節(jié)水水龍頭研究應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

方鵬燕，劉晶茹，國(guó)馨月，李 亮，王 偉

(大連海洋大學(xué) 海洋與土木工程學(xué)院，遼寧 大連 116023)

1 引言

水龍頭是水閥的通俗稱謂，可用來(lái)控制水流的大小開(kāi)關(guān)，有節(jié)水的功效。

水龍頭的結(jié)構(gòu)包括閥體、閥桿和閥芯3部分。閥芯是水龍頭的核心部分，主要是控制水流，現(xiàn)在市場(chǎng)上普遍使用的是陶瓷閥芯和不銹鋼閥芯。新式水龍頭不再采用橡膠圈密封，改用球閥，一般是陶瓷閥芯，以解決傳統(tǒng)龍頭密封性差的問(wèn)題[1]。近些年出現(xiàn)的陶瓷閥芯，因其質(zhì)量較好、性能穩(wěn)定，使用較為普遍。不銹鋼閥芯則更適合水質(zhì)較差的地區(qū)[2]。

隨著經(jīng)濟(jì)和消費(fèi)水平的提高，對(duì)水龍頭的使用不再局限于傳統(tǒng)的幾種功能，更多樣化、更個(gè)性化、更便捷化、更細(xì)致化的適用于廚房、衛(wèi)浴室、公共場(chǎng)所等不同的應(yīng)用場(chǎng)景的功能將會(huì)被開(kāi)發(fā)應(yīng)用，同時(shí)水龍頭也更加的趨向于環(huán)保、節(jié)水、人性化。水龍頭設(shè)計(jì)將會(huì)利用各種先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多功能化，實(shí)現(xiàn)時(shí)長(zhǎng)、溫度調(diào)節(jié)，細(xì)菌檢驗(yàn)等多種功能整合。

2 研究現(xiàn)狀

2.1 螺旋式開(kāi)啟水龍頭

螺旋式水龍頭主要出現(xiàn)于20世紀(jì)70、80年代，由于其制造工藝比較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，在某些場(chǎng)合仍然被使用。就目前使用的螺紋升降式水龍頭耐久性差 、 易損壞、維修工作量大，過(guò)于笨重，且浪費(fèi)水資源的現(xiàn)狀，可以將螺紋升降式水龍頭改成離合升降式水龍頭。使其操作靈活，壽命長(zhǎng) ,減少漏水現(xiàn)象[2]。

2.2 按壓式水龍頭

按壓式水龍頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一個(gè)彈簧連著活塞，把彈簧按下去，水出來(lái)，不按的時(shí)候彈簧把活塞彈上去繼續(xù)堵住。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，適用于大部分的消費(fèi)者，尤其適用于公共場(chǎng)合這種需要大量水龍頭的地方；節(jié)水，在大家擠洗手液和搓手的時(shí)候，大部分人是不會(huì)關(guān)掉旋鈕的，采用壓式就可以擠壓兩次一個(gè)周期，在用水量極大的公共場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)節(jié)水功能；干凈，洗完之后不用再次觸碰壓鈕，避免了二次細(xì)菌感染。 缺點(diǎn)：使用起來(lái)不方便；按壓式水龍頭漏水較嚴(yán)重。

2.3 感應(yīng)式水龍頭

感應(yīng)水龍頭傳統(tǒng)上是通過(guò)紅外線反射原理，當(dāng)手放在水龍頭的紅外線區(qū)域內(nèi)，接收到信號(hào)后按指令打開(kāi)閥芯來(lái)控制水龍頭出水;當(dāng)手離開(kāi)紅外線感應(yīng)范圍，未接受信號(hào)，水龍頭關(guān)水[3]。感應(yīng)式水龍頭可有效防止細(xì)菌交叉感染和節(jié)約用水，感應(yīng)水龍頭現(xiàn)普遍應(yīng)用于人流量密集的火車(chē)站、汽車(chē)站、飛機(jī)場(chǎng)、醫(yī)院等公共場(chǎng)所。

在傳統(tǒng)紅外感應(yīng)自動(dòng)水龍頭中，紅外線水龍頭都使用開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，即只有開(kāi)與關(guān)這兩種狀態(tài)。在使用過(guò)程中由于無(wú)法實(shí)時(shí)根據(jù)用戶需求自動(dòng)改變出水流量，造成一定程度的水資源的浪費(fèi)。

3 重要節(jié)水技術(shù)進(jìn)展

為貫徹落實(shí)黨的“十九大”精神，大力推動(dòng)全社會(huì)節(jié)水，全面提升水資源利用效率，形成節(jié)水型生產(chǎn)生活方式，涌現(xiàn)了一些新型節(jié)水科研結(jié)果，推進(jìn)了節(jié)水行動(dòng)。

(1)老式螺旋式水龍頭和扳手式水龍頭調(diào)節(jié)水量大小比較費(fèi)事，無(wú)法快速調(diào)控流量，造成水資源浪費(fèi)。新型雙調(diào)節(jié)水龍頭[11]中設(shè)置了兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立通水管道，并配有各自的啟閉機(jī)構(gòu)。第一個(gè)中央通水孔道的最大出水量較小，其旁側(cè)設(shè)置的第二個(gè)通水孔道的最大出水量與目前市售家用水龍頭相同。達(dá)到啟閉時(shí)反應(yīng)靈敏，方便使用較好的解決了水資源浪費(fèi)[11]。

