方鵬燕，劉晶茹，國馨月，李 亮，王 偉

(大連海洋大學 海洋與土木工程學院，遼寧 大連 116023)

1 引言

水龍頭是水閥的通俗稱謂，可用來控制水流的大小開關(guān)，有節(jié)水的功效。

水龍頭的結(jié)構(gòu)包括閥體、閥桿和閥芯3部分。閥芯是水龍頭的核心部分，主要是控制水流，現(xiàn)在市場上普遍使用的是陶瓷閥芯和不銹鋼閥芯。新式水龍頭不再采用橡膠圈密封，改用球閥，一般是陶瓷閥芯，以解決傳統(tǒng)龍頭密封性差的問題[1]。近些年出現(xiàn)的陶瓷閥芯，因其質(zhì)量較好、性能穩(wěn)定，使用較為普遍。不銹鋼閥芯則更適合水質(zhì)較差的地區(qū)[2]。

隨著經(jīng)濟和消費水平的提高，對水龍頭的使用不再局限于傳統(tǒng)的幾種功能，更多樣化、更個性化、更便捷化、更細致化的適用于廚房、衛(wèi)浴室、公共場所等不同的應用場景的功能將會被開發(fā)應用，同時水龍頭也更加的趨向于環(huán)保、節(jié)水、人性化。水龍頭設計將會利用各種先進技術(shù)，實現(xiàn)了多功能化，實現(xiàn)時長、溫度調(diào)節(jié)，細菌檢驗等多種功能整合。

2 研究現(xiàn)狀

2.1 螺旋式開啟水龍頭

螺旋式水龍頭主要出現(xiàn)于20世紀70、80年代，由于其制造工藝比較簡單，生產(chǎn)成本低，在某些場合仍然被使用。就目前使用的螺紋升降式水龍頭耐久性差 、 易損壞、維修工作量大，過于笨重，且浪費水資源的現(xiàn)狀，可以將螺紋升降式水龍頭改成離合升降式水龍頭。使其操作靈活，壽命長 ,減少漏水現(xiàn)象[2]。

2.2 按壓式水龍頭

按壓式水龍頭結(jié)構(gòu)簡單，一個彈簧連著活塞，把彈簧按下去，水出來，不按的時候彈簧把活塞彈上去繼續(xù)堵住。

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，適用于大部分的消費者，尤其適用于公共場合這種需要大量水龍頭的地方；節(jié)水，在大家擠洗手液和搓手的時候，大部分人是不會關(guān)掉旋鈕的，采用壓式就可以擠壓兩次一個周期，在用水量極大的公共場合實現(xiàn)節(jié)水功能；干凈，洗完之后不用再次觸碰壓鈕，避免了二次細菌感染。 缺點：使用起來不方便；按壓式水龍頭漏水較嚴重。

2.3 感應式水龍頭

感應水龍頭傳統(tǒng)上是通過紅外線反射原理，當手放在水龍頭的紅外線區(qū)域內(nèi)，接收到信號后按指令打開閥芯來控制水龍頭出水;當手離開紅外線感應范圍，未接受信號，水龍頭關(guān)水[3]。感應式水龍頭可有效防止細菌交叉感染和節(jié)約用水，感應水龍頭現(xiàn)普遍應用于人流量密集的火車站、汽車站、飛機場、醫(yī)院等公共場所。

在傳統(tǒng)紅外感應自動水龍頭中，紅外線水龍頭都使用開關(guān)進行控制，即只有開與關(guān)這兩種狀態(tài)。在使用過程中由于無法實時根據(jù)用戶需求自動改變出水流量，造成一定程度的水資源的浪費。

3 重要節(jié)水技術(shù)進展

為貫徹落實黨的“十九大”精神，大力推動全社會節(jié)水，全面提升水資源利用效率，形成節(jié)水型生產(chǎn)生活方式，涌現(xiàn)了一些新型節(jié)水科研結(jié)果，推進了節(jié)水行動。

(1)老式螺旋式水龍頭和扳手式水龍頭調(diào)節(jié)水量大小比較費事，無法快速調(diào)控流量，造成水資源浪費。新型雙調(diào)節(jié)水龍頭[11]中設置了兩個相對獨立通水管道，并配有各自的啟閉機構(gòu)。第一個中央通水孔道的最大出水量較小，其旁側(cè)設置的第二個通水孔道的最大出水量與目前市售家用水龍頭相同。達到啟閉時反應靈敏，方便使用較好的解決了水資源浪費[11]。

