導(dǎo)讀:：通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了地下水節(jié)能汲取及廢水循環(huán)利用系統(tǒng)，地下水節(jié)能汲取裝置主要有潛水泵、變頻器、控制器、管網(wǎng)中的壓力傳感器、止回閥等組成。本系統(tǒng)能根據(jù)管網(wǎng)中用水量的大小，變頻電機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速高低，控制水泵流量大小，以節(jié)約電能。

關(guān)鍵詞：地下水節(jié)能汲取，廢水循環(huán)利用系統(tǒng)，設(shè)計(jì)

1 研制背景

根據(jù)聯(lián)合國(guó)關(guān)于一個(gè)國(guó)家如果每人每年供水不足1000立方即為缺水國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，中國(guó)人口占世界總?cè)丝诘?2%，而淡水占有量?jī)H占世界的8%，人均淡水占有量只有世界人均值的1/3，是眾所周知的貧水國(guó)家。

水資源短缺造成的最為嚴(yán)重的后果便是一些國(guó)家的人民身體健康狀況惡化。世界衛(wèi)生組織調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在發(fā)展中國(guó)家有10億人喝不上淡水，全世界每年有1000萬(wàn)人死于因飲用臟水或污染水引起的疾病。而更令人不安的是，在世界許多地區(qū)，隱伏著國(guó)與國(guó)之間為爭(zhēng)奪水資源而發(fā)生沖突的危機(jī)。

2010年云南遭遇百年一遇的全省性特大旱災(zāi)，干旱范圍之廣、時(shí)間之長(zhǎng)、程度之深、損失之大，均為云南省歷史少有。嚴(yán)重干旱已經(jīng)造成全省742萬(wàn)人、459萬(wàn)頭大牲畜飲水困難。云南各災(zāi)區(qū)采取憑票供水、筑壩蓄水、組織運(yùn)水等措施保障災(zāi)區(qū)民眾用水。目前山東省正在遭受500年一遇的大旱，不能水澆的麥苗

沒(méi)有水，一切生命都將枯萎。為了生存，有人往返遠(yuǎn)方艱難背水，為了生存，有人向地下執(zhí)著地掘進(jìn)，……就讓你我從眼前的節(jié)水開(kāi)始吧。千萬(wàn)別讓人類(lèi)的眼淚，成為地球上的最后一顆水滴!

近年來(lái)，伴隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，中國(guó)開(kāi)始面臨能源短缺的嚴(yán)峻考驗(yàn)。在北京、上海、廣州等大城市，加油站經(jīng)常人滿為患，車(chē)主苦等幾個(gè)小時(shí)仍加不上油的例子經(jīng)常見(jiàn)諸報(bào)端;最近幾年，全國(guó)各地夏季用電高峰時(shí)段的拉閘限電措施每每使人們不得不沉浸在滾滾熱浪之中;煤、電、油的短缺已成為制約國(guó)家和地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸——建設(shè)節(jié)約型社會(huì)已刻不容緩。

從我做起,從現(xiàn)在做起是我們每一個(gè)公民應(yīng)該做的，為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了地下水節(jié)能汲取系統(tǒng)及廢水循環(huán)利用系統(tǒng)，以節(jié)約能源，節(jié)省水源。

2 設(shè)計(jì)方案

本方案包括地下水節(jié)能汲取和廢水循環(huán)利用兩個(gè)部分、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 地下水節(jié)能汲取及廢水循環(huán)利用系統(tǒng)示意圖

2.1 地下水節(jié)能汲取系統(tǒng)

地下水節(jié)能汲取裝置主要有潛水泵、變頻器、控制器、管網(wǎng)中的壓力傳感器、止回閥等組成。系統(tǒng)根據(jù)管網(wǎng)中壓力傳感器的反饋信號(hào)由控制器控制變頻器改變潛水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵流量，保持管網(wǎng)中水壓的恒定。

2.2 廢水循環(huán)利用系統(tǒng)

改變傳統(tǒng)的廢水直接進(jìn)入下水道模式，增設(shè)廢水接收裝置，廢水接收裝置設(shè)計(jì)成兩個(gè)出水口，將洗澡、洗手、洗菜、洗衣服等的污染較輕用水儲(chǔ)存，利用這些廢水沖刷廁所等。而污染較重或者不適宜再利用的水經(jīng)過(guò)污水處理裝置后直接進(jìn)入下水道。

3 理論設(shè)計(jì)計(jì)算

水泵是按工頻運(yùn)行設(shè)計(jì)的環(huán)境保護(hù)，同步轉(zhuǎn)速為

，其中磁極對(duì)數(shù)P在廠家制造出來(lái)時(shí)已經(jīng)是固定的，只有通過(guò)改變頻率f來(lái)改變轉(zhuǎn)速n。通過(guò)變頻技術(shù)來(lái)改變補(bǔ)水泵的流量。水泵的特點(diǎn)是其負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，其軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比：

