基于虛擬儀器的恒壓節(jié)能供水系統(tǒng)設(shè)計說明

1、大別山區(qū)新農(nóng)村零能耗供水系統(tǒng)設(shè)計說明書設(shè)計者：陶成飛指導(dǎo)教師：陳國凡（安徽理工大學(xué)）作品內(nèi)容簡介我們因地制宜的設(shè)計出了新農(nóng)村零能耗供水方案，新建或利用改造原有管網(wǎng)至各家各戶，使村民享受到市民待遇。預(yù)計試點村農(nóng)戶將喝上干凈、衛(wèi)生，健康，天然的山泉。我們通過實驗設(shè)計了一套零能耗供水系統(tǒng)。此系統(tǒng)利用物理上的虹吸原理，同時結(jié)合大別山地區(qū)的地理狀況，由蓄水池，自來水管道，自來水過濾器，家用水塔、太陽能熱水器，三通，水龍頭組成，實現(xiàn)真正意義上的供水零能耗，在水壓變化時經(jīng)過調(diào)控能穩(wěn)定達到設(shè)定供水壓值，實現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)系統(tǒng)開始工作時，壓力穩(wěn)定在設(shè)定值，并且整個過程是動態(tài)的，自動調(diào)整的，不需人為控制。關(guān)鍵詞:大

2、別山 零能耗 虹吸原理 恒壓供水 聯(lián)系人 :陳國凡聯(lián)系電話-mail :chye1研究背景及意義隨著我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的持續(xù)發(fā)展，給水排水設(shè)備也在不斷提高，我省大別山地區(qū)，由于地理原因，供水基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展緩慢，局部地方至今還未用上自來水，有自來水的農(nóng)村也以鄉(xiāng)鎮(zhèn)水廠為主,與快速發(fā)展的農(nóng)村經(jīng)濟形勢脫節(jié)。然而大別山位于鄂豫晥三省交界處，在自然地理上具有“南北過渡、襟帶東西”的顯著特征，大別山脈連綿千余公里，是中國南北水系的分水嶺。這里的泉水晶瑩清透，冬暖夏涼，終年不竭，源遠(yuǎn)流長，即使遇到百年不遇的干旱也是水流如注，未曾間斷。尤其到了冬天，泉水熱氣騰騰，如同仙境。而且當(dāng)

3、地村民的房屋大多依山而建，山上豐富的泉水資源可以直接接到家里使用，在節(jié)水節(jié)能已成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能短缺的國家，長期以來在循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動化程度低。隨著人民生活水平的提高,相應(yīng)的生活用水量也大幅度增加。人們對提高供水質(zhì)量的要求越來越高,另外人們的節(jié)能意識及對運行的可靠性的要求越來越強。飲水工程對于每個人來說都是非常重要的，傳統(tǒng)給水方式存在投資大、二次污染嚴(yán)重、安裝麻煩、占地面積大等缺點。 作為飲水工程中最重要的供水這一環(huán)目前卻存在著很多問題，傳統(tǒng)供水方式己經(jīng)不能滿足當(dāng)前社會的發(fā)展和需求。要解決生產(chǎn)過程中能耗高的問題，除其它相關(guān)的技術(shù)問題需要改進外，零

4、能耗供水技術(shù)已經(jīng)成為節(jié)能及提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施，其重要性日益得到了國家的重視，在國內(nèi)推廣零能耗技術(shù)有著非常重大的現(xiàn)實意義和巨大的經(jīng)濟價值及社會價值。大別山地區(qū)零能耗供水系統(tǒng)具有節(jié)約電能、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。我們設(shè)計的零能耗供水系統(tǒng)通過現(xiàn)有的地理資源，零編程無成本實現(xiàn)永久性供水。2 工作原理及性能分析此系統(tǒng)由蓄水池，自來水管道，自來水過濾器，家用水塔、太陽能熱水器，三通，水龍頭組成，在水壓變化時經(jīng)過調(diào)控能快速穩(wěn)定達到設(shè)定供水壓值，實現(xiàn)零能耗供水。如圖所示。山泉山泉蓄水池水池浴室過濾器防回流裝置水塔廚房衛(wèi)生間

5、熱水器 圖1，控制系統(tǒng)簡圖洗臉盆水池浴室當(dāng)系統(tǒng)開始工作時，首先由于泉水滲流原理使蓄水井里逐漸蓄水，蓄水井的地勢比房屋高，由于虹吸原理，壓強差在起作用，當(dāng)彎管兩側(cè)中同一液面的壓強不同時，管中的液體就會向著壓強較小的一側(cè)流動。而且，出水口要低于水面。這樣，水就會從管道流出。在發(fā)生虹吸現(xiàn)象時，由于管內(nèi)往外流的液體比流入管子內(nèi)的液體多，兩邊的重力不平衡，所以液體就會繼續(xù)沿一個方向流動。在液體流入管子里，越往上壓力就越低。如果液體上升的管子很高，壓力會降低到使管內(nèi)產(chǎn)生氣泡（由空氣或其他成分的氣體構(gòu)成），虹吸管的作用高度就是由氣泡的生成而決定的。因為氣泡會使液體斷開，氣泡兩端的氣體分子之間的作用力減至0，

