住宅建筑雨水的回收再利用系統(tǒng)

1、住宅建筑雨水的回收再利用系統(tǒng)設(shè)計者：朱力，閆佳奇，虢再紅，張亞暉指導(dǎo)教師：張洪雨，陳巖哈爾濱工程大學(xué) 船舶工程學(xué)院 黑龍江 哈爾濱 150001作品內(nèi)容簡介雨水對調(diào)節(jié)和補充城市水資源量，通過合理的規(guī)劃和設(shè)計，采取相應(yīng)的設(shè)備裝置，可將城市雨水加以充分利用。本作品是利用屋面收集雨水，改裝雨水排水管道，在與用水設(shè)備銜接的每段管道處，接入雨水轉(zhuǎn)接器，此處的另一端由輸入水管與過濾水箱相接。使下落的雨水由雨水轉(zhuǎn)接器順利進入輸入水管，經(jīng)過過濾并進入收集水箱，供家庭居民廁所沖水、澆花，拖地等使用。該系統(tǒng)制作安裝簡單，造價低廉，維護和檢修方便，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵字：雨水，雨水轉(zhuǎn)接器，排水管。1.研究背

2、景：我國的雨水收集在古代就已經(jīng)開始，早在秦漢時期就有修建池塘攔蓄雨水用于生活的記錄，而西北地區(qū)水窖的修筑已有幾百年的歷史。國外興旺城市的雨水收集已有幾十年的歷史，而真正現(xiàn)代意義上的城市雨水的收集利用是從20世紀 80年代到90年代約20年時間里開展起來。隨著城市規(guī)模的擴大和人口急劇增長，城市缺水的矛盾也進一步加深，環(huán)境與生態(tài)問題也同步擴展，有專家指出到2030年，我國將缺水400至500億立方米。城市居民的所有用水都是來自自來水公司，每年的用水費額是一筆不菲的開支?，F(xiàn)在水污染事件頻繁發(fā)生，給城市居民的生活用水帶來了嚴重的影響。2005年11月13日中石油吉林石化分公司雙苯廠發(fā)生爆炸事故，造成約

3、100噸苯類物質(zhì)流入松花江，引發(fā)了松花江嚴重污染，沿岸數(shù)百萬居民的生活受到影響；2021年2月20日，江蘇鹽城市標(biāo)新化工將30噸危險液體廢物高濃度含酚鉀鹽廢水排入廠區(qū)外河溝，造成鹽城市自來水污染事件，30萬市民經(jīng)歷了近三天的“水危機。停水帶來了難以預(yù)料的麻煩：用以供水的一輛輛消防車在水廠和小區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院門前排起了長隊；人們紛紛涌入超市搶購瓶裝礦泉水、純潔水。 圖2 航拍受污染的松花江圖1 江蘇鹽城居民排隊等候消防車供水為了解決缺水、環(huán)境、生態(tài)等一聯(lián)串的矛盾，我們把注意力放到城市雨水的收集和利用。國外對這一課題的研究起步較早，而我國在城市住宅收集利用雨水的問題上并沒有引起足夠的重視。試想如果家

4、庭有一套住宅建筑雨水的回收再利用系統(tǒng)，在自來水受到化學(xué)等試劑污染時，可以利用自家回收的雨水，除了廁所沖水、澆花外，再買一臺凈水機，就可以直接當(dāng)做生活用水飲用，免除了斷水的煩惱。因此本作品在國內(nèi)有一定的推廣應(yīng)用價值，該領(lǐng)域有很大的開展空間。2.設(shè)計原理2.1設(shè)計思路本作品中設(shè)計的雨水轉(zhuǎn)接器是由兩個圓柱圈套而成，兩圓柱底部相聯(lián)，內(nèi)圓柱低于外圓柱，此時，水箱和雨水轉(zhuǎn)接器構(gòu)成連通器，根據(jù)連通器原理，當(dāng)雨水淹沒雨水轉(zhuǎn)接器的內(nèi)圓柱時，雨水停止注入水箱，由雨水排水管排下，進入下一樓層的儲水工作中，工作原理同上一樓層。這樣，雨水實現(xiàn)逐層的收集，至此，實現(xiàn)各樓層雨水的收集。設(shè)備整體方案設(shè)計圖如圖3。圖3 設(shè)備整

