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淺談城市噴泉工程中節能環保技術的應用

淺談城市噴泉工程中節能環保技術的應用

發布時間：

2023-12-20 14:29:12

噴泉作為一種人工景觀，在全國各地甚至是全世界，已越來越多的出現在各個領域。設計精美的噴泉，一方面可以美化城市環境，提高廣場、公園等公共場所的品位，另一方面，可以給人帶來美的享受，讓人能感受到人與自然的和諧，同時，噴泉噴水過程中，噴泉周圍環境中會產生相當數量的空氣負離子，這些負離子具有廣泛的生物醫學效應，可以有效改善人體的健康狀況，讓人感覺心情愉悅。但由于大多數噴泉建設在室外，因此，不可避免的會受到各種污染物質的污染，例如軍團病菌就是一種能借助噴泉而進行繁殖、散發和傳播的致病細菌。因此，一個好的噴泉，在設計與建造時，一方面要考慮其巨大的投資與運行費用，另一方面要考慮其環保及節能措施，以使在后期的運行過程中不至于產生“建得起用不起”的狀況。

　　由于噴泉在建設與運行過程中，主要的能源消耗為水、電等方面，因此，本文將就噴泉設計與建造過程中一些可能的環保與節能技術進行探討，期望能為我國的噴泉建設與發展提供環保節能的思路。

　　1、噴泉水源節約技術
噴泉在運行過程中，主要通過改變水的形態，以及組合各種水的造型來產生各種圖案，給人以美的享受，因此，噴泉在運行時，首要的節約能源即為水資源。根據目前我國噴泉的建設與發展狀況，結合筆者多年的噴泉建設與設計經驗，筆者認為可以從以下幾方面來節約水資源。

　　1)噴泉水循環技術
目前國內的噴泉，不論是水池噴泉還是旱地噴泉，都基本上能實現水的循環使用。目前存在的主要問題是：1)噴泉水在循環使用過程中未進行處理。未經處理的水，在多次反復使用時，必然會存在污染問題。尤其是旱噴，地面上大量的污染物質會進行循環水池，如果不對其進行處理，受污染的噴泉水在與人身體接觸后，就會對人體健康產生威脅。

2)噴泉循環水在處理時工藝過于簡單，大多數只是進行了簡單的過濾處理，而沒有進行消毒。過濾處理只能去除一些懸浮物及漂浮物，卻很難消滅水中的致病細菌，因此噴泉水的長期使用也會對人體健康造成不良影響。

3)長時間使用的噴泉需要換水和補水，需要耗費大量水資源。如果長期使用未經處理的水，經過一段時間后，必然要對噴泉水池的水進行全部更換或補充新鮮水。越是大型的噴泉，其一次更換水的費用越高，有的甚至可達上萬元。同時，噴泉在運行過程中，因為水的蒸發、漂移等情況，會產生水量損失，需要不定期的對水池進行補水。因此采取合適的循環水處理技術，可以極大的減少換水與補水次數。

　　根據筆者經驗，本著以人為本的原則，借鑒相關的研究經驗
[4]，建議當噴泉水量小于50m3時，可以不對噴泉水進行處理而直接進行全部更換的方式。當噴泉水量大于50m3時，需對噴泉水進行循環使用，考慮到人體健康原因，必須增加過濾水處理設備和消毒處理設備，消毒可使用化學藥劑，如次氯酸納等，也可使用電殺菌器等方法。

　　2)雨水利用技術
由于噴泉大多數建設在公園、廣場等公共場所，因此，必然會在噴泉周邊存在大面積的可供游人使用的不透水場地。這些不透水地面在降雨達到一定強度時，會產生大量的雨水。如果能將這些雨水加以收集，一方面可以用作噴泉補水，另一方面也可作為廣場或公園的綠化用水，減少對自來水的浪費，節約水資源。但雨水利用時需注意以下問題：1)初期雨水需棄流。根據研究，降雨產生的初期雨水，其中的很多污染指數與一般城市污水相當，甚至有些比一般城市污水還要高[5~7]，因此，需要對收集的初期雨水設置棄流裝置。，筆者建議可將初期雨水棄流量控制在5mm左右，只收集后期雨水來進行再利用。

　　3)風速控制噴泉技術
大多數大型的噴泉都建在室外，因此，在噴泉使用過程中，不可避免的由于蒸發、漂移等原因，會產生水量損失，其中，因為風產生的漂移損失占其中損失的一大部分，同時，風也會對噴泉的花型效果產生極大的影響。因此，合理的控制噴泉的噴高，或使用控制噴泉噴高的相關技術來降低水量損失是必要的。目前，大型的噴泉基本上都采用了變頻控制技術，因此，筆者建議采用風速測速儀，對噴泉所在位置進行風速測定，并通過數模轉換軟件將采集到的信號轉換為水泵控制參數，來改變噴泉的噴高，以降低噴泉水量損失。

　　2、電氣節能技術
　　1)水泵控制技術
噴泉在我國經過多年的發展，從最初的無法自動的控制噴泉，到彩色噴泉，再到程控噴泉、音樂噴泉，音控噴泉，已經取得了極大的進步。但從噴泉的動力設備上來看，依然依靠的是水泵。因此，噴泉運行過程中的節能，主要還是通過對水泵的控制來進行。筆者認為可從以下幾方面進行考慮。

