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生公寓节水系统设计

毕业论文

题目：

学生公寓节水系统设计

学院：

班级：

姓名：

指导教师：

职称：

完成日期：

年月日

学生公寓节水系统设计

摘要：

中国是一个干旱缺水严重的国家。

淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6％，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的1／4、美国的1／5，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。

扣除难以利用的洪水泾流和散布在偏远地区的地下水资源后，我国现实可利用的淡水资源量则更少，仅为11000亿立方米左右，人均可利用水资源量约为900立方米，并且其分布极不均衡。

到20世纪末，全国600多座城市中，已有400多个城市存在供水不足问题，其中比较严重的缺水城市达110个，全国城市缺水总量为60亿立方米。

我国水资源短缺、水污染严重、水土流失严重、水价严重偏低、水资源浪费严重。

而且南方水多，北方水少。

西部水少，沿海水多。

高校的不断扩大招生，无论是高校的数量还是高校学生的数量都在日益增加。

高校的用水量日益增加，其节水节能问题不容忽视。

本文介绍的学生公寓节水系统，主要采取三种比较有效的方式进行综合，达到节水目的。

其一为公寓给水量科学配置，其二为雨水、生活废水收集再利用系统减少自来水使用量，其三为流量计费节水系统。

通过这三种方式方法的综合作用，来达到学生公寓节水的目的。

关键词：

学生公寓；节水系统；设计与实现；设计发明

Abstract：

Chinaisacountrydroughtseriouswatershortage.Forfreshwaterresourcestotal2.8trillioncubicmeters,accountingfor6%ofglobalwaterresources,secondonlytoBrazil,RussiaandCanada,fourthintheworld,butonly2200cubicmeters,percapitaisonlyaquarteroftheworld'saverage,1/5oftheus,isoneofthepoorestcountriesintheglobal13percapitawaterresources.Deductionisdifficulttousethefloodrunoffandscatteredinremoteareasofgroundwaterresources,ourcountryrealityavailablefreshwaterresourcesisless,onlyabout1.1trillioncubicmeters,theuseablewaterresourcespercapitaisabout900cubicmeters,anditsdistributionisveryunequal.Bytheendofthe20thcentury,amongmorethan600citiesthroughoutthecountry,theexistingmorethan400cities,watershortageproblems,includingseriouswatershortagecityof110,thenationaltotalof6billioncubicmetersofwatershortagecity.Severewatershortage,waterpollution,soilerosionisseriousinChina,severewaterpriceislow,seriouswasteofwaterresources.Northandsouthwatermore,lesswater.Lesswaterinthewestandcoastalwater.

Theenlargementofcollegerecruitstudents,bothinthenumberofcollegesanduniversitiesandthenumberofcollegestudentsingrowing.Theincreasingwaterconsumption,thewatersavingandenergysavingproblemthatnotsallowtoignore.Studentapartmentsofwater-savingsystemintroducedinthispaper,mainlytotakethreemoreeffectivewayofcomprehensive,purposeofwatersaving.Oneforapartmenttowaterscientificconfiguration,andtheotherthecollectionfortherain,thelifewastewaterrecyclesystemtoreducewaterusage,thethirdfortrafficpricingwatersavingsystem.Bythismethodisacombinationofthreeways,toachievethegoalofstudentapartmentsofwater-saving.

Keywords：

Studentsapartment;Watersystem;Thedesignandimplementation;Designoftheinvention

目录

1引言4

2节水系统设计思路5

2.1合理设计宿舍给水流量5

2.2雨水及水房废水回收利用系统5

2.3流量计费式节水系统8

2.3.1系统设计8

2.3.2使用效果调查10

3节水系统设计结果和展望11

4致谢11

5参考文献13

1引言

据监测，目前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，且有逐年加重的趋势。

日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾，对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响，而且还严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。

“中国是一个中度缺水的国家”，水利部水资源司司长吴季松说,这是从水资源对社会经济发展的支撑能力上得出的判断。

据统计，我国目前缺水总量估计为400亿立方米，每年受旱面积200万~260万平方千米，影响粮食产量150亿~200亿千克，影响工业产值2000多亿元，全国还有7000万人饮水困难。

