1、单栋建筑物的中水回用系统242单栋建筑物的中水回用系统杨倩 许鋆 张健（实验学院 0136003 班）指导老师：高金良摘 要：本文提出并设计了一种新型的建筑中水系统，系统含雨水智能收集、初期弃流装置和优质中水回收处理回用装置，对上一楼层的优质杂排水以及楼顶接收的雨水进行简易机械处理后，仅用于下一楼层的厕所冲洗。厕用冲水为 80%的中水和 20%的自来水先后组合，并可根据用户的个人接受程度调节中水和自来水的比例。系统中设计并实现了水位的自动控制、水量和水流的自动控制，实现了雨水、中水和自来水供水的自动切换，实现了便池冲水为 80%中水和 20%自来水的时序组合的创意，所有工况的应对策略全程实现自
2、控。本系统为小规模的单栋建筑物中水回用系统，使居民充分、方便地进行中水的回收利用，给居民自身带来实惠，考虑到了居民的心理接受情况，提高了回用水的竞争力，并将因其简易、经济、实用而具有较好的应用前景，尤其在天津、济南、烟台等一些缺水而且冬季不太冷的城市将有望得以推广，促进环境保护事业的发展。关键词：优质杂排水 建筑中水系统 雨水箱 溢水箱 自动控制1绪论1.1 背景发展城市中水回用的必要性和迫切性我国人均水资源占有量不到世界平均水平的 1/4，且时空分布不均，本来就存在原始资源型缺水问题。但在相当长的时期内，我国生产力发展一直处于较低水平，加上用水的福利政策，给人们造成水是“取之不尽，用之不竭”
3、、“不值钱”的假象，于是对水资源采取尽力开发以扩大供水能力的方式来“保证供给“。从 20 世纪 80 年代初开始，我国社会经济一直处于快速发展状态，城市化进程加快，人民生活水平不断提高，用水总量明显增长，原始资源型缺水日益突出。以全国城镇生活用水为例，从 1980 年到 1999 年用水量增长了 4 倍，为同期城镇人口增长率的两倍。目前我国有 400 多个城市缺水，正常年份城市缺水 60 亿 ，3m日缺水量达 1600 万 。2000 年北方地区百年不遇的大旱，使许多水库河流出现3m哈尔滨工业大学 2004 年本科生科技创新活动获奖作品集243从来没有过的断流和枯干，城市供水出现了前所未有的紧
4、张局面，天津、长春、烟台、威海等城市用水告急。预计 2010 年后，我国将进入严重缺水期，2030 年缺水量将达到 400-500 亿 。3m同时，污染型水资源短缺成为更加棘手的问题。由于水资源综合管理水平较低，污染控制相对滞后，不仅直接造成水资源的浪费，而且导致水资源可利用性的明显降低，江苏、广东、上海等一大批省市已经面临日益严重的“水质污染“型缺水。在经济发达地区形成了“经济发展-水体污染-水质下降”的恶性循环，经济发展越快这一问题越突出。 “中水”主要是指城市或生活污水经处理后达到国家规定的水质标准，可在一定范围内重复使用的非饮用水。在城市生活、生产用水中，约有 40的水是与人们生活紧密
5、接触的，例如饮用、洗浴等，这些方面对水要求很高，不能被中水替代；还有多达 60的水用于工业、农业灌溉、环卫绿化、冲洗车辆和地面等，大部分对水质要求不高，若使用中水不仅在水质上完全符合用水标准，而且能节约大量的新鲜水，相当于开辟了一个新水源，有着极好的发展前景。1.2 现有中水系统概况现有的中水系统从服务范围可分为以下三类。（1）建筑中水系统，是在大型建筑物或建筑群中建立的中水系统；（2）区域中水系统，是在建筑小区或院校、机关大院内建立的中水系统；（3）城市中水系统，又称污水回用系统，是在整个城市规划区内建立的污水回用系统。建筑和区域中水作为建筑物和小区建设的配套设施建设，一般由规划管理部门管理
