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基于水資源再利用的自動(dòng)蓄水循環(huán)系統(tǒng)

2011-05-22 07:26:36角文濱,徐鎮(zhèn)標(biāo),林普靖
關(guān)鍵詞:單向閥供水管蓄水

21世紀(jì),水資源匱乏已成為一個(gè)全球性的問題。中國水資源總量豐富,但是在人均分配上,卻達(dá)不到世界人均水平的1/8,節(jié)約城鄉(xiāng)居民生活用水成為節(jié)約水資源的一種有效途徑。

中高層建筑供水長期以來采用如圖1所示方式。即先將水道管網(wǎng)的水儲(chǔ)存在蓄水箱,然后通過水泵加壓送水。

圖1 中高層建筑供水方式[1]

中高層建筑的供水方式不但需要巨大的設(shè)備投資,而且加壓抽水消耗大量的電能,加劇城鄉(xiāng)居民生活電力的消耗。

提出基于水資源再利用的家庭自動(dòng)蓄水循環(huán)系統(tǒng),主要面向廣大農(nóng)村及城郊居民,建議將水箱安裝在居民獨(dú)立樓房的頂層,并設(shè)置雨水收集系統(tǒng),與內(nèi)部供水管道結(jié)合,解決城鄉(xiāng)居民夏天生活用水緊張問題,改變二次加壓系統(tǒng)的電力資源損耗現(xiàn)狀。

1 基于水資源再利用的自動(dòng)蓄水循環(huán)系統(tǒng)

水資源再利用的家庭自動(dòng)蓄水循環(huán)系統(tǒng)涉及到雨水收集系統(tǒng)及內(nèi)部供水管道的布置,需要從整體上對房屋架構(gòu)及二次循環(huán)可利用水的供水管道進(jìn)行重新鋪置,以實(shí)現(xiàn)最大程度的蓄水。它主要由自動(dòng)循環(huán)蓄水系統(tǒng)、二次循環(huán)水利用及房屋設(shè)計(jì)3部分組成,見圖2。

圖2 自動(dòng)循環(huán)蓄水系統(tǒng)整體圖

(1)自來水水箱通過浮球機(jī)構(gòu)外接用戶自來水主管道,自動(dòng)補(bǔ)給及蓄水控制,主要用于居民日常生活用水的供給;

(2)房屋的頂層作為雨水收集系統(tǒng)的一部分,與雨水箱相連,通過溢流孔自動(dòng)控制雨水收集量,主要用于居民日常清潔用水的供給;

(3)在旱季,雨水箱提供的日常清潔用水可通過自來水水箱與雨水箱的可調(diào)性單向閥由自來水系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)給;

(4)內(nèi)部供水管道可分別供應(yīng)日常生活用水及清潔用水,水源分別來自自來水水箱和雨水箱;

(5)樓上的生活用水收集后成為樓下的清潔用水,供循環(huán)使用。

1.1 自動(dòng)蓄水循環(huán)系統(tǒng)

自動(dòng)蓄水循環(huán)系統(tǒng)主要采用A/B雙箱設(shè)計(jì),即自來水水箱和雨水箱,見圖3。根據(jù)正常家庭(以3口人計(jì))月均8 t水計(jì)算(折合為8 000 L水),用水量約為270 L/天。根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定,建筑物高位水箱的調(diào)節(jié)面積不宜小于最大時(shí)用水量的50%。家庭自動(dòng)蓄水循環(huán)系統(tǒng)的水箱體積是按照1.0~1.5天的蓄水量計(jì)算,自來水水箱的容積為0.5 m3,雨水箱的容積為0.94 m3,使得雨水箱能收集盡可能多的雨水。當(dāng)然,在水箱的體積上,用戶也可以根據(jù)日常用水量的多少調(diào)節(jié)大小,但是建議水箱的蓄水量不超過兩天的平均用水量,以避免二次供水的消毒問題。

圖3 水箱的全剖視圖

自來水水箱外接自來水主管道,主要用于家庭日常用水的供給。在夏天用水高峰期時(shí),城鄉(xiāng)居民生活用水水壓往往不夠,需要二次加壓蓄水。二次加壓蓄水就帶來電力能耗問題。據(jù)調(diào)查了解,一般居民使用的家用抽水泵功率≥0.03 kW[3],如果在用戶和使用時(shí)間達(dá)到一定量的基礎(chǔ)上,那么消耗的電力資源量是巨大的。以一個(gè)中小型城市百萬人口計(jì)算(約合33.3萬家庭),選用普通電機(jī)功率0.5 kW,日均使用時(shí)間2 h,使用時(shí)間90天,夏季額外的電力能耗計(jì)算公式如下:

0.5×2×90×33.3×105=3.0×108(kW·h)

由此可見,中國一年在城鄉(xiāng)居民生活用水方面,要消耗大量的電力資源。夏天用水高峰期過后,到了深夜,供水管道的水壓往往會(huì)恢復(fù)高壓。據(jù)調(diào)查,一般能自動(dòng)補(bǔ)給到18 m以上的樓層高度,相當(dāng)于6層樓的高度。利用晚上水壓較高自動(dòng)補(bǔ)充水箱,自然蓄水,不僅節(jié)約了二次加壓蓄水所消耗的電力資源,而且方便城鄉(xiāng)居民的生活。