缺水对环境和人的身心健康都有着严重的影响。

近年来，我国的教育事业得到了长足的发展，导致我国的学生数量呈大幅度的上升趋势，这样就导致我国大量兴建学生宿舍。

然而我国的学生公寓节水现状就是长流水、长滴水。

由于对学生进行节水要求，效果慢，不如节水系统被动强制性节水效果来的明显，所以本文针对这一现状进行节水系统设计，希望通过一些现有技术、科学分配、合理回流等方式来实现节水目的。

2节水系统设计思路

2.1合理设计宿舍给水流量

在整体学生公寓节水系统设计过程中，首先要合理的进行设计宿舍给水流量，如果流量设计过大，会导致水压过高影响给水线路；如果水压过低，则会对部分学生的正常用水产生影响。

本文依照《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）规定如下公式进行设计：

式中：

为设计给水秒流量，L/s；

为一个用水器具给水额定流量，L/s；

为用水器具个数，个；

b为用水器具同时给水百分数（给水百分数随着用水器具个数增加而减少范围为20%-100%）。

2.2雨水及水房废水回收利用系统

雨水及水房废水回收利用系统主要通过在宿舍楼楼顶设置雨水收集池，经过过滤之后进入储水池。

同时在每层宿舍的水房设置收集池，将学生洗衣、洗漱之后排出的废水引入收集

池，经过过滤之后引入蓄水池，并且将蓄水池与厕所水箱进行联通，在厕所需要用水时使用回收水用以替代自来水达到节水的目的。

在水槽中铺上不锈钢过滤网过滤杂物。

在集水箱顶部装有海绵用来过滤废水中的污物。

并且，在集水箱的一侧设有沉降区。

海绵中留下来的水先流到沉降区，再流到蓄水区。

沉降区设置一个清理沉淀物的拉门，方便清理淤泥。

为了降低原料成本和维护成本，本方案中的集水箱没有设计消除废水异味、异色的碳吸收剂、臭氧发生器等装置。

为了保证本项目的顺利实施，针对废水有异味、异色影响使用者情绪的问题，为了降低使用者的抵触情绪，厕所洁具采用公知的封闭式的蹲便器、封闭式的坐便器和封闭式的小便器。

附图说明：

图1是高校宿舍节水系统示意图。

图2是集水箱结构示意图。

图1中：

a）为主视图，b）为俯视图；1-出水管，2-集水箱，3-进水管，4-小便器，5-大便器，6-雨水箱。

图2中：

1-水龙头，2-不锈钢过滤网，3-清理沉淀物拉门，4-海绵过滤带，5-沉淀区，6-节水显示屏，7-蓄水区，8-流量计。

本高校宿舍节水系统利用宿舍楼楼顶的水箱收集雨水，在每层水房的水槽下面安装集水箱收集洗漱、洗衣服用过的废水。

利用水管将收集的雨水、废水引到下一层厕所冲洗蹲便器、坐便器、小便器。

高校宿舍节水系统示意图如图1。

楼顶雨水受污染程度不大，相对比较清洁。

因此，楼顶上雨水箱[6]收集的雨水可以直接通过水管引到楼下厕所的小便器[4]和大便器[5]。

水房水槽下面的集水箱[2]收集、存储学生洗漱、洗衣服用水，对水进行净化处理后通过出水管[1]、进水管[3]引到下层楼厕所的小便器[4]和大便器[5]。

集水箱的结构示意图如图2。

在水槽中铺上不锈钢过滤网[2]过滤杂物。

在集水箱顶部装有海绵[4]用来过滤废水中的污物。

并且，在集水箱的一侧设有沉降区[5]。

海绵[4]中留下来的水均先流到沉降区[5]，再流到蓄水区[7]。

沉降区[5]设置一个清理沉淀物的拉门，方便清理淤泥。

集水箱底侧出水口装有流量计[8]。

流量计[8]的读数经信号线缆输入到单片机节水控制系统。

单片机节水控制系统对数据进行处理输出显示在显示屏[6]上。

学生每次到水房用水时都能看到节水效果，提高了学生的节水意识。

若安装液晶显示屏，则可以循环播放一些干旱地区的资料片及一些浪费现状或者公益宣传片，进而提高学生们节水的自觉性，增加影响力。

2.3流量计费式节水系统

2.3.1系统设计