6、，建筑设计部门设计，建筑工程部门施工，而城市中水系统则由城市规划部门进行控制性规划设计，市政设计院设计，市政工程部门进行施工。各种系统的特点显而易见，如水量多少、处理场站规模、管线长短、实现难易程度、投资规模和收益大小都不相同。建筑中水系统可就地回收、处理、利用、管线短，投资小，容易实现，作为建筑或小区的配套设施建设，不需要政府集中投资，因此建的较多，但水量平衡调节差、规模效益差。处理后的水主要用于厕所冲洗、绿地浇灌、景观河湖、环境用水、农业用水、工厂冷却用水、洗车用水等。因各种用途的中水统一处理，使得水质标准较高，故中水处理工艺通常技术高、费用高，且需附设专门的城市、小区处理系统；因此回用水
7、成本较高，不利于中水利用的推广；而目前中水设施管理人员大多是兼单栋建筑物的中水回用系统244职，专业水平、管理水平有限，兼之各中水处理站缺少完善的管理制度，中水设施不能得以长期稳定运行，出水水质难得到保证，设施运行率不高。资金短缺是污水处理和中水回用的主要问题。如果将污水处理至可回用标准，每立方米水处理设施建设和运行投入至少需要 56 元人民币。投入不足，大大限制了中水回用发展的速度。 建筑中水回用系统是指介于建筑给水（上水）和建筑排水（下水）之间的水处理和供给系统的统称。利用生活污水适当处理后回用于建筑物和建筑小区供生活杂用，可实现污水资源化，既节省水资源，又使污水无害化，保护环境，防止水污
8、染，缓解水资源不足。在当前水资源日益紧缺，水费持续上升的情况下，建筑中水回用具有明显的社会效益和经济效益。日常生活污水包括两部分：一部分是洗涤水和洗澡水，亦称“灰水“（graywater），其排量占污水的 75%80%；另外一部分为粪便水，亦称“黑水“(blackwater)，属于重污染水，在住宅用水中占20%25%。此外，设有中央空调的建筑，还有一部分空调排污水，此部分属优质杂排水。建筑中水水源应首先选用优质杂排水，即为冷却排水、洗浴排水、洗衣排水等。建筑中水最大弱点是水源不稳定，在一个小区你不能要求所有的人都同时去洗浴、盥洗，这就造成来水量不稳或不足，使中水设施设计能力闲置，运行成本过高而
9、亏本，这是许多小区不建中水，或建了也不用的原因之一。建筑物要应用中水必须是在规划和建设时就做好，后来再改建几乎不可能。但是，由于自来水费和中水田用成本差价不大，而建设中水设施又需要很大的投入，造成人们不愿意主动使用再生水。相当一部分单位想方设法规避建筑中水的使用，即使在规划设计时有中水项目，也是为了应付审批，而在实际建设时却擅自取消了。住宅建设开发企业为降低开发成本，在 1987 年至 2000 年新建的北京住宅小区有 10516 万平方米建筑中都没有中水田用设施。例如：自北京市中水设施建设管理试行办法颁布 15 年来，北京市建筑规模每年以 1000 万平方米的速度递增，建筑中水设施项目到现在
10、却只有 200 多个，已建成的 100 多个项目中还有三分之一的项目没有运行。而且，由于水价方面的原因，已运行的项目在开始几乎都是亏本的。而且中水设计参数选择不当、设备质量低、安装不合格等问题影响建设单位使用中水的积校性；再加上管理单位不重视，运行人员水平低等，造成运行不正常和被迫停止运行，使已经迈出的建筑中水使用步伐又退步了。如北京金大酒店哈尔滨工业大学 2004 年本科生科技创新活动获奖作品集2451991 年开业以前对饭店中水设施设计进行了 3 次修改和试运行，到 1996 年又投资 27 万元重新进行设计、改造，然而至今仍因设备动力不足、运行成本高而未投入使用。1.3 国外雨水利用技术
11、由于便于范围内的水资源紧缺和暴雨洪水灾害频繁，世界五大洲约 40 多个国家和地区在城市开展了不同规模的利用研究：日本：楼前屋后因地制宜近年来，各种雨水入渗设施也在日本迅速发展，包括渗井、渗沟、渗池等。这些设施占地面积小，可因地制宜地修在楼前屋后，将地面径流就地入渗地下，在控制径流汇集、减小洪峰流量的同时，使地下水得到补给，使遭到破坏的水环境系统得以恢复，同时也起到阻止地面沉降的作用。日本在屋顶修建蓄水系统、或修建屋顶蓄水和渗井、渗沟相结合的回补系统，雨水在屋顶集蓄后，逐步放入渗井或渗沟，再回补地下。美国：立法要求或鼓励美国制定了相应的政策与法规，限制雨水直接排放与流失，控制雨水径流的污染，收取
