Проектирование спринклерных систем полива

СОСТАВЛЕНИЕ ПЛАНА УЧАСТКА

Работа над проектом системы полива начинается с замера и составления масштабного плана участка. План может быть вычерчен на листе миллиметровой бумаги или составлен с помощью графических программ на компьютере.

На плане должны быть максимально точно отображены:

1. Существующие и планируемые: забор, строения, дорожки, участки покрытые мощением, подпорные стенки, водоемы, малые архитектурные формы.
2. Существующие и планируемые: деревья, кустарники, цветники, альпийские горки, рокарии, огород.
3. Предполагаемое место подключения системы полива к источнику водоснабжения.
4. Предполагаемое место установки контроллера.

Полезным будет обозначение ориентации участка по сторонам света.

Чем точнее будет сделан такой план, тем более правильным получится проект системы полива и не потребуются дальнейшие корректировки, что называется «по месту» при монтаже системы. Точный и правильный проект позволяет сократить время монтажа системы полива.

Рис.1. Пример составленного масштабного плана участка

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Следует выяснить, что является источником водоснабжения и какими мощностями (давление и расход) этот источник располагает. Рассмотрим варианты.

Вариант № 1 – водоснабжение дома и участка идет с помощью центрального водопровода, от которого к дому сделан отвод.

В этом случае давление в трубе водоснабжения определяется с помощью манометра. Важно произвести замеры давления в ситуации, когда в доме открыты 2 или 3 крана. То есть необходимо измерить ДИНАМИЧЕСКОЕ давление воды

Расход воды через подходящую к дому трубу можно косвенно определить по ее наружному диаметру.

Примерный расход воды можно определить также с помощью несложного замера. Для этого наполните ведро или другую емкость с известным объемом через кран, который расположен ближе всего к месту входа в дом водопроводной трубы. Замерьте время наполнения данной емкости.

Расход (л/мин) = 60 *Объем емкости (литры) / Время (сек)

Вариант № 2 – водоснабжение дома и участка идет от скважины.

В этом случае вся необходимая информация может быть указана в паспорте на данную скважину. Если такого документа у вас нет, то давление и расход воды из скважины можно примерно определить по технологии, описанной выше.

Определим мощность источника водоснабжения нашего дома. Дом обеспечивается водой с помощью центрального водопровода. Труба, которая подходит к дому имеет наружный диаметр 25 мм и поэтому мы ориентировочно можем получить с неё расход
Q реал = до 1,8 м3/час воды.

АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ ДАННЫХ. ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЯ О ДОСТАТОЧНОСТИ ИЛИ НЕДОСТАТОЧНОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДОСНАБЖЕНИЯ ДЛЯ НУЖД СИСТЕМЫ ПОЛИВА.

После сбора всей информации по участку, полученные данные следует проанализировать по следующему алгоритму:

1. Вычислить по плану общую площадь газонов, которые планируется поливать на данном участке S газонов (м2).
2. Приняв средний суточный норматив полива газона равным 5 литров/м2, вычислим суточный объем воды нужный для полива нашего участка. (Норматив в 5мм в сутки приведен для примера. Норматив определяется из климатических условий, состава почвы и насаждений)
   
   V суточный (м3) = 0.005 (м3/м2) * S газонов (м2)
   
   
3. Назначим желаемую продолжительность полива нашего участка T полива (час). Из условия полива участка только в вечерне-утреннее и ночное время эта продолжительность не должна превышать 10 часов в сутки. Оптимальной можно назвать продолжительность полива, соответствующую 6 часам (например участок поливается 3 часа утром и 3 часа вечером). Вычислим требуемую скорость подачи воды на полив Q треб(м3/час).
   
   Расход Q треб (м3/час) = V суточный (м3) / T полива (час)
   