6、從而破壞了虹吸作用，因此管子一定要裝滿水。在正常的大氣壓下，虹吸管的作用比在真空時好，因為兩邊管口上所受到的大氣壓強提高了整個虹吸管內(nèi)部的壓力。圖2，虹吸原理簡圖還必須注意三點：1、管內(nèi)先裝滿液體 2、管的最高點距上容器的水面高度不得高于大氣壓支持的水柱高度。 3、出水口比上容器的水面必須低。這樣使得出水口液片受到向下的的壓強（大氣壓加水的壓強）大于向上的大氣壓。保證水的流出。由于水管的壓力逐漸加大，通過壓力把水傳送給水塔，再通過水塔，在水塔里設(shè)計出水口的位置，由流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識，進而控制住水壓，把壓力穩(wěn)定在設(shè)定值，實現(xiàn)了恒壓供水，并且整個制過程是動態(tài)的，自調(diào)整的，不需人為控制。使用該系統(tǒng)進

7、行恒壓供水可以不消耗任何能量，一旦安裝完成，可以立即投入使用，而且不易損壞，可以安全使用多年。符合本次節(jié)能減排大賽的主題：節(jié)能減排，綠色主題。做到了清新，環(huán)保，同時制作成本非常低，不會給農(nóng)村家庭帶來經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。完成制作后，作品實物外形照片見圖3,4。圖3，蓄水池圖4，系統(tǒng)實物外形圖圖5，零能耗供水實物外形圖3設(shè)計方案3.1 硬件部分3.1.1 水塔圖6 水塔水塔，一般居民區(qū)里蓄水作用，有些還是水廠生產(chǎn)工藝的一個重要組成部分。用于儲水和配水的高聳結(jié)構(gòu)，用來保持和調(diào)節(jié)給水管網(wǎng)中的水量和水壓。3.1.2 自來水管道PERT地暖管圖7，PERT地暖管輸送水源，傳遞水壓，同時埋于距離地表約20cm的地下，

8、把泉水從蓄水池引進水塔，而且該管耐腐蝕，耐低溫，適合室外使用，不易毀壞，價格適中。3.1.3 注塑對接等徑三通圖8，注塑對接等徑三通在管道安裝過程中起更好的連接作用，具有良好的綜合性能，廣泛用于給水排水工程。3.1.4 PE對接90度彎頭圖9，PE對接90度彎頭在管道安裝過程中起更好的連接作用具有良好的綜合性能，廣泛用于給水排水工程。，。3.15簡易過濾器 圖10，混合纖維素酯微孔濾膜用于濾除細(xì)菌和微粒，一般0.65微米以上可除微粒，0.45以下可除菌?？蓪V膜使用在蓄水池的管道入水口處。3.1.6 環(huán)保水龍頭10 圖11，環(huán)保水龍頭,零能耗供水系統(tǒng)系統(tǒng)出水口，用來控制水流的大小開關(guān)，有節(jié)水的

9、功效；。3.1.7 太陽能熱水器圖12 太陽能熱水器太陽能熱水器工作原理：把太陽光能轉(zhuǎn)化為熱能將水從低溫度加熱到高溫度，以滿足人們在生活、生產(chǎn)中的熱水使用。太陽能熱水器是由集熱器、儲水箱及相關(guān)附件組成，把太陽能轉(zhuǎn)化成熱能主要依靠集熱管。集熱器受陽光照射面溫度高，集熱管背陽面溫度低，而管內(nèi)水便產(chǎn)生溫差反應(yīng)，利用熱水上浮冷水下沉的原理，使水產(chǎn)生微循環(huán)而達到所需熱水。 3.1.7 防回流裝置防回流裝置由一個螺桿和一個板狀閉合件所組成。螺桿包括至少一個其上有槽、用于使樹脂前進的計量部分。閉合件借助于樹脂的壓力而進入開口狀態(tài)，從而建立了所說槽與所說螺桿前面空腔之間的聯(lián)通，樹脂壓力與計量相關(guān)聯(lián)地在閉合件后面增加；閉合件借助于彈性材料的回復(fù)力而進入閉合狀態(tài)，從而切斷了所說槽與所說螺桿前面空腔之間的聯(lián)通。當(dāng)計量階段完成時，回復(fù)力使得閉合件進入閉合狀態(tài)，從而切斷了所說槽與所說螺桿前面空腔之間的聯(lián)通。4 創(chuàng)新點及應(yīng)用1）該供水系統(tǒng)是