Фонтаны как инженерные сооружения

Вводная лекция: «Фонтаны в архитектурной среде»

Фонтан (итал. fontana, от лат. fons, родительный падеж fontis – источник, ключ) — сооружение, служащее основанием или обрамлением для бьющих вверх или стекающих вниз струй воды. Первоначально фонтаны сооружались преимущественно только как источник питьевой воды. Затем сочетание движущейся воды с архитектурой, скульптурой и зелёными насаждениями стало одним из средств создания различных декоративных и художественно-образных решений в архитектуре и садово-парковом искусстве. Декоративно оформленные фонтаны сооружались в античных, средневековых западноевропейских городах, в странах Ближнего и Среднего Востока, в Индии. Возникшие ещё в античный период фонтаны с орошаемыми водой статуями, колоннами, чашами и другими компонентами, были излюбленным украшением городских площадей в Европе XVI–XVIII вв. (фонтаны Флоренции и Рима), в таких виллах и дворцово-парковых комплексах, как Версаль. В России XVIII – начала XIX вв. в Петергофе была создана грандиозная система фонтанов. Современным фонтанам придают декоративный характер с использованием подсветки, синхронизированной с музыкальными сопровождением, а также с включением различных материалов.

Существует несколько типов фонтанов: с галькой; с жерновым камнем; фонтан-родник; из одной водной струи; многоструйный; с одной чашей; из нескольких чаш с переливом воды; с использованием скульптур; с разбрызгивателем (рис.1).

Фонтаны различаются архитектурно-дизайнерским решением, местом расположения, видом форсунок, благодаря которым можно создать неповторимый рисунок движения воды. Чаще всего используются распылители следующих видов (рис. 2):

одиночный (мелкие вертикальные струи с выбросом воды на определенную высоту);

ярусный (мелкие вертикальные струи выбрасывают воду на разную высоту и формируют при этом несколько ярусов);

распылитель-вертушка (струя воды при вращении образует несколько спиралевидных потоков);

«водяная струя» (выброс воды производится горизонтально из отверстия в декорированной стене на определенном расстоянии от поверхности земли, водоема, пола и т. п.);

«рыбий хвост» (при выбросе воды образуется несколько вертикальных струй, расходящихся веером и образующих почти сплошную ниспадающую стену);

«гейзер» (при выбросе образуется струя воды с большим количеством воздушных пузырьков);

«тюльпан» (поток воды под напором поднимается вверх, формируя воронку, расширяющуюся сверху, и, ниспадая по кругу, образует тонкий водяной купол);

кольцо (вертикальный выброс воды происходит из отверстий, расположенных по окружности, на одинаковую высоту);

полушарие (форсунка представляет собой шарик, от которого отходит большое количество трубочек, из которых выбрасывается вода, образуя тем самым полушарие);

«колокол» (верхняя часть форсунки имеет форму диска, из-под которого вытекает вода, и, ниспадая, образует тонкий водяной купол);

«Тиффани» (подобен «колоколу», отличие в том, что под куполом распылитель имеет несколько отверстий, из которых выбрасываются струи воды одинаковой высоты, создавая изящный рисунок).

Рис.1. Типы фонтанов: 1 — с галькой; 2 — с жерновым камнем; 3 -фонтан-родник; 4 — из одной водной струи; 5 — многоструйный; 6 — с одной чашей; 7 — из нескольких чаш с переливом воды; 8 — с использованием скульптур; 9 — с разбрызгивателем.

Рис.2. Типы форсунок: 1 – одиночный распылитель; 2 – ярусный распылитель; 3 – распылитель-вертушка; 4 – «водяная струя»; 5 – «рыбий хвост»; 6 – «гейзер»; 7 – «тюльпан»; 8 – «кольцо»; 9 – «полушарие»; 10 – «колокол»; 11 – «Тиффани».

Разнообразие фонтанов создается с помощью различных комбинаций типов и видов распылителей. Наиболее часто используются простые классические формы, в то время, как передовые современные дизайнеры отдают предпочтение оригинальным и уникальным разработкам.

