丁艷　張輝

摘要：文章介紹了一種新型健康節(jié)能飲水系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計方案，將太陽能引入到家用日常飲水系統(tǒng)，作為飲水的預(yù)熱熱源，對凈化后的自來水進(jìn)行預(yù)熱，提高飲水初溫，并設(shè)計了具有三種水溫的控制系統(tǒng)，可以控制出水的溫度，具有冷水、溫水和開水的出水選擇，在飲水產(chǎn)品領(lǐng)域，具有一定的參考和推廣價值。

關(guān)鍵詞：節(jié)能環(huán)保；飲水機(jī)；太陽能；凈水器；水溫控制系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TP274 文章編號：1009-2374（2017）05-0110-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.053

當(dāng)今社會，國家大力提倡節(jié)能環(huán)保，社會倡導(dǎo)綠色、低碳、和諧、健康生活。我國的煤炭消耗在全世界的國家排名中居首位，而且在我國的能源消費中，煤炭的消耗又是最高的，煤炭的高占比消費對我國近幾十年的飛躍發(fā)展起到了不可替代的作用，但是社會也越來越突顯出環(huán)境污染嚴(yán)重和高能耗低效率的弊端。因此，大力發(fā)展新能源與可再生能源已成為我國21世紀(jì)發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)和全面建設(shè)小康社會刻不容緩的重要任務(wù)。太陽能是一種可再生可持續(xù)利用的經(jīng)濟(jì)型清潔能源，如何充分利用太陽能一直倍受各界的高度關(guān)注。近年來，我國太陽能熱水系統(tǒng)快速發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種住宅工程中，提高了人們的生活質(zhì)量，降低了能源的消耗，同時也降低了污染物的排放。本文將從家用飲水系統(tǒng)切入，將太陽能引入日常生活飲水系統(tǒng)，介紹一種新型健康節(jié)能飲水系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計方案，在飲水產(chǎn)品研究領(lǐng)域，將具有一定的參考價值和推廣價值。

1 系統(tǒng)介紹

家用新型節(jié)能飲水系統(tǒng)主要是將太陽能引入飲水系統(tǒng)，作為飲水的預(yù)熱熱源，提高飲水初溫，節(jié)省了電能的消耗，同時也改變了傳統(tǒng)的加熱方式，實現(xiàn)無膽加熱，即飲即熱，極大地節(jié)省了反復(fù)加熱時的能耗，同時也規(guī)避了“千滾水”的問題，并對出水溫度進(jìn)行控制，提供多種飲水溫度，并利用出水冷卻余熱，加熱廚房洗刷用水。該系統(tǒng)由凈水器、太陽能保溫箱、即熱器、冷卻器、加熱器、制冷器、儲水箱等裝置組成。系統(tǒng)大致結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 凈水器的選擇及工作原理

本系統(tǒng)的水源采用的是自來水，目前雖然自來水廠凈化水的技術(shù)得到了很大的提高，但是還不能完全達(dá)到直接飲用的程度，而且經(jīng)過太陽集熱器加熱后的飲用水也無法直接飲用，因此本文采用凈水器裝置，對水進(jìn)行凈化處理。考慮到溫度對凈水器的凈化作用有一定影響，本文將凈水器安裝在太陽能熱水器的前端，這樣整個系統(tǒng)的凈水效果最佳。

凈水器采用5級凈水裝置。第1級為PP濾芯棉，能濾除水中大顆粒的雜質(zhì)；第2級為顆?；钚蕴繛V芯，能去除水中異味、三氯甲烷其他的附產(chǎn)品；第3級為CTO壓縮活性炭濾芯，能深度去除余氯、異色、細(xì)菌等雜質(zhì)；第4級為超濾濾芯，過濾精度達(dá)0.01微米，深度濾除水中病毒、水中極微小的懸浮有毒有害物質(zhì)，保留有益人體的礦物質(zhì)微量元素；第5級為載銀后置活性炭濾芯，通過銀離子交換進(jìn)行活性炭的微孔，徹底改變了傳統(tǒng)吸附型產(chǎn)品不能分解有害氣體、重金屬離子，同時達(dá)到抑菌功能，以防再次污染。經(jīng)過五級凈化，能達(dá)到直接飲用的標(biāo)準(zhǔn)。

3 太陽能保溫箱改造設(shè)計及工作原理

太陽光透過集熱器的第1層玻璃外殼照射到第2層玻璃的黑色吸熱層上，該吸熱層是一種特殊的涂層，對太陽光中可見光具有很高的吸收作用，吸收太陽光的熱量，而吸熱層與第1層玻璃間又是真空隔熱的，所以絕大部分吸收的熱量只能傳給吸熱管內(nèi)的冷水，將吸熱管內(nèi)的冷水加熱為熱水，由于冷水的比重大，熱水就會自動上升，吸熱管不斷吸收熱量，不斷傳遞給吸熱管內(nèi)的冷水，從而形成一個循環(huán)的上升動力，將熱水不斷送入太陽能保溫箱，而太陽能保溫箱內(nèi)溫度相對較低的水也不斷進(jìn)入吸熱管進(jìn)行補(bǔ)充，如此循環(huán)，太陽能保溫箱內(nèi)的水不斷加熱。

