家用热水器节水回水再利用智能系统开发

李 坤，崔亚飞，许玻珲，郑 芙

（郑州大学 河南 郑州 450001）

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500m³，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 系统组成及运行方式

2.1 系统组成，见图1。

图1 系统工作原理图

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。

2.2 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。

3 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；

（4）节约用水：热水器与淋浴间的管道长度取5.8m，直径取20mm，则每人每次节约的水量为：

4 系统的价值

（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。

（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。