一种新型热水器初期弃水回流加热系统的设计

蔡璐阳

(武汉大学 土木建筑工程学院,湖北 武汉　430072)



一种新型热水器初期弃水回流加热系统的设计

蔡璐阳

(武汉大学 土木建筑工程学院,湖北 武汉430072)

针对热水器使用过程中，大量初期冷水被弃用的现象，提出利用微型水泵和温控开关进行回流加热的方法，解决水资源浪费问题。装置设备简单，运行智能化、便捷化，且投资小。

回流管道;微型水泵;温控开关;智能化;便捷化

随着我国社会经济不断发展，资源需求日益增长，环境与发展的矛盾不断加深，水资源作为不可替代的自然资源,在经济发展和人民生活中占有重要地位[1]。在非全日制热水循环管网中，热水器刚开始运行时会流出部分冷水，人们常常直接将这部分冷水未加以利用就直接排走，长期下来会浪费相当一部分水资源。本装置是在传统热水器的基础上进行改造的二代热水器系统，相比于传统热水器，这一新型系统采用了水泵和智能化的温控开关，将会对初期冷水的回流加热进行更细致的处理，解决打开热水器后放出的部分冷水被弃的问题。

1　工作原理

回流管中安装水泵，主水管中安装一个温控开关和一个三通控制阀，温控开关分别控制水泵和三通控制阀。

当水流入主水管，温控开关感应到温度低于设计温度，则关闭三通阀，打开水泵工作，使水沿回流管回流到热水器重复加热至设计温度。当水温达到设计温度时，温控开关控制水泵停止工作，三通控制阀打开，热水器正常工作。

由于将温控开关放置在主水管中，能够在第一时间感应到水温的变化，整个装置更加精密，误差更小。且采用了三通阀，使系统便于控制，当水温达不到设定温度时能确保水不会流出主水管。

图1　装置原理图

2　模型设计

2.1微型水泵

出于对本系统体积，抽水量以及经济等方面的综合考虑，我们决定使用微型水泵。经过计算，需要水泵的流量为0.6L/min,扬程为3m.因此我们选择常规微型水泵：ORS25-10微型水泵。

图2　ORS25-10微型水泵

2.2温控开关

2.2.1温控开关选择装置需要的温控开关必须设定简单，且使用起来便捷，安装和接线也十分方便，比较后选用LK-5电子温控开关，并选用防水探头，使用温度为0℃～99℃，操作方便，可同时设定温度和时间[2]。

2.2.2性能参数

图3　LK-5电子温控开关

电源电压：AC220V/50Hz;安全负载：1100W(阻性)600W(感性);

控制精度：±1℃;感温元件：NTC;

控温范围：0℃～99℃;控制温差：1℃～99℃;

温度校正范围：-5℃～5℃;时间控制模式：间歇式，预约式，倒计时式;

时间定时范围：1～99min;倒计时式：0001～9999min;

预约式：0001-9999min;外形尺寸：146*97*45mm

2.3热水器

由于在模型模拟阶段，直接采用热水器模拟条件有限，操作困难，因此使用饮水机来模拟热水器，仅测试当水温低于设计温度时系统将水抽回至饮水机的可行性。饮水机的优点是当水加热到一定温度后可以保温，便于进行实验。

2.4其他器材

水管：选取一般四分的水管四根，其中1m两根，1.5m一根，0.5m一根，用三通管连接。

三通管、软管、绝缘胶若干，切割刀，扳手等。

2.5模型

图4　装置模型图

3　装置性能测试

1)用饮水机模拟热水器，测得饮水机的保温温度约为为73℃～75℃.我们将启动温度设定为室温25℃，停止温度设为70℃，并将水泵与温控开关连接。

2)将装置上的一根连接软管接到饮水机热水出水口上，另一端接到事先准备的水盆中。向饮水机中倒入25℃的水，接通饮水机电源开始加热一会儿，此时我们打开饮水机热水出水口，由于流出的水远没有达到停止温度70℃，温控开关启动水泵，将水抽入回流管，此时我们观察到水从回流管中流入饮水机中。

3)待饮水机中的水加热完毕并处于保温状态时，由于此时温度已经超过70℃，打开饮水机热水出水口，此时，温控开关停止工作，观察到水直接从下端阀门流出。

图5　装置性能测试

4　技术经济比较分析

4.1项目投入与产出

投入：水泵报价：50元，温控开关报价：20元。

产出：节省水量预估：一般太阳能热水器放置于楼顶，由水管接入一般家庭，设水管长度为10m，普通家用热水器水管为DN15，计算可知一次可节省的水约为1.767kg.假设一家三口人，每人每天洗脸和洗澡共两次，一共为六次，则可节省水10.603kg，一年约为3870kg.每1000kg水约为4元，则一年可节省水费为15.48元。

如果继续推广，比如山庄旅游宾馆，温泉宾馆等，管径DN50,管长500～1000m,这样一次可节省的水约为981.7～1963.5kg，而因为循环管管径不变，相应水泵成本基本上也不会增加多少，约100元左右。

4.2经济效益

由以上投入和产出的数据可知，最少约4年即可实现产出大于投入，项目经济效益相当可观，可为使用的家庭节省一笔开支。

5　装置应用前景

当今社会提出要大力促进生态文明建设，促进水资源的节约利用[3]。热水的使用是我们日常生活不可缺少的一部分，热水器运行初期浪费的这一部分冷水，日积月累将造成水资源的浪费。特别是在一些用水多，用水量大的地方，如果不及时采取措施，会浪费相当一部分水资源。

常见的用水大用户有食堂，医院，屠宰场以及各式各样的工厂。这些地方如果不注重水资源的节约，将没有加热到设计温度的水随意排出，长期积累下来将浪费大量宝贵的水资源。本项目不仅操作智能便捷化，且经济适用，使用寿命的长，对于用水大户来说，将本装置稍加改造，适当增大水泵的功率，可以节省大量的水资源，是一个相当经济的选择；而对于普通家庭，根据需要选择合适的水泵，也可以满足家庭需求。

[1]王媛，盛连喜，李科，等.中国水资源现状分析与可持续发展对策研究[J].水资源与水工程学报，2008，19(3)：10～15．

[2]陈少凤.具有温控开关的电热水器[P].2000—03—01．

[3]杨成立，刘志强.浅谈我国水资源状况及保护对策[J].山西建筑，2003，10(4)：19～21．

2016—03—06

蔡璐阳(1995—)，女，湖北浠水人，主要研究给排水工程、废水资源化.

O342

A

1009-2714(2016)02- 0100- 04

10.3969/j.issn.1009-2714.2016.02.022