本系統(tǒng)的創(chuàng)新點是將太陽能引入系統(tǒng)，來提高水的初溫，把太陽能保溫箱進(jìn)行改造，根據(jù)傳熱學(xué)的知識，可以采用逆流、增大換熱面積等方法來提高換熱效果，因此本文在太陽能保溫箱內(nèi)安裝螺旋盤管，增大換熱面積進(jìn)行換熱。經(jīng)過計算，該方案換熱效果很好，可以提高水的初溫，將太陽的保溫箱進(jìn)行改造，在保溫箱中安置螺旋盤管，飲用水經(jīng)過螺旋盤管與管外的熱水進(jìn)行換熱達(dá)到提高初溫的效果。

4 控制系統(tǒng)設(shè)計及工作原理

本系統(tǒng)的控制部分主要有冷水控制系統(tǒng)、溫水控制系統(tǒng)和開水控制系統(tǒng)。飲水系統(tǒng)設(shè)置了冷水按鈕（圖1中的冷水圖標(biāo)）、溫水按鈕（圖1中的溫水圖標(biāo)）和開水按鈕（圖1中的開水圖標(biāo)），通過三個按鈕選擇不同的出水溫度。

下面對其工作原理進(jìn)行大致的介紹：

4.1 冷水控制系統(tǒng)

冷水控制系統(tǒng)：可以獲取10℃冷水。

在炎熱的夏季，人們通常想飲用冷水來解渴，此時只需要按下冷水按鈕，便可得到一杯冷水。當(dāng)按下冷水按鈕，開關(guān)1打開，制冷器通電工作，同時進(jìn)行溫度檢測，當(dāng)水溫達(dá)到10℃時，開關(guān)10自動打開，從出水口便可以流出10℃的冷水。

4.2 溫水控制系統(tǒng)

溫水控制系統(tǒng)：可獲取40℃溫水。

在多數(shù)情況下人們習(xí)慣飲用溫水（人體適宜飲水溫度為40℃），無論炎熱的夏季還是寒冷的冬季，僅需按下溫水按鈕，便能得到一杯溫水。當(dāng)按下溫水按鈕，開關(guān)2和開關(guān)9便會自動打開，太陽能保溫箱內(nèi)具有一定溫度的水便會流向含有開關(guān)3、開關(guān)5和開關(guān)4的管路，而此時按下的是溫水開關(guān)，程序里已經(jīng)規(guī)定好取溫水控制系統(tǒng)中，開關(guān)4保持關(guān)閉狀態(tài)，所以開關(guān)4不會產(chǎn)生誤動作，在開關(guān)3和開關(guān)5處的水溫檢測傳感器，會檢測出管路中的水溫，當(dāng)溫度高于40℃時，開關(guān)3和開關(guān)6便會自動打開，通過換熱器將水的溫度冷卻到40℃左右，然后從出水口流出，而通過開關(guān)6流經(jīng)換熱器的冷卻水也就同時被加熱了，這樣的水存儲在儲水箱中，可以作為廚房的洗刷用水；如果經(jīng)過開關(guān)2的水溫低于40℃，開關(guān)5將會自動開啟，水便會進(jìn)入加熱器進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度達(dá)到40℃時，開關(guān)8便會自動打開，從出水口也可獲取40℃左右的溫水。在獲取40℃溫水后，再次按下溫水按鈕，開關(guān)2、3、5、6、9便會關(guān)閉，出水口不再流水溫水。

4.3 開水控制系統(tǒng)

開水控制系統(tǒng)：獲取100℃開水。

開水也不能離開人們的生活，當(dāng)人們需要開水時，則可以按下開水開關(guān)，便可以得到一杯熱騰騰的開水。當(dāng)按下開水按鈕，開關(guān)2和開關(guān)9便會自動打開，在太陽能保溫箱內(nèi)具有一定溫度的水便會流向含有開關(guān)3、開關(guān)5以及開關(guān)4的管路，由于按下的是開水按鈕，程序設(shè)定開關(guān)3和開關(guān)5一直處于關(guān)閉狀態(tài)，此時開關(guān)4中的溫度傳感器便會檢測水溫，當(dāng)溫度低于100℃時，開關(guān)4便會打開，然后通過即熱器進(jìn)行加熱，當(dāng)水溫達(dá)到100℃時，開關(guān)11便會打開，這樣從出水口流出的就是具有100℃的開水，獲取100℃開水之后，當(dāng)再次按下開水按鈕，便會使相關(guān)開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，出水口不再流出100℃的開水。

5 結(jié)語

本文對以上方案進(jìn)行了驗證測試，本方案將太陽能熱水器引入飲水系統(tǒng)，確實可以提高飲水的初溫；系統(tǒng)中選用即熱式加熱方式，極大地節(jié)省了反復(fù)加熱時的能耗，杜絕了“千滾水”的存在；通過相關(guān)的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了三種水溫飲用水的輸出；利用余熱，實現(xiàn)了廚房洗刷用水進(jìn)行適當(dāng)加熱。本設(shè)計方案具有一定實用價值與參考價值。

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作者簡介：丁艷（1980-），女，江蘇徐州人，中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院講師，碩士，研究方向：熱能與動力工程專業(yè)方面的教學(xué)與研究。

（責(zé)任編輯：王 波）