1、住宅建筑雨水的回收再利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jiǎn)介雨水對(duì)調(diào)節(jié)和補(bǔ)充城市水資源量，通過(guò)合理的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，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(guò)濾水箱相接。使下落的雨水由雨水轉(zhuǎn)接器順利進(jìn)入輸入水管，經(jīng)過(guò)過(guò)濾并進(jìn)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(jiǎn)單，造價(jià)低廉，維護(hù)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(guó)的雨水收集在古代就已經(jīng)開(kāi)始，早在秦漢時(shí)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(guó)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(jì) 80年代到90年代約20年時(shí)間里開(kāi)展起來(lái)。隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大和人口急劇增長(zhǎng)，城市缺水的矛盾也進(jìn)一步加深，環(huán)境與生態(tài)問(wèn)題也同步擴(kuò)展，有專家指出到2030年，我國(guó)將缺水400至500億立方米。城市居民的所有用水都是來(lái)自自來(lái)水公司，每年的用水費(fèi)額是一筆不菲的開(kāi)支。現(xiàn)在水污染事件頻繁發(fā)生，給城市居民的生活用水帶來(lái)了嚴(yán)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(yán)重污染，沿岸數(shù)百萬(wàn)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(xiǎn)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(lái)水污染事件，30萬(wàn)市民經(jīng)歷了近三天的“水危機(jī)。停水帶來(lái)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(zhǎng)隊(duì)；人們紛紛涌入超市搶購(gòu)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(duì)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(guó)外對(duì)這一課題的研究起步較早，而我國(guó)在城市住宅收集利用雨水的問(wèn)題上并沒(méi)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(lái)水受到化學(xué)等試劑污染時(shí)，可以利用自家回收的雨水，除了廁所沖水、澆花外，再買一臺(tái)凈水機(jī)，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(guó)內(nèi)有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值，該領(lǐng)域有很大的開(kāi)展空間。2.設(shè)計(jì)原理2.1設(shè)計(jì)思路本作品中設(shè)計(jì)的雨水轉(zhuǎn)接器是由兩個(gè)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(shí)，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(méi)雨水轉(zhuǎn)接器的內(nèi)圓柱時(shí)，雨水停止注入水箱，由雨水排水管排下，進(jìn)入下一樓層的儲(chǔ)水工作中，工作原理同上一樓層。這樣，雨水實(shí)現(xiàn)逐層的收集，至此，實(shí)現(xiàn)各樓層雨水的收集。設(shè)備整體方案設(shè)計(jì)圖如圖3。圖3 設(shè)備整

5、體方案設(shè)計(jì)圖2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1集水裝置的設(shè)計(jì)對(duì)于集水裝置的要求主要考慮到以下幾個(gè)方面：不能影響正常建筑物的使用，不占用居民過(guò)大空間；對(duì)原有管道的改裝盡可能小，以節(jié)省開(kāi)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(jìn)水口處增加過(guò)濾網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)雨水的簡(jiǎn)單凈化及自動(dòng)收集功能。其根本原理如下：雨水經(jīng)過(guò)樓頂過(guò)濾網(wǎng)的簡(jiǎn)單凈化進(jìn)入樓房的排水管內(nèi)，然后經(jīng)由一個(gè)雨水連接器進(jìn)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(guò)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(guò)濾集水裝箱2雨水連接器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(shí)多為沿管壁下流，經(jīng)過(guò)雨水連接器時(shí)，被截留進(jìn)入輸入管內(nèi)，輸送至屋內(nèi)的水箱，當(dāng)水箱液面超過(guò)雨水連接器的內(nèi)管管頂時(shí)，根據(jù)連通器原理，自動(dòng)停止集水。至此，本樓層的收集工作完成，雨水進(jìn)入下一樓層的雨水連接器進(jìn)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(jì)的優(yōu)勢(shì)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(shí)現(xiàn)了集水功能的同時(shí)，防止了對(duì)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(yùn)用連通器原理，實(shí)現(xiàn)水位的自動(dòng)控制；此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以在不改變現(xiàn)有

