النوافير في المناخ الحار وشح المياه

النوافير في المناخ الحار وشح المياه

الموازنة المائية ومراقبة الأملاح وصياغة الموازنة التشغيلية السنوية

في المناخ الحار وشحيح المياه، يجب أن يبدأ تصميم النافورة بمعرفة مصادر المياه وظروف التبخر والقدرة على صيانة المجمع. تعد إعادة تدوير المياه جزءًا مهمًا من التصميم؛ لكن النافورة ذات الدائرة المغلقة تحتاج أيضًا إلى المياه الواردة للتعويض عن التبخر وخروج القطرات والتصريفات الضرورية.

ومن أجل تقييم الخطة، يجب معرفة كمية المياه الواردة وسبب تدفق المياه ونوعيتها. لا يعني معدل التدفق الكبير للمضخة بالضرورة كمية كبيرة من الشبكة؛ كما أن صغر البركة وحده لا يضمن قلة الاستهلاك.

في هذا الفصل، يتم دراسة الميزة المائية الزخرفية الافتراضية. يتم اختيار الأرقام لتعليم طريقة الحساب وهي ليست بيانات مناخية محددة لمدينة أو أداء مُقاس لمنتج GSO.

51–1. تعريف القيود المائية في بداية المشروع

قبل اختيار نمط الرش، يجب على صاحب العمل والمصمم التوصل إلى نتيجة حول أربع قضايا:

• مصدر معتمد ومستدام لإمدادات المياه.

• الحد الأقصى المسموح به من المياه الواردة يوميا وفي السنة ;

• نوعية المياه واحتياجات المعالجة.

• خطة النشاط خلال فترات محدودية العرض.

وينبغي النظر في ميزانية المياه جنبا إلى جنب مع نوعية العرض. على سبيل المثال، فإن تقليل ساعات التشغيل وتقليل سطح الماء الحر وتغيير شكل الرذاذ لها تأثيرات مختلفة على الاستهلاك والمظهر والتكلفة.

ومن الأفضل في مواصفات المشروع تحويل العبارة العامة "نافورة الاستهلاك المنخفض" إلى مؤشرات قابلة للقياس؛ مثل حجم المياه التعويضية وحجم التصريف والظروف المناخية المقابلة لها.

51–2. مواصفات العينة التعليمية

مخزون 24 متر مكعب يشمل مياه البركة والأنابيب والمعدات. تختلف هذه القيمة عن معدل تدفق دوران المضخة أو المياه المدخلة يوميًا.

الافتراض الصفري للتسرب هو هدف التصميم وأساس الحساب؛ ويجب تأكيد تحقيقه عن طريق الاختبار والرصد.

ملاحظة الشكل في مخطوط الكتاب

الشكل 51-1: مخطط طرق المياه

يجب وضع نافورة المياه في الوسط، ويجب تحديد مسارات المياه التعويضية ومسارات هطول الأمطار المقبولة والتبخر وخروج القطرات والغسيل والتصريف المتحكم فيه والتسرب المحتمل بالأسهم. يجب أن يتم عرض الدورة الداخلية للمضخة كحلقة داخل النظام.

51–3. ثلاث قيم مختلفة في تقرير المياه

يجب الفصل بين ثلاثة مفاهيم في التقرير الفني:

توفر الماء: حجم الماء الموجود داخل النظام في لحظة واحدة.

الماء المتداول: الحجم الذي تمر به المضخة عبر الدائرة في فترة واحدة ويعود بشكل أساسي إلى المجموعة.

الماء الداخل أو الماء التعويضي: الماء الذي يتم جلبه من مصدر إمداد لملء المنافذ أو استبدالها.

كما أن الماء المتبخر ليس مثل الماء المصرف. يجوز للمياه المصروفة، بعد التحقق من جودتها والسماح باستخدامها، أن يكون لها إمكانية استخدام آخر؛ تتم إزالة الماء المتبخر من النظام.

ولذلك، في هذا الفصل، تشير "ميزانية إمدادات المياه" إلى حجم المدخلات. يتم أيضًا الإبلاغ عن حجم التبخر وإنتاج السائل بشكل منفصل.