12、雨水排放费，要求或鼓励雨水的截流、贮存、利用或回灌地下，发送城市水环境与生态环境。美国的雨洪利用常以提高天然入渗能力为宗旨，并作为土地利用规划的一部分。美国的富雷斯诺市将入渗池和回灌井结合起来。在入渗池表土下 1。5 米深水平铺设多孔波纹塑料管、然后与入渗池末端的水泥管相连，雨水经土壤过滤自流注入回灌井。这种将水平入渗和垂直入渗结合的方法防止了回灌井淤堵，并提高了回灌能力。在芝加哥市兴建了著名的地下隧道蓄水系统，以解决城市防洪和雨水利用问题此外，还在众多的研究了屋顶蓄水和由入渗池。德国：法律强制加市场推动德国是世界上雨水收信处理利用技术最先进的国家之一。德国的法律对于雨水的排放问题明确规定，为
13、了减少雨洪对城镇排水管网的行洪威胁，减轻污水处理厂的处理压力，雨水在进入污水管道之前必须经过就地入渗消纳，或收集处理后再回用，只有超量部分和污染程度的部分才允许排入污水管，并通过各种市场管理手段鼓励用户推广采用雨洪利用技术。例如，若用户实施了雨水利用技术，国家将不再对用户征收雨水排放费，而雨水排放费与污水排放费用一样高，通常为自来水费的 1.5 倍左右。国外主要雨洪利用设施单栋建筑物的中水回用系统246国外在城市化地区通过阻滞和蓄积雨水进行雨洪利用的设施主要有；滞洪池、调洪池、蓄洪隧洞系统、屋顶蓄水系统，地下水池蓄水系统。屋顶蓄水系统可用来在平或较平屋顶上接蓄雨水。可就地调节径流。地下水池蓄水
14、系统将暴雨径流收集到地下水池内存蓄，水池上部面积可以利用。通过雨水入渗和地下水回灌进行雨洪利用的设施主要有：透水性路面、长草洼地、檐下渗井、排水花管和渗沟、渗渠、渗坑、渗井系统等。檐下渗井一般适于砂砾层埋藏较浅的地区，由人工开挖而成，渗井一般置于房屋的落水管下，日本的研究表明其回灌量可达该流域地下水开采量的 10%以上。排水沟花管铺设在填以碎石的沟内，沟底铺设砂垫层，花管的补给方式是线性的，比井的补给更具有优越性。1.4 单栋建筑物的中水回用系统思想的提出根据 2002 年提出的中华人民共和国国家标准建筑中水设计规范，建筑中水系统已成为必须的任务，鉴于现有的建筑中水回用系统存在的若干问题，我们
15、提出一种简单实用的单栋建筑物中的中水回用系统，其主要思想可简述为：系统含雨水智能收集、初期弃流装置和优质中水回收处理回用装置，对上一楼层的优质杂排水以及楼顶接收的雨水进行简易机械处理后，仅用于下一楼层的厕所冲洗。每一楼层均设置一溢水箱用来储存上层的中水，考虑到建筑中水水源不稳定的弱点，系统还要有自来水补给装置、溢流装置；另考虑到用户的心理接受能力，厕用冲水为 80%的中水和 20%的自来水先后组合，并可根据用户的个人接受程度调节中水和自来水的比例。本系统为小规模的单栋建筑物中水回用系统，使居民充分、方便地进行中水的回收利用，给居民自身带来实惠，考虑到居民的心理接受情况，采用了中水和自来水时序组
16、合的方法，提高了回用水的竞争力，从而提高民众节水积极性；并将因其简易、经济、实用而具有较好的应用前景，尤其在天津、济南、烟台等一些缺水而且冬季不太冷的城市将有望得以推广，并将促进环境保护事业的发展。下面将详细地论述本系统的设计思想和实现方案。哈尔滨工业大学 2004 年本科生科技创新活动获奖作品集2472单栋建筑物中的中水回用系统的实现2.1 中水水源选择和水量计算分析根据中华人民共和国国家标准建筑中水设计规范，建筑中水水源可取自建筑的生活排水和其他可以利用的水源。中水水源应根据排水的水质、水量、排水状况和中水回用的水质、水量选定。建筑中水水源可选择的项目和选取顺序为：（1）冷凝冷却水；（2）