本方案采用浮球閥門機(jī)構(gòu)自動(dòng)開閥蓄水和關(guān)閉閥門,見圖4。在蓄水量超過一定值后,蓄水箱里的液面會(huì)浮起浮球,當(dāng)浮球升到一定高度之后,終止自來水的進(jìn)入。當(dāng)用水使水位降低,浮球下降,打開閥門進(jìn)水。

樓房頂層通過水管把雨水收集到雨水箱。雨水箱通過溢流孔調(diào)控水量,過多的雨水能通過排水管道溢出。

在自來水水箱和雨水箱之間采用單向閥連通,可調(diào)性的單向閥可以人為調(diào)節(jié)螺釘,使得彈簧的預(yù)緊力可調(diào),見圖5。雨水箱的水位低于設(shè)定的水位值時(shí),單向閥兩邊會(huì)形成水壓差,當(dāng)壓差超過彈簧預(yù)緊力的設(shè)定值之后,自來水水箱里的水就會(huì)通過單向閥補(bǔ)給雨水箱。當(dāng)兩邊蓄水量達(dá)到設(shè)定的值后,單向閥關(guān)閉,達(dá)到自動(dòng)調(diào)控的目的。用戶能根據(jù)自己的需要調(diào)節(jié)單向閥以實(shí)現(xiàn)蓄水量的調(diào)節(jié),水箱結(jié)構(gòu)見圖6。

圖5 單向閥結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖及全剖視圖

圖6 水箱結(jié)構(gòu)的正二測視圖

1.2 二次循環(huán)水利用

二次循環(huán)水指中水,也就是再生水,主要是指城市污水或生活污水經(jīng)處理后達(dá)到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),可在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用水,其水質(zhì)介于上水與下水之間。目前,建筑的中水利用系統(tǒng)是將建筑或小區(qū)內(nèi)使用后的生活污水、廢水經(jīng)適當(dāng)處理后回用于建筑或小區(qū)作為雜用水。

二次循環(huán)水利用系統(tǒng)就是對二次循環(huán)可利用水不經(jīng)任何處理的再次利用。在廚房的排水系統(tǒng)上,采用雙水槽分流處理,將二次循環(huán)可利用水及不可利用水分開處理,對可循環(huán)利用水,如洗米水、洗菜水等,通過收集,使之流入L型管道,在重力勢能的作用下,高樓層的生活廢水能在低樓層使用,最大化地利用生活廢水。

1.3 概念房設(shè)計(jì)

新型概念房包括雨水收集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和屋內(nèi)供水管道的布置(圖7)。把新型概念房的頂層作為雨水收集系統(tǒng)的一部分,使得收集到的雨水盡可能多地流入蓄水系統(tǒng)。以湛江市各縣區(qū)年均下雨量為2 025.75 mm計(jì)算,假設(shè)概念房頂層雨水收集面積為80 m2,那么1年下來收集到雨水量為2.0×80=160 m3,約合160 t水。假若有100萬人采用這套系統(tǒng),那么1年下來湛江市可節(jié)省的用水量約為1.6×108m3。

圖7 概念房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2 蓄水箱的消毒

水箱的消毒一般有:(1)在水箱的出水管上設(shè)紫外線消毒器;(2)電解法次氯酸鈉發(fā)生器;(3)電解法二氧化氯復(fù)合消毒劑發(fā)生器;(4)水箱自潔消毒器[2]。自潔消毒器的前提是水中的氯化物含量不小于15 mg/L,并有數(shù)小時(shí)的停留時(shí)間。根據(jù)規(guī)定,生活飲用水箱在48 h不能得到更新時(shí),應(yīng)設(shè)消毒處理裝置。但多數(shù)情況下遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足48 h內(nèi)更新的要求,一般不需要設(shè)消毒裝置。但對于醫(yī)療機(jī)構(gòu)等易產(chǎn)生病菌污染的特殊場所,或者從應(yīng)急角度而言,水箱設(shè)置消毒設(shè)施還是很有必要的,而且必須做好平時(shí)的維護(hù)與管理。

3 結(jié)論

據(jù)相關(guān)研究報(bào)告,我國每年由于缺水帶來350億美元的經(jīng)濟(jì)損失。我國水資源利用效率低,每生產(chǎn)1美元的GDP,其耗水量是20國集團(tuán)平均水平的4倍。我國大約1/5的用水完全可以回收利用[4]。而文中提出的基于水資源再利用的家庭自動(dòng)蓄水循環(huán)系統(tǒng)就是基于上述考慮而設(shè)計(jì)的,希望通過利用夜晚水壓較高自動(dòng)補(bǔ)給水箱,減少由于家用抽水泵的使用導(dǎo)致的電能損耗;增設(shè)對雨水收集的同時(shí),提高對雨水的利用率,達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

[1] 柳澤清.日本直連式供水技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用介紹[C]//中國水協(xié)設(shè)備材料委二次供水設(shè)備選型與應(yīng)用技術(shù)交流研討會(huì)論文集.廣西北海:1-3.

[2] 王研.談生活水箱設(shè)計(jì)的若干問題[J].給水排水,2005,31(12):1-2.

[3] From GRUNDFOS Corporation[OL].http://www.grundfos.com/.

[4] 張玉梅.基于自給的新加坡水資源戰(zhàn)略[J].再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì),2011,4(48):40-44.

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