節能節水馬桶研究

黃彥哲 何培玲

摘 要：本文研究提出一種可自動沖洗的馬桶。利用杠桿原理直接達到馬桶自動沖洗的功能，同時達到節水效果。解決了現有馬桶無法區分大小便從而導致沖洗過程浪費水資源和自動沖洗需耗費能源的問題。

關鍵詞：馬桶；節水；節能

引言

微軟創始人比爾·蓋茨（Bill Gates）曾在Twitter上稱：“當前全球仍有4/10的人口沒有享受到安全的入廁方式，即26億人口。”為解決該問題，比爾及梅琳達·蓋茨基金會贊助了一個名為“馬桶革命”（Reinvent the Toilet）的項目，并向八所大學的研究機構分別提供40萬美元資金，以便研制出更好的馬桶。

人們越來越意識到：馬桶是人們生活中每天都會接觸的生活物品，它的出現可以說已經改變了人們的生活方式，為人們帶來很大的便利。但是在上廁所的整個過程中，還會出現許多問題。

（1）從節約水資源方面來看。現今便器水箱的工作方法一般為傳感器監控的自動沖洗方法，紅外傳感器在檢測到有人經過的時候會自動啟動開關，然后進行沖洗的工作。但是這種方式無論是大小便，沖洗所用的水的量是相同的，而且有時人們經過感應器但是沒有如廁的情況下，感應器也會自動啟動沖洗開關，導致了水資源的不必要浪費。

（2）從節約能源方面來看。以最簡易的蹲便感應器為例，其正常使用需4節5號電池，可使用1年時間，按全國每人使用0.1個蹲便感應器計算，則國家每年需5.2億節5號電池以維持其正常使用。國家統計局的初步統計數據表明，2007年中國能源消費總量比2006年增長7.8%。2007年我國能源消費總量26.5億噸標準煤，增幅略有回落，比2006年增幅下降了1.5個百分點。但同時，我國能源消費總量仍然龐大，節能減排的形勢依然嚴峻。

針對現有馬桶無法區分大小便從而導致沖洗過程浪費水資源和自動沖洗需耗費能源的問題，本文研究分析后提出一種新型的馬桶水箱工作方法。

1 研究現狀

1.1 從兩項專利發明看現今國內馬桶研究的現狀

（1）中國專利號200820161754.5公開日2009年7月15日，公開了一份名稱為便捷式節水自動化馬桶的專利文件，該實用新型涉及一種便捷式節水自動化馬桶，其特征是它包括有紅外感應裝置、單片機、電磁閥、電吹風機、揚聲器和電動卷紙機組成，紅外感應裝置、電磁閥，電吹風機、揚聲器和電動卷紙機的信號控制端均連接到單片機的信號輸出端，紅外感應裝置、單片機及電吹風機設在馬桶的后部，電動卷紙機設在馬桶的側面，電磁閥設置在馬桶的沖水管上。

該實用新型無復雜機電設備，成本低，使用方便，符合人們日常生活習慣。但是該專利存在感應器會誤判的情況，而且無法根據人們大小便的實際情況調節出水量，造成了水資源的浪費。

（2）中國專利號201120022809.6公開日2012年3月7日，公開了一份名稱為節水蹲便器的專利文件，該節水蹲便器，蹲便器主體兩側有腳踩板其下連接著活塞，在活塞桿上套有彈簧。腔體內有連接在腔體兩側活塞的滑板，腔體活塞與腳踩板下活塞相連接，當人體踩腳踩板時可帶動腔體內的滑板向后移動，當人體離開腳踩板后滑板在彈簧作用下恢復到原來位置這樣便可將污物帶動到排污口。排污口有由帶轉動軸的磁鐵蓋，正下端有引力磁鐵，當蓋上沒有污物時就會在引力磁鐵大的作用下保持平衡，當蓋上有污物時就會因為重力作用而失去平衡將蓋打開，污物掉到排污口，再用少量的水沖洗便可將腔體，磁鐵蓋沖洗干凈，蓋子又恢復平衡狀態將排污口堵住。

該專利利用了滑板來減少用水量，但是這種方式沖洗磁鐵蓋的時候需要用到更多的水，而且還是需要人工打開開關進行沖水，使用不方便。如果改成自動沖洗，還是無法根據情況來調節沖水量，沒有解決浪費用水的問題。

2 新型節能節水馬桶水箱原理

為了解決現有馬桶無法區分大小便從而導致浪費水資源和耗費大量不必要能源的問題，同時還具有自動沖洗功能，我們提出了一種新的實施方案。

1）基本原理：杠桿原理。

2）結構示意圖：

3）工作原理：水箱初始狀態上層裝滿水，下層無水，上層出水口關閉，下層打開。當人來走上踏板后，上層出水口打開，下層出水口關閉，并開始加水。人走后，恢復到初始狀態，同時放出下層的水。

3試驗及結果

國家規定使用6升以下的馬桶。現在市場上的馬桶多數是6升的，許多廠家還推出了大小解分開的馬桶，有兩個3升和6升的開關，這種設計利于節水。

現在根據國家標準進行模擬試驗：

假定人的大小便用時分別為3分鐘和10分鐘，并控制上層水箱出水孔大小使其流速為1升/分鐘，上下層水箱滿載時容量為6升。

現在水箱初始狀態為：上層裝滿水，下層無水，上層出水口關閉，下層打開，杠桿系統處于自然狀態。

當某人使用時，會自然的走上埋置于地下的踏板，通過杠桿系統打開上層水箱出水口，關閉下出水口，對下層水箱進行加水。若使用者是小解，則會在3分鐘左右離開，系統恢復自然狀態，沖出約3升水；若是大解，則水箱會在6分鐘后達到滿載狀態，上下水箱聯通，上層水箱停止加水，使用者走后會沖出6升水，達到預期目標。

結果分析：此新型節能節水馬桶成功的解決了自動沖洗問題，無需人刻意按開關沖洗，而是在使用者離開后自動沖洗；同時，它可以根據大小便時間的不同沖不同的水量，達到節水的效果；此外，這款馬桶不使用任何能源，對節約能源也可以做出很大貢獻。

4 結束語

這種新型的馬桶水箱工作方法具有以下幾個特點：（1）多適用性：這款馬桶的自動沖水功能通過對傳統馬桶水箱的改進實現，對馬桶整體未做太大改動，因此在家庭、公共場所都能使用。（2）采取雙層水箱結構：上層常備用水，下層可以根據使用時間的長短進行加水，有節水的效果。（3）杠桿系統：這套杠桿系統采用簡單的杠桿原理，方便實用、成本低廉、便于維護和修理、不使用任何能源，有很高的性價比。（4）隱藏踏板：踏板用彈簧支撐，有緩沖效果；踏板與杠桿之間用鉸鏈連接，便于翻開進行清洗；踏板埋設在地下，使用時，人能自然的走上踏板，不會有不適應的感覺，同時不會對馬桶美觀帶來影響。（5）手動應急系統：上層水箱中保留原有的手動開關，即使在杠桿系統失靈的情況下仍可繼續工作。

此自動沖洗馬桶，能給人們的生活帶來便利。與傳統馬桶相比，它在一定程度上節約用水量，同時有無需使用能源的巨大優勢；在適用范圍上，適合于大多數公共場合， 稍經改造，即可作為坐式馬桶在家庭中使用；由于并未涉及任何高新技術，更適合規模生產，所以這種馬桶具有很大的實用價值和開發應用潛力。