基于水资源再利用的自动蓄水循环系统

21世纪，水资源匮乏已成为一个全球性的问题。中国水资源总量丰富，但是在人均分配上，却达不到世界人均水平的1/8，节约城乡居民生活用水成为节约水资源的一种有效途径。

中高层建筑供水长期以来采用如图1所示方式。即先将水道管网的水储存在蓄水箱，然后通过水泵加压送水。

图1 中高层建筑供水方式[1]

中高层建筑的供水方式不但需要巨大的设备投资，而且加压抽水消耗大量的电能，加剧城乡居民生活电力的消耗。

提出基于水资源再利用的家庭自动蓄水循环系统，主要面向广大农村及城郊居民，建议将水箱安装在居民独立楼房的顶层，并设置雨水收集系统，与内部供水管道结合，解决城乡居民夏天生活用水紧张问题，改变二次加压系统的电力资源损耗现状。

1 基于水资源再利用的自动蓄水循环系统

水资源再利用的家庭自动蓄水循环系统涉及到雨水收集系统及内部供水管道的布置，需要从整体上对房屋架构及二次循环可利用水的供水管道进行重新铺置，以实现最大程度的蓄水。它主要由自动循环蓄水系统、二次循环水利用及房屋设计3部分组成，见图2。

图2 自动循环蓄水系统整体图

（1）自来水水箱通过浮球机构外接用户自来水主管道，自动补给及蓄水控制，主要用于居民日常生活用水的供给；

（2）房屋的顶层作为雨水收集系统的一部分，与雨水箱相连，通过溢流孔自动控制雨水收集量，主要用于居民日常清洁用水的供给；

（3）在旱季，雨水箱提供的日常清洁用水可通过自来水水箱与雨水箱的可调性单向阀由自来水系统自动补给；

（4）内部供水管道可分别供应日常生活用水及清洁用水，水源分别来自自来水水箱和雨水箱；

（5）楼上的生活用水收集后成为楼下的清洁用水，供循环使用。

1.1 自动蓄水循环系统

自动蓄水循环系统主要采用A/B双箱设计，即自来水水箱和雨水箱，见图3。根据正常家庭（以3口人计）月均8 t水计算（折合为8 000 L水），用水量约为270 L/天。根据《建筑给水排水设计规范》的有关规定，建筑物高位水箱的调节面积不宜小于最大时用水量的50％。家庭自动蓄水循环系统的水箱体积是按照1.0～1.5天的蓄水量计算，自来水水箱的容积为0.5 m3，雨水箱的容积为0.94 m3，使得雨水箱能收集尽可能多的雨水。当然，在水箱的体积上，用户也可以根据日常用水量的多少调节大小，但是建议水箱的蓄水量不超过两天的平均用水量，以避免二次供水的消毒问题。

图3 水箱的全剖视图

自来水水箱外接自来水主管道，主要用于家庭日常用水的供给。在夏天用水高峰期时，城乡居民生活用水水压往往不够，需要二次加压蓄水。二次加压蓄水就带来电力能耗问题。据调查了解，一般居民使用的家用抽水泵功率≥0.03 kW[3]，如果在用户和使用时间达到一定量的基础上，那么消耗的电力资源量是巨大的。以一个中小型城市百万人口计算（约合33.3万家庭），选用普通电机功率0.5 kW，日均使用时间2 h，使用时间90天，夏季额外的电力能耗计算公式如下：

0.5×2×90×33.3×105=3.0×108（kW·h）

由此可见，中国一年在城乡居民生活用水方面，要消耗大量的电力资源。夏天用水高峰期过后，到了深夜，供水管道的水压往往会恢复高压。据调查，一般能自动补给到18 m以上的楼层高度，相当于6层楼的高度。利用晚上水压较高自动补充水箱，自然蓄水，不仅节约了二次加压蓄水所消耗的电力资源，而且方便城乡居民的生活。