(2)感應式水龍頭應用更為廣泛，技術(shù)也相對成熟，采用研發(fā)的SHARP紅外線測距傳感器HD-1501MG系列的舵機為輸出裝置，模糊自整定PID算法程序來達到流量可控式紅外線感應水龍頭[14]。借助同樣原理的超聲波傳感器[15]，在用戶用水時，根據(jù)傳感器到手的距離改變水的流量，解決用水部位不敏感和出水量恒定的問題，減少人們使用水的等待時間，更符合節(jié)能的標準，提供人性化服務?，F(xiàn)有的感應水龍頭電池用量大,處理不當易引發(fā)環(huán)境問題。設計水能實現(xiàn)自發(fā)電的充電式感應水龍頭[17],不僅更加節(jié)能節(jié)水,而且可減少電池的消耗及消除其引起的環(huán)境問題。

(3)傳統(tǒng)冷熱雙聯(lián)式水龍頭手動調(diào)節(jié)水溫，不能實現(xiàn)出水溫度的精確控制，操作復雜等缺點，將單片機作為智能控制器應用于水龍頭中[10]，以單片機為中心，結(jié)合一定的外圍電路完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入、溫度采集、輸出控制信號以及實時等功能，一個完整的智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)水龍頭的出水溫度的精確調(diào)節(jié)，避免用水浪費，是基于單片機的水龍頭智能化改造[10]。

4 發(fā)展趨勢

我國的水資源短缺并且地區(qū)分布不均勻，所以對于水資源的利用需要做到更加合理和高效，節(jié)約水資源是當前迫切需要實行的。當下的節(jié)水更趨向于從源頭上控制節(jié)水，在水的出口處，即在水龍頭處予以處理。

目前水龍頭薄殼結(jié)構(gòu)均采用整體鑄造的方法來加工制造,高污染、高耗能是該工藝的主要缺點，隨著科學技術(shù)的提高，采用不銹鋼激光焊接的方式來代替純銅的整體鑄造焊得的水龍頭焊縫光亮、致密、無氣孔等明顯缺陷[8]。

對于常見類型的水龍頭可以完善及優(yōu)化它的功能。

(1)水龍頭增加定時功能，使用時按下所需時長的按鈕，不需要用水可直接關(guān)掉，適用于廚房衛(wèi)浴，減少水資源浪費，方便使用。

(2)定水位用水，調(diào)節(jié)水位傳感器至需要水位高度，按下開關(guān)，電磁繼電器閉合，水龍頭出水。當水位升至水位傳感器測量水位時，觸發(fā)水位傳感器，電磁繼電器斷開，水泵停止工作，水龍頭自動停止。避免接用水時忘記關(guān)停水龍頭造成水資源浪費[7]。

(3)水溫測量，水龍頭加入溫度傳感器，便于測量出水的實時溫度，使用時選定溫度，普遍適用。

(4)機械閉鎖式水龍頭[13]，解決停水后忘記關(guān)閉水龍頭的問題。

(5)具備報警功能以及發(fā)電功能,電能儲存于蓄電池中,可供語音芯片、紅外傳感器和光纖燈使用,并在水龍頭的使用期間,當水龍頭檢測到未關(guān)緊時，開啟語音報警 ,提醒使用者，具有很強的實用性[18]。使用方便,且可以防止因未能及時關(guān)閉水龍頭而造成的水資源流失,并避免各種傳染類疾病的傳播與擴散[9]。

(6)為避免洗手時的＂二次污染＂,設計自動清潔式的水龍頭裝置。安裝在出水口正下方的開關(guān)扳手,可單向任意角度啟閉,通過控制閥芯的開關(guān)度來控制水流量,扳手整體被覆蓋于水流面積下,具有自潔、防菌和節(jié)水環(huán)保的效果[19]。該裝置具備廣闊的市場前景。

5 結(jié)語

水龍頭的發(fā)展日益更新， 趨于更合理、更節(jié)水、更環(huán)保、更健康。隨著5G時代的到來，利用智能化、新科技安全高效地將節(jié)水方式轉(zhuǎn)移到節(jié)水設備上，探求新方法，提高水資源利用率，對建設節(jié)水型社會將具有重要意義[4]。節(jié)水水龍頭在我國應該大力推廣，這需要政府、民眾共同的努力，以達到一個全民節(jié)水的節(jié)約型社會。