5、體方案設(shè)計圖2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計1集水裝置的設(shè)計對于集水裝置的要求主要考慮到以下幾個方面：不能影響正常建筑物的使用，不占用居民過大空間；對原有管道的改裝盡可能小，以節(jié)省開支；不能影響建筑物的防水功能；基于以上要求的限制，采用了在現(xiàn)有樓房排水管內(nèi)增加雨水連接器裝置，并在排水管進水口處增加過濾網(wǎng)，實現(xiàn)雨水的簡單凈化及自動收集功能。其根本原理如下：雨水經(jīng)過樓頂過濾網(wǎng)的簡單凈化進入樓房的排水管內(nèi)，然后經(jīng)由一個雨水連接器進入輸入水管，將收集到的雨水輸送到屋內(nèi)的集水箱內(nèi)，集水箱內(nèi)有二次過濾設(shè)備。其構(gòu)造如圖4和圖5：圖4 集水裝置示意圖 圖5 過濾集水裝箱2雨水連接器結(jié)構(gòu)的設(shè)計在集水裝置中，主要構(gòu)件為雨水連接器，

6、將其放大結(jié)構(gòu)圖如圖6。其主要工作原理為：雨水在排水管內(nèi)下流時多為沿管壁下流，經(jīng)過雨水連接器時，被截留進入輸入管內(nèi)，輸送至屋內(nèi)的水箱，當(dāng)水箱液面超過雨水連接器的內(nèi)管管頂時，根據(jù)連通器原理，自動停止集水。至此，本樓層的收集工作完成，雨水進入下一樓層的雨水連接器進行下一樓層的收集，雨水逐層收集，直至最終完成。圖6 雨水連接器結(jié)構(gòu)及原理示意圖此設(shè)計的優(yōu)勢在于：其突破了傳統(tǒng)的屋頂修建蓄水池的方式的局限，用雨水轉(zhuǎn)接器代替屋頂蓄水池，在實現(xiàn)了集水功能的同時，防止了對屋頂空間資源的占用，保證了屋頂正常的使用；在兩層管道之間用雨水轉(zhuǎn)接器鏈接，并運用連通器原理，實現(xiàn)水位的自動控制；此設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，可以在不改變現(xiàn)有

7、樓體構(gòu)造的條件下實現(xiàn)雨水的收集；3蓄水裝置的設(shè)計在小區(qū)每戶家庭中安裝蓄水池，收集和儲存從管道中和過濾過濾集水裝箱流下的雨水。蓄水池的另一端可以直接與馬桶等設(shè)施聯(lián)接，或者直接從蓄水池取用雨水澆花等使用。每戶家庭可以根據(jù)自己家庭的需要改裝蓄水池的用途。在江河發(fā)生水污染事件時，可以從蓄水池取水再利用凈水機凈化當(dāng)做緊急生活用水。定期在蓄水池中參加消毒劑，對雨水進行簡單消毒。2.3方案本錢估算： 表1方案設(shè)計本錢預(yù)算序列號零件單價每戶需要費用/元備注1雨水轉(zhuǎn)換器13.001個13.00根據(jù)PVC管的價格評估得出2改裝原有排水管8.001處8.00切斷原有管線，再連接轉(zhuǎn)接器3輸入水管6.002米12.00

8、軟管也可4大水桶25.001個25.00塑料桶即可5接頭3.002個6.00連接水箱與水管6水開關(guān)4.002個8.00可以只用一個合計69.00/每戶2.4工作原理及性能分析1工作原理雨水從樓頂經(jīng)雨水排水管到達雨水轉(zhuǎn)接器，下雨時，翻開居民房屋內(nèi)部水箱的進水開關(guān)1，由輸入水管將雨水儲存在水箱中，水箱的另一側(cè)連接座便器。當(dāng)需要沖洗座便器時，翻開開關(guān)2，水箱中的水流入座便器內(nèi)到達沖洗的目的。2性能分析圖7為利用雨水的建筑中水系統(tǒng)工藝流程示意圖。其主要工作原理為：利用屋面收集雨水后，通過雨水排水管輸送至地下的雨水調(diào)節(jié)池，當(dāng)降雨量較大時，多余的雨水便排入小區(qū)的雨水管網(wǎng)。雨水調(diào)節(jié)池的雨水經(jīng)簡單的處理后送入

