淺析健身器械發電應用于家庭中水回用裝置

楊軍輝 羅衛東 劉晶茹 王 晶

（大連海洋大學海洋與土木工程學院，遼寧 大連 116023）

淺析健身器械發電應用于家庭中水回用裝置

楊軍輝 羅衛東 劉晶茹 王 晶

（大連海洋大學海洋與土木工程學院，遼寧 大連 116023）

隨著生活節奏的提高，人們的健身場所逐漸由戶外轉移到戶內，這就促進了室內健身器械產業的發展，如果在使用健身器材達到鍛煉目的的同時，能將健身器械產生的能量收集再利用，則能形成一套具有互惠性的節能運動健身系統。中水回用可以將生活污水處理后用于廁所沖洗。結合倆者的優點與用途，針對家庭衛生間排水規律設計了一套中水回用裝置，將衛生間內污染較輕的洗浴污水收集再處理作為沖廁水源，同時利用家庭跑步機為該裝置提供能量，達到節約水源，能量再利用的目的。

家庭跑步機；中水回用；節能環保

1 研究背景

隨著生活水平的提高和經濟的發展，城市人口不斷增多，城市小區生活用水量和污水量也隨之增加，從而使我國的水資源更加短缺。傳統的污水處理方法是將城市污水截留到污水處理廠，處理后排放到江河湖海。如果在污水處理廠基礎之上建立中水回用設施，投資將會增大。反觀，如果在小區內部能夠進行中水回用，那么不僅有利于節省投資，同時處理后的水還能滿足小區居民沖廁綠化用水，節省水資源，也減輕了城市污水處理管網的負荷。同時，在現代社會，人們生活節奏逐漸加快，上班工作占據了人們大量的時間，導致人民的身體素質不斷降低，家用跑步機便逐漸進入千家萬戶。人們在室內運動的同時產生了大量的機械能，這些能量卻白白浪費，如果能將這些機械能量收集來帶動發電裝置發電，產生的電量再利用蓄電裝置儲蓄，然后為家庭中水會用裝置提供動力，這樣集健身與發電為一體，不僅節省電能，而且實現能量的充分利用。本文就針對較低層小區家庭跑步機發電用于中水回用裝置進行了研究。

2 系統組成及流程

2.1需要考慮的因素

根據家庭洗浴廢水排水和沖廁用水的規律，設計一套合適的收集利用裝置主要從以下幾個方面考慮：（1）每天的洗浴廢水水量是否滿足該日沖廁水量的要求；按照建筑中水設計規范GB50336—2002和GB50015—2003說明中建筑物中水水源中給出的住宅沖廁用水量為 30～60（L/人·d），而淋浴和盥洗用水為50～100（L/人·d），因此，減去損耗，淋浴和盥洗用水完全足夠用來沖洗馬桶。（2）該裝置所占空間是否能讓人接受；若每戶家庭按 4人計算，即每戶家庭一天沖廁用水量Q=4*35L=140L。根據衛生間大小，采用同層排水，可以設集水箱的高為 350（地板沉降一般為 400），長寬均設為1000，則集水箱的容積為350L 。根據中水設計規范給出的數據可知，一個四人家庭一天收集的淋浴洗漱用水最多為400L，剖出一些損耗，水箱大小基本滿足對淋浴洗漱污水的收集。（3）洗浴廢水處理后能否達到中水標準；采用收集、曝氣、絮凝、沉淀、過濾、消毒的工藝能達到中水水源標準。（4）跑步機提供的能量是否能滿足需要；給該裝置的小型提升泵提供兩路電源，當跑步機提供能量不充足時，自動轉換到家庭電源。

2.2系統工作原理及原理圖

衛生間的洗浴污水通過重力自流進入位于沉降層內的硬塑料大集水箱，經過曝氣的污水由微型泵提升至地面小水箱，在小水箱內過濾，再經臭氧、紫外線燈消毒后抽至馬桶水箱。該系統利用人在健身單車上運動健身所產生的機械功作為發電機的牽引動力以使發電機輸出電能,通過穩流整流作用為微型泵的提供電能，多余電能存儲在蓄電池。

圖1　系統原理圖

3 系統中各部分設備原理分析

3.1微型泵的選擇

泵是輸送和提升液體的機器。它是將原動機的機械能轉化為被輸送液體的能量，使液體獲得動能或勢能。根據本裝置中大小水箱和家庭衛生間馬桶水箱的安裝高度及水箱內水流變化可以選擇流量30～60L/min,揚程不超過10m的微型泵。即Q=3000L/h，H=5m，選用兩個這樣的泵，一個置于大的集水箱內，用于向小集水箱內抽吸收集到的洗浴水；一個置于小水箱內，用于向馬桶水箱抽水。