7、樓體構(gòu)造的條件下實(shí)現(xiàn)雨水的收集；3蓄水裝置的設(shè)計(jì)在小區(qū)每戶家庭中安裝蓄水池，收集和儲(chǔ)存從管道中和過(guò)濾過(guò)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(shí)，可以從蓄水池取水再利用凈水機(jī)凈化當(dāng)做緊急生活用水。定期在蓄水池中參加消毒劑，對(duì)雨水進(jìn)行簡(jiǎn)單消毒。2.3方案本錢估算： 表1方案設(shè)計(jì)本錢預(yù)算序列號(hào)零件單價(jià)每戶需要費(fèi)用/元備注1雨水轉(zhuǎn)換器13.001個(gè)13.00根據(jù)PVC管的價(jià)格評(píng)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(gè)25.00塑料桶即可5接頭3.002個(gè)6.00連接水箱與水管6水開(kāi)關(guān)4.002個(gè)8.00可以只用一個(gè)合計(jì)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(dá)雨水轉(zhuǎn)接器，下雨時(shí)，翻開(kāi)居民房屋內(nèi)部水箱的進(jìn)水開(kāi)關(guān)1，由輸入水管將雨水儲(chǔ)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(shí)，翻開(kāi)開(kāi)關(guān)2，水箱中的水流入座便器內(nèi)到達(dá)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(guò)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(shí)，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(jiǎn)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(guò)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(jì)目前技術(shù)已經(jīng)比擬完善，英國(guó)泰晤士河水公司設(shè)計(jì)的世紀(jì)圓頂工程和中國(guó)的北京朝陽(yáng)公園的雨水利用系統(tǒng)原理即與此相似，這種設(shè)計(jì)能夠節(jié)省自來(lái)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(shí)間，減輕排水設(shè)備的負(fù)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(jì)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(jì)增加了樓頂尾面的荷載，必須充分考慮屋面強(qiáng)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(lái)不便，此外這樣的設(shè)計(jì)占據(jù)了樓頂

10、的大塊面積，很有可能因設(shè)計(jì)與使用的矛盾對(duì)屋頂正常設(shè)備如居民的太陽(yáng)能熱水器等造成影響；而本裝置的設(shè)計(jì)，將蓄水裝置分割為多個(gè)分布于不同樓層的水箱，防止了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)的種種不便；這種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)需在地下修建多個(gè)處理池，造成的后果首先就是不經(jīng)濟(jì)，其次處理不當(dāng)容易造成地基沉降，對(duì)建筑物正常使用構(gòu)成威脅；而本設(shè)計(jì)那么不存在類似問(wèn)題，可以在不改變?cè)薪ㄖ?gòu)造的條件下即可實(shí)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(jì)的高層雨水收集與利用裝置在節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、方便、實(shí)用方面有明顯優(yōu)勢(shì)。3.創(chuàng)新特色1利用普遍作為廢水的雨水作為取水來(lái)源，節(jié)約資源；2將蓄水裝置分割為多個(gè)

11、分布于不同樓層的水箱，防止了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)的種種不便；3克服傳統(tǒng)設(shè)計(jì)需在地下修建多個(gè)處理池，造成不經(jīng)濟(jì)、容易導(dǎo)致地基沉降的威脅；4可以在不改變?cè)薪ㄖ?gòu)造的條件下即可實(shí)現(xiàn)雨水的收集利用。4.應(yīng)用前景從工程投資發(fā)面來(lái)看，雨水利用設(shè)施造價(jià)普遍偏低，只需要國(guó)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(jì)支出較小。所以建設(shè)雨水利用工程在經(jīng)濟(jì)上比擬可行。從開(kāi)展趨勢(shì)上看，現(xiàn)在世界各國(guó)都充分認(rèn)識(shí)到雨水蘊(yùn)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(shí)現(xiàn)雨水的自動(dòng)收集和利用，整個(gè)過(guò)程完全自動(dòng)化，不需要人工操作，到達(dá)綠色節(jié)能的目的。從綠色節(jié)水方面，目前，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)發(fā)布的?6升水便器配套系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)?是國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，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(lái)，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(shí)，可以從蓄水池取水再利用凈水機(jī)