Фонтаны отличаются большим разнообразием форм и конструкции, от маленьких водоемов, в которых струйка воды булькает среди камней, до управляемых с помощью компьютера сложных конструкций с целой системой мощных струй. Классический фонтан связан с высокой, сильной струей воды, рассыпающейся мелкими брызгами и падающей в бассейн. Прежде чем начинать проектировать фонтан, рассчитайте высоту струи воды и посмотрите, можно ли установить под нее достаточно большой бассейн. Учтите, что на открытых площадках высокая струя будет разлетаться и разбрызгиваться во все стороны под порывами ветра.

Высота фонтана зависит от напора воды и размера водоема, форма водяной картины – от насадки. Насадка формирует водяной поток и это, в конечном счете, определяет внешний вид фонтана. Насадки для фонтанов делаются из пластика, стали и меди. Одни из них приподнимают над зеркалом водоема, другие погружают в воду. Третьи заглубляют под гальку, чтобы создать эффект бьющего из-под воды природного ключа.

Самая важная часть фонтана – насос. Лучше остановить свой выбор на одной из моделей с рабочим ресурсом от 30 до 50 тысяч часов. В пересчете на пять теплых месяцев в год, с мая по сентябрь, срок службы такого насоса составляет от 9 до 13 лет. Устанавливают насос обычно на дно водоема, на бетонную или металлическую подставку, чтобы его не засоряли частички грунта и песок – главный враг фонтанного оборудования. Есть и плавающие модели. Работают фонтанные насосы от электричества. Для надежности в механизм насоса встроены фильтры, защищающие двигатель от засорения. В зависимости от архитектурно-дизайнерской формы фонтанного сооружения применяются различные варианты инженерных решений (рис. 3-7).

Один из самых знаменитых фонтанов Америки расположен в Лас Вегасе – фонтан «Bellagio». На шоу, которое дает этот фонтан на берегу большого искусственного озера, съезжаются туристы со всего мира. Фонтан «танцует» под музыку известных музыкантов и певцов (в репертуаре есть Мадонна, Элтон Джон, Паваротти, Бочелли и др.). 1175 струй воды, 80 метров высоту, 4500 ламп подсветки и 40 миллионов долларов на его создание.

Фонтаны Абу-Даби – настоящие произведения инженерного искусства. В городе всегда жарко, поэтому рядом ними всегда большие скопления народа. Вечерами возле фонтанов устраиваются дискотеки, а цветные струи фонтана заменяют цветомузыку. Всего их около девяноста, а самые знаменитые из них «Вулкан», «Жемчужина», «Лебедь» и «Кофейник» располагаются на набережной Корниш.

Рис.3. Варианты инженерных решений фонтанов (начало). Вверху разрез фонтана: 1 – фонтанная чаша (бассейн); 2 – сливной трубопровод; 3 – донный слив с заглушкой; 4 – подающий трубопровод; 5 – отверстие для отвода воды; 6 – фонтанная насадка; 7 – подводный светильник; 8 – герметичный ввод кабеля; 9 – дренажный насос; 10 – возвратная арматура; 11 – обратный трубопровод; 12 – решетка для защиты от мусора; 13 – распределитель потока воды; 14 – погружной насос; 15 – подвод электропитания. Внизу общий вид фонтана.

Рис.4. Варианты инженерных решений фонтанов (продолжение). Вверху разрез фонтана: 1 — сливной трубопровод; 2 — погружной насос; 3 — задвижка; 4 — обратный клапан; 5 — арматура перелива-слива; 6 — защитная решётка; 7 — подающий трубопровод; 8 — переливной резервуар. Внизу общий вид фонтана.

Рис.5. Варианты инженерных решений фонтанов (продолжение). Вверху разрез фонтана: 1 — сливной трубопровод; 2 — емкость из нержавеющей стали; 3 — подводный светильник; 4 — арматура перелива-слива; 5 — защитная решетка; 6 — фонтанная насадка; 7 — удлинитель трубы; 8 — всасывающий фильтр; 9 — фонтанный бассейн; 10 — всасывающий трубопровод; 11 — подающий трубопровод; 12 — герметичный ввод трубы; 13 — центробежный насос. Внизу общий вид фонтана.

