 12 ملم.

• مساحة الروف: 500 متر مربع.

• معامل التحصيل الافتراضي: 0.8.

$V=0.012\times 500\times 0.8=4.8m^3$

هذا الحجم هو القدرة المحتملة على التجميع في نفس الحدث. إذا كانت هناك خسائر أولية وتجاوزات أخرى، فيجب خصمها دون إعادة الحساب. يمكن للسعة الحرة للخزان أيضًا أن تحد من حجم التخزين الفعلي.

هذا الحساب لا يثبت مدى ملاءمة نوعية المياه للنافورة. في الإدارة المتكاملة للموقع، قد يتم فحص المياه المجمعة لاستخدام آخر مسموح به.

40–8. تحسين الضخ على مستوى النظام بأكمله

يعتمد استهلاك الضخ على معدل التدفق والرأس وكفاءة الضبط:

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

يجب أن يكون حد الكفاءة واضحًا؛ على سبيل المثال، كفاءة المدخلات الكهربائية للمحرك إلى الطاقة المنقولة إلى الماء.

طرق التحسين هي:

• اختيار المضخة حسب نقاط العمل الفعلية.

• الحد من انخفاض المسار غير الضروري.

• تعديل قطر وترتيب الأنابيب إذا كان ذلك مبررا.

• منع الإمساك.

• تنسيق الفوهة مع الضغط التصميمي ومعدل التدفق.

• اختيار طريقة التحكم حسب التغير في الطلب.

• الحفاظ على الظروف المسموح بها للشفط والتشغيل.

تقترح مصادر من وزارة الطاقة الأمريكية تقييم الضخ من خلال النظر في إجمالي تكلفة النظام ودورة الحياة. الموارد الفنية لأنظمة الضخ ^[276]

إن الطاقة المقدرة للمحرك ليست هي الاستهلاك الفعلي لجميع أوضاع العمل. يعد قياس الطاقة ومعرفة خطة التشغيل ضروريين لتقدير الطاقة.

التحكم في المسافة المتغيرة

تعتبر علاقات تكافؤ المضخة مفيدة للتحليل الأساسي في ظل الظروف المناسبة، ولكن التوفير الفعلي يعتمد على منحنى النظام والكفاءة في نقاط التشغيل. يحذر دليل الضخ ذو المسافة المتغيرة الذي نشرته وزارة الطاقة الأمريكية من خطأ مجرد استخدام هذه العلاقات في الأنظمة ذات الرأس الثابت. دليل التطبيق للضخ متغير السرعة ^[277]

ويجب أيضًا الحفاظ على الحد الأدنى لمعدل التدفق والتبريد والنطاق المسموح به للمعدات.

40–9. حساب الطاقة على أساس أوضاع التشغيل

بالنسبة لبرنامج ذو أوضاع محددة:

$E=\sum P_i{t}_i$

وفي هذا الصدد، القدرة بالكيلووات والوقت بالساعات؛ يتم الحصول على النتيجة بالكيلووات/ساعة.

مثال تعليمي ليوم عمل

في هذا المثال، وضعي العرض غير متزامنين، ولا يتم تضمين قوة الترشيح والسطوع في قيم دائرة العرض. ويمنع هذا الفصل إعادة العد.

بالنسبة للتطبيقات المتغيرة، يجب تحديد متوسط الطاقة من خلال بيانات أو قياسات صالحة. قد يستهلك المشهد القصير عالي الطاقة طاقة أقل يوميًا من الدائرة الطويلة منخفضة الطاقة.

وينبغي أيضًا إضافة استهلاك الأجهزة الطرفية إذا كان على حدود التقييم.

الشكل 3-40 — مخطط الاستهلاك اليومي

النموذج المقترح: مخطط الوقت والطاقة يوضح الوضع الرئيسي، الوضع الهادئ، التنقية والسطوع؛ المساحة تحت الرسم تمثل الطاقة.

العنوان الفرعي: "الجدول الزمني والطاقة الفعلية لكل قسم يحددان الاستهلاك اليومي."

40–10. تصميم الإضاءة والصوت والعرض

يمكن إدارة جودة العرض من خلال المزيج الصحيح من الماء والضوء والتوقيت.