(1)

(2)

(3)

式中n0為基準(zhǔn)(額定)轉(zhuǎn)速;n為運(yùn)行轉(zhuǎn)速;Q0為n0時(shí)的流量;H0為n0時(shí)的揚(yáng)程;H為n時(shí)的揚(yáng)程;P0為n0時(shí)的功率;P為n時(shí)的功率。

但是對(duì)于實(shí)際的泵負(fù)載，通常存在一個(gè)與高低差有關(guān)的實(shí)際揚(yáng)程，在進(jìn)行變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)必須注意。

(1)使用變頻器以后，水泵電機(jī)工作電流從30A下降到15—25A，電機(jī)溫升明顯下降，同時(shí)減少了機(jī)械磨損，維修量工作量也大大減少。

(2)保護(hù)功能可靠，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)變頻電機(jī)軟啟動(dòng)，具有短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長(zhǎng)了水泵電機(jī)設(shè)備的使用壽命，確保安全生產(chǎn)。

(3)節(jié)能效果明顯，節(jié)能效益可觀。以一臺(tái)10KW 的電機(jī)為例，一年可節(jié)電2.5萬(wàn)Kwh，節(jié)省電費(fèi)(以0.6元/Kwh計(jì))可達(dá)1.5萬(wàn)元。

(4)按照每人每月生活用水3立方米，其中50%的生活用水可以循環(huán)利用計(jì)算，每人每年可以節(jié)約用水18立方米，數(shù)以億計(jì)的城市人口可以節(jié)約的水資源將是多么巨大的一個(gè)數(shù)字。

4 工作原理及性能分析

地下水節(jié)能汲取系統(tǒng)管網(wǎng)上裝設(shè)壓力傳感器隨時(shí)檢測(cè)壓力的變化，并將檢測(cè)到的模擬信號(hào)送入汲水系統(tǒng)與給定壓力比較、處理。當(dāng)管網(wǎng)中用水量大環(huán)境保護(hù)，管網(wǎng)壓力降低時(shí)，水壓信號(hào)傳給控制器，變頻器立即將頻率提高，潛水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，水泵流量增大，管網(wǎng)中壓力隨即升高;用水量較小時(shí)電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，水泵流量較小;當(dāng)管網(wǎng)中沒(méi)有用水時(shí)或者用水量很小，管網(wǎng)中水的壓力沒(méi)有變換或者變化較小時(shí)，變頻電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)網(wǎng)。也就是說(shuō)本系統(tǒng)能根據(jù)管網(wǎng)中用水量的大小，變頻電機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速高低，控制水泵流量大小，以節(jié)約電能。

廢水循環(huán)利用系統(tǒng)主要增加了一個(gè)廢水接收裝置，廢水接受裝置剖視圖如圖4所示。

圖4 廢水接收裝置剖視圖

廢水接收裝置主要有兩部分組成。廢水接收裝置的主體部分由兩個(gè)出水口：一個(gè)出水口接廢水儲(chǔ)水箱，用于儲(chǔ)存污染較輕的生活用水，然后接入到?jīng)_廁系統(tǒng);另一個(gè)出水口是污染較重的生活用水的出口，廢水經(jīng)該接口流到污水處理系統(tǒng)，經(jīng)處理后流入下水道。廢水接收裝置的另一部分是調(diào)節(jié)裝置，根據(jù)廢水污染程度，人工可以旋轉(zhuǎn)該調(diào)節(jié)裝置，使生活用水流向不同的接口。這樣污染較輕的生活用水，可以進(jìn)行二次應(yīng)用，從而達(dá)到節(jié)水的目的。

5 結(jié)論

將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到汲水裝置中環(huán)境保護(hù)，節(jié)約電能。在汲水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速技術(shù)，系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際設(shè)定水壓自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使供水管網(wǎng)中壓力保持在給定值，并最大限度的節(jié)約能源，并且該系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)很可靠，所以在當(dāng)今社會(huì)是很適用的，應(yīng)極力推廣。

將廢水進(jìn)行分類(lèi)，將污染較輕的水進(jìn)行二次應(yīng)用，節(jié)省水源。

地下水的汲取在很多工廠企業(yè)都有應(yīng)用，通過(guò)利用變頻器控制潛水泵，可以節(jié)約不少的電能，具有很大的推廣價(jià)值。廢水的循環(huán)利用，可以應(yīng)用到千家萬(wàn)戶，應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)

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