17、沐浴排水（卫生间、公共室的浴盆、淋浴等）；（3）盥洗排水；（4）空调循环冷却系统排水；（5）游泳池排水；（6）洗衣排水；（7）厨房排水；（8）厕所排水。由于要最大程度地减少中水处理的成本，应在水量基本平衡的条件下尽量选择最优质的杂排水，因此初步选择沐浴排水、盥洗排水作为中水水源，厨房用水在水量不足时可以考虑使用，但要经过隔油处理才能使用。有空调设备的建筑可以考虑使用空调循环冷却系统排水，由于主要针对居民建筑和学生公寓设计系统，因此本文不考虑空调循环冷却水。中水原水量可按取用排水项目的给水量及占总水量的百分率计算，给水量及百分率见下表。各类建筑物生活用水量及百分率类别 住宅 宾馆、饭店 集体宿舍
18、 附 注水量（L/人d ） （%） 水量（L/人d ） （%） 水量（L/人d ） （%） 厕所 4060 3132 5080 1319 4063 4042 厨房 3040 2321 沐浴 4060 3132 300 7971 4063 4042 盆浴及淋浴盥洗 2030 15 3040 810 2024 2016 总计 130190 100 380420 100 100150 100 表格 1 各类建筑物生活用水量及百分率注：各类建筑物的各种用水量及百分率应以实测资料为准。无实测资料时，可参照本表计算。经有关调查，各项用水使用中损失水量百分数如下表所示：冲厕用水 厨房用水 沐浴用水 盥洗用水
19、 洗衣用水 水量损失百分数（%） 0 20 10 10 15单栋建筑物的中水回用系统248表格 2 各项用水损失百分数分别以住宅楼和学生公寓为例对中水原水量进行计算：假设某一幢住宅楼 32 户，每层 4 户，共 8 层，每户平均 4 人，每户有坐便、浴盆、洗脸盆和厨房洗涤盆各一只，当地用水量标准为 190L/（人.d），洗衣机用水量另加日用水量的 12%。以优质杂排水为中水原水，住宅楼日总用水量 ：dQ)/(32.410/3249dmQd可集流的水量 ：盥洗： )/(8.%)(5. 31Qqd沐浴： 0171320dm洗衣： )/(4.2)(. 3d因为一楼的杂排水不被采用，故： )/(18.
20、/73321 dmqQ厨房用水量： )/(.51.033mQd用作中水水源的水量宜为中水回用水量的 110115%。中水用水量： )/(78.2.3d要求的中水原水量： 95.1d，而且厕所用水只需要前 80%用中水，建筑屋面雨水还可作为中水水源1Q的补充，且智能控制保证在溢水箱水量足够的情况下盥洗废水不经过处理直接排放到下水道中，因此中水原水量是足够的，而且不会因为处理多于中水用水量的中水造成资源浪费，但鉴于中水水源的不稳定性，应设有自来水补充装置，并且要有超量溢流排放设施。假设某一栋学生公寓 150 个房间，每层 25 个房间，共 6 层，每个房间平均 4人。每个房间有盥洗池、淋浴喷头、便
21、器各一只，学生用水量标准为 109 L/（人.d）（数据来源于江苏省教育厅作出的高等学校社会化学生公寓收费管理暂行办法）。洗衣机用水量另加日用水量的 12%。学生公寓日总用水量 ：dQ哈尔滨工业大学 2004 年本科生科技创新活动获奖作品集249)/(4.6510/41093dmQd可集流的水量 ：（以优质杂排水为中水原水）盥洗： )/(8.1%)(2. 31Qqd沐浴： 6204dm洗衣： )/(7.)5(. 33d因为一楼的杂排水不被采用，故： )/(1.356/321 dmqQ用作中水水源的水量宜为中水回用水量的 110115%。中水用水量： )/(6.24.03 dmQd要求的中水原水