51–4. المعادلة العامة لتوازن الماء

لمدة معينة من الزمن:

$\Delta V=M+R-E-D-W-B-L$

فيها:

• $M$ : ماء التعويض؛

• $R$ : هطول الأمطار أو المدخلات الأخرى التي تدخل النظام فعلياً؛

• $E$ : التبخر؛

• $D$: إسقاط القطرات من منطقة التجميع؛

• $W$ : إزالة الماء للغسيل؛

• $B$: تفريغ إضافي خاضع للرقابة؛

• $L$: التسرب والخروج غير المرغوب فيه؛

• $\Delta V$ : تغيير المخزون.

إذا كان الرصيد في بداية ونهاية الفترة هو نفسه:

$M=E+D+W+B+L-R$

يجب تسجيل كافة القيم لنفس الفترة وبنفس الوحدة. إن تغيير مستوى الماء دون تصحيح حجم الإرجاع من الخطوط أو حالة المضخات يمكن أن يشوه نتيجة المراقبة.

51–5. حساب التبخر في يوم حار

التبخر السطحي الحر في المثال:

$E_{surface}=Ae$

$E_{surface}=80\times 0.008=0.64m^3/day$

وذلك بإضافة التبخر الافتراضي الناتج عن نشاط التأثيرات:

$E=0.64+0.16=0.80m^3/day$

الرقم ثمانية ملليمترات هو افتراض تعليمي. ويجب الحصول على القيمة الفعلية من بيانات الموقع المناسبة أو النموذج أو القياس الصحيح.

التبخر من وعاء الأرصاد الجوية والتبخر من البركة والتبخر النتحي المرجعي للنبات ليسا بنفس الكميات. وتنظر منظمة الأغذية والزراعة أيضًا في معاملات وشروط محددة للعلاقة بين التبخر الشامل والتبخر المرجعي. شرح منظمة الأغذية والزراعة حول مرجع التبخر والتبخر النتح ^[332]

في هذا المثال، يتم أخذ التبخر السطحي في الاعتبار طوال اليوم. إن إيقاف تشغيل النافورة لا يقلل من تبخر السطح الحر إلى الصفر.

51–6. لماذا تزداد المواد المذابة في دائرة إعادة التدوير؟

أثناء التبخر، تبقى معظم المواد المذابة في الماء. تؤدي إضافة الماء التعويضي أيضًا إلى إدخال مواد مذابة جديدة في الدائرة، اعتمادًا على جودة المصدر.

الترشيح الميكانيكي التقليدي لا يزيل جميع المواد الصلبة الذائبة. ولذلك قد يكون من الضروري تصريف جزء من الماء أو عملية تنقية أخرى للحفاظ على الجودة المطلوبة.

في أنظمة التبخر، يتم استخدام مفهوم "نسبة التركيز" للتعبير عن نسبة تركيز الماء المتداول إلى الماء الوارد:

$N=\frac{C_{system}}{C_{makeup}}$

توضح توجيهات وزارة الطاقة الأمريكية هذا التوازن لأبراج التبريد. ويستخدم في هذا الفصل فقط مبدأ بقاء الماء والمادة الذائبة؛ الحدود الكيميائية وطرق صيانة برج التبريد ليست تعليمات لنافورة المياه. توازن الماء ونسبة التركيز في دليل DOE ^[333]

51–7. استخراج التفريغ المطلوب من توازن المذاب

بالنسبة لنموذج التدريب نفترض:

• يتم خلط الماء الموجود في النظام بالكامل.

• لا يؤدي التبخر إلى إزالة مكونات المحلول محل الدراسة.

• يكون تركيز القطرات ومياه الغسيل مماثلاً لمياه النظام.

• لا يوجد أي ترسيب أو تفاعل أو هطول أو دخول مادة من مصادر أخرى.

• الأوضاع شبه مستقرة.