في الإضاءة يتم التأكد مما يلي:

• توجيه الضوء إلى المنطقة الفعالة.

• نسبة زاوية الإشعاع مع النافورة.

• منع التعرض غير الفعال.

• التحكم في الشدة في ساعات ومشاهد مختلفة.

• التنسيق مع الإضاءة المحيطة.

• نظافة الأسطح البصرية والمحافظة على جودة المعدات.

يجب تقييم الاستهلاك الأقل للأضواء جنبًا إلى جنب مع جودة الإضاءة والوهج واللون وظروف التثبيت.

في العرض، يمكن أن يؤدي استخدام مجموعات مختلفة وتغيير الإيقاع إلى إنشاء جودة بصرية دون تشغيل جميع المعدات بأقصى قدر من التحكم طوال الوقت. أن يكون البرنامج الناتج مقبولاً فنياً وفنياً.

في نظام الصوت، يمكن أن يوفر تحديد موضع السماعات وتوجيهها بشكل صحيح التغطية المطلوبة مع تحكم أفضل في انتشار الصوت. يجب أن يكون مستوى الصوت وساعات العمل متناغمين مع الظروف المحيطة.

40–11. الظروف المناخية والاستغلال المحدود

يمكن أن تحتوي النافورة على مجموعة من الأوضاع المصممة مسبقًا:

يجب أن يحدد كل وضع سلوك دائرة العرض والترشيح والإضاءة وتعويض المياه.

يجب تعديل العتبات والتأخيرات وفقًا للمعدات وظروف الموقع. يجب أيضًا التحقق من الوضع المنخفض للتأكد من جودة المياه وأداء المضخة وسلامتها.

وفي الموارد المحدودة، يجب أن يكون القرار التنفيذي قابلاً للتفسير ومسجلاً. يتم إخطار المستخدمين بالتغييرات التي تطرأ على البرنامج وساعات العمل بحيث تتوافق توقعاتهم مع الخدمة الفعلية.

40–12. المتانة وقابلية الإصلاح واختيار المواد

ولا تقتصر الاستدامة على الاستهلاك مدى الحياة. كما أن بناء المعدات ونقلها واستبدالها والتخلص منها يستهلك الموارد.

عند اختيار المواد والمعدات يجب التأكد مما يلي:

• التوافق مع نوعية المياه والبيئة.

• إمكانية إصلاح واستبدال قطع الغيار.

• الوصول إلى المواد الاستهلاكية.

• جودة التوصيلات والختم.

• القدرة على فتح دون تدمير واسع النطاق.

• إمكانية توريد قطع الغيار في المستقبل.

• شروط إعادة الاستخدام أو إعادة التدوير.

في بعض الأحيان، تؤدي التكلفة الأولية المرتفعة للوصول إلى الإصلاحات المناسبة إلى تسهيل عمليات الاستبدال اللاحقة. ومن ناحية أخرى، لا يكفي اختيار مادة تحمل عنوانًا عامًا "متينًا" دون مراعاة البيئة الفعلية.

إن الحفاظ على الجزء الصحي في إعادة الإعمار يمكن أن يقلل أيضًا من استهلاك المواد؛ بشرط التأكد من حالتها الفنية وتوافقها.

40–13. تقييم دورة الحياة والتأثيرات البيئية

يدرس تقييم دورة الحياة مراحل الإنتاج والبناء والتشغيل والإصلاح ونهاية العمر الافتراضي في إطار محدد. يصف ISO 14040 المبادئ والإطار لهذا التقييم. التقديم الرسمي للمواصفة ISO 14040 ^[278]

بالنسبة للنافورة، يجب أولاً توضيح الهدف ووحدة المقارنة؛ على سبيل المثال، تقديم خدمة محددة خلال فترة معينة.

الخطوات التي يمكن التحقق منها هي:

1. إنتاج المواد والمعدات. 2. النقل والتركيب. 3. استهلاك المياه والطاقة والمواد أثناء التشغيل. 4. الإصلاح والاستبدال. 5. الجمع ونهاية الحياة.

إن تقييم انبعاثات الغازات الدفيئة فقط لا يعادل تقييم جميع التأثيرات البيئية. قد تكون قضايا مثل استهلاك المياه والمواد وعواقب التخلص منها مهمة أيضًا.

