探讨家用热水器节水回水再利用智能系统开发
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【摘要】本文针对家用热水器节水回水再利用智能系统开发进行了探讨，希望能为相关的人员提供一定的参考。
【关键词】家用热水器;节水回水;再利用;智能系统;开发
1 研发背景
在地球的所有水量中仅有 2.5% 的淡水能够供人类活动使用。而我国更是一个严重缺水的国家。我国的人均淡水资源仅为世界人均量的 1/4，甚至有 6 个省、区人均水资源量低于500m?，连一些干旱的阿拉伯国家都不如。同时，全国有 300 多个城市属于联合国人居署评价标准的“严重缺水”和“缺水”城市。如果不采取措施节约水资源，未来我们将会无水可用。
目前，大部分家庭使用燃气热水器，且在多数家庭管路的布置中，燃气热水器和浴室距离较远，此段距离水管中的水即为人们使用热水器时最初需要放掉的冷水，此行为会造成水资源的大量浪费。而且，我们在生活中无意浪费的水也许就是缺水地区的“救命水”。此外，在现有的家庭淋浴用水中，对于管道内残存的冷水，一般家庭会直接放掉;只有少数家庭会将其收集用于冲厕等，但是这种方法相对较为麻烦。因此，基于这一严重的水资源浪费现象，我们提出对家用热水器以及其管道等设备进行适当的改造，即采用节水回水再利用智能系统。本系统利用单片机、及温度传感器实现对各个阀门及动力装置（水泵）的智能控制，从而使这部分冷水能够回流，重新进入到家用热水器中进行加热，等到其加热到适宜温度（即用户设置的温度）时，再从管道中流出以供用户使用。
2家用热水器的分类
热水器的种类繁多，功能侧重各不相同。关于家用热水器的种类主要分为三大类：燃气热水器、电热水器和太阳能热水器。燃气热水器按照废气排放方式的不同又分为了将热水器燃烧废气直接排放到室内的直排式燃气热水器;工作時消耗室内氧气将燃烧废气通过管道排放到室外的烟道式燃气热水器;在烟道式燃气热水器基础上添加风机的强排式燃气热水器和工作时不消耗室内氧气且燃烧的废气直接排到室外的平衡式燃气热水器。当然，由于直排式燃气热水器安全性较低，已经被禁止生产和销售。电热水器又可分为即开即热、耗电量小的即热式电热水器;安全性较高可以多路供水的储水式电热水器以及集合了储水式和即热式热水器全部优点但造价较高的速热式电热水器。而太阳能热水器从其结构划分可以分为具有安全性高、节能环保玻璃真空管太阳能热水器;使用寿命长、整体性能好的平板型太阳能热水器和热转换率高、刚性较好的陶瓷中空平板型太阳能热水器。
3家用热水器节水回水再利用智能系统组成及运行方式
3.1 系统组成，见图 1。
注：图中 1、8——温控电磁阀，2、4——止回阀 ，3——管道泵，6——出水干管，7——回水管本系统由管道、水龙头把手、温度传感器、管道泵、双由止回阀组成。温度传感器安装于靠近水龙头把手处的双由止回阀后方，用于检测出水的温度。管道泵采用泵吸式回水的方式，将管道中残存的冷水抽吸回热水器进行加热。双由止回阀用于控制管道中的水流流动方向。
出水干管 6 一侧与回水管 7 采用螺纹连接，管道泵 3置于回水管 7 中，管道泵 3 前后有止回阀 4，温控电磁阀8位于出水干管6端部，温控电磁阀1置于莲蓬头冷水管中。本家用热水器节水回水再利用智能系统，其特征在于，回水管 7 中置有管道泵 3，管道泵 3 前后有止回阀 2 和 4，温控电磁阀1位于莲蓬头冷水管中，温控电磁阀8位于出水管中。回水系统主要组成部分就是一一个水泵，而水泵本身是配有一个遥控器的。（ 热水器配的是温控）启动回水系统有几种方式：一是使用回水系统的遥控器;二是通过开关水龙头，三是使用热水器温控上的开关。而效果最好的是使用手动：即开关水龙头，总之不论是否铺回水管，都必须在使用热水器前（这个时间可能是1分钟左右）告诉回水系统一一个回水的
信号。）若安装了回水管。这时，回水系统的水泵就开始工作了，它将热水管里残留的冷水抽至回水管，再并入冷水管，这样，冲谅时热水器出来的就是热水了。若没有安装回水管。必须在距离热水器最远的洗手盆的下方安装一个单向角阀，当回水系统得到回水的信号开始工作时，热水管原残留的冷水就通过单向角阀被直接抽至冷水管，这样，冲凉时出来的也直接是热水。
3.2 运行方式
本系统利用动力装置、温控电磁阀、温度传感器和单片机实现水管内水的回流加热，具体实现过程如下：①电磁阀、温度传感器和洗浴把手设计成联动装置，打开淋浴开关;②管内水流流动，触发温度传感器工作，测量温度，将温度信号转换成电信号，传递给单片机，单片机将所测温度与设定温度比较，若未达到设定温度，触发继电器工作，电磁阀 1、2 关闭，电磁阀 3 打开，动力装置启动，滞留在管道中的水回流至热水器，进行加热;③当电磁阀 2 处达适宜温度时，温度控制器将电信号传递给单片机，单片机控制电磁阀 1、2 打开，电磁阀 3 关闭，动力装置停车，用户即可正常使用。
4家用热水器节水回水再利用智能系统的意义
①智能建筑：本系统可以作为智能建筑的一方面，为用户提供一个高效、舒适、便利的人性化环境;②“智能家居”与“互联网 +”的结合：本系统可以与现有的“智能家居”手机 APP 相结合，用户在想要使用热水器前，可利用 APP 提前使这部分冷水回流加热，既节约了用水又节约了时间，提高了生活享受;③响应国家“十三五”规划：本系统符合国家的“十三五”规划中有关环境保护和生态建设的要求。
5系统的价值
5.1推广价值
本系统可以推广到多数家庭，以及所有存在类似问题的加热设备。
5.2社会价值
水是生命之源 ， 不仅工业农业的发展要靠水 ， 水更是城市发展 ， 人民生活的生命线。本系统不但能够达到节水减排的目的 ， 而且通过使用本家用热水器节水回水再利用智能系统节约用水还可以带来明显的环境效益 ， 除了提高水资源承载能力、水环境承载能力等方面的效益外 ， 还有美化环境、维护河流生态平衡等方面的效益。
结语
热水器的发明和使用便利了人们的生活，让忙碌一天的人们可以舒舒服服在家里泡热水澡，洗去一身疲惫。可以让冬日里冰凉刺骨的冷水温度升高，减少肌肤伤害。相信随着科学技术的不断进步，更加安全可靠、节能环保的热水器必将走进家家户户，让人们的生活更加美好。
参考文献
[1]刘海锋. 远程智能家用电热水器控制系统的设计[J]. 电子世界， 2017（10）.
[2]阳东， 陈孟倩. 热管换热器回收燃气热水器烟气余热研究[J]. 煤气与热力， 2017（06）：43-49.
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