   
4. Сопоставим вычисленное значение требуемого расхода Q треб и реального расхода Q реал, которые обеспечивает наш источник водоснабжения. Требуемый расход воды должен гарантировано быть меньше реального. Если этого добиться не удается даже при увеличении продолжительности полива до 10-12 часов в сутки, либо водоснабжение участка является крайне неустойчивым, то это означает, что мы столкнулись с проблемой нехватки воды. В большинстве случаев эта проблема может быть решена за счет использования накопительной емкости. Если же требуемый расход значительно меньше реального, то мы можем смело продолжить работу над системой полива и в накопительной емкости нет необходимости.
5. Если принято решение использовать накопительную емкость, то за счет подбора насоса, подающего воду на полив из емкости, мы можем обеспечить любые значения реального расхода Q реал и любые желаемые значения продолжительности полива T полива. В этом случае требует проверки, будет ли успевать наполняться емкость за промежуток времени между поливами. Также следует знать, что в некоторых случаях установка накопительной емкости позволяет снизить стоимость оборудования для системы полива за счет повышения мощности водоснабжения на полив и уменьшения количества э/м клапанов, длины трубопровода и в целом материалов, соответственно, и объёма работ для их установки.
6. Анализ второго параметра водоснабжения – ДАВЛЕНИЯ на начальной стадии не имеет значение, так как нехватка давления легко решается установкой дополнительного насоса, а избыточное давление может быть уменьшено редуктором.

Итогом первоначального этапа является точный масштабный план участка и принятое в результате анализа данных значение расхода воды Q (м3/час), которое будет забираться на нужды полива.

Проанализируем данные по мощности водоснабжения нашего участка. Ранее мы определили, что примерный расход воды через подходящую к дому трубу

Q реал = 1.8 м3/час

Проверим, за какое время мы сможем полить газоны участка. Общая площадь газонов составляет: S газонов = 318 м2 (по результатам замеров) Суточный объем воды необходимый на полив:

Vсут = 0,005 м3/м2 * 318 м2 = 1,59 м3

Назначив общую продолжительность полива 1 час, получаем, что

Требуемый расход Q треб = 1,59 м3/час.

Значение Q треб <Q реального. Это означает, что все газоны нашего участка могут быть легко политы за 1 час от данного водопровода без накопительная емкости. Примем за мощность водоснабжения для нужд полива значение

Q полив = 1,6 – 1,7 м3/час.

ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Дальнейшее проектирование системы автоматического полива заключается в последовательном решении нескольких задач:

1. Правильное размещение необходимого количества дождевателей на газонах.
2. Деление дождевателей на группы – зоны полива.
3. Составление схемы трубопроводов.
4. Расчет диаметров трубопроводов на участке и определение потерь давления.
5. Анализ достаточности давления в источнике водоснабжения и подбор насоса.
6. Определение длины и сечения подводящих проводов

Работы по этапам ведутся с использованием черчения на плане участка, который сделан на листе миллиметровой бумаги или на компьютере.

ПРАВИЛА РАЗМЕЩЕНИЯ ДОЖДЕВАТЕЛЕЙ:

Рис.2. «Кривая» распределения осадков двух дождевателей, расположенный на расстоянии радиуса разбрызгивания.

1) Дождеватели размещаются друг от друга на расстоянии равном радиусу распыления. Иными словами, окончание действия одного дождевателя должно совпасть с началом действия другого. При таком размещении обеспечивается 100% перекрытие зон действия дождевателей. Этот принцип называется «head to head» или Радиус в Радиус. Строгое следование этому принципу очень важно, так как связано с особенностью распределения воды при работе дождевателей. Редко получается расположить дождеватели точно «радиус в радиус», в этом случае расстояние между ними уменьшается, а не увеличивается.

Рис.3. Количество выпавших осадков при правильной расстановке (слева) и неправильной (справа)

Белые просветы означают, что в этих местах осадки не выпадают. Здесь либо не будет расти трава, либо она будет желтеть.

2) Подбирать дождеватели и сопла по дальности и сектору полива нужно таким образом, чтобы :

• Обеспечить качественный полив всех частей участка
• По возможности исключить «залив» построек, заборов, дорожек, мощения и т.д.
• В местах с частыми посадками деревьев или кустарников следует выбирать дождеватели с меньшим радиусом действия и размещать их более часто.

3) При размещении дождевателей необходимо учитывать, что деревья и кустарники препятствуют распылению воды

Рис.4. Варианты размещения дождевателей относительно посадок

Как мы можем заметить из рисунков, существуют несколько главных схем расположения дождевателей на плане. Остальные являются вариациями и смешением этих типов. Это схема «квадрат» и схема «треугольник».

Схема «квадрат»- характеризуется расположения с равным расстоянием между дождевателями.

Рис. 5. Размещение дождевателей по схеме «квадрат».