本方案采用浮球阀门机构自动开阀蓄水和关闭阀门，见图4。在蓄水量超过一定值后，蓄水箱里的液面会浮起浮球，当浮球升到一定高度之后，终止自来水的进入。当用水使水位降低，浮球下降，打开阀门进水。

楼房顶层通过水管把雨水收集到雨水箱。雨水箱通过溢流孔调控水量，过多的雨水能通过排水管道溢出。

在自来水水箱和雨水箱之间采用单向阀连通，可调性的单向阀可以人为调节螺钉，使得弹簧的预紧力可调，见图5。雨水箱的水位低于设定的水位值时，单向阀两边会形成水压差，当压差超过弹簧预紧力的设定值之后，自来水水箱里的水就会通过单向阀补给雨水箱。当两边蓄水量达到设定的值后，单向阀关闭，达到自动调控的目的。用户能根据自己的需要调节单向阀以实现蓄水量的调节，水箱结构见图6。

图5 单向阀结构的侧视图及全剖视图

图6 水箱结构的正二测视图

1.2 二次循环水利用

二次循环水指中水，也就是再生水，主要是指城市污水或生活污水经处理后达到一定的水质标准，可在一定范围内重复使用的非饮用水，其水质介于上水与下水之间。目前，建筑的中水利用系统是将建筑或小区内使用后的生活污水、废水经适当处理后回用于建筑或小区作为杂用水。

二次循环水利用系统就是对二次循环可利用水不经任何处理的再次利用。在厨房的排水系统上，采用双水槽分流处理，将二次循环可利用水及不可利用水分开处理，对可循环利用水，如洗米水、洗菜水等，通过收集，使之流入L型管道，在重力势能的作用下，高楼层的生活废水能在低楼层使用，最大化地利用生活废水。

1.3 概念房设计

新型概念房包括雨水收集系统的设计和屋内供水管道的布置（图7）。把新型概念房的顶层作为雨水收集系统的一部分，使得收集到的雨水尽可能多地流入蓄水系统。以湛江市各县区年均下雨量为2 025.75 mm计算，假设概念房顶层雨水收集面积为80 m2，那么1年下来收集到雨水量为2.0×80=160 m3，约合160 t水。假若有100万人采用这套系统，那么1年下来湛江市可节省的用水量约为1.6×108m3。

图7 概念房结构设计

2 蓄水箱的消毒

水箱的消毒一般有：（1）在水箱的出水管上设紫外线消毒器；（2）电解法次氯酸钠发生器；（3）电解法二氧化氯复合消毒剂发生器；（4）水箱自洁消毒器[2]。自洁消毒器的前提是水中的氯化物含量不小于15 mg/L，并有数小时的停留时间。根据规定，生活饮用水箱在48 h不能得到更新时，应设消毒处理装置。但多数情况下远远满足48 h内更新的要求，一般不需要设消毒装置。但对于医疗机构等易产生病菌污染的特殊场所，或者从应急角度而言，水箱设置消毒设施还是很有必要的，而且必须做好平时的维护与管理。

3 结论

据相关研究报告，我国每年由于缺水带来350亿美元的经济损失。我国水资源利用效率低，每生产1美元的GDP，其耗水量是20国集团平均水平的4倍。我国大约1/5的用水完全可以回收利用[4]。而文中提出的基于水资源再利用的家庭自动蓄水循环系统就是基于上述考虑而设计的，希望通过利用夜晚水压较高自动补给水箱，减少由于家用抽水泵的使用导致的电能损耗；增设对雨水收集的同时，提高对雨水的利用率，达到节能环保的目的。

[1] 柳泽清.日本直连式供水技术的开发和应用介绍[C]//中国水协设备材料委二次供水设备选型与应用技术交流研讨会论文集.广西北海：1-3.

[2] 王研.谈生活水箱设计的若干问题[J].给水排水，2005，31(12)：1-2.

[3] From GRUNDFOS Corporation[OL].http：//www.grundfos.com/.

[4] 张玉梅.基于自给的新加坡水资源战略[J].再生资源与循环经济，2011，4(48)：40-44.