22、量： 1.051，同理中水原水量是足够的。12.2 雨水的收集与利用雨水属轻污染水，有机污染物含量低，溶解氧接近饱和，钙质含量低，总硬度小，易于处理，比回用生活优质杂排水更便宜，且工艺更简单，水质更可靠，细菌和病毒的污染率低，出水的公共可接受性强。据有关调查，雨水作为生活杂用水如冲洗厕所、作为景观水和环境用水，由于不和用户直接接触，已经被广泛地接受。德国专家还对雨水能否用作洗衣用水作了研究，对利用雨水和市政供水洗衣服的细菌指标作了对比性试验，结果如下表所示：25 上的细菌数2cm脏洗衣机 用雨水湿洗 用雨水干洗 市政水干洗 n=400 n=100 n=108 n=2151000 2 11 4
23、2表格 3 洗衣机中的细菌数（测试水样的百分数）得到的结论是：通过雨水带入到洗衣机中的细菌还没有脏的洗衣机多。可见雨水的来源污染的确很轻，因此简单处理后即可达到冲洗厕所的水质要求，与优质杂排水比较，我们选择采用优先利用雨水的思想。屋面雨水在下雨的初期水质较差，必须经过初期弃流，有关资料推荐做法为弃流前 5 分钟，或者推荐初期弃流量约为 2mm，具体地可根据当地的实际情况来定。根据有关实验研究表明，屋面雨水经初期弃流后的水质情况：COD80120mg/L，SS2040mg/L，色度 1040。从屋顶收集雨水，经过收集管底部的预过滤设备截流苔藓和固体颗粒物质的过滤筛网后进入楼顶的雨水箱，首先进行初
24、期弃流，剩余的雨水储存备用。2.3 系统的具体设计2.3.1 雨水箱的设计雨水箱可以建立在楼顶或者最高层，雨水储水箱的容积大小根据当地的暴雨强度公式，绘出不同历时的雨量曲线，并根据屋面汇水面积来确定。其中屋顶可收集的雨水量的计算方法如下所示：根据当地雨量公式，计算降雨强度。（式 21）nbPcAq)5/(lg1(67.5式中： 设计重现期，降雨历时 5min 的降雨强度， ；5 )0/(msL重现期， ；a当地降雨参数。ncbA,屋面降雨量按下列公式计算： ；10/5qFwy屋面汇水面积计算应符合下列要求：汇水面积计算按水平投影面积计算；当有高出屋面的侧墙时，在计算屋面汇水面积时，应附加侧墙的
25、有效汇水面积，其面积为最大受雨面正投影的一半。雨水箱中有测雨水箱中是否有水的装置。2.3.2 溢水箱的设计溢水箱的形状如下图所示： 哈尔滨工业大学 2004 年本科生科技创新活动获奖作品集251图 1 溢水箱示意图1) 箱顶做成封闭的，因为较长时间的储存中水可能会产生气味；2) 底部做成锥形，锥底接排污管，管上安装一手动阀，可以由用户或管理人员定期地排出沉淀的污物；3) 在锥形的斜面上接便池供水管，给便池供水；4) 浮球阀接自来水管，其管径按中水最大时供水量确定，保证溢水箱中有最低的水位，其水位为同一层的用户同时使用大便池 1 次冲水所需要的中水量；5) 当本层溢水箱中的水满时，多余的水通过箱
26、侧壁的溢流管道流入下楼层的溢水箱，一楼溢水箱满时直接通过排水管道溢走；6) 溢水箱中有电极测水位装置，当水位达到要溢流的高度时给出水满的信号；7) 溢水箱中有投药装置，定期为箱中的中水消毒；8) 各楼层的溢水箱应设计在高处，直接向本楼层各用户的便池供水。溢水箱容积的设计应根据日常生活用水的具体情况绘出不同历时的优质杂排水量曲线，并根据中水用量（即便池需水）的逐时变化曲线求算。根据 2002 年的建筑中水设计规范，在缺乏上述资料时，供水箱的调节容积不得小于中水系统日用水量的 5%。2.3.3 系统工作过程系统的总体管路如图-2 所示：系统的工作过程详述如下：1) 下雨时，雨水随收集装置（顶棚）