مع عدم وجود تسرب، توازن مكون الحل:

$M{C}_{makeup}=(D+W+B)C_{system}$

لذلك:

$M=N(D+W+B)$

من الميزان المائي:

$M=E+D+W+B$

من خلال الجمع بين العلاقتين:

$D+W+B=\frac{E}{N-1}$

ونتيجة لذلك:

$B=\frac{E}{N-1}-(D+W)$

في هذا المثال، $N=3$ هو مجرد افتراض حسابي وليس حدًا لجودة المياه.

$B=\frac{0.80}{3-1}-(0.04+0.06)=0.30m^3/day$

مياه التعويض:

$M=0.80+0.04+0.06+0.30=1.20m^3/day$

لذلك، في هذا اليوم الافتراضي، من الضروري توفير 1200 لتر من الماء.

فإذا أعطت العلاقة تفريغاً إضافياً سلبياً، فإن التفريغ السلبي ليس له أي معنى؛ تتجاوز حالات المغادرة الحالية للنسبة المستهدفة القيمة المطلوبة ويجب إعادة فحص الظروف الفعلية.

51–8. اختيار حدود نوعية المياه

ويجب تحديد نسبة التركيز المسموح بها حسب جودة المصدر والمواد والمعدات وخطة إدارة المياه. رقم واحد غير مناسب لجميع النوافير.

يمكن أن تكون الموصلية الكهربائية مفيدة لتتبع التغيرات المذابة، ولكنها تعتمد على درجة الحرارة والتركيب الأيوني. استخدامه كبديل لنسبة التركيز يتطلب التحقيق والمعايرة.

في هذا المشروع يجب أن يحدد ملف جودة المياه ما يلي:

• ما هي المعلمات التي تحد؟

• أين وكيف يتم أخذ العينات؟

• ما هي الظروف التي تحتاج إلى تصحيح أو إيقافها؟

• في أي اتجاه يُسمح للمياه المصرفة بالذهاب؟

التحكم في المذيبات ليس بديلاً عن التحكم الميكروبي. في إدارة النوافير المزخرفة، يركز مركز السيطرة على الأمراض أيضًا على درجة الحرارة والأغشية الحيوية واحتباس الماء والتطهير المتبقي. دليل إدارة نافورة المياه المزخرفة من CDC ^[334]

51–9. وفورات في التكاليف في الوقت الحقيقي من التحكم بالرش

التحكم في الرياح وتعديل الارتفاع يمكن أن يحد من خروج القطرات من البركة. تقدم Otterbine أيضًا أدوات تحكم في التخفيض والمماطلة تعتمد على الرياح لبعض مجموعاتها. أدوات التحكم في مستوى الرياح والمياه من أوتربين ^[335]

ومع ذلك، يجب أن يتم حساب التوفير من الرصيد الكامل.

إذا تم تقليل إنتاج القطيرات فقط من 0.04 إلى 0.02 متر مكعب في اليوم وظلت نسبة التبخر والتركيز ثابتة:

$B=\frac{0.80}{2}-(0.02+0.06)=0.32$

$M=0.80+0.02+0.06+0.32=1.20$

في هذا النموذج، يتم تعويض الانخفاض في خروج القطرات عن طريق زيادة التفريغ المتحكم فيه، ولا يتغير الماء الداخل. على الرغم من ذلك، لا يزال التجفيف المحيطي وتقليل تناثر السوائل مفيدًا.

لنفترض الآن أن الإعداد الجديد يقلل أيضًا من التبخير الإضافي للتأثيرات من 0.16 إلى 0.08:

$E_{new}=0.64+0.08=0.72$

$B_{new}=\frac{0.72}{2}-(0.02+0.06)=0.28$

$M_{new}=0.72+0.02+0.06+0.28=1.08$

تقليل المياه الواردة في هذا السيناريو:

$1.20-1.08=0.12m^3/day$

أي 120 لترًا يوميًا. وتعتمد هذه النتيجة على افتراضات المثال ويجب قياسها عند التنفيذ.

ملاحظة الشكل في مخطوط الكتاب

الشكل 51-2: مقارنة بين ثلاث ظروف تشغيل

وينبغي رسم ثلاثة أعمدة للحالة الأساسية، والحد من انبعاث القطرات وحدها، والحد المتزامن من التبخر وانبعاث القطرات. يتم عرض مساهمة التبخر، والغسل، وخروج القطرات والتفريغ المتحكم فيه بألوان منفصلة.