本文采用的流量计费式智能卡节水控制系统可以很好的解决该浪费水的现象。

该系统是基于单片机控制的智能卡节水控制系统,可使用于人口集中的大中小型公共浴室、开水房及宿舍水房,通过单片机的动态计费并显示用户余额,从而提高用户的节水意识,按需取水,大大地改善了公共用水的浪费严重的现象。

在本应用系统中,以MCS_51系列单片机STC89C58为核心控制单元。

此种单片机在满足开发所需要的功能的前提下价格低廉,并且工作性能稳定。

本系统的水流量传感器采用涡轮流量计（图3），在管道中心安放一个涡轮,两端由轴承支撑。

当流体通过管道时,冲击涡轮叶片,对涡轮产生驱动力矩,使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转。

在一定的流量范围内,对一定的流体介质粘度,涡轮的旋转角速度与流体流速成正比。

由此,流体流速可通过涡轮的旋转角速度得到,从而可以计算得到通过管道的流体流量。

涡轮的转速通过装在机壳外的传感线圈来检测。

当涡轮叶片切割由壳体内永久磁钢产生的磁力线时,就会引起传感线圈中的磁通变化。

传感线圈将检测到的磁通周期变化信号送入前置放大器,对信号进行放大、整形,产生与流速成正比的脉冲信号,送入单位换算与流量积算电路得到并显示累积流量值;同时亦将脉冲信号送入频率电流转换电路,将脉冲信号转换成模拟电流量,进而指示瞬时流量值。

主程序流程如图4所示。

用户消费处理部分采用的是预扣方式,以一升水作为一个预扣单元进行交费处理。

具体方法如下:

一旦电磁阀打开,单片机就对用户余额进行预扣一升水量的金额（两角）,用户开始消费用水,当预扣的一升水即将用完时,判断用户余额是否足够,足够则继续预扣一升水金额,消费继续;余额不够则报警;如此循环到用户消费结束,如果用户消费结束时预扣的一升水未用完,系统将未使用部分的金额返还写回用户卡中,真正实现公平合理的收费方式。

系统消费过程程序设计如下：

#INCLUDE“init.h”

#INCLUDE“iccard.h”

Voidconsuming（void）

if（SysState.ucRequest&0x04）//消费处理

{

　if（!

unPulseNum）

　{

unPulseNum=unPulseConstant;

if（g_structUserMsg.Blc<（SortMsg.Remainder-

MiniMoney+lMonDelPerTimer））

　　//余额判断

　{

　　SysState.ucRequest&=0xfb;//改变标识

　　DIS_Timer0（）;//关闭

　　OTHER_VavleCtl（VAVLE_OFF）;

PreDeductMoney（lConsumeMoney）;//card

CreateConsumeNotes（IC_NoteData（lConsumeMoney））;//note

　　　　cTemp=0;

STCFlashWrite（STCF_SECTOR_PRE_NOTES,

STCF_INDEX_BASE_PRE_NOTES+g_ucSTCNoteCnt,

&cTemp,1）;//changeindex

Dis_ErrCode（WARN_BALACE_LACK）;//余额不足

　　　　Dis_Twinkle（0）;//关闪烁

　　　　g_structUserMsg.ucState=CARD_STATE_

WAITING_OUT;

　　　　return;

　　　}

　　g_structUserMsg.Blc-=lMonDelPerTimer;//

扣除余额

　　lConsumeMoney+=lMonDelPerTimer;

　　if（PreDeductMoney（lConsumeMoney）!