27、，经过格栅处理后流入雨水储水箱。首先判断雨水箱中是否有水，若有水，则说明最近刚刚下过雨，没有必要进行单栋建筑物的中水回用系统252初期弃流；若雨水箱中无水，则电路控制前五分钟打开阀门 1，使雨水排到排水管道，此五分钟之内暂不为下面的溢水箱提供水，五分钟后关闭阀门 1。2) 优先使用雨水：下雨时，如果溢水箱没有全满，则应首先打开阀门 2，雨水灌满所有的溢水箱，然后关闭阀门 2，对多余的雨水进行一定限量的储存；当雨水箱储满时，多余的水直接由楼顶的雨水排水管道排出。若雨水箱有水，则溢水箱拒绝接收来自上层的优质杂排水，即：电磁阀 5 处于常关状态，电磁阀 6 处于常开状态，同时检测各溢水箱的水位信号，
28、一旦溢水箱没有全满，控制电磁阀 2 打开由雨水箱向下面的溢水箱供水，即雨水箱中如果有水，保持溢水箱全满的状态。当溢水箱全满时，给出信号关闭阀门 2 使雨水箱暂停向下供水。雨水箱无水时，溢水箱才接收来自上层的优质杂排水，此时阀门 6 关闭，阀门 5 通过格栅过滤向溢水箱进水。哈尔滨工业大学 2004 年本科生科技创新活动获奖作品集253图 2 系统管路示意图3) 当需要冲洗便池时，用户只需按一下按键，则控制电路先打开中水阀门3，再打开自来水阀门 4，实现 80%和 20%的时序组合。冲水电路可实现冲水总时间可调、中水和自来水的比例可调。4) 若溢水箱里的水位低于某最小值（即同一楼层的所有用户同时
29、冲洗便池时所需的中水量） ，浮球阀打开使自来水管向溢水箱里进水直至某最小水位，以保证溢水箱里随时都有水可用。5) 溢水箱定期打开排污管上的手动阀以排出沉淀的污物。2.3.4 自动控制的电路实现1) 测溢水箱中是否水满的电路现有的水箱中的测水位的电路有：电极式水位控制电路、干簧管式液位控制电路、浮球式液位控制电路和电接点压力表式液位测量电路等。单栋建筑物的中水回用系统254干簧管液位控制电路灵敏度较高，执行速度较快，但其触点电流小，而且触点在开闭时容易因为产生火花而损坏。浮球式液位自控线路控制体积大、灵敏度较低，机械连杆若锈蚀易卡死造成失灵，因此可能影响电路的正常工作，不宜使用。电接点压力表将液
30、压转变为电信号，精度和灵敏性都很好，但在我们的精度要求不高的场合不宜采用。我们最终采用电极测水位的方法，虽然只需要检测出水满即可，但为了避免水位波动产生错误信号，使用 3 根电极，电极的位置如下图所示：图 3 电极测水位的示意图这样可以形成一个滞回特性，提高电路的可靠性。现有的电极测水位电路有很多，在这些电路中选择了稳定性好的晶体管液位控制电路，经多次实验表明的确能叫稳定地工作，电路图见后面的附图 1。2) 测雨水箱是否有水的电路原则上讲，雨水箱的测有无水的电路也可以采用上述电极电路，但实际应用时发现电极测水位时只有最长电极棒（即上图中的 C）深入水中时电路才会正常工作。经多方面考虑，最后选择
31、利用红外线对管对雨水箱下的水管进行测量。对管测量电路图见后面的附图 2。3) 便池冲水的控制电路最初考虑根据用户的压力来判断水流的时间：为什么用压力的大小来判断工作时间长度，而不用压力维持的时间来判断？哈尔滨工业大学 2004 年本科生科技创新活动获奖作品集255因为只有预先直到需要放水的总时间才能进行 80%中水 20%自来水的时间分配。一般的机械装置不能得到一个时间指示电信号。必须用到压力传感器之类的器件来测量压力并把压力转化为与压力成正比的电信号。但是我们查了很多资料，也到市场上调查了现有的压力传感器，它们大都是用来放在介质中测量水压、气压等的，测的力很大、精度较高、价格昂贵，不适合我们
32、应用。定做压力传感器也不失为一种选择，但是限于资金问题，只好放弃这种最理想的做法：受压弹性元件形变转化为电信号对电信号进行峰值检测根据峰值判断冲水总时间（单片机实现）进行时间分配。电路应实现：给一个开始信号，则首先给出维持一定时间 的高电平信号去1t打开中水电磁阀，当中水电磁阀控制信号变为低电平时，又给出维持一定时间的高电平信号去打开自来水阀门。根据要求查了相关成型产品中使用的电路，2t最后选择了一个“低功耗电路” ，改造后的电路图如附图 3 所示。在面包板实现了上述电路，效果很好，功耗小，高电平输出 6v 以上，可以比较方便控制电磁阀了。在此基础上，我们要实现冲水总时间的可调、中水和自来水比