لتقدير الانبعاثات المرتبطة بالكهرباء عند حدود معينة:

$G=\sum E_i\times E{F}_i$

حيث $E{F}_i$ هو معامل الانتشار الموثق ويتناسب مع المصدر والمكان والفترة وطريقة الإبلاغ.

وإلى أن يتم اختيار معامل صالح، لا ينبغي الوصول إلى العدد النهائي للانبعاثات من استهلاك الكهرباء. وينبغي أيضًا قياس خفض الكربون في المعدات الجديدة من خلال آثار بنائها واستبدالها.

40–14. الطاقة الشمسية وإمدادات الكهرباء

ويمكن اعتبار الكهرباء الشمسية ضمن خطة الطاقة للمجمع، ولكن تقييمها يجب أن يكون منسقاً مع نمط الاستهلاك.

المواضيع الرئيسية هي:

• موقع التثبيت والمنطقة.

• التظليل.

• الإنتاج الموسمي والساعة.

• الاتصال بالشبكة.

• الحاجة المحتملة للتخزين.

• صيانة المعدات وعمرها.

• ظروف الطاقة الاحتياطية.

إن تساوي إنتاج الطاقة الشمسية السنوي والاستهلاك السنوي للنافورة لا يعني إمدادها المباشر في جميع الأوقات. العرض الليلي والإنتاج اليومي لهما نمط زمني مختلف.

إذا تم اقتراح التخزين، فيجب مراعاة الكفاءة والقدرة القابلة للاستخدام والعمر وتكلفة الاستبدال ومتطلبات السلامة.

يجب أن يحدد تصميم مصدر الطاقة أيضًا السلوك المتحكم فيه للتجميع عند انقطاع المصدر أو تغييره.

40–15. قياس وإثبات المدخرات

ولقياس النتيجة يجب معرفة الوضع الأساسي وشروط المقارنة.

الحد الأدنى من المعلومات المفيدة هو:

• القراءة التعويضية للمياه.

• استهلاك الطاقة ضمن الحد المحدد.

• عرض الساعات والأوضاع.

• أحداث التنظيف والصرف.

• ظروف الرياح ودرجة الحرارة وهطول الأمطار.

• تغييرات التكوين والمعدات.

• جودة الخدمة المقدمة.

وينبغي تحليل خفض الاستهلاك بعد التعديل مع تغيرات البرنامج والمواسم والظروف البيئية.

يجب إرفاق مصطلحات مثل "الاستهلاك المنخفض" أو "صديقة للبيئة" بالبيانات ذات الصلة أو طريقة الاختبار أو الشهادة. لا يمكن تحويل نسبة التوفير من المشروع إلى مشروع آخر دون التأكد من الشروط.

يقدم موقع GSO مجموعات المضخات والفوهات والإضاءة والتحكم والترشيح. عند اختيار هذه المكونات، يجب إجراء المقارنة على أساس نقطة العمل وظروف التثبيت والجدول الزمني الفعلي للمشروع. مجموعات معدات النافورة الحضرية GSO ^[279]

الشكل 40-4 — مقارنة الاستهلاك بالظروف المسجلة

الشكل المقترح: مخطط تعويضي للمياه والطاقة قبل وبعد التعديل مع ساعات العمل والظروف البيئية لنفس الفترات.

العنوان الفرعي: "يجب أن يُظهر تقرير التوفير أيضًا التغييرات في ظروف الخدمة والتشغيل."

40–16. الخطة التنفيذية لتحسين الاستدامة

ينبغي تحديد أولويات الإجراءات بناءً على الأدلة والجدوى.

لكل إجراء يتم تحديد الشخص المسؤول والتكلفة ووقت التنفيذ والقيود واختبار القبول.

بعد تنفيذ التغيير، يتم تحديث الإعدادات والقيم المرجعية. كما سيتم مراقبة النتيجة في فترة مناسبة لتحديد تأثيرها في الظروف الحقيقية.

وينبغي أن يوضح التقرير السنوي مقدار استهلاك المياه والطاقة، والخدمات المقدمة، والإصلاحات التي كانت فعالة، وما هي الإجراءات المخطط لها في الفترة القادمة.

ملف المشاريع والدراسات التصميمية