1)水泵的選型

目前噴泉上使用的水泵主要包括離心泵與潛水泵兩種。從水泵的性能和使用來看，離心泵的性能、效率、維修率等明顯低于潛水泵，但潛水泵在靈活性方面則遠勝于離心泵。因此，見于離心泵的使用存在的諸多限制，比如要有單獨的泵房，揚程雖可通過變頻來控制，但無法適用于水型變化多樣的噴泉等，可在建設假山噴泉、瀑布、矩陣噴泉等要求揚程統一的情況下使用離心泵。而在諸如受場地限制，或者一些隨時需要單噴頭變換揚程的噴泉設計中考慮使用潛水泵。

2)變頻泵與工頻泵

隨著變頻技術的成熟，變頻泵已被大多數的大型噴泉采用。相對于工頻泵而言，變頻泵的效率更高，控制更加自由，噴泉花型也相對豐富。但由于變頻泵價格相對較高，因此首次建設費用較高，但后期運行費用會相對較低。筆者建議在噴泉設計時，考慮在投資方可承受范圍內，多采用變頻泵。

　　2)彩燈使用
噴泉之所以絢爛多姿，很大的原因在于其彩燈的使用，一個大型的噴泉，其彩燈的使用量可達幾千只，因此，彩燈在現代噴泉建設使用過程中必不可少。我國的噴泉以前使用較多的多為普通的水下彩燈多和水下射燈，其功率一般為80W或更大，但隨著科技的發展，LED燈，即發光二極管越來越成熟，應用也越來越多。LED它是一種半導體材料制成的組件，可將電能轉化為光能，不但體積小，且具有耐震動，驅動電壓低、功率小(3W-12W)、耗電少、發熱少、開關速度快、使用壽命長、多變幻、色彩純度高、綠色環保等特性。相比于普通水下彩燈，LED燈更節能，也更適于現代噴泉的發展。

　　3、噴泉控制節能技術
噴泉能吸引人的，除了其色彩豐富外，其變化多樣的形態，也是讓人驚嘆的一個方面。而這些形態的變化，主要依靠的是噴泉的控制技術。噴泉的控制技術從最初的僅有開關控制，到后來的程序控制，到現在的音控，越來越體現出科技的發展。一個好的噴泉控制系統，一方面可以使噴泉更豐富多姿，另一方面可以產生更好的節能效果。

　　目前較為先進的控制系統有：
　　1)網絡控制技術
目前噴泉控制普遍采用的是集中式控制系統，工控機和電氣驅動柜都置于一個單獨的噴泉控制室內，然后電纜直接從控制室連人設備現場(噴泉池)。這種傳統的控制方式具有很大的局限性，只適用于控制點數不多，且分布比較集中的場合，然而，目前大型噴泉系統的控制點數(包括模擬量和數字量)達到數百或上千，而且傾向于多池化設計，設備也越來越分散化，若采用傳統控制方式，務必會耗費大量電纜，成本太高且不易維護和擴展。李晨曦等人提出的基于以太網分布式架構，該系統具有結構靈活、可靠性高、擴展性好等優勢。因此，隨著互聯網技術的快速發展，采用分散控制的網絡技術已經為噴泉的遠程、自由、方便控制提供了可能。分散控制可擴展性強，同時可以節省電纜等設備的投資，也能節省運行過程中的損耗，達到節能的效果。

　　2)專家控制系統
專家控制是智能控制的一個重要分支，其實質是把專家系統的理論、技術與控制理論、方法、技術有機地結合起來，在未知的環境下，效仿專家的智能，實現對系統的控制。
在音樂噴泉專家控制器中，音樂噴泉領域專家的經驗性知識和一般性知識以一定的表示形式存儲于知識庫中。在進行音樂噴泉表演時，推理機根據當前音樂特征信息，按一定的搜索策略在知識庫中搜索可與之匹配的知識，推出某些中間結論，然后再以這些中間結論為證據，在知識庫中進行再搜索，如此反復進行，直到最終推出結論，即與音樂特征信息相吻合的噴泉控制方案為止。通過優化設計的專家控制系統，一方面可以達到音樂、噴泉造型、現場氣氛的最佳融合，另一方面可以在一定情況下可以達到節能的效果。

　　3)其它先進控制技術
隨著各種噴泉建設的發展，越來越多的大型音樂噴泉不斷出現，其控制要求也越來越高。噴泉在控制過程中，主要需要克服的是音樂與噴泉造型之間滯后問題。因此在設計與建設過程中，往往需要耗費大量的硬件來彌補由此產生的問題。近年來，隨著軟硬件的不斷進步，出現了各種先進的控制技術。例如，張鴻業等人提出的基于預測算法的計算機音樂噴泉控制技術，通過對控制算法進行改進，極大消除了大滯后環節對系統過渡過程的影響，同時采用少量的硬件，既可保證延遲時間的長度，又可實現延遲的靈活性。因此，采用預測補償控制和軟件信號延遲方法大大提高了音樂與水流配合的同步性。

　　4、結論
噴泉的設計與運行是一個相對復雜的過程，在實際的很多噴泉工程中，僅僅注重了噴泉噴頭、管道、水泵、電氣設備等的基本選型以及噴泉各種花型的組合設計，這些往往能滿足的噴泉的基本功能，但在噴泉的長期運行及噴泉的環保節能方面的設計，經常受到忽視。本文通過對噴泉設計及運行過程中可能的節能環保環節進行簡單的總結，提出了噴泉在設計與運行過程中的一些節能環保的建議，希望能為我國噴泉的建設提供參考思路。

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