新型宿舍內循環節水裝置的設計

趙捷捷　詹文怡　楊涵鈺　尹相智　任雨菲　劉友英

【摘 要】我國水資源總量位居世界第六，但人均占有量僅相當于世界人均占有量的1/4，因此我國水資源處于短缺狀態。眾多高校、企業的生活用水都是一次直接排掉，造成了水資源的浪費。針對這種情況，本文介紹的新型節水裝置將生活用水進行處理、收集及二次使用，以節約水資源。

【關鍵詞】實用型;節水裝置

中圖分類號： TU824.2文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）33-0016-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.33.007

0 前言

我國水資源總量并不豐富，人均占有量更低。由于水資源空間分布不均勻、水污染嚴重、用水浪費等因素，使得我國水資源出現短缺，嚴重制約著我國社會和經濟的發展。特別是隨著我國城市化率的提升，城市對水資源的需求迅速增加，水資源供需矛盾愈發突出。與此同時，我國水資源污染的情況也十分嚴峻：江河湖泊整體污染嚴重、局部海域污染嚴重、地下水水位大幅下降、地下水資源水質不斷惡化等。

此外，隨著校舍及師資生源的增加和復雜多樣化，學校的師生用水管理也面臨著重大的挑戰，水源浪費現象的比重也在不斷提升。在許多高校中，校舍的用水量大而且容易造成浪費。以我校某宿舍用水現狀為例，一個人的用水量：刷牙2L/天，洗臉4L/天，洗衣服7.5L/天，其他用水2.5L/天。

1 設計方案

1.1 設計目的

在水資源逐漸匱乏的今天，我們應該樹立節水環保，提倡一水多用，水資源的循環使用。若能有效的挖掘學校節水潛力，提高學生的節水意識，就能做到節約用水，最終有效地使用水資源，保護水資源，實現良好的經濟效益和社會效益。而校舍用水的循環利用就是其中較為重要的一環。通過收集洗漱洗臉等生活用水，加以簡單過濾，而后可以用來沖馬桶。通過類似的方式可以很大程度上的改善高校水資源浪費嚴重的現象。

1.2 設計方案

1.2.1 設計原理

該作品原理是將上一層樓盥洗臺處使用過的廢水收集到下一層樓放置于便池右上方的儲罐中，作為沖馬桶用水。從儲罐引出管線連接到沖水管道中，五樓的洗漱用水給四樓沖廁所，四樓的提供給三樓沖，以此類推。節水裝置的空間布置圖見圖1。這樣僅有五樓需要使用新的自來水沖廁所，沖廁所的用水量直接減縮至原來的五分之一，且無需任何動力裝置，簡約環保。

1.2.2 管道設計

洗漱臺下使用濾網+雙彎頭（阻隔臭氣），裝閥門。走直管，到下一層的隔板，通向儲水罐，從儲水罐接直管通向蹲坑，使用一截止閥控制水流的流量和流速。

實測得，沖水水箱底面距出水口距離為1.0m。當截止閥開到最大位置時，由水的流速的公式[2]：

可得原沖水水箱沖水的流速：u1=1.49m/s。

設計的儲水罐出水口距直管道下方距出水口距離：1直=2m，仍采用φ33×4的PVC管。由水的流速公式得u2=2.07m/s>u1。故設計的沖水系統沖水速度能滿足實際需求。

對直管按厚壁圓筒的第一主應力即周向應力進行校核，滿足強度要求。

1.2.3 儲罐設計

以我校某宿舍為例，四人宿舍每天用水量：Q=（2+4+7.5+2.5）×4=64L/天=0.064m3/天。

考慮到儲水空間和美觀，儲罐的位置定在便池右上方緊貼天花板處。其次，使用圓筒狀儲罐，受力均勻，可以直接使用外徑0.315m的PVC管制作，既輕便也防銹蝕。洗漱用水較為干凈，但僅通過過濾網過濾，仍可能有頭發以及其他一些原因將儲罐出水口堵塞，所以在儲罐側面開有一個人孔，方便維修。

根據宿舍浴室空間的大小及材料PVC管的尺寸，確定管道的壁厚[3]：

故選用DO=315mm，δ標準=9.2mm的PVC管。

儲罐采用平板封頭[3]：

2 設計意義

2.1 經濟效益

水箱容積為64L，按每天使用一水箱的水計算，一年即為23.36噸。假設一個學校有4000個校舍，一年可以節省的水為93440噸。按當地水價2.3元/m3計算，水費用可節省21.49萬元，可節約學校1/3的沖廁用水，大大提高了水資源的利用率[4]。

2.2 社會效益

通過該設計喚起高校及企業節約生活用水的意識，并使之意識到節約生活用水的重要性及其重大意義。此外，該設計還有利于推動高校及企業對于此類生活用水循環利用的創新設計。二次利用生活用水，減少資源浪費，減少污水排放，不僅有利于水資源的節約，而且還有助于對生態環境的保護。

【參考文獻】

[1]何倩，陳巖，劉倩倩，高葉楠，柳慶超.高校水資源利用現狀調查與評價——以南京林業大學為例[J].價值工程，2017（24）.

[2]王志魁.化工原理第五版[M].北京：化學工業出版社，2017.

[3]劉友英，朱大勝，李興成.過程設備設計[M].西安：西安電子科技大學出版社，2017.

[4]孫雪，鄭小晨.宿舍水的微循環與凈化系統設計——以常州某高校學生宿舍為例[J].科技資訊，2014（33）.