蔡璐陽

(武漢大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院,湖北 武漢　430072)

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一種新型熱水器初期棄水回流加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

蔡璐陽

(武漢大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院,湖北 武漢430072)

針對(duì)熱水器使用過程中，大量初期冷水被棄用的現(xiàn)象，提出利用微型水泵和溫控開關(guān)進(jìn)行回流加熱的方法，解決水資源浪費(fèi)問題。裝置設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行智能化、便捷化，且投資小。

回流管道;微型水泵;溫控開關(guān);智能化;便捷化

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，資源需求日益增長(zhǎng)，環(huán)境與發(fā)展的矛盾不斷加深，水資源作為不可替代的自然資源,在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活中占有重要地位[1]。在非全日制熱水循環(huán)管網(wǎng)中，熱水器剛開始運(yùn)行時(shí)會(huì)流出部分冷水，人們常常直接將這部分冷水未加以利用就直接排走，長(zhǎng)期下來會(huì)浪費(fèi)相當(dāng)一部分水資源。本裝置是在傳統(tǒng)熱水器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的二代熱水器系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)熱水器，這一新型系統(tǒng)采用了水泵和智能化的溫控開關(guān)，將會(huì)對(duì)初期冷水的回流加熱進(jìn)行更細(xì)致的處理，解決打開熱水器后放出的部分冷水被棄的問題。

1　工作原理

回流管中安裝水泵，主水管中安裝一個(gè)溫控開關(guān)和一個(gè)三通控制閥，溫控開關(guān)分別控制水泵和三通控制閥。

當(dāng)水流入主水管，溫控開關(guān)感應(yīng)到溫度低于設(shè)計(jì)溫度，則關(guān)閉三通閥，打開水泵工作，使水沿回流管回流到熱水器重復(fù)加熱至設(shè)計(jì)溫度。當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)計(jì)溫度時(shí)，溫控開關(guān)控制水泵停止工作，三通控制閥打開，熱水器正常工作。

由于將溫控開關(guān)放置在主水管中，能夠在第一時(shí)間感應(yīng)到水溫的變化，整個(gè)裝置更加精密，誤差更小。且采用了三通閥，使系統(tǒng)便于控制，當(dāng)水溫達(dá)不到設(shè)定溫度時(shí)能確保水不會(huì)流出主水管。

圖1　裝置原理圖

2　模型設(shè)計(jì)

2.1微型水泵

出于對(duì)本系統(tǒng)體積，抽水量以及經(jīng)濟(jì)等方面的綜合考慮，我們決定使用微型水泵。經(jīng)過計(jì)算，需要水泵的流量為0.6L/min,揚(yáng)程為3m.因此我們選擇常規(guī)微型水泵：ORS25-10微型水泵。

圖2　ORS25-10微型水泵

2.2溫控開關(guān)

2.2.1溫控開關(guān)選擇裝置需要的溫控開關(guān)必須設(shè)定簡(jiǎn)單，且使用起來便捷，安裝和接線也十分方便，比較后選用LK-5電子溫控開關(guān)，并選用防水探頭，使用溫度為0℃～99℃，操作方便，可同時(shí)設(shè)定溫度和時(shí)間[2]。

2.2.2性能參數(shù)

圖3　LK-5電子溫控開關(guān)

電源電壓：AC220V/50Hz;安全負(fù)載：1100W(阻性)600W(感性);

控制精度：±1℃;感溫元件：NTC;

控溫范圍：0℃～99℃;控制溫差：1℃～99℃;

溫度校正范圍：-5℃～5℃;時(shí)間控制模式：間歇式，預(yù)約式，倒計(jì)時(shí)式;

時(shí)間定時(shí)范圍：1～99min;倒計(jì)時(shí)式：0001～9999min;

預(yù)約式：0001-9999min;外形尺寸：146*97*45mm

2.3熱水器

由于在模型模擬階段，直接采用熱水器模擬條件有限，操作困難，因此使用飲水機(jī)來模擬熱水器，僅測(cè)試當(dāng)水溫低于設(shè)計(jì)溫度時(shí)系統(tǒng)將水抽回至飲水機(jī)的可行性。飲水機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)水加熱到一定溫度后可以保溫，便于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.4其他器材