9、中水池，與建筑排水的中水處理水相混合，通過中水供水系統(tǒng)送至用戶，用于生活用水及洗廁洗車、澆灑綠地等。圖7利用雨水的建筑中水系統(tǒng)工藝流程示意圖這種設(shè)計目前技術(shù)已經(jīng)比擬完善，英國泰晤士河水公司設(shè)計的世紀圓頂工程和中國的北京朝陽公園的雨水利用系統(tǒng)原理即與此相似，這種設(shè)計能夠節(jié)省自來水用量，緩解城市水資源的供給矛盾，并可有效減少城市地面水徑流量延滯匯流時間，減輕排水設(shè)備的負擔(dān)，但將其用于普通的城市工民建就暴漏了許多缺乏：此種設(shè)計的傳統(tǒng)雨水利用裝置需在樓頂修建水箱蓄水，這樣的設(shè)計增加了樓頂尾面的荷載，必須充分考慮屋面強度要求并注意防滲防漏，以免造成建筑物損壞或給居民生活帶來不便，此外這樣的設(shè)計占據(jù)了樓頂

10、的大塊面積，很有可能因設(shè)計與使用的矛盾對屋頂正常設(shè)備如居民的太陽能熱水器等造成影響；而本裝置的設(shè)計，將蓄水裝置分割為多個分布于不同樓層的水箱，防止了傳統(tǒng)設(shè)計帶來的種種不便；這種傳統(tǒng)設(shè)計需在地下修建多個處理池，造成的后果首先就是不經(jīng)濟，其次處理不當(dāng)容易造成地基沉降，對建筑物正常使用構(gòu)成威脅；而本設(shè)計那么不存在類似問題，可以在不改變原有建筑構(gòu)造的條件下即可實現(xiàn)雨水的收集利用。綜上分析得出，在普通工民建高層建筑中，較之于傳統(tǒng)的雨水收集利用裝置 我們的所設(shè)計的高層雨水收集與利用裝置在節(jié)能、經(jīng)濟、方便、實用方面有明顯優(yōu)勢。3.創(chuàng)新特色1利用普遍作為廢水的雨水作為取水來源，節(jié)約資源；2將蓄水裝置分割為多個

11、分布于不同樓層的水箱，防止了傳統(tǒng)設(shè)計帶來的種種不便；3克服傳統(tǒng)設(shè)計需在地下修建多個處理池，造成不經(jīng)濟、容易導(dǎo)致地基沉降的威脅；4可以在不改變原有建筑構(gòu)造的條件下即可實現(xiàn)雨水的收集利用。4.應(yīng)用前景從工程投資發(fā)面來看，雨水利用設(shè)施造價普遍偏低，只需要國家投入一小局部資金，其余可以由小區(qū)自身支付，有的根本不需要投資，經(jīng)濟支出較小。所以建設(shè)雨水利用工程在經(jīng)濟上比擬可行。從開展趨勢上看，現(xiàn)在世界各國都充分認識到雨水蘊含能量的重要意義，并且致力于研究雨水利用，這樣一套有關(guān)雨水收集利用的裝置，可以將雨水的收集利用應(yīng)用于日常生活中，在不改變房屋現(xiàn)有構(gòu)造的情況下實現(xiàn)雨水的自動收集和利用，整個過程完全自動化，不需要人工操作，到達綠色節(jié)能的目的。從綠色節(jié)水方面，目前，國家標(biāo)準化委員會發(fā)布的?6升水便器配套系統(tǒng)標(biāo)準?是國家強制性標(biāo)準，要求產(chǎn)品每次沖洗周期大便沖洗用水量不大于6升。我們每戶居民每天用廁頻率都很高，將這樣大的一局部水節(jié)約下來，能夠?qū)崿F(xiàn)綠色節(jié)能的目的。每戶家庭可以根據(jù)自己家庭的需要改裝蓄水池的用途。在江河發(fā)生水污染事件時，可以從蓄水池取水再利用凈水機