家用熱水器節(jié)水回水再利用智能系統(tǒng)開發(fā)

李 坤，崔亞飛，許玻琿，鄭 芙

（鄭州大學(xué) 河南 鄭州 450001）

1 研發(fā)背景

在地球的所有水量中僅有2.5%的淡水能夠供人類活動(dòng)使用。而我國(guó)更是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家。我國(guó)的人均淡水資源僅為世界人均量的1/4，甚至有6個(gè)省、區(qū)人均水資源量低于500m3，連一些干旱的阿拉伯國(guó)家都不如。同時(shí)，全國(guó)有300多個(gè)城市屬于聯(lián)合國(guó)人居署評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的“嚴(yán)重缺水”和“缺水”城市。如果不采取措施節(jié)約水資源，未來(lái)我們將會(huì)無(wú)水可用。

目前，大部分家庭使用燃?xì)鉄崴鳎以诙鄶?shù)家庭管路的布置中，燃?xì)鉄崴骱驮∈揖嚯x較遠(yuǎn)，此段距離水管中的水即為人們使用熱水器時(shí)最初需要放掉的冷水，此行為會(huì)造成水資源的大量浪費(fèi)。而且，我們?cè)谏钪袩o(wú)意浪費(fèi)的水也許就是缺水地區(qū)的“救命水”。此外，在現(xiàn)有的家庭淋浴用水中，對(duì)于管道內(nèi)殘存的冷水，一般家庭會(huì)直接放掉；只有少數(shù)家庭會(huì)將其收集用于沖廁等，但是這種方法相對(duì)較為麻煩。

因此，基于這一嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)現(xiàn)象，我們提出對(duì)家用熱水器以及其管道等設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑欤床捎霉?jié)水回水再利用智能系統(tǒng)。本系統(tǒng)利用單片機(jī)、及溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)閥門及動(dòng)力裝置（水泵）的智能控制，從而使這部分冷水能夠回流，重新進(jìn)入到家用熱水器中進(jìn)行加熱，等到其加熱到適宜溫度（即用戶設(shè)置的溫度）時(shí)，再?gòu)墓艿乐辛鞒鲆怨┯脩羰褂谩?/p>

2 系統(tǒng)組成及運(yùn)行方式

2.1 系統(tǒng)組成，見圖1。

圖1 系統(tǒng)工作原理圖

本系統(tǒng)由管道、水龍頭把手、溫度傳感器、管道泵、雙由止回閥組成。溫度傳感器安裝于靠近水龍頭把手處的雙由止回閥后方，用于檢測(cè)出水的溫度。管道泵采用泵吸式回水的方式，將管道中殘存的冷水抽吸回?zé)崴鬟M(jìn)行加熱。雙由止回閥用于控制管道中的水流流動(dòng)方向。

出水干管6一側(cè)與回水管7采用螺紋連接，管道泵3置于回水管7中，管道泵3前后有止回閥4，溫控電磁閥8位于出水干管6端部，溫控電磁閥1置于蓮蓬頭冷水管中。

本家用熱水器節(jié)水回水再利用智能系統(tǒng)，其特征在于，回水管7中置有管道泵3，管道泵3前后有止回閥2和4，溫控電磁閥1位于蓮蓬頭冷水管中，溫控電磁閥8位于出水管中。

2.2 運(yùn)行方式

本系統(tǒng)利用動(dòng)力裝置、溫控電磁閥、溫度傳感器和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)水管內(nèi)水的回流加熱，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

（1）電磁閥、溫度傳感器和洗浴把手設(shè)計(jì)成聯(lián)動(dòng)裝置，打開淋浴開關(guān)；

（2）管內(nèi)水流流動(dòng)，觸發(fā)溫度傳感器工作，測(cè)量溫度，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)將所測(cè)溫度與設(shè)定溫度比較，若未達(dá)到設(shè)定溫度，觸發(fā)繼電器工作，電磁閥1、2關(guān)閉，電磁閥3打開，動(dòng)力裝置啟動(dòng)，滯留在管道中的水回流至熱水器，進(jìn)行加熱；

（3）當(dāng)電磁閥2處達(dá)適宜溫度時(shí)，溫度控制器將電信號(hào)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)控制電磁閥1、2打開，電磁閥3關(guān)閉，動(dòng)力裝置停車，用戶即可正常使用。

3 系統(tǒng)的意義

（1）智能建筑：本系統(tǒng)可以作為智能建筑的一方面，為用戶提供一個(gè)高效、舒適、便利的人性化環(huán)境；

（2）“智能家居”與“互聯(lián)網(wǎng)+”的結(jié)合：本系統(tǒng)可以與現(xiàn)有的“智能家居”手機(jī)APP相結(jié)合，用戶在想要使用熱水器前，可利用APP提前使這部分冷水回流加熱，既節(jié)約了用水又節(jié)約了時(shí)間，提高了生活享受；

（3）響應(yīng)國(guó)家“十三五”規(guī)劃：本系統(tǒng)符合國(guó)家的“十三五”規(guī)劃中有關(guān)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)的要求；

（4）節(jié)約用水：熱水器與淋浴間的管道長(zhǎng)度取5.8m，直徑取20mm，則每人每次節(jié)約的水量為：

4 系統(tǒng)的價(jià)值

（1）推廣價(jià)值

本系統(tǒng)可以推廣到多數(shù)家庭，以及所有存在類似問(wèn)題的加熱設(shè)備。

（2）社會(huì)價(jià)值

水是生命之源,不僅工業(yè)農(nóng)業(yè)的發(fā)展要靠水,水更是城市發(fā)展,人民生活的生命線。

本系統(tǒng)不但能夠達(dá)到節(jié)水減排的目的,而且通過(guò)使用本家用熱水器節(jié)水回水再利用智能系統(tǒng)節(jié)約用水還可以帶來(lái)明顯的環(huán)境效益,除了提高水資源承載能力、水環(huán)境承載能力等方面的效益外,還有美化環(huán)境、維護(hù)河流生態(tài)平衡等方面的效益。