33、例的可调，电路中实现就是把图中 200K 欧和 100K 欧的固定电阻换成可调电阻。我们的初步方案是：设计一个调节旋钮用来调节冲水的总时间，一个按键用来开始冲水。用户使用时：首先调节需要的冲水时间，调好后按一下按键开始冲水。另外还要设计一个暗处的调节螺丝，用来调节中水和自来水的比例。但是考虑到这样很不符合现在居民的使用习惯，而且在电路实现时也遇到了一点麻烦：因为电路中控制总时间的电阻和控制中水时间的电阻必须是分立的，所以不能保证用户在调节时使总时间始终大于中水时间。所以我们决定设计两个按键：一个小水按键，一个大水按键。这样既方便了用户使用，又使电路比较容易实现，降低成本。4) 单片机实现总体逻
34、辑控制总体的逻辑分析如下：输入信号为：雨水箱测水电路信号、各楼层溢水箱水位信号；输出信号为：各个电磁阀的控制信号。符号约定： 单栋建筑物的中水回用系统256雨水箱测水电路信号，有水为 1，无水为 0；A第 层楼的溢水箱水位信号，水满为 1，水不满为 0；iBi ，即各楼层溢水箱水位信号的与；nB321第 个电磁阀的控制信号，为 1 时电磁阀开，为 0 时电磁阀关；jYj。1,256那么逻辑流程图如下所示：最后我们把所有的电路集合起来做成 PCB 板，作为单栋建筑中的中水回用系统的控制主板，我们将会在模型演示中展示系统的工作过程和电路的控制作用。2.3.5 演示模型的设计为了清楚地演示本系统，并
35、验证系统的工作状况，我们做出了实际的演示模型，模型演示了两层楼和楼顶雨水箱的工作情况，按照 2.3.3 中的图 2 设计，由哈尔滨工业大学 2004 年本科生科技创新活动获奖作品集257哈尔滨工业大学教学仪器分公司协助研制，实验室由市政学院提供。我们还将把模型的演示过程拍摄成短片，以供有关专业人士评价。3系统评价从节水量和经济效益来考虑流程的合理性。由于主要针对居民建筑和学生公寓设计系统，我们考虑居民住宅、学生公寓来检验此系统对于不同的地方的适用性。假设实际中厕所用水的前 80%皆由中水提供。1）居民住宅假设居民住宅还为 2.1 节 水量分析 中涉及到的住宅，用水量标准为190L/（人.d），
36、节水量 为厕所用水量的 80%，即JQdmQJ /23.6%80321/490根据现有的水价2.8 元/t（以北京为例），可知一栋这样的居民住宅每日节省的自来水费为 17.4 元。鉴于中水回用是长期工程，我们以 20 年（一年以365 天计算）为期限，计算经济效益。此居民住宅楼 20 年节省的自来水费（ ）1R为元12703654.17R而此中水回用系统的成本，包括处理设备、管路建筑、电子设备费用，估算大约需要 40000 元左右。而根据今年在北京国际展览中心举行的国际环保博览会上展出的小型家用污水处理设备，我们的成本还有可能降低。设备折旧时间按 20 年计算，一栋仅有 32 户的居民住宅在
37、20 年水费方面能节省约 8 万多元，效益很可观。2）学生公寓假设学生公寓还为 2.1 节 水量分析 中涉及到的公寓，用水量标准为 190L/（人.d），节水量 为厕所用水量的 80%，即JQdmJ /9.20%8401/541093根据现有的水价2.8 元/t（以北京为例），可知一栋这样的一栋学生公寓每日节省的自来水费为 58.6 元。鉴于中水回用是长期工程，我们以 20 年（一单栋建筑物的中水回用系统258年以 365 天计算）为期限，计算经济效益。此学生公寓 20 年节省的自来水费（）为1R元427680365.8估算中水回用系统的成本，包括处理设备、管路建筑、电子设备费用，大约为 80