Эта схема применяется, когда площадь орошения имеет форму квадрата или же форму с прямыми 90° углами. Хотя из всех схем расположения дождевателей схема «квадрат» и является самой «слабой» т.е. не полностью удовлетворяет требованию равномерного полива, эта схема, которая наиболее часто встречается при проектировании прямоугольных участков. Она проста в подсчетах и монтаже на местности.

Поясним, почему она «слабая».

Слабость схемы «квадрат» заключена в диагональном перекрытии дождевателей. При расположении дождевателей по схеме квадрат, дождеватель на дождеватель, Расстояние между дождевателями (шаг), находящимися по углам квадрата, будет равно 70% диаметра. В отличие от 50 % диаметрального расстояния по сторонам. А полив далее 60% диаметра происходит неэффективно. У нас образуется в центре квадрата слабо пролитое пятно.

Рис.6. Слабопролитое место в центре «квадрата»

Схема «треугольник». Эта схема в основном используется на площадях неправильной формы. Главное ее свойство заключено в том, что расстояние между дождевателями равное. По этой причине схема треугольник имеет преимущества по качеству орошения перед схемой «квадрат».

При схеме «треугольник» мы задействуем меньшее количество дождевателей, чем при схеме «квадрат», а это значит, экономим деньги на оборудовании.

Рис.7. Расположение дождевателей по схеме «треугольник»

Следуя данным правилам, спроектируем размещение дождевателей на плане нашего участка.

Рис.8. Расстановка дождевателей на плане

На узком и небольшом участке газона были использованы дождеватели статического типа: с соплами 15А на дальность 3,9 м.

На широком открытом газоне за домом использованы дождеватели роторного типа на дальность 10,5 м.

На квадратном участке газона перед домом были использованы дождеватели с ротаторными соплами.

Рядом с каждым дождевателем подписана модель сопла и его расход в м3/час (мелкие цифры). Эта информация важна и будет использоваться для дальнейшего расчета.

Замечания и рекомендации

Следует отметить, что рассмотренный вариант размещения дождевателей не является единственно верным. Существуют и другие варианты схем размещения, основанные на использование других дождевателей и других сопел. Только знание особенностей участка и опыт построения систем полива помогут выбрать наилучший вариант из возможных. А в данном примере специально выбраны дождеватели и сопла разным моделей для наглядности.

ДЕЛЕНИЕ ДОЖДЕВАТЕЛЕЙ НА ГРУППЫ – ЗОНЫ ПОЛИВА

Деление дождевателей на зоны необходимо по следующим причинам:

1. Нехватка мощности источника водоснабжения для обеспечения подачи воды на все дождеватели одновременно.
2. Различия в скорости осадков дождевателей разных типов. Например, для того чтобы создать на газоне 5 мм осадков роторные дождеватели должны работать в несколько раз дольше статических. Поэтому роторные и статические дождеватели нельзя использовать в одной зоне.
3. Различия в потребностях полива разных групп растений из-за разной солнечной освещенности газонов или из-за особенностей самих растений. Например, открытый газон с южной стороны участка требует более частого и продолжительно полива, чем затененный домом газон с северной стороны, а растения на «композициях» требуют специального режима полива.

Для деления дождевателей на зоны на нашем участке примем во внимание все описанные причины.

Рассчитаем суммарный расход всех дождевателей, размещенных на нашем участке. (расход каждого дождевателя указан на плане маленькими цифрами в м3/час)

Суммарный расход Σ дожд. = 6.33 м3/час

Тогда

Число зон полива = Σ дожд / Q полив = 5,15 / 1,6 = 3,15 (4)

Все дождеватели на участке разделим на 4 зоны.

Примем также во внимание, что на открытом газоне за домом мы используем роторные дождеватели, и что узкий газон сверху за домом расположен с северной стороны и будет затеняться домом.

Рис.9. Распределение дождевателей по зонам

Дождеватели, отмеченные на чертеже одним цветом, относятся к одной зоне.

Замечания и рекомендации

Если бы мы решили установить в роторы сопла с согласованной скоростью осадков (MPR), то все роторы в данном случае можно было бы объединить в одну зону в независимости от сектора полива, но и расход на зоне при этом увеличился бы.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СХЕМЫ ТРУБОПРОВОДОВ.

Задача этого этапа - расположить на участке наилучшим образом такие элементы трубопровода, как трубы, электромагнитные клапаны, пластиковые коробы.

