關于健身器材發電在中水回用裝置中的探討★

韓 瑞 羅衛東 劉晶茹* 宛 立 王 晶

(大連海洋大學海洋與土木工程學院，遼寧 大連 116023)

關于健身器材發電在中水回用裝置中的探討★

韓 瑞 羅衛東 劉晶茹* 宛 立 王 晶

(大連海洋大學海洋與土木工程學院，遼寧 大連 116023)

論述了探討利用家用健身器材動能進行發電應用于中水回用這一問題的背景及意義，結合家用健身器材的現狀，分析了中水回用裝置中健身器材發電設備的設計思路，指出將家用健身器材發電用于實際生活中是行之有效的方式。

健身器材，發電，中水，設備

1 裝置研究背景及意義

鑒于世界上現在水資源的短缺，越來越嚴峻的現實擺在我們面前，若干年后是否還有充足干凈達標的淡水資源能供給我們的日常生活還沒有一個確切的答案。在這一緊張嚴峻的背景下，資源回收再利用便成為一個必須思考的問題。其中提高廢水利用率這一重之又重的研究課題必將成為水資源利用研究的重點。另一方面，又由于我國是世界人口大國，各種資源總量居世界前列但人均資源較少，所以我們急需提高技術工藝，盡可能高的提升資源利用率。同時，隨著生活節奏的日趨加快，生活壓力較大，我們的健康狀況較之以前有很大程度的下降。在這一趨勢下，鍛煉身體提高健康水平則深入人心。于是，在這種現實條件下，我們提出了利用家用健身器材的動能進行發電應用于中水的回用這一課題，一方面，能將生活盥洗廢水進行回用，切實減少浪費，節約資源；另一方面，則將人們越來越重視的健身活動產生的能量進行合理有效利用。此項研究能達到節能減排的目標，在實際中將發揮很大的作用。本篇綜述，著重對近些年針對于家庭健身器材發電的研究進行分析討論。

2 家用健身器材的現狀

我們了解到目前國內家庭健身器材的作用原理形式絕大部分是圓周運動和圓弧運動。一方面，由于現在快節奏的都市生活使得一部分戶外運動被迫取消或受到不同程度的限制。另一方面，緊張高壓的工作使得很大一部分人身體健康受到威脅，有針對性的進行身體鍛煉就不得不引起重視。此時，同人們的戶外運動形式很相似的家用健身器材則應運而生。于是，在考慮家用健身器材的運動形式時必須時刻與我們的實際運動生活相聯系，進行問題分析時必須以“人”為主體。由于人們的運動形式不同，室內健身器材則又可分為健身車、跑步機、踏步機、劃船器等這些有氧健身器材；而另外一部分則是力量訓練器(啞鈴等)和競賽車類的無氧健身器材。基于市場需要和力量訓練器械類的使用隨時性、無時限性，我們在健身器材的設計論證中主要以有氧健身器材為主。

3 中水回用裝置中健身器材發電設備的設計思路

在這個健身器材發電應用于家庭中水回用裝置的設計論證過程中，我們需保證應用的健身器材發電設備能適應以上主體為有氧運動的健身器材。另一方面，發電裝置的設計也需考慮由于不同年齡、不同身體狀況的人的運動條件、運動時間不同而導致的能量周期、變化系數等不同。其次，通過科學研究不難得知，健身器材的運動轉速較慢，不能直接用于發電，在設計考慮過程中必須采用齒輪提速裝置將轉速提高至符合工學設計參數要求。另外，此套發電設備成果后期需要將其運用到中水回用電能提供中去，即再次做沖洗水用，此過程需要提升泵的配合，而中水回用是沒有特定的時間和具體要求的，所以在發電設備系統中必須加入充能蓄電裝置(一般以蓄電池常見)。