Рис.6. Варианты инженерных решений фонтанов (продолжение). Вверху разрез фонтана: 1 — переливной резервуар; 2 — направляющая пластина; 3 — распределитель потоков воды; 4 — кромка водопада; 5 — падающий трубопровод; 6 — сливной трубопровод. 7 — арматура перелива-слива; 8 — обратный клапан; 9 — задвижка; 10 — защитная решетка; 11 — погружной насос. Внизу общий вид фонтана.

Рис.7. Варианты инженерных решений фонтанов (окончание). Вверху разрез фонтана: 1 — фонтанный бассейн; 2 — фонтанная насадка; 3 — герметичный ввод трубы; 4 — распределитель потоков воды; 5 — защитный фильтр; 6 — всасывающий трубопровод; 7 — питающий трубопровод; 8 — герметичный ввод трубы; 9 — центробежный насос; 10 — электрический шкаф управления. Внизу общий вид фонтана.

Самые простые и потому самые распространенные конструкции – струйные фонтаны (рис.8). Хотя простыми многие из них назвать трудно: здесь и вращающиеся цветы, и пенные столбы, и традиционные для французских садов «пируэты» на изящной гнутой основе. Технологически немного сложнее насадки типа «колокол» и «лава». В них вода силой выходит через зазор между двумя дисками и формирует сплошную тонкую пленку в виде полусферы. Некоторые насадки оснащены разноцветными галогенными лампами, что в вечернее время превращает работу фонтана в настоящее шоу. Подсветку водоема и сада можно установить отдельно.

Летающие или самоудерживающиеся фонтаны, спроектированные Isamu Noguchi (г.Осака, Япония), создают иллюзию парящих в воздухе кубов. Секрет заключается в том, что они стоят на опоре, которая скрывается за водой и к тому же абсолютно прозрачна. Вследствие чего может показаться, что квадратные конструкции держаться в воздухе за счет напора воды (рис.9).

Самостоятельная работа студентов.

В дисциплине реализуются несколько видов самостоятельной работы:

1. Самостоятельное изучение теоретического материала 3,5 часа, реферат с объемом в 0,25 з.е. (9 часов) — 10 страниц текста и иллюстраций. Задание на самостоятельную работу студентам выдает преподаватель. Сдача подготовленного реферата производится преподавателю, выдавшему задание на самостоятельную подготовку реферата. Студент может предложить инициативную тему и по согласованию с педагогом приступить к ее разработке. В выборе темы фонтана важную роль играет знакомство студента с конкретным объектом в реальной жизни, в его городе.

2. Задание по изучению места расположения проектируемого фонтана (сбор графической информации) с объемом в 0,25 з.е. (9 часов, 5 страниц иллюстраций). Метод сбора информации включает фотофиксацию места расположения фонтана, изучение графических, фотографических материалов, анализ содержания средовых компонентов, влияющих на выбор темы фонтана, сопоставление источников информации, изучение прототипов и новаций в области фонтанных комплексов.

3. Выполнение самостоятельной проектной работы по этапам проектирования с объемом в 0,9 з.е. (32,5 часов).

4. Подготовка к защите проекта с объемом в 0,10 з.е. (3,5 часа) включает составление доклада, подведение итогов курсового проектирования.

Рис.8 .Струйный фонтан

Рис.9. Летающие или самоудерживающиеся фонтаны.

Источник

Фонтан. Виды и устройство. Работа и форма струи. Особенности

Фонтан – природное или искусственное явление, представляющее собой истечение жидкости струей вертикально вверх или с небольшим уклоном в сторону, что вызвано в результате оказания на нее давления. Природные фонтаны также называют гейзерами. Искусственно созданные являются, как правило, декоративными строениями, устанавливаемыми с целью украшения ландшафта или интерьера.

Как устроен и работает фонтан

Схематически строение и принцип действия фонтана можно описать как устройство с резервуаром, из которого вода подается под давлением на распыляющую ее форсунку. В результате формируется видимая струя определенной формы направленная горизонтально вверх или с уклоном. Бьющая вода после потери инерции от выталкивающих ее сил падает обратно вниз, и собирается в чаше устройства. Оттуда она снова стекает в резервуар, где повторно подается под давлением через форсунку. Это непрерывный процесс, происходящий одновременно. Часть объема воды выталкивается в струю, и сразу же возвращается обратно до того как жидкость закончится.