Электромагнитный клапан – запорное устройство, которое устанавливается на входе в трубопровод каждой зоны дождевателей. Размер и модель э/м клапана подбирается по величине расхода воды, проходящего через него. Вся информация о них приведена в каталоге.

Пластиковый короб необходим для размещения э/м клапана в земле. Коробы имеют верхнюю крышку для удобства обслуживания клапана или крана. Размеры коробов подбираются исходя из размеров самого клапана или крана и их количества. Допускается установка 1 большого короба сразу для 2 – 4 э/м клапанов. Трубопровод системы полива по своему назначению можно разделить на 2 части: магистральный трубопровод и латеральный (зональный) трубопровод зон.

1) Магистральный трубопровод соединяет источник водоснабжения со всеми э/м клапанами.

2) Латеральный трубопровод соединяет между собой все дождеватели зоны и э/м клапан данной зоны.

Проектирование схемы трубопроводов на участке следует начать с предварительной прокладки магистральной трубы. При дальнейшем детальном проектировании схема магистральной трубы может несколько измениться, но некоторые наметки ее размещения нужно представлять уже сейчас. Рекомендуем по возможности размещать трубопровод вдоль забора, дорожек.

Задача проектирование латеральных трубопроводов решается для каждой зоны отдельно. При этом необходимо следовать следующим рекомендациям:

1) Схема разводки трубопроводов, по возможности, должна быть максимально прямолинейна и не содержать ненужных поворотов направления потока.

2) Место размещения э/м клапана относительно дождевателей должно быть таким, чтобы большинство дождевателей были расположены на наименьшем расстоянии от клапана. По возможности, располагать клапанные боксы в центрах групп дождевателей, для выравнивания рабочего расхода по зоне и минимизации типоразмеров трубопровода.

ПРАВИЛЬНО	НЕПРАВИЛЬНО
Рис. 10. Примеры расположения электромагнитных клапанов

3) При выборе места размещения короба с э/м клапанов на участке следует с одной стороны обеспечить удобный доступ для обслуживания, с другой стороны максимально скрыть короба от глаз (так как они не украшают участок)

По описанному выше порядку спроектируем схему разводки трубопроводов для нашего участка.:

1) сделаем предварительную схему прокладки магистральной трубы

Рис.11. Желаемое расположение магистрального трубопровода

2) спроектируем схему разводки латеральных трубопроводов (зонных)

Рис. 12. Расположение латерального трубопровода

Замечания и рекомендации

При проектировании схемы трубопроводов на этом этапе следует иметь в виду возможный объем земляных работ при рытье траншей под трубопровод. Нужно стремиться к уменьшению протяженности траншей, возможно даже за счет некоторого отступления от рекомендаций по правильной разводке трубопроводов.

Следует понимать, что проект разводки трубопроводов представляет из себя схему с некоторыми условностями:

• Символы условного обозначения дождевателей, э/м клапанов не соответствуют масштабу чертежа участка. Они выглядят более крупно для лучшей читаемости.
• Для лучшей читаемости линии трубопроводов, которые будут уложены в одну траншею, на схеме расположены на некотором расстоянии друг от друга.

3) уточним схему магистрального трубопровода

Рис.13 Уточненное расположение магистрального трубопровода

В итоге мы получили окончательный вариант схемы трубопроводов на нашем участке. Следующим шагом будет расчет диаметров сечений трубопроводов и определение величины потери давления по длине трубопровода.

РАСЧЕТ ДИАМЕТРОВ ТРУБОПРОВОДОВ

При движении воды в трубопроводе из-за сил трения происходит снижение давления воды. Эти потери давления зависят от скорости движения воды внутри трубы, протяженности трубопровода, наличия поворотов, разветвлений, запорной арматуры, перепадов высоты и т.д. Опытным путем и с помощью расчетов установлено, что скорость потока 1,5 м/с является оптимальной для движения воды по пластиковым трубам. Увеличение скорости потока, приводит к непропорциональному увеличению значения потерь давления, что может привести к неприятным последствиям, когда на отдаленных зонах вы будете иметь давление, при котором полив осуществляться будет некорректно. При скоростях меньших или равных 1,5 м/с, в системе снижается вероятность появления повреждений, связанных с гидравлическим ударом.

Vопт ~ 1.5 м/с.