基于以上幾點特點及設計考慮因素，近些年也已經出現了一些針對家庭用健身器材發電的裝置系統。根據總體的市場研究成果概括來說，家用健身器材發電設備作用原理主要有支桿連接發電、水介質傳導發電、空氣介質傳導發電和特型發電四種類型。而在發電設備中較為常見且造價較低的則是利用支桿連接發電。支桿連接發電則是將家用健身器材利用支桿傳導連接到設備主軸；帶動設備主軸運動，通過齒輪變速裝置，提高轉速；利用動能發電機，帶動磁轉子轉動切割磁場，從而達到發電的目的。整個這一過程中，總的原理較為簡單，整體性比較好，能量利用率高。另外，水介質傳導發電和空氣介質傳導發電原理相似。水介質傳導發電則是用健身器材帶動一種偏心凸輪旋轉，利用容積泵將其壓入緩沖槽，然后流動，利用水流作用沖擊葉輪，葉輪經過旋轉變速后帶動發電機發電。最后水流還能經過另一緩沖槽，形成循環系統。不過，這兩種方式比較適合大型、眾多健身器材的聯合發電形式。對于空氣介質發電和水介質發電的情況基本一致，只是針對空氣需要增加空氣壓縮機、貯氣罐等等設備，其特點也是在稍具規模的健身會所內使用較為方便。而最后對于特型發電，它只是針對符合其設計結構的一小部分健身器材，不是大眾的，對于我們這種準備覆蓋整個群體的項目，不具有實際的意義，所以此處不再對其贅述。

在設計研究過程中我們偏重于考慮已經具有市場研發能力并且整體原理簡單，能夠成熟發展并且可以大批量進行工廠自動化生產能力的發電系統。同時，考慮到以后的市場覆蓋面較廣，在考慮造價上也是偏重于中、低端價格，不會造成產品只符合實驗室條件而不符合市場條件而不能大力推廣。

近些年，國內外除了對家用健身器材發電設備有了進一步的研究外，對蓄電儲能設備的研究也有了深入發展。若想要在中水回用中更好的利用健身器材的發電，則蓄電設備發揮著必不可少的作用。眾所周知，健身器材的使用是根據用戶自身調節的，本身并無其規律，因而發電產生電能也是不定的，不能用來直接連接用電器使用。因此，需要蓄電裝置儲能，便于隨時使用。而且經過蓄電裝置后輸出的電壓穩定，不會對電器造成干擾破壞。現在市場上對于充當這一儲能角色的物品使用最多的則是蓄電池，其簡單方便并且降低成本，占有很大的市場。隨著社會和科技發展，手機、平板電腦等小型用電器越來越多，在此發電裝置中，在蓄電池的輸出端，也可以考慮設計改變成具有不同頻段、不同電壓的輸出口。一方面，可用于供給提升泵的正常使用，另一方面可提供USB輸出口，用于小型用電器的充電。加入這一裝置一方面可將電量充分利用，不會造成資源浪費；再者可讓鍛煉者有充分的心理滿足感，直觀的感受到運動的成果，增加興趣，提高生活健康水平。

除了上述兩項發電設備和蓄能設備組成系統的主要部分外，一種有效的具有實際意義的自動化電路控制系統也是必不可少的。通過這一控制系統將整個裝置連接成一個整體，形成可視化面板操作，簡單、直觀、智能。根據國內外在近些年的研究和市場的應用成果，我們已經達到了可以用極管、電阻等一系列電路元件組成任意控制及其自動控制系統，能最大量最大質的利用電能，不造成過多荷載，但也不浪費。

4 應用前景

通過以上的論述，我們不難發現，將家用健身器材發電用于實際生活中則是行之有效的方式。因此，對這一項目中重要的健身器材發電部分已經進行了充足的論證，這個項目是可以實施的并且具有很大的市場潛力。同時，健身器材發電由于需要運用在家庭中，需要盡可能的減少體積，降低成本造價，使其可以在廣大業主中普及開來。另一方面，盡管市場上對健身器材發電已經有了一定的研究成果以及產品市場，但是通過我們的論證研究證明此項目還是有很多創新點可循的。相信在不久的將來，此項目一定會在研究中由實驗室逐步推向市場，真正的造福大眾以減少環境壓力。

On exploration for fitness equipment power generating in water reuse equipment★

Han Rui Luo Weidong Liu Jingru* Wan Li Wang Jing

(OceanandCivilEngineeringCollege,DalianOceanUniversity,Dalian116023,China)

The paper indicates the background and significance of adopting the power from the fitness equipment’s energy of motion in the water reuse, analyzes the design ideas for the power generating equipment of the fitness equipment in the water reuse equipment by combining with the status of the equipment, and points out the power generating fitness equipment can be the effective way in real life.

fitness equipment, power generating, water, equipment

2015-01-09★：大學生創新創業訓練資助項目

韓 瑞(1992- ),男，在讀本科生； 羅衛東(1963- )，男，副教授； 宛 立(1970- )，女，副教授； 王 晶(1982- )，女，講師

劉晶茹(1976- )，女，講師

1009-6825(2015)08-0145-02

G818.3

A