(2)感應(yīng)式水龍頭應(yīng)用更為廣泛，技術(shù)也相對(duì)成熟，采用研發(fā)的SHARP紅外線測(cè)距傳感器HD-1501MG系列的舵機(jī)為輸出裝置，模糊自整定PID算法程序來(lái)達(dá)到流量可控式紅外線感應(yīng)水龍頭[14]。借助同樣原理的超聲波傳感器[15]，在用戶用水時(shí)，根據(jù)傳感器到手的距離改變水的流量，解決用水部位不敏感和出水量恒定的問(wèn)題，減少人們使用水的等待時(shí)間，更符合節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)，提供人性化服務(wù)?，F(xiàn)有的感應(yīng)水龍頭電池用量大,處理不當(dāng)易引發(fā)環(huán)境問(wèn)題。設(shè)計(jì)水能實(shí)現(xiàn)自發(fā)電的充電式感應(yīng)水龍頭[17],不僅更加節(jié)能節(jié)水,而且可減少電池的消耗及消除其引起的環(huán)境問(wèn)題。

(3)傳統(tǒng)冷熱雙聯(lián)式水龍頭手動(dòng)調(diào)節(jié)水溫，不能實(shí)現(xiàn)出水溫度的精確控制，操作復(fù)雜等缺點(diǎn)，將單片機(jī)作為智能控制器應(yīng)用于水龍頭中[10]，以單片機(jī)為中心，結(jié)合一定的外圍電路完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入、溫度采集、輸出控制信號(hào)以及實(shí)時(shí)等功能，一個(gè)完整的智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水龍頭的出水溫度的精確調(diào)節(jié)，避免用水浪費(fèi)，是基于單片機(jī)的水龍頭智能化改造[10]。

4 發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)的水資源短缺并且地區(qū)分布不均勻，所以對(duì)于水資源的利用需要做到更加合理和高效，節(jié)約水資源是當(dāng)前迫切需要實(shí)行的。當(dāng)下的節(jié)水更趨向于從源頭上控制節(jié)水，在水的出口處，即在水龍頭處予以處理。

目前水龍頭薄殼結(jié)構(gòu)均采用整體鑄造的方法來(lái)加工制造,高污染、高耗能是該工藝的主要缺點(diǎn)，隨著科學(xué)技術(shù)的提高，采用不銹鋼激光焊接的方式來(lái)代替純銅的整體鑄造焊得的水龍頭焊縫光亮、致密、無(wú)氣孔等明顯缺陷[8]。

對(duì)于常見(jiàn)類型的水龍頭可以完善及優(yōu)化它的功能。

(1)水龍頭增加定時(shí)功能，使用時(shí)按下所需時(shí)長(zhǎng)的按鈕，不需要用水可直接關(guān)掉，適用于廚房衛(wèi)浴，減少水資源浪費(fèi)，方便使用。

(2)定水位用水，調(diào)節(jié)水位傳感器至需要水位高度，按下開(kāi)關(guān)，電磁繼電器閉合，水龍頭出水。當(dāng)水位升至水位傳感器測(cè)量水位時(shí)，觸發(fā)水位傳感器，電磁繼電器斷開(kāi)，水泵停止工作，水龍頭自動(dòng)停止。避免接用水時(shí)忘記關(guān)停水龍頭造成水資源浪費(fèi)[7]。

(3)水溫測(cè)量，水龍頭加入溫度傳感器，便于測(cè)量出水的實(shí)時(shí)溫度，使用時(shí)選定溫度，普遍適用。

(4)機(jī)械閉鎖式水龍頭[13]，解決停水后忘記關(guān)閉水龍頭的問(wèn)題。

(5)具備報(bào)警功能以及發(fā)電功能,電能儲(chǔ)存于蓄電池中,可供語(yǔ)音芯片、紅外傳感器和光纖燈使用,并在水龍頭的使用期間,當(dāng)水龍頭檢測(cè)到未關(guān)緊時(shí)，開(kāi)啟語(yǔ)音報(bào)警 ,提醒使用者，具有很強(qiáng)的實(shí)用性[18]。使用方便,且可以防止因未能及時(shí)關(guān)閉水龍頭而造成的水資源流失,并避免各種傳染類疾病的傳播與擴(kuò)散[9]。

(6)為避免洗手時(shí)的＂二次污染＂,設(shè)計(jì)自動(dòng)清潔式的水龍頭裝置。安裝在出水口正下方的開(kāi)關(guān)扳手,可單向任意角度啟閉,通過(guò)控制閥芯的開(kāi)關(guān)度來(lái)控制水流量,扳手整體被覆蓋于水流面積下,具有自潔、防菌和節(jié)水環(huán)保的效果[19]。該裝置具備廣闊的市場(chǎng)前景。

5 結(jié)語(yǔ)

水龍頭的發(fā)展日益更新， 趨于更合理、更節(jié)水、更環(huán)保、更健康。隨著5G時(shí)代的到來(lái)，利用智能化、新科技安全高效地將節(jié)水方式轉(zhuǎn)移到節(jié)水設(shè)備上，探求新方法，提高水資源利用率，對(duì)建設(shè)節(jié)水型社會(huì)將具有重要意義[4]。節(jié)水水龍頭在我國(guó)應(yīng)該大力推廣，這需要政府、民眾共同的努力，以達(dá)到一個(gè)全民節(jié)水的節(jié)約型社會(huì)。