新型宿舍內(nèi)循環(huán)節(jié)水裝置的設(shè)計

趙捷捷　詹文怡　楊涵鈺　尹相智　任雨菲　劉友英

【摘 要】我國水資源總量位居世界第六，但人均占有量僅相當(dāng)于世界人均占有量的1/4，因此我國水資源處于短缺狀態(tài)。眾多高校、企業(yè)的生活用水都是一次直接排掉，造成了水資源的浪費。針對這種情況，本文介紹的新型節(jié)水裝置將生活用水進(jìn)行處理、收集及二次使用，以節(jié)約水資源。

【關(guān)鍵詞】實用型;節(jié)水裝置

中圖分類號： TU824.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）33-0016-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.33.007

0 前言

我國水資源總量并不豐富，人均占有量更低。由于水資源空間分布不均勻、水污染嚴(yán)重、用水浪費等因素，使得我國水資源出現(xiàn)短缺，嚴(yán)重制約著我國社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。特別是隨著我國城市化率的提升，城市對水資源的需求迅速增加，水資源供需矛盾愈發(fā)突出。與此同時，我國水資源污染的情況也十分嚴(yán)峻：江河湖泊整體污染嚴(yán)重、局部海域污染嚴(yán)重、地下水水位大幅下降、地下水資源水質(zhì)不斷惡化等。

此外，隨著校舍及師資生源的增加和復(fù)雜多樣化，學(xué)校的師生用水管理也面臨著重大的挑戰(zhàn)，水源浪費現(xiàn)象的比重也在不斷提升。在許多高校中，校舍的用水量大而且容易造成浪費。以我校某宿舍用水現(xiàn)狀為例，一個人的用水量：刷牙2L/天，洗臉4L/天，洗衣服7.5L/天，其他用水2.5L/天。

1 設(shè)計方案

1.1 設(shè)計目的

在水資源逐漸匱乏的今天，我們應(yīng)該樹立節(jié)水環(huán)保，提倡一水多用，水資源的循環(huán)使用。若能有效的挖掘?qū)W校節(jié)水潛力，提高學(xué)生的節(jié)水意識，就能做到節(jié)約用水，最終有效地使用水資源，保護(hù)水資源，實現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。而校舍用水的循環(huán)利用就是其中較為重要的一環(huán)。通過收集洗漱洗臉等生活用水，加以簡單過濾，而后可以用來沖馬桶。通過類似的方式可以很大程度上的改善高校水資源浪費嚴(yán)重的現(xiàn)象。

1.2 設(shè)計方案

1.2.1 設(shè)計原理

該作品原理是將上一層樓盥洗臺處使用過的廢水收集到下一層樓放置于便池右上方的儲罐中，作為沖馬桶用水。從儲罐引出管線連接到?jīng)_水管道中，五樓的洗漱用水給四樓沖廁所，四樓的提供給三樓沖，以此類推。節(jié)水裝置的空間布置圖見圖1。這樣僅有五樓需要使用新的自來水沖廁所，沖廁所的用水量直接減縮至原來的五分之一，且無需任何動力裝置，簡約環(huán)保。

1.2.2 管道設(shè)計

洗漱臺下使用濾網(wǎng)+雙彎頭（阻隔臭氣），裝閥門。走直管，到下一層的隔板，通向儲水罐，從儲水罐接直管通向蹲坑，使用一截止閥控制水流的流量和流速。

實測得，沖水水箱底面距出水口距離為1.0m。當(dāng)截止閥開到最大位置時，由水的流速的公式[2]：

可得原沖水水箱沖水的流速：u1=1.49m/s。

設(shè)計的儲水罐出水口距直管道下方距出水口距離：1直=2m，仍采用φ33×4的PVC管。由水的流速公式得u2=2.07m/s>u1。故設(shè)計的沖水系統(tǒng)沖水速度能滿足實際需求。

對直管按厚壁圓筒的第一主應(yīng)力即周向應(yīng)力進(jìn)行校核，滿足強度要求。

1.2.3 儲罐設(shè)計

以我校某宿舍為例，四人宿舍每天用水量：Q=（2+4+7.5+2.5）×4=64L/天=0.064m3/天。

考慮到儲水空間和美觀，儲罐的位置定在便池右上方緊貼天花板處。其次，使用圓筒狀儲罐，受力均勻，可以直接使用外徑0.315m的PVC管制作，既輕便也防銹蝕。洗漱用水較為干凈，但僅通過過濾網(wǎng)過濾，仍可能有頭發(fā)以及其他一些原因?qū)蕹鏊诙氯?，所以在儲罐?cè)面開有一個人孔，方便維修。

根據(jù)宿舍浴室空間的大小及材料PVC管的尺寸，確定管道的壁厚[3]：

故選用DO=315mm，δ標(biāo)準(zhǔn)=9.2mm的PVC管。

儲罐采用平板封頭[3]：

2 設(shè)計意義

2.1 經(jīng)濟(jì)效益

水箱容積為64L，按每天使用一水箱的水計算，一年即為23.36噸。假設(shè)一個學(xué)校有4000個校舍，一年可以節(jié)省的水為93440噸。按當(dāng)?shù)厮畠r2.3元/m3計算，水費用可節(jié)省21.49萬元，可節(jié)約學(xué)校1/3的沖廁用水，大大提高了水資源的利用率[4]。

2.2 社會效益

通過該設(shè)計喚起高校及企業(yè)節(jié)約生活用水的意識，并使之意識到節(jié)約生活用水的重要性及其重大意義。此外，該設(shè)計還有利于推動高校及企業(yè)對于此類生活用水循環(huán)利用的創(chuàng)新設(shè)計。二次利用生活用水，減少資源浪費，減少污水排放，不僅有利于水資源的節(jié)約，而且還有助于對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]何倩，陳巖，劉倩倩，高葉楠，柳慶超.高校水資源利用現(xiàn)狀調(diào)查與評價——以南京林業(yè)大學(xué)為例[J].價值工程，2017（24）.

[2]王志魁.化工原理第五版[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2017.

[3]劉友英，朱大勝，李興成.過程設(shè)備設(shè)計[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2017.

[4]孫雪，鄭小晨.宿舍水的微循環(huán)與凈化系統(tǒng)設(shè)計——以常州某高校學(xué)生宿舍為例[J].科技資訊，2014（33）.