雨水收集反饋發電系統研究

劉志偉，陶宇飛

（電子科技大學，四川 成都611731）

1 高樓雨水收集系統

1.1 方案設計

本收集方案主要由集雨裝置、過濾器、流通管道、蓄水裝置等部分構成。集雨裝置在此處作用為收集一定量的雨水，達到一定的水壓后再往下排。因為過濾裝置需要在一定的水壓下，才能達到排污的效果。工作時，雨水在頂部匯聚，通過排水管道將雨水集中至集雨裝置中。集雨裝置內裝有浮標式自動閥門，達到一定水位之后閥門打開，雨水通過管道流過過濾器，再順管道流下儲存至底部的蓄水裝置中。

1.2 方案分析

假設廣州市的一棟樓頂面積2000m2的高樓，按照廣州市2013年降水量為1801.4mm計算，則能夠收集的雨水量為3602.8m3。按照廣州人均日耗水量約為210L計算，該裝置收集的雨水量能夠滿足約47人的年需水量。該裝置安裝簡便，經過過濾的雨水能夠作為一般性生活用水，而且此裝置的壽命在30年以上，完全能夠作為城市規劃中的節能減排性裝置。基于此將對此裝置進行改進，作為利用雨水發電的基礎。

2 雨水發電系統的設計

2.1 收集裝置

本系統收集裝置是利用高樓上部的空間，在其內部修建蓄水池，利用屋頂來進行收集。屋頂的設計是四棱錐型，雨水從上部流至四周的管道中，并最終匯流至泥沙過濾器。雨水經由泥沙過濾器，基本潔凈的雨水流入屋頂雨水收集箱中。屋頂的雨水收集箱中設計有水位計，該水位計與浮標一起檢測水位。水位計采用的是電子傳感器設計，一旦水位達到設定值，則水流通過管道流下.該設計是為了能夠達到反饋發電的目的，以防止降水量過多時，雨水池無法承載，從而立即進行發電。

同時為了方便檢修，設置有手動閥門，人員可以通過遠程的開關控制，手動控制閥門的開閉，從而達到人工控制發電的目的（圖1）。

2.2 發電及二次收集裝置

經由上部分計算，采用3kW軸流式發電機。該發電機的技術指標為，要求水頭高度2～3m，流量是0.08～1.5m3／s，轉速為1000～1500轉。雨水經由發電機之后，由蓄電裝置進行蓄電（未給出），水流進入高樓底部的二次蓄水池中（圖2）。

二次蓄水池中的水是經過上層過濾之后的雨水，可以進行常規性的生活用水，可用來澆花、洗車等。因此該蓄水池重新導出一個水管來作為生活用水的輸入，從而減少了雨水的浪費。

3 系統的社會經濟效益

雨水收集發電具有非常積極的社會經濟效益。通過雨水的收集充分利用了自然環境中的水資源，用以灌溉、洗車或作為其他生活用水。真正落實了可持續發展的戰略方針，成功解決了部分地區水資源分布不均，彌補雨水季節性差異的弊端。雨水的收集與利用必將成為今后社會發展的一個主要方向。

通過高樓雨水的收集進行發電是一項資源再利用的計劃。將此系統安裝在多雨城市的高樓中，可以很好的利用水資源，并且將高樓的優勢同時利用起來進行雨水的發電。將產生的電能用以小區路燈供電、作為公共設施的應急電源或最終將這些電能連入社區總電網，成為一種可再生的能源。

圖1 高樓雨水收集

圖2 高樓雨水發電及二次收集

經過調查，目前城市中的生活用水平均為3.95元／m3，而城市居民生活用電約為0.483元／kW·h。經過簡單計算便可以得出，成本明顯低于本系統每年所產的價值。

4 環境效益分析

通過高樓收集雨水，可以將之前被廢棄的雨水利用起來，在雨季時分或者降雨量大的時期內，減輕城市下水道的負擔；同時收集的雨水可儲存于地下作為生活用水，可用于洗車、澆花等一般生活用水。

另外過濾器可以將雨水進行雜質過濾，吸除雨水中的部分硫化合物，按照計算，約可去除28%的硫化合物。通過上文中的雨水總收集量2896000m3，每噸水約含硫0.038%，約380g來計算，約可除去大氣中的硫1100kg，防止了硫在大氣中的循環。

5 結語

雨水的收集是當前國際上非常熱門的話題。本文從雨水的收集入手，結合現階段的多種收集方法進行雨水特定收集方法的分析并得出適合于本發電系統的分析。該發電系統適用于當前城市化中的高樓雨水收集，不僅二次利用了雨水，也同時產生大量的電能。綜合起來，本系統結構簡單，節約能源，環保實用，未來有廣闊的應用前景。

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