=1）

　　　g_structUserMsg.ucState=CARD_STATE_

ALARM;//报警

　　}

}

2.3.2使用效果调查

对安装此系统的部分宿舍进行调查，形成调查统计表如下：

调查部位使用该系统前使用该系统后

水房10.5t/d6.0t/d

浴室321t/d188t/d

表1计费式流量卡节水系统使用前后重点用水部位涌水量调查统计表

数据表明,使用节水控制器后能达到良好的节水效果;与计时型节水控制器进行比较,由于计时计费方式存在以下几个缺点:

1）同一个浴室,同样10min的淋浴,同样的费用,一个人的实际用水量却比另一个人的多得多---明显的感官差别。

2）同一个开水房的同一根水管上买同样一瓶开水,一个人只要10s,另一个人却需要15s---后者付出的费用是前者的1.5倍。

3）当电磁阀被堵塞或是损坏时,会造成无用水误收费的情况。

而根据本系统设计的流量计费式智能卡节水控制器的计费误差为±0.01元/10吨,该误差在实际应用中完全可以被忽略,成功解决了由计时计费方式产生的以上3个弊端,实际使用表明,该节水控制器工作可靠,成本低廉,经济效益显著。

通过一人一卡一用一计费的模式，有效的限制了学生密集程度大、用水量增大、节水意识不高的学生公寓浪费水的现象。

虽然此系统是一种被动限制法，但是通过余额提醒、划定免费流量值的方式，还是可以达到较为明显的节水效果的。

本系统使用流量传感器对用户所用水量进行计费,即用户实际用多少水就收多少费用,与以往的定量收费（以使用次数为单位收费,一般为一次多少钱）或计时收费型控制器相比,该计费方式公平公正,易被广大用户接受,因此具有很大的市场发展前景。

3节水系统设计结果和展望

本系统首先对学生公寓的设计给水流量进行了规范化设计，当然在设计过程中笔者也对以往的设计进行了参考并且进行了实地的考查后发现，在上课日的早晨以及中午，学生公寓内的涌水量会急剧增加，这会造成顶楼或较高楼层的水压产生一定波动，影响供水效果。

所以在进行第一步给水量设计过程中，要通过结合城市给水系统压力分析来进行分时段增加给水装置。

通过简单的时间程序设定，将程序与学生公寓给水增压泵进行连接，在用水量增大时间段内进行加压处理，保证供水稳定。

本系统在第二步设计过程中，通过引入收集雨水及生活废水综合利用系统来减轻自来水使用量。

收集雨水系统在学生公寓中具有极为重要的意义。

根据相关资料表明，学生公寓用水量超过45%为学生上厕所后使用的冲厕水。

并且根据笔者在校园内的走访发现，部分宿舍楼存在冲水装置故障现象，导致大量水资源浪费，然而本系统在封闭式马桶上引入了流量表系统，可以通过对流量表进行调整，如果出现流量稳定出现即关闭阀门，一来可以节约水资源，而来也可以提示后勤人员冲厕装置故障。

第三步，通过被动节水方式来减少水资源浪费现象。

流量计费式节水系统通过对用水流量进行规划，并且采用储值消费的方式来提醒学生用水量的多少。

当然部分大学存在差异性，笔者建议可每月或者每周固定一定的虚拟消费，来保证一些正常节水的学生的根本利益，对超出部分收取一定的费用，这样一方面可以通过经济限制的方式来减少学生的用水量，另一方面也可以通过激发学生们相互促进增强节水意识。

笔者通过对该系统进行数字化分析，发现该系统能够有效的达到节水目的，并且从长远角度来考虑，经济性极佳，值得在广大学生公寓中进行推广。

4致谢

四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。

四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。

伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师xxx。

我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。

您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。

授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”的感觉。

 感谢这篇论文所涉及到的各位学者。

本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。

 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!

最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!

 由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！

5参考文献

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[4]赵岐华刘健.寄宿式学校学生宿舍给水系统的设计与调试[J].给水排水,2012,（14）:

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[9]张彦斌.微型计算机原理及应用-清华大学出版社

[10]陆宁樊江玲.机械原理-清华大学出版社

[11]冯之敬.制造工程与技术原理-清华大学出版社

[12]王积伟.控制理论与控制工程-清华大学出版社

[13]黄容赵毅.C语言程序设计-清华大学出版社