38、000 元左右。设备折旧时间按 20 年计算，一栋 600 人的学生公寓在水费方面能节省约 34 多万元，效益很可观。本系统为雨水和优质杂排水的综合利用，并用电路控制确保了优先使用雨水。充分利用雨水箱和溢水箱的重力势能，节电节能。系统无需复杂得设备，造价低，安装维护简便易用。由于中水源为优质杂排水，故处理后的浊度和臭基本上在用户的接受能力之内，但为了保险起见，我们使冲厕用水为 80%的中水和 20%的自来水组合。我们在校园里进行了小范围的调查，多数学生表示能接受。本项目中建筑技术和自动控制技术充分结合，为交叉学科创新项目，相信这也是未来建筑给水排水技术发展的方向。系统中设计并实现了水位的自动控
39、制、水量和水流的自动控制，实现了雨水、中水和自来水供水的自动切换，实现了便池冲水为 80%中水和 20%自来水的时序组合的创意，所有工况的应对策略全程实现自控。由于我们专业知识不够（本小组三个成员均为控制工程与科学系学生） ，在水量分析、建筑管道设计、中水处理等方面做的不够深入，另外系统的控制部分基本都用了电子控制的方法，实际上许多资料表明雨水的初期弃流、溢水箱水位控制部分可以利用水力学的方法解决，也可利用机械方法，这些都是我们需要进一步完善的。但是最重要的是我们提出了一种简单实用的中水回用的新方案，并通过深入的讨论分析把方案变成现实，虽然系统存在很多不足之处，但希望随着国家和人民对水资源重视
40、程度的日益提高，能有更多的专业人士关注我们的设计思想，把它完善直至付诸实际应用。4致谢本项目是在高金良老师的悉心指导下完成的，高老师自始至终地关注项目的进展、参与系统各部分的讨论分析，在项目经费严重不足的情况下热心地提供资哈尔滨工业大学 2004 年本科生科技创新活动获奖作品集259金支持我们的研究。对高老师表示最诚挚的感谢！哈尔滨工业大学教学仪器分公司的支厚兴老师热情地帮助我们进行模型设计，得知我们经费不足后以最优惠的价格收取了我们的材料费和加工费；做模型的过程中得到了教学仪器分公司的员工的指导，他们根据实际工作经验为模型提出了许多合理的建议。在系统的自动控制方面得到了吴晨光老师的指导。因为
41、我们在一校区消息不灵通，有市政学院邱薇老师给我们及时的答复。电子部分的实验由电气工程及自动化学院的科技创新实验室提供条件。在实验过程中得到了实验学院许多同学（特别是高欣同学）的帮助，在作调查时得到了广大同学的支持。在此向他们衷心的感谢！最后感谢学校给我们这次实现自己想法的机会，感谢市政学院为我们提供实验条件，非常感谢！参考资料1方大千 鲍俏伟著 .实用电子控制电路.国防工业出版社，2002：51-582给水排水 编辑部.2003 住区水环境国际研讨会论文集，2003：62-793王琳 王宝贞编著 .分散式污水处理与回用.化学工业出版社，2003：33-404李玉华 张爱民主编 .高层建筑给水排
42、水设计.黑龙江科学技术出版社，2002：20-255胡汉才编著.单片机原理及系统设计.清华大学出版社，2002：12-456杨志亮主编.Protel99SE 电路原理图设计技术.西北工业大学出版社，2002：33-407 http:/ http:/ 中水回用标准9 http:/ 国外中水回用及国内污水排放标准摘要10 http:/ 各类建筑物各种排水污染浓度表 各类建筑物生活给水量及百分率表11 http:/ 北京建成大型城市中水回单栋建筑物的中水回用系统260用系统12 http:/www.jingrun- 雨水利用13 http:/ 中水处理工程14 http:/ 生活污水处理及回用技术及设备