51–10. ضبط التصميم للمناخات الحارة

لتقليل الطلب على المياه، ينبغي مقارنة الخيارات من المرحلة المعمارية:

وينبغي الإعلان عن تأثير لا شيء كنسبة مئوية ثابتة من المدخرات دون التحقيق.

ويجب أن يكون التظليل والتغطية متوافقين أيضًا مع الحمل الهيكلي والنظافة والسلامة والجودة البصرية. إن تغيير شكل العمارة قد يؤدي أيضًا إلى تغيير دوران الهواء أو تراكم التلوث.

51–11. الأجهزة والتحكم في المياه التعويضية

الحد الأدنى من المعلومات المطلوبة لإدارة هذا المثال هو:

• حجم المياه الواردة ;

• حجم التصريفات القابلة للقياس.

• مستوى المياه .

• تأثير حالة النشاط.

• الظروف الجوية ونتائج مراقبة جودة المياه.

في دليل WaterSense، تقدم وكالة حماية البيئة (EPA) القياس التفاضلي كأداة لتحديد الاستهلاك واكتشاف الأنماط غير العادية. دليل القياس والقياس الفرعي لوكالة حماية البيئة (EPA) ^[336]

كما قدمت GSO لدول مجلس التعاون أيضًا معدات للتحكم في مستوى المياه لتنظيم المخزون والتشغيل السليم للمعدات. في هذا المشروع، يجب تصميم التحكم في المستوى جنبًا إلى جنب مع مراقبة حجم المدخل. أجهزة استشعار وتحكم المستوى GSO ^[337]

يمكن للملء التلقائي إخفاء الانخفاض في المستوى الناتج عن التسرب. لذلك، ينبغي رؤية وقت التعبئة والحجم التراكمي وحالة الصمام في منطق الإنذار. مستوى الماء الثابت وحده ليس علامة على عدم وجود النفايات.

51–12. الموارد البديلة وإعادة الاستخدام

يمكن أخذ مياه الأمطار المخزنة، أو الماء المقطر من نظام التهوية، أو المياه المعاد تدويرها في الاعتبار بالنسبة لبعض المشاريع. وتعتمد ملاءمتها على الجودة، واستخدام نافورة المياه، وإمكانية الاتصال وظروف الصيانة.

ولكل مصدر يجب الإجابة على هذه الأسئلة:

• ما هي كمية العرض الموثوقة في الموسم المطلوب؟

• ما هي عمليات التنقية والمراقبة المطلوبة؟

• كيف يعمل النظام عندما لا يكون هذا المورد متاحا؟

• ما هو تأثير خزان التخزين على نوعية المياه؟

• كيف يتم حماية اتصالها بشبكة المياه الخاصة بالمبنى؟

إن تقليل السحب من الشبكة لا يعني بالضرورة انخفاض إجمالي استهلاك المياه أو تكاليف الصيانة.

بالنسبة للمياه المصرفة، يجب ألا يكون استخدامها في الري افتراضيًا؛ ويجب التأكد من المواد المذابة والمواد الموجودة في الماء ومتطلبات مكان الاستهلاك. ولا يتم خصم مياه الأمطار من الموازنة الواردة إلا إذا تم جمعها وقبولها واستهلاكها فعلياً.

51–13. التقدير السنوي لإمدادات المياه

بالنسبة للموازنة الأولية، نقسم السنة إلى أربع فترات افتراضية. وفي الفترات النشطة يتم استخدام نسبة التركيز ثلاثة والنموذج شبه الثابت للقسم السابق.

وحدة الحجم هي متر مكعب يوميا. تفترض الحالة التي تم التفريغ الجدول السنوي لهذا المثال.