Это механизм круговорота воды. В качестве резервуара в ней может использовать бассейн, емкость или целый водоем. Если жидкость забирается из изолированной емкости, то в результате испарения объем в ней постепенно снижается. В конечном счете, это приведет к остановке фонтана. В связи с этим емкость нуждается в периодическом доливании жидкости.

Для обеспечения подачи воды в конструкции фонтана предусматривается насос. Он прокачивает воду из резервуара на форсунку. Насос работает за счет электроэнергии. Описанная конструкция фонтана является упрощенной. Многие устройства существенно сложнее. К примеру, их насос может иметь систему программного управления. За счет этого обеспечивается синхронизация силы бьющей струи с музыкой или яркой цветной декоративной подсветкой.

Отличия между проточными и циркуляционными фонтанами

Циркуляционный фонтан по сути является классическим. Он предусматривает перекачку воды по кругу циркуляционным насосом. Это закрытая система, обычно не оснащаемая стоком. Поскольку в ней постоянно прокачивается один и тот же объем воды, то она достаточно быстро становится грязной. Она не является питьевой. Иногда такие системы предусматривают подключение к канализации. Это обеспечивает удобное и быстрое осушение резервуара и чаши. Это необходимо при подготовке фонтана к зимовке.

За счет циркуляции одного и того же объема воды обеспечение работы циркуляционного фонтана обходится существенно дешевле. После наполнения, все затраты сводятся только к периодическому доливанию объема для компенсации испарения, а также оплате электроэнергии потребляемой насосом. Более сложные устройства также потребляет электричество на обеспечение подсветки и музыкального сопровождения.

Проточные более дорогостоящие в плане обеспечения работы. Они проталкивают через форсунку свежую воду. При этом использованная жидкость отводится в канализацию или водоем. Такое решение чаще всего используется для организации работы питьевых фонтанов. Те прокачивают чистую воду, которую можно пить. Как правило, сила струи в таких устройств небольшая. За счет этого с них можно удобно и безопасно пить, соблюдая гигиенический режим.

Проточные фонтаны могут забирать воду из подземного источника, находящегося в непосредственной близости. Это может быть естественный ключ, скважина, колодец. Чаще всего они просто подсоединяются к централизованному водопроводу.

Системы дополнительного оснащения фонтана

Внедрение в работу фонтанов современных технологий и различных физических принципов позволяет корректировать их работу. В результате зрелищность от работы фонтана многократно возрастает.

В зависимости от технического решения, примененного в конструкции, кроме обычных классических фонтанов, также существуют более сложные:

• Цветомузыкальный.
• Авангардный.
• Шутиха.
• Швейцарский.
• Без брызг.
• С генератором тумана.
• С ДУ.

Цветомузыкальный фонтан является достаточно дорогостоящим и сложным устройством. Высота и подсветка его струи корректируется автоматикой, которая управляется программным обеспечением. Перепады высоты столба воды, цвета и яркости подсветки связываются с музыкальным сопровождением. Таким способом оснащают много городских фонтанов. Однако в таком режиме они, как правило, работают в вечерние часы, так как в дневное время цветная подсветка остается невидимой.

Авангардные используют эффект зависшего потока воды. Для этого используется стекло высокой прозрачности. Широкая струя подается на него и отбившись спокойно стекает. За счет этого создается впечатление, что из фонтана бьет широкая тонкая полоса воды, которая в один момент застыла. Движение в ней выдает только легкая рябь. Это менее затратная в плане реализации конструкция, которую можно использоваться в домашних садовых фонтанах.

Шутиха – это развлекательный контактный фонтан. Струи воды в нем бьют в разные стороны, причем постоянно меняют направление в произвольном порядке. Как правило, он устанавливается на площадях и городских парках. Обычно устройство не имеет выступающей надземной чаши. За счет этого в зону разбрызгивания можно без проблем подойти. Шутиха плескает в желающих, меняет силу и направление струи. За счет этого служит развлечением в жаркие дни. Проект такого фонтана достаточно дорогостоящий в реализации.