水管：選取一般四分的水管四根，其中1m兩根，1.5m一根，0.5m一根，用三通管連接。

三通管、軟管、絕緣膠若干，切割刀，扳手等。

2.5模型

圖4　裝置模型圖

3　裝置性能測(cè)試

1)用飲水機(jī)模擬熱水器，測(cè)得飲水機(jī)的保溫溫度約為為73℃～75℃.我們將啟動(dòng)溫度設(shè)定為室溫25℃，停止溫度設(shè)為70℃，并將水泵與溫控開關(guān)連接。

2)將裝置上的一根連接軟管接到飲水機(jī)熱水出水口上，另一端接到事先準(zhǔn)備的水盆中。向飲水機(jī)中倒入25℃的水，接通飲水機(jī)電源開始加熱一會(huì)兒，此時(shí)我們打開飲水機(jī)熱水出水口，由于流出的水遠(yuǎn)沒有達(dá)到停止溫度70℃，溫控開關(guān)啟動(dòng)水泵，將水抽入回流管，此時(shí)我們觀察到水從回流管中流入飲水機(jī)中。

3)待飲水機(jī)中的水加熱完畢并處于保溫狀態(tài)時(shí)，由于此時(shí)溫度已經(jīng)超過70℃，打開飲水機(jī)熱水出水口，此時(shí)，溫控開關(guān)停止工作，觀察到水直接從下端閥門流出。

圖5　裝置性能測(cè)試

4　技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析

4.1項(xiàng)目投入與產(chǎn)出

投入：水泵報(bào)價(jià)：50元，溫控開關(guān)報(bào)價(jià)：20元。

產(chǎn)出：節(jié)省水量預(yù)估：一般太陽能熱水器放置于樓頂，由水管接入一般家庭，設(shè)水管長(zhǎng)度為10m，普通家用熱水器水管為DN15，計(jì)算可知一次可節(jié)省的水約為1.767kg.假設(shè)一家三口人，每人每天洗臉和洗澡共兩次，一共為六次，則可節(jié)省水10.603kg，一年約為3870kg.每1000kg水約為4元，則一年可節(jié)省水費(fèi)為15.48元。

如果繼續(xù)推廣，比如山莊旅游賓館，溫泉賓館等，管徑DN50,管長(zhǎng)500～1000m,這樣一次可節(jié)省的水約為981.7～1963.5kg，而因?yàn)檠h(huán)管管徑不變，相應(yīng)水泵成本基本上也不會(huì)增加多少，約100元左右。

4.2經(jīng)濟(jì)效益

由以上投入和產(chǎn)出的數(shù)據(jù)可知，最少約4年即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出大于投入，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀，可為使用的家庭節(jié)省一筆開支。

5　裝置應(yīng)用前景

當(dāng)今社會(huì)提出要大力促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，促進(jìn)水資源的節(jié)約利用[3]。熱水的使用是我們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚囊徊糠?，熱水器運(yùn)行初期浪費(fèi)的這一部分冷水，日積月累將造成水資源的浪費(fèi)。特別是在一些用水多，用水量大的地方，如果不及時(shí)采取措施，會(huì)浪費(fèi)相當(dāng)一部分水資源。

常見的用水大用戶有食堂，醫(yī)院，屠宰場(chǎng)以及各式各樣的工廠。這些地方如果不注重水資源的節(jié)約，將沒有加熱到設(shè)計(jì)溫度的水隨意排出，長(zhǎng)期積累下來將浪費(fèi)大量寶貴的水資源。本項(xiàng)目不僅操作智能便捷化，且經(jīng)濟(jì)適用，使用壽命的長(zhǎng)，對(duì)于用水大戶來說，將本裝置稍加改造，適當(dāng)增大水泵的功率，可以節(jié)省大量的水資源，是一個(gè)相當(dāng)經(jīng)濟(jì)的選擇；而對(duì)于普通家庭，根據(jù)需要選擇合適的水泵，也可以滿足家庭需求。

[1]王媛，盛連喜，李科，等.中國(guó)水資源現(xiàn)狀分析與可持續(xù)發(fā)展對(duì)策研究[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2008，19(3)：10～15．

[2]陳少鳳.具有溫控開關(guān)的電熱水器[P].2000—03—01．

[3]楊成立，劉志強(qiáng).淺談我國(guó)水資源狀況及保護(hù)對(duì)策[J].山西建筑，2003，10(4)：19～21．

2016—03—06

蔡璐陽(1995—)，女，湖北浠水人，主要研究給排水工程、廢水資源化.

O342

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1009-2714(2016)02- 0100- 04

10.3969/j.issn.1009-2714.2016.02.022