$M_{annual}=90(1.20)+150(0.675)+90(0.30)$

$M_{annual}=236.25m^3/year$

إذا كان من الضروري ملء 24 متر مكعب مرة واحدة خلال هذه الفترة:

$M_{budget}=236.25+24=260.25m^3/year$

لا تمثل هذه الميزانية نموذجًا للتغيرات العابرة بعد إعادة التغذية، أو هطول الأمطار الفعال، أو زيادة مياه التنظيف أو الإصلاحات غير العادية. بالنسبة للتعاقد على الأداء، يلزم وجود بيانات يومية ونموذج أكثر دقة.

كما أن حجم التبخر السنوي لهذا السيناريو يساوي:

$E_{annual}=90(0.80)+150(0.45)+90(0.20)=157.5m^3/year$

ملاحظة الشكل في مخطوط الكتاب

الشكل 51-3: تقويم ميزانية المياه

يجب عرض أربع فترات من السنة مع عدد الأيام وحجم المياه المعوضة. يجب وضع الحشوة الأولية أو الموسمية في صف منفصل حتى لا يتم الخلط بينها وبين ماء المكياج اليومي.

51–14. برنامج فترة تقييد العرض

يجب أن يكون المشروع قد حدد حالاته المسموح بها قبل حدوث القيد.

لا ينبغي أن يؤدي تقليل ساعات العرض إلى تعليق برنامج أساسي لإدارة المياه دون مراجعة.

كما أن بنية نافورة المياه تكون أفضل أيضًا عند إيقاف تشغيلها، ولها مظهر مقبول ويمكن صيانتها. يعد هذا جزءًا من جودة التصميم لمشروع قد يكون نشاطه محدودًا لجزء من العام.

51–15. اختبار الأداء وكشف الخسارة

للتقييم، ينبغي التحقق من فترات النشاط من خلال التسجيل المتزامن لظروف الطقس وحالة التأثيرات وحجم المدخلات.

يمكن أن يتضمن برنامج الاختبار الخطوات التالية:

1. فحص الختم وتسجيل سلوك السطح في ظل ظروف خاضعة للرقابة؛ 2. قياس المياه العائدة بعد إيقاف المضخات. 3. تسجيل المياه التعويضية والتصريف خلال فترة النشاط المحددة. 4. تنفيذ الوضع المحدود والمقارنة في ظل ظروف مماثلة قدر الإمكان؛ 5. مراقبة التوازن من حيث التغيرات في المخزون. 6. التحقيق في النزاع غير المبرر.

لا ينبغي أن يُطلق على فرق الرصيد اسم "التسرب" على الفور؛ وينبغي أيضًا التحقيق في أخطاء الأجهزة، وحالات المغادرة غير المسجلة، وهطول الأمطار، وتغييرات المخزون.

يجب أن تتضمن المطالبة بالتوفير خط الأساس وفترة الاختبار وشروط المقارنة. إن مقارنة يوم بارد وهادئ بيوم حار وعاصف وحده لا يُظهر تأثير تعديل المعدات.

ملاحظة الشكل في مخطوط الكتاب

الشكل 51-4: التتبع الفعلي من أرشيفات الشركة

حدد صورة عداد المياه التعويضي وجهاز استشعار المستوى وعينة من صحيفة السجل اليومي. يجب أن يتضمن العنوان الفرعي اسم المشروع وموقع القياس وفاصل التسجيل. لا ينبغي تقديم الأرقام الافتراضية لهذا الفصل كأداء لهذا المشروع.

51–16. نتائج الدراسة ووثائق التسليم

ويجب أن تحدد الوثائق النهائية مصدر الإمداد، وميزانية المياه، وحدود الجودة، وطريق التصريف، ونقاط القياس، والجدول الزمني لتقييد العرض. بعد الإعداد، ينبغي تصحيح افتراضات التبخر والنتح بالبيانات الفعلية.

بالنسبة للبلدية أو المشغل، التقرير الموثوق به هو تقرير يوضح كمية المياه التي تم استيرادها، والجزء الذي تم تبخيره أو تصريفه، وما هو تأثير تغيير البرنامج. سيكون مثل هذا التقرير هو الأساس لاتخاذ القرار بشأن ساعات التشغيل وتعديل المعدات وتكاليف الصيانة.