Швейцарские фонтаны отличаются от обычных тем, что в качества их чаши и резервуара используется целый водоем. Это может быть искусственное сооружение, река, озеро и т.д. Под водную гладь устанавливается насос. Он забирает воду прямо из водоема и выталкивает ее через форсунку. В результате над водой появляется высокая струя. Поскольку оборудование спрятано, то все выглядит как природное явление. Однако в ветреную погоду при достаточно сильных волнах форсунка все же просматривается. Для удешевления системы форсунки могут изначально располагаться слегка выше уровня воды в водоеме. За счет этого возможно использовать менее мощное насосное оборудование. Насос может закрепляться к каркасу, установленному на дно водоема. Если оно слишком глубоко, то подобные фонтаны делаются плавающими.

Фонтан без брызг работает практически по такому же принципу, как и авангардный. Данное устройство не рассчитано на контакт, так как в его системе просматриваются прозрачные стеклянные нити или трубки. Подаваемая насосным оборудованием струя под небольшим давлением заворачивается и стекает обратно по стеклу. За счет этого она не разбрызгивается. Часто такие устройства проектируются так, чтобы вода подавалась по прозрачной трубке, после чего стекала вниз по ее внешним стенкам. Это создает визуальный обман. Со стороны кажется, что поток берется ниоткуда с воздуха и падает сверху вниз, а не выталкивается изначально со стороны чаши. Достаточно ярким представителем подобных фонтанов является «магический кран». В нем на вершине трубки подачи закрепляется водопроводный кран. За счет этого кажется, что вода течет из него, хотя тот не подсоединен к видимым трубам.

Фонтан с генератором тумана оснащается ультразвуковым оборудованием. Оно создает мельчайшие капли, за счет чего основная струя окутывается туманом. Это смотрится очень эффектно. Густой туман перекрывает распыляющее оборудование, полностью скрывает техническую составляющую фонтана.

Домашние садовые фонтаны могут дополнительно оснащаться пультом дистанционного управления. За счет этого их можно включить беспроводным способом, не подавая питание на насос вручную. Также такие устройства часто предусматривают возможность изменения подсветки, силы бьющей струи или автоматических режимов.

Виды фонтанов в зависимости от формы бьющего потока

Обычные фонтаны могут оснащаться разными типами распыляющих форсунок. За счет этого меняется форма струи.

В зависимости от того, какой формы поток формируется, различают следующие основные разновидности фонтанов:

• Струйный.
• Колокол.
• Тюльпан.
• Рыбий хвост.
• Тиффани.
• Полусфера.
• Кольцо.

В струйном используется сужающая трубу насадка. За счет этого поток на выходе сужается и выходит наружу под более высоким давлением. За счет этого создаются невысокие тонкие струи. Как правило, они направлены вертикально вверх или с легким уклоном в центр чаши.

Струя колокол формирует полусферу. Она спадает практически сплошным колоколом. Струя этого типа невысокая. Обычно используются в садах или как центральная фигура в больших городских фонтанах.

Тюльпан — очень похоже на колокол, но за счет немного другого наклона при распылении вода распадается на брызги, не достигнув чаши. В результате формируется подобие цветка.

Струя рыбий хвост подразумевает разделение основного потока на несколько тонких. Те создают в них купол из решеток. Форма такого фонтана практически как у полусферного, но поверхность воды не является сплошной.

Тиффани – это сложная струя, сочетающая в себе одновременно колокол и рыбий хвост. Причем на форсунке формирующей полусферу подается более высокое давление.

Фонтан со струей полусфера имеет форму созревшего одуванчика. Это достигается за счет каркаса распылителей, формирующих шар. При включенном фонтане они практически не заметны.

Кольцо предусматривает наличие распылителя в виде трубы сваренной в кольцо. По ее периметру ввариваются отдельные выходы, каждый из которых оснащается сужающим соплом. Как следствие при подаче воды формируется множество струйных потоков выставленных по кругу, и направленных в центр чаши. За счет этого создается визуальное сходство с кольцом.

Источник