3.2大小水箱材質的選擇

在該裝置中筆者需要大小水箱來貯存，處理洗浴污水，但這些設備本身容易引起水質的污染，污染的來源有幾個方面：本體、附件以及停留的時間過長。傳統的鋼筋混凝土式的水池或者水箱因為其表面極其粗糙，非常容易生苔蘚，細菌，滋生微生物。如果采用鋼板式水箱，則比較容易銹蝕，從而造成污染。不銹鋼水箱雖然耐腐蝕但造價高，所以結合衛生間空間的大小，同時考慮衛生間采用同層排水的方式，以及經濟性和實用性等各方面因素，采用塑料水箱是最好的選擇。

3.3洗浴污水大水箱工作原理

為了節省空間，增強該裝置的可行性，將大小水箱放置于衛生間沉降層，箱底放置兩排曝氣孔，由位于箱外的小型鼓風機吹氣，同時投加適量5mg/L(以三氧化二鋁計)混凝劑聚合鋁。

3.4地面小水箱工作原理

過濾器置于小水箱中心處，它是由微孔陶瓷外面包圍一圈毛面麻袋構成的，且將麻袋毛面向外，絮凝后的污水經過麻袋時較大顆粒物、絮狀物被過濾在外側。在小水箱出水側進行臭氧和紫外線消毒。

3.5發、用、蓄電系統工作原理

根據健身器械的運動狀況，健身器械動能發電系統，是利用人在健身器材上運動時產生的動能，帶動發電機轉子進行發電的余能回收系統。通過對對充放電過程進行智能控制并與電網相連接，實現高效儲能和綜合利用。針對健身環境，運動器械，人體運動的特點，設計這一套發電/供電系統為微型泵提供能量。跑步機運動帶動發電機發電，由于跑步機運動的不穩定性導致發電機出來的電能處于波動狀態，所以要先經過電力電子控制裝置處理然后給微型泵使用。當發電機發出的電能多于微型泵的需要時，多余的電能經蓄電池收集，待發電機發出的電能少于微型泵的用電量時，蓄電池為其提供能量。

4 結語

隨著我國經濟的不斷發展，人口的逐漸增加，淡水資源需求量也日與劇增，然而伴隨著經濟的騰飛，大量工業、生活污水的排放使淡水資源的問題更加惡化。長此以往，淡水資源的枯竭不但影響國民的衣食住行，也必定制約國家經濟的騰飛。因此，中水回用技術是一個百利而無一害的解決辦法。 而伴隨人們生活水品的提高，參與健身積極性越來越強，各類健身房也應用而生。為調節運動強度，健身器械通常裝有阻尼裝置，而阻尼裝置的阻力將使人體運動產生的機械能轉變為熱能而被消耗掉，很難將其回收利用。本文針對家庭衛生間的排水特點，同時結合家庭跑步機發電的理念，設計了一套自給自足的中水回用裝置，既節省了淡水資源，又使能量能充分利用，達到綠色環保、可持續發展的目的積極響應低碳經濟。

[1] 李龍龍.基于健身器材的發、用電系統的設計[J].科技創新導報,2010,(26):25-26.

[2] 陳圣吉,鄭陽,段波,等.基于電力電子控制電路的健身單車發點系統的研制[J].科技創新導報,2009,(4):79-79.

Analyses the equipment power applied to household water reuse equipment

With the improvement of life rhythm, people's bodybuilding arena gradually turn outdoor from indoor, it will promote the development of indoor fitness equipment industry.If we can achieve the goal of exercise by using of exercise fitness equipment ,and meanwhile make the energy produced by fitness equipment recycled,then we can form a set of energy-saving exercise system with reciprocity.Water reuse can be used for toilet flushing after the appropriate dealing ,and it can be used for toilet flushing. Combining the advantages with purposes,we design a set of water reuse device which aimed at domestic toilet’s drainage patterns,that collects the bathing lightly waste water and treats them as flushing water, simultaneously I use family treadmill to provide energy to the device in order to save water and achieve the purpose of energy recycle.

Family treadmill;water reuse energy conservation; environmental protection

X799

A

1008-1151(2015)04-0079-02

2015-03-11

遼寧省大學生創新創業訓練計劃項目資助。

楊軍輝（1992-），男，大連海洋大學海洋與土木工程學院在讀本科生，研究方向為給水排水工程專業；羅衛東 (1963-) ，男，大連海洋大學海洋與土木工程學院副教授，研究方向為給水排水工程；王晶( 1982-)，女，大連海洋大學海洋與土木工程學院講師，研究方向為給水排水工程。

劉晶茹 ( 1976-) ，女，大連海洋大學海洋與土木工程學院講師，研究方向為給水排水工程。