Существует формульная зависимость:

Расход Q (м3/час) = (Dвн (мм))2 * V (м/с) / 353.86, где

D вн – внутренний диаметр трубы

V (м/с) – скорость движения воды в трубе

Q (м3/час) – расход через трубу с внутренним диаметром Dвн (мм) при скорости воды V (м/с)

Приняв V = Vопт = 1.5 м/с, получим

Q опт (м3/час) = (Dвн (мм))2 */ 235.79 – оптимальный расход через трубу

Расчет оптимального расхода через трубу ПНД стандарта ПЭ 100 SDR 13,6 приведен в таблице ниже.

Используя указанную формулу, легко могут быть получены таблицы оптимального расхода для труб другого SDR.

Правила расчета диаметров внутреннего трубопровода зон:

1) Расчет выполняется поочередно для каждой зоны, в соответствии с разработанной схемой трубопроводов.

2) Основными данными, используемыми в расчете, являются значения расходов дождевателей. (Значения расхода для удобства работы могут быть нанесены на плане рядом с каждым дождевателем).

3) Начиная с концевых дождевателей необходимо двигаться по линии трубопровода к следующему дождевателю.

4) Начальный диаметр трубы подбирается по величине расхода конечного дождевателя из условия Q опт трубы > q дождевателя.

5) По направлению движения происходит суммирование расходов встречающихся дождевателей.

6) После добавления расхода очередного дождевателя к сумме предыдущих происходит сравнение накопленной суммы Σ с величиной Q опт для трубы данного диаметра.

7) Если накопленная сумма Σ > Q опт трубы данного диаметра, то, начиная с этого места, происходит увеличение диаметра трубы, так чтобы выполнялось условие накопленная сумма Σ < Q опт новой трубы.

8) Конечной точкой расчета является э/м клапан. В этом месте диаметр трубы должен достигнуть своего максимума.

Правила расчета диаметров магистрального трубопровода.

1) Диаметр магистрального трубопровода определяется из условия выполнения неравенства Q опт трубы > Q макс зоны,

где Q макс зоны – наибольший суммарный расход дождевателей зоны.

2) Если разрабатываемая система автоматического полива предполагает одновременную работу нескольких зон при поливе, то диаметр трубы определяется из условия

Q опт трубы > Q зоны 1 + Q зоны 2 + …+ Q зоны n

(n – число зон, работающих одновременно).

3) Если магистральный трубопровод выполнен по кольцевой схеме, то диаметр трубы в этом случае может быть меньше и определяется из следующего условия Q опт трубы / 2 > Q макс зоны

Рассчитаем диаметры трубопроводов для каждой зоны нашего участка.

Рис. 14. Расход дождевателей системы

Пороговым значением расхода для использования трубы 25 мм является Q опт = 1.87 м3/час. Если при суммировании расходов дождевателей происходит превышение этого значения, то мы переходим на трубу 32 мм.

В итоге для нашего участка получаем окончательный проект трубопроводов

Рис. 15. Окончательный проект магистрали системы автоматического полива

Определение необходимой длины электропроводов осуществляется с использованием вычерченного плана участка, на котором отображена схема разводки трубопроводов. На данном плане необходимо с помощью линий соединить место размещения контроллера с э/м клапанами с учетом схемы траншей под трубопроводы на участке.

Сечение электропровода подбирается в зависимости от длины провода.

При длине провода до 100 м – сечение провода не менее 0.75 – 1 мм2.

При длине провода свыше 100 м – сечение провода не менее 1.5 мм2.

Трассировку и выбор кабеля можно осуществлять несколькими распространёнными способами:

1. Прокладывать от каждого электромагнитного клапана отдельный кабель из расчёта 2 жилы на один клапан (Общая жила и Зонная). Если же в клапанном боксе установлено более одного э/м клапана, то расчёт жил осуществляется из расчёта количества клапанов + 1 жила (Общая для всех клапанов).
2. Прокладывать от крайнего клапанного бокса и последовательно подключать к нему клапана. Рассчитывать количество жил кабеля в зависимости от количества подключённых клапанов + 1 жила (общая)

При применении второго способа значительно сокращается метраж использованного кабеля и пучок кабелей, приходящих к контроллеру.

Рис. 16. Проект прокладки электрического кабеля

Проект системы автоматического полива для нашего участка можно считать завершенным. Теперь, используя данные проекта, можно приступить к составлению списка требуемого оборудования, труб, фитингов, электропроводов.