挑战杯获奖作品名称

作品名称:家庭节水系统设计方案作品票数:49

作品内容:

一、设计背景

2011年7月8日至9日，在北京举行的中央水利工作会议上透露的数据显示，我国人均水资源占有量2100立方米，仅为世界平均水平的28%，列世界第125位，全国2/3的城市不同程度缺水。

党中央以及各级政府都在大力推行可持续发展这一兴邦战略思想，作为重要资源之一的水资源是我们应该关注的重点。我们都知道每个城市家庭每天的用水量都很大，大部分的水都是用过后直接流到了下水道，但有些水是可以重复使用的，要很好的做到这一点首先要将水收集起来，同时又要做到方便、省力并节省资源。因此，我们提出了家庭节水系统这一构想。

二、设计原理

整个节水系统由以下几个部分构成：水箱1、水箱2、双出口洗碗盆、洗漱台、浴盆、抽水马桶（请见图1）。

家庭废水分为两类，一类为水较为浑浊的洗碗水；一类为较为干净的淘米水、洗菜水、洗脸水、洗澡水、洗衣服水。本节水方案是将部分第一类水用来冲洗马桶，第二类水用来拖地、浇花以及冲洗马桶。考虑到废水的污染程度以及用途不一样，将两类废水分别贮存到两个水箱中加以使用。

1、收集废水

通过水管将洗碗盆、洗漱盆、浴盆与水箱连接起来形成一个连通器。利用洗碗盆、洗漱盆、浴盆与水箱之间的高度差，在大气压强的作用下将废水排到水箱中贮存起来。其中双出口洗碗盆里的废水流到水箱1中贮存起来；洗漱台、浴盆的废水流到水箱2中贮存起来。

2、废水再次利用

在普通马桶上增加一根和水箱1、2相连的进水水管Q，进水口阀门同时控制着两根进水水管，增加的水管管径是自来水进水水管的四倍，管径大的水管出水量多，这样会优先使用水箱1、2中的水。

当按下马桶水箱的排水按钮后，水箱中的水排出，并冲洗马桶，同时马桶水箱的进水阀门打开，水箱和抽水马桶之间的高度差产生的压强，将水箱1和水箱2中的废水排到抽水马桶水箱中用于下次冲洗马桶。

打开水箱2上的阀门D2，将水盆接的水用来拖地和浇花。

图1 家庭节水系统整体结构图

3、多余的废水

当水箱1、2被注满水后，再次从洗碗盆、浴盆等处注入的废水会通过水箱1的B1出水口和水箱2的B2出水口流到下水道里排出。

这种家庭节水系统，可以将家庭里洗漱、洗澡、洗菜时每天产生的大量废水利用起来，能够节约很多水资源，此外还具有结构简单、容易制造和使用方便等优点，特别适合城市家庭使用。

三、结构设计与功能

1、双排水口洗碗盆（请见图2）

在普通洗碗盆排水口A0 的基础上增加一个排水口B0。排水口A0 相连的排水管直接连接到下水道。排水口B0相连的排水管连接到水箱1的进水管K上。排水口垂直高度为70cm。

出口A0为普通出水口，如果水很脏的话，可以选择从这个口排出废水。出口B0为水箱1的废水收集进口。出口B0出水水管连接到水箱1的进水管K上，形成连通器。因为洗碗盆和水箱1存在高度差，在大气压强的作用下，废水会排放到水箱1中存起来。出口B0设置过滤筛网来过滤赃物

图2 洗碗盆结构图

2、水箱1（请见图3）

水箱1是立体拼装式水箱，它由多个子水箱拼接而成，在第一个子水箱上有一个进水口A1，在最末的子水箱上有高位出水口B1，低位出水口C1。C1 出口水管连接到抽水马桶进水水管Q上。B1出口水管Z1连接到下水道。水箱总体高度为65cm，子水箱规格为20cm*30cm*40cm=28000cm3=28L。子水箱底架高为25cm。

洗碗盆废水从进水口A1流进来后会在各个子水箱存储起来。当抽水马桶水箱需要充水时，水箱1的存水会从低位出水口C1 排出，通过C1 出口水管Q排到抽水马桶水箱。当水箱1存满水后，还有洗碗盆废水排入时，水箱1中的废水会从高位出水口B1 排出，通过出口水管Z1排放到下水道。

图3 水箱1结构图

3、洗漱盆（请见图4）

洗漱盆出水水管连接到水箱2的进水管P上。在出水口安装过滤筛网来过滤赃物。排水口垂直高度为70cm。

同样根据高度差，在大气压强的作用下，洗漱盆的废水排到水箱2中贮存起来。

图4 洗漱盆

4、浴盆（请见图5）

E2 出水口的出水水管2连接到水箱2的进水管P上。洗浴完后先打开排水口E2 ，让水流入水箱2中，等水面低于E2 时再打开E1 让其余的水通过水管Z3排放到下水道中。浴盆规格为75cm*105cm*70cm。出水口E2高度为70cm（底座高35cm），浴盆内部规格为70cm*100cm*70cm。在出水口安装过滤筛网来过滤赃物。

利用高度差将浴盆里高于水箱的水排到水箱2中贮存起来。底座略高于普通的浴盆，浴盆内部的底部为人体弧形设计，在达到浸泡全身的效果下，减少洗浴注水量，节约水资源。

（淋浴：可在普通淋浴房的基础上适当增加底部高度，让淋浴后的水能够排到水箱2中贮存起来。）

图5 浴盆结构图

5、水箱2（请见图6）

立体拼装式，由多个子水箱拼接而成，在第一个子水箱上一个进水口A2，在最末的子水箱上高位出水口B2，低位出水口C2，阀门D2。C2 出口水管和水箱1的出水管相连后连接到抽水马桶进水水管Q上。B2出口水管Z2连接到下水道。子水箱规格为20cm*30cm*50cm=30000cm3=30L。底架高为15cm。

根据与水箱1同样的原理，洗漱盆和浴盆里部分的水排到水箱2中贮存起来，当抽水马桶需要用水时，水箱2中的水会流入马桶水箱。

打开用水箱2上的阀门D2，用水盆接水后，用来拖地和浇花。

图6 水箱2结构图

6、抽水马桶（请见图7）

在普通马桶上，增加一个进水水管Q，进水水管Q管径要远远大于自来水进水水管R。因为进水口阀门同时控制着进水水管Q与进水水管R，管径大出水量多，这样会优先使用水箱1、2中的水。

当如厕完后需要冲水时，按下进水口阀门后，马桶水箱中的水冲洗马桶，同时水箱1和水箱2中的水会通过进水管Q进入到马桶水箱。进水口高度为25cm。

图7 抽水马桶结构图

图8 抽水马桶水箱结构图