一種新型熱水器初期棄水回流加熱系統的設計

蔡璐陽

(武漢大學 土木建筑工程學院,湖北 武漢　430072)

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一種新型熱水器初期棄水回流加熱系統的設計

蔡璐陽

(武漢大學 土木建筑工程學院,湖北 武漢430072)

針對熱水器使用過程中，大量初期冷水被棄用的現象，提出利用微型水泵和溫控開關進行回流加熱的方法，解決水資源浪費問題。裝置設備簡單，運行智能化、便捷化，且投資小。

回流管道;微型水泵;溫控開關;智能化;便捷化

隨著我國社會經濟不斷發展，資源需求日益增長，環境與發展的矛盾不斷加深，水資源作為不可替代的自然資源,在經濟發展和人民生活中占有重要地位[1]。在非全日制熱水循環管網中，熱水器剛開始運行時會流出部分冷水，人們常常直接將這部分冷水未加以利用就直接排走，長期下來會浪費相當一部分水資源。本裝置是在傳統熱水器的基礎上進行改造的二代熱水器系統，相比于傳統熱水器，這一新型系統采用了水泵和智能化的溫控開關，將會對初期冷水的回流加熱進行更細致的處理，解決打開熱水器后放出的部分冷水被棄的問題。

1　工作原理

回流管中安裝水泵，主水管中安裝一個溫控開關和一個三通控制閥，溫控開關分別控制水泵和三通控制閥。

當水流入主水管，溫控開關感應到溫度低于設計溫度，則關閉三通閥，打開水泵工作，使水沿回流管回流到熱水器重復加熱至設計溫度。當水溫達到設計溫度時，溫控開關控制水泵停止工作，三通控制閥打開，熱水器正常工作。

由于將溫控開關放置在主水管中，能夠在第一時間感應到水溫的變化，整個裝置更加精密，誤差更小。且采用了三通閥，使系統便于控制，當水溫達不到設定溫度時能確保水不會流出主水管。

圖1　裝置原理圖

2　模型設計

2.1微型水泵

出于對本系統體積，抽水量以及經濟等方面的綜合考慮，我們決定使用微型水泵。經過計算，需要水泵的流量為0.6L/min,揚程為3m.因此我們選擇常規微型水泵：ORS25-10微型水泵。

圖2　ORS25-10微型水泵

2.2溫控開關

2.2.1溫控開關選擇裝置需要的溫控開關必須設定簡單，且使用起來便捷，安裝和接線也十分方便，比較后選用LK-5電子溫控開關，并選用防水探頭，使用溫度為0℃～99℃，操作方便，可同時設定溫度和時間[2]。

2.2.2性能參數

圖3　LK-5電子溫控開關

電源電壓：AC220V/50Hz;安全負載：1100W(阻性)600W(感性);

控制精度：±1℃;感溫元件：NTC;

控溫范圍：0℃～99℃;控制溫差：1℃～99℃;

溫度校正范圍：-5℃～5℃;時間控制模式：間歇式，預約式，倒計時式;

時間定時范圍：1～99min;倒計時式：0001～9999min;

預約式：0001-9999min;外形尺寸：146*97*45mm

2.3熱水器

由于在模型模擬階段，直接采用熱水器模擬條件有限，操作困難，因此使用飲水機來模擬熱水器，僅測試當水溫低于設計溫度時系統將水抽回至飲水機的可行性。飲水機的優點是當水加熱到一定溫度后可以保溫，便于進行實驗。

2.4其他器材

水管：選取一般四分的水管四根，其中1m兩根，1.5m一根，0.5m一根，用三通管連接。

三通管、軟管、絕緣膠若干，切割刀，扳手等。

2.5模型

圖4　裝置模型圖

3　裝置性能測試

1)用飲水機模擬熱水器，測得飲水機的保溫溫度約為為73℃～75℃.我們將啟動溫度設定為室溫25℃，停止溫度設為70℃，并將水泵與溫控開關連接。

2)將裝置上的一根連接軟管接到飲水機熱水出水口上，另一端接到事先準備的水盆中。向飲水機中倒入25℃的水，接通飲水機電源開始加熱一會兒，此時我們打開飲水機熱水出水口，由于流出的水遠沒有達到停止溫度70℃，溫控開關啟動水泵，將水抽入回流管，此時我們觀察到水從回流管中流入飲水機中。

3)待飲水機中的水加熱完畢并處于保溫狀態時，由于此時溫度已經超過70℃，打開飲水機熱水出水口，此時，溫控開關停止工作，觀察到水直接從下端閥門流出。

圖5　裝置性能測試

4　技術經濟比較分析

4.1項目投入與產出

投入：水泵報價：50元，溫控開關報價：20元。

產出：節省水量預估：一般太陽能熱水器放置于樓頂，由水管接入一般家庭，設水管長度為10m，普通家用熱水器水管為DN15，計算可知一次可節省的水約為1.767kg.假設一家三口人，每人每天洗臉和洗澡共兩次，一共為六次，則可節省水10.603kg，一年約為3870kg.每1000kg水約為4元，則一年可節省水費為15.48元。

如果繼續推廣，比如山莊旅游賓館，溫泉賓館等，管徑DN50,管長500～1000m,這樣一次可節省的水約為981.7～1963.5kg，而因為循環管管徑不變，相應水泵成本基本上也不會增加多少，約100元左右。

4.2經濟效益

由以上投入和產出的數據可知，最少約4年即可實現產出大于投入，項目經濟效益相當可觀，可為使用的家庭節省一筆開支。

5　裝置應用前景

當今社會提出要大力促進生態文明建設，促進水資源的節約利用[3]。熱水的使用是我們日常生活不可缺少的一部分，熱水器運行初期浪費的這一部分冷水，日積月累將造成水資源的浪費。特別是在一些用水多，用水量大的地方，如果不及時采取措施，會浪費相當一部分水資源。

常見的用水大用戶有食堂，醫院，屠宰場以及各式各樣的工廠。這些地方如果不注重水資源的節約，將沒有加熱到設計溫度的水隨意排出，長期積累下來將浪費大量寶貴的水資源。本項目不僅操作智能便捷化，且經濟適用，使用壽命的長，對于用水大戶來說，將本裝置稍加改造，適當增大水泵的功率，可以節省大量的水資源，是一個相當經濟的選擇；而對于普通家庭，根據需要選擇合適的水泵，也可以滿足家庭需求。

[1]王媛，盛連喜，李科，等.中國水資源現狀分析與可持續發展對策研究[J].水資源與水工程學報，2008，19(3)：10～15．

[2]陳少鳳.具有溫控開關的電熱水器[P].2000—03—01．

[3]楊成立，劉志強.淺談我國水資源狀況及保護對策[J].山西建筑，2003，10(4)：19～21．

2016—03—06

蔡璐陽(1995—)，女，湖北浠水人，主要研究給排水工程、廢水資源化.

O342

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1009-2714(2016)02- 0100- 04

10.3969/j.issn.1009-2714.2016.02.022