节能节水马桶研究

黄彦哲 何培玲

摘 要：本文研究提出一种可自动冲洗的马桶。利用杠杆原理直接达到马桶自动冲洗的功能，同时达到节水效果。解决了现有马桶无法区分大小便从而导致冲洗过程浪费水资源和自动冲洗需耗费能源的问题。

关键词：马桶；节水；节能

引言

微软创始人比尔·盖茨（Bill Gates）曾在Twitter上称：“当前全球仍有4/10的人口沒有享受到安全的入厕方式，即26亿人口。”为解决该问题，比尔及梅琳达·盖茨基金会赞助了一个名为“马桶革命”（Reinvent the Toilet）的项目，并向八所大学的研究机构分别提供40万美元资金，以便研制出更好的马桶。

人们越来越意识到：马桶是人们生活中每天都会接触的生活物品，它的出现可以说已经改变了人们的生活方式，为人们带来很大的便利。但是在上厕所的整个过程中，还会出现许多问题。

（1）从节约水资源方面来看。现今便器水箱的工作方法一般为传感器监控的自动冲洗方法，红外传感器在检测到有人经过的时候会自动启动开关，然后进行冲洗的工作。但是这种方式无论是大小便，冲洗所用的水的量是相同的，而且有时人们经过感应器但是没有如厕的情况下，感应器也会自动启动冲洗开关，导致了水资源的不必要浪费。

（2）从节约能源方面来看。以最简易的蹲便感应器为例，其正常使用需4节5号电池，可使用1年时间，按全国每人使用0.1个蹲便感应器计算，则国家每年需5.2亿节5号电池以维持其正常使用。国家统计局的初步统计数据表明，2007年中国能源消费总量比2006年增长7.8%。2007年我国能源消费总量26.5亿吨标准煤，增幅略有回落，比2006年增幅下降了1.5个百分点。但同时，我国能源消费总量仍然庞大，节能减排的形势依然严峻。

针对现有马桶无法区分大小便从而导致冲洗过程浪费水资源和自动冲洗需耗费能源的问题，本文研究分析后提出一种新型的马桶水箱工作方法。

1 研究现状

1.1 从两项专利发明看现今国内马桶研究的现状

（1）中国专利号200820161754.5公开日2009年7月15日，公开了一份名称为便捷式节水自动化马桶的专利文件，该实用新型涉及一种便捷式节水自动化马桶，其特征是它包括有红外感应装置、单片机、电磁阀、电吹风机、扬声器和电动卷纸机组成，红外感应装置、电磁阀，电吹风机、扬声器和电动卷纸机的信号控制端均连接到单片机的信号输出端，红外感应装置、单片机及电吹风机设在马桶的后部，电动卷纸机设在马桶的侧面，电磁阀设置在马桶的冲水管上。

该实用新型无复杂机电设备，成本低，使用方便，符合人们日常生活习惯。但是该专利存在感应器会误判的情况，而且无法根据人们大小便的实际情况调节出水量，造成了水资源的浪费。

（2）中国专利号201120022809.6公开日2012年3月7日，公开了一份名称为节水蹲便器的专利文件，该节水蹲便器，蹲便器主体两侧有脚踩板其下连接着活塞，在活塞杆上套有弹簧。腔体内有连接在腔体两侧活塞的滑板，腔体活塞与脚踩板下活塞相连接，当人体踩脚踩板时可带动腔体内的滑板向后移动，当人体离开脚踩板后滑板在弹簧作用下恢复到原来位置这样便可将污物带动到排污口。排污口有由带转动轴的磁铁盖，正下端有引力磁铁，当盖上没有污物时就会在引力磁铁大的作用下保持平衡，当盖上有污物时就会因为重力作用而失去平衡将盖打开，污物掉到排污口，再用少量的水冲洗便可将腔体，磁铁盖冲洗干净，盖子又恢复平衡状态将排污口堵住。

该专利利用了滑板来减少用水量，但是这种方式冲洗磁铁盖的时候需要用到更多的水，而且还是需要人工打开开关进行冲水，使用不方便。如果改成自动冲洗，还是无法根据情况来调节冲水量，没有解决浪费用水的问题。

2 新型节能节水马桶水箱原理

为了解决现有马桶无法区分大小便从而导致浪费水资源和耗费大量不必要能源的问题，同时还具有自动冲洗功能，我们提出了一种新的实施方案。

1）基本原理：杠杆原理。

2）结构示意图：

3）工作原理：水箱初始状态上层装满水，下层无水，上层出水口关闭，下层打开。当人来走上踏板后，上层出水口打开，下层出水口关闭，并开始加水。人走后，恢复到初始状态，同时放出下层的水。

3试验及结果

国家规定使用6升以下的马桶。现在市场上的马桶多数是6升的，许多厂家还推出了大小解分开的马桶，有两个3升和6升的开关，这种设计利于节水。

现在根据国家标准进行模拟试验：

假定人的大小便用时分别为3分钟和10分钟，并控制上层水箱出水孔大小使其流速为1升/分钟，上下层水箱满载时容量为6升。

现在水箱初始状态为：上层装满水，下层无水，上层出水口关闭，下层打开，杠杆系统处于自然状态。

当某人使用时，会自然的走上埋置于地下的踏板，通过杠杆系统打开上层水箱出水口，关闭下出水口，对下层水箱进行加水。若使用者是小解，则会在3分钟左右离开，系统恢复自然状态，冲出约3升水；若是大解，则水箱会在6分钟后达到满载状态，上下水箱联通，上层水箱停止加水，使用者走后会冲出6升水，达到预期目标。

结果分析：此新型节能节水马桶成功的解决了自动冲洗问题，无需人刻意按开关冲洗，而是在使用者离开后自动冲洗；同时，它可以根据大小便时间的不同冲不同的水量，达到节水的效果；此外，这款马桶不使用任何能源，对节约能源也可以做出很大贡献。

4 结束语

这种新型的马桶水箱工作方法具有以下几个特点：（1）多适用性：这款马桶的自动冲水功能通过对传统马桶水箱的改进实现，对马桶整体未做太大改动，因此在家庭、公共场所都能使用。（2）采取双层水箱结构：上层常备用水，下层可以根据使用时间的长短进行加水，有节水的效果。（3）杠杆系统：这套杠杆系统采用简单的杠杆原理，方便实用、成本低廉、便于维护和修理、不使用任何能源，有很高的性价比。（4）隐藏踏板：踏板用弹簧支撑，有缓冲效果；踏板与杠杆之间用铰链连接，便于翻开进行清洗；踏板埋设在地下，使用时，人能自然的走上踏板，不会有不适应的感觉，同时不会对马桶美观带来影响。（5）手动应急系统：上层水箱中保留原有的手动开关，即使在杠杆系统失灵的情况下仍可继续工作。

此自动冲洗马桶，能给人们的生活带来便利。与传统马桶相比，它在一定程度上节约用水量，同时有无需使用能源的巨大优势；在适用范围上，适合于大多数公共场合， 稍经改造，即可作为坐式马桶在家庭中使用；由于并未涉及任何高新技术，更适合规模生产，所以这种马桶具有很大的实用价值和开发应用潜力。