雨水收集反馈发电系统研究

刘志伟，陶宇飞

（电子科技大学，四川 成都611731）

1 高楼雨水收集系统

1.1 方案设计

本收集方案主要由集雨装置、过滤器、流通管道、蓄水装置等部分构成。集雨装置在此处作用为收集一定量的雨水，达到一定的水压后再往下排。因为过滤装置需要在一定的水压下，才能达到排污的效果。工作时，雨水在顶部汇聚，通过排水管道将雨水集中至集雨装置中。集雨装置内装有浮标式自动阀门，达到一定水位之后阀门打开，雨水通过管道流过过滤器，再顺管道流下储存至底部的蓄水装置中。

1.2 方案分析

假设广州市的一栋楼顶面积2000m2的高楼，按照广州市2013年降水量为1801.4mm计算，则能够收集的雨水量为3602.8m3。按照广州人均日耗水量约为210L计算，该装置收集的雨水量能够满足约47人的年需水量。该装置安装简便，经过过滤的雨水能够作为一般性生活用水，而且此装置的寿命在30年以上，完全能够作为城市规划中的节能减排性装置。基于此将对此装置进行改进，作为利用雨水发电的基础。

2 雨水发电系统的设计

2.1 收集装置

本系统收集装置是利用高楼上部的空间，在其内部修建蓄水池，利用屋顶来进行收集。屋顶的设计是四棱锥型，雨水从上部流至四周的管道中，并最终汇流至泥沙过滤器。雨水经由泥沙过滤器，基本洁净的雨水流入屋顶雨水收集箱中。屋顶的雨水收集箱中设计有水位计，该水位计与浮标一起检测水位。水位计采用的是电子传感器设计，一旦水位达到设定值，则水流通过管道流下.该设计是为了能够达到反馈发电的目的，以防止降水量过多时，雨水池无法承载，从而立即进行发电。

同时为了方便检修，设置有手动阀门，人员可以通过远程的开关控制，手动控制阀门的开闭，从而达到人工控制发电的目的（图1）。

2.2 发电及二次收集装置

经由上部分计算，采用3kW轴流式发电机。该发电机的技术指标为，要求水头高度2～3m，流量是0.08～1.5m3／s，转速为1000～1500转。雨水经由发电机之后，由蓄电装置进行蓄电（未给出），水流进入高楼底部的二次蓄水池中（图2）。

二次蓄水池中的水是经过上层过滤之后的雨水，可以进行常规性的生活用水，可用来浇花、洗车等。因此该蓄水池重新导出一个水管来作为生活用水的输入，从而减少了雨水的浪费。

3 系统的社会经济效益

雨水收集发电具有非常积极的社会经济效益。通过雨水的收集充分利用了自然环境中的水资源，用以灌溉、洗车或作为其他生活用水。真正落实了可持续发展的战略方针，成功解决了部分地区水资源分布不均，弥补雨水季节性差异的弊端。雨水的收集与利用必将成为今后社会发展的一个主要方向。

通过高楼雨水的收集进行发电是一项资源再利用的计划。将此系统安装在多雨城市的高楼中，可以很好的利用水资源，并且将高楼的优势同时利用起来进行雨水的发电。将产生的电能用以小区路灯供电、作为公共设施的应急电源或最终将这些电能连入社区总电网，成为一种可再生的能源。

图1 高楼雨水收集

图2 高楼雨水发电及二次收集

经过调查，目前城市中的生活用水平均为3.95元／m3，而城市居民生活用电约为0.483元／kW·h。经过简单计算便可以得出，成本明显低于本系统每年所产的价值。

4 环境效益分析

通过高楼收集雨水，可以将之前被废弃的雨水利用起来，在雨季时分或者降雨量大的时期内，减轻城市下水道的负担；同时收集的雨水可储存于地下作为生活用水，可用于洗车、浇花等一般生活用水。

另外过滤器可以将雨水进行杂质过滤，吸除雨水中的部分硫化合物，按照计算，约可去除28%的硫化合物。通过上文中的雨水总收集量2896000m3，每吨水约含硫0.038%，约380g来计算，约可除去大气中的硫1100kg，防止了硫在大气中的循环。

5 结语

雨水的收集是当前国际上非常热门的话题。本文从雨水的收集入手，结合现阶段的多种收集方法进行雨水特定收集方法的分析并得出适合于本发电系统的分析。该发电系统适用于当前城市化中的高楼雨水收集，不仅二次利用了雨水，也同时产生大量的电能。综合起来，本系统结构简单，节约能源，环保实用，未来有广阔的应用前景。

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