基于多能源互補的水車設計

北京理工大學珠海學院2020屆本科生畢業(yè)論文摘要本設計為廣東省韶關市某居民小區(qū)設計一款水車，豐富人們的日常生活。設計主要是考慮這幾個因素：水車的直徑，擋板的大小，水斗的大小體積等。同時還有注意對水車的防腐和維護。另外，由于水車在運行中消耗了大量的電能，同時水車本身所在的水池需要每隔五天換一次水，所以本設計還為居民小區(qū)的水車設計一套供能系統(tǒng)。該供能系統(tǒng)主要利用生活用水及雨水的重力勢能來發(fā)電，由于在城市中的住宅小區(qū)中的樓房通常是比較高的，而且每天居民在生活過程中會產生大量的廢水，這些廢水從高層落下就會產生巨大的能量，由勢能轉化為動能。在水下落的運動途徑中安裝水輪機，可以將水的動能轉化為電能，并儲存在蓄電池中。該系統(tǒng)還包括雨水的收集、過濾、清潔和儲存，可用于水車所在水池的補充水和循環(huán)水。該系統(tǒng)主要部件包括：沖擊式水輪機、過濾裝置、壓力感應裝置、雨水收集裝置、蓄電池、蓄水池等。最后，計算利用該系統(tǒng)可以為小區(qū)節(jié)省的水源和提供的能源并進行展望。關鍵字：水車設計；多能源；發(fā)電系統(tǒng)設計

Waterwheeldesignbasedonmulti-energycomplementaryAbstractThisdesignisforaresidentialquarterinShaoguanCity,GuangdongProvince,todesignawatertrucktoenrichpeople'sdailylife.Thedesignmainlyconsidersthesefactors:thediameterofthewatertruck,thesizeofthebaffle,thesizeandvolumeofthewaterbucket,etc.Attentionshouldalsobepaidtoanti-corruptionandmaintenanceofwatertrucks.Inaddition,becausethewatertruckconsumesalotofelectricenergyinoperationandthewatertankinwhichthewatertruckitselfislocatedneedstochangewatereveryfivedays,thisdesignalsodesignsanenergysupplysystemforthewatertruckinresidentialquarter.Thisenergysupplysystemmainlyusesthegravitationalenergyofdomesticwaterandrainwatertogenerateelectricity.Asbuildingsinresidentialquarterinthecityareusuallyrelativelyhigh,alargeamountofwastewaterwillbeproducedinthedailylifeofresidents.Whenthesewastewaterfallsfromahighlevel,itgeneratestremendousenergy,whichisconvertedfrompotentialenergytokineticenergy.Installationofaturbineintheunderwaterpathofmovementconvertsthekineticenergyofwaterintoelectricalenergyandstoresitinabattery.Thesystemalsoincludesthecollection,filtration,cleaningandstorageofrainwater,whichcanbeusedforreplenishingandcirculatingwaterinthetankwherethewatertruckislocated.Themaincomponentsofthesysteminclude:impactturbine,filtrationdevice,pressuresensingdevice,rainwatercollectiondevice,battery,waterstoragebattery,etc.Finally,thewaterresourcesavedandenergyprovidedbythesystemarecalculatedandprospected.Keywords:Waterwheeldesign;Multi-energy;Generationsystemdesign目錄TOC\o"1-1"\h\u240481緒論 頁共38頁1緒論1.1水車的起源與發(fā)展水車在我國的農業(yè)歷史上有著舉足輕重的地位，它是我國古代最古老的農業(yè)灌溉工具之一，人們通常是利用木頭制作它的，使用者主要把它安裝在水流比較湍急的河流或者水溝之中，它的主要功能是利用湍急的水流的動能推動水車的擋板產生動力，讓水車做圓周運動，水車上安裝的水斗便從低處提水，伴隨著水車的旋轉將水從低處提到高處落下，這樣就可以源源不斷地灌溉農田。這其中將水的動能轉變成重力勢能，只要水流不斷，水流的速度適可，這運動便可以一直進行下去，為人們省去了巨大的功夫，節(jié)省了農民的體力，使農作物的干旱情況大大的緩解了，同時也解除了地形的限制因素，水車的發(fā)明與利用為我國的農業(yè)事業(yè)作出了巨大的貢獻。水車的起源在書籍中最早記錄于漢朝時期，在那個時候，因為手工業(yè)還不是太發(fā)達，水車制作的比較粗糙，結構較為簡單，所以水車主要是利用人力來推動的，人們或者是用腳踩或者是用手推來使水車運行。然后在三國被孔明進行了很大的改進，所以后人又通常稱水車為孔明車。隨后在唐宋時期，因為人們生產力的不斷提高，技術得到不斷的改進。轉軸得到了改進和提升，所以很大程度上不需要人力來推動了，只需要把水車放在水流速較快的地方便可以運行。其中實現(xiàn)了人力到水力的改進，節(jié)省了大量的勞動力，效率得到了大大的改善，農作物的產量也有所提高。再后來，到了元明時期，人們懂得了將多臺水車搭配進行運用，在一條河流上搭上大小不一的多臺水車，同時還加上牛羊等多種動物等獸力的運用。這樣使水車的應用范圍大大增加了，使水利得到了最大充分的利用，這時候水車的發(fā)展也到了最繁榮的鼎盛時期。其后，隨著工業(yè)革命的到來，工業(yè)文明的出現(xiàn)，人們制造了更加多效率更高，適應面更廣的機器，比如蒸汽機、發(fā)電機、抽水機等。因為水車的效率比較低，它的灌溉功能也被逐漸的取代了。但是人們卻進一步發(fā)現(xiàn)其美觀價值，所以人們便仿照古代的水車做成一種景觀放在居民的小區(qū)之中或者公園的水塘之中，甚至還把它做小做成模型放在魚缸之中，作為一種景觀裝飾供人們欣賞娛樂。因為安裝在這些地方的水區(qū)域通常是一種死水，沒有外來水的流通。因此就沒有水流的動力推動水車的運行，人們就想了另外一種辦法，第一種是利用電動機帶動水車的運行，不過因為這種方法沒能把水車很好的與景觀的動靜相結合在一起，所以比較少用。人們通常選用第二種方法，那便是利用水泵將水池的水抽到另外一個高度，用水的動力來推動水車運行，水泵也可以用另外的飾品作為裝飾這樣也更加美觀，更加有藝術的整體感覺。1.2景觀水車的作用美化環(huán)境。首先景觀水車的最大作用就是為了滿足裝飾的效果，制造出動靜結合的景象，將其他水景和水車相互結合在一起，從中可以體現(xiàn)到不同的文化韻味。帶給人們一種東方園林美學的感受，讓人們感覺到歷史氣息和文化氣息，給人一種歡快、美觀、自然的感受。增加水塘含氧量。人們通常在水車所在的水塘中養(yǎng)各種魚達到觀賞效果，而維持魚類正常生活的適宜溶氧量為5～5.5mg/L以上。實踐表明,在夏天高溫天氣，因為水池中的魚比較活躍，運動量大，消耗的氧氣也多。單單靠空氣中的氧氣，自然的向水中溶解是無法保持魚兒這么活躍運動的氧氣消耗的。造成了一個水池容氧量在各個地區(qū)分布不均的情況，所以我們在夏天通常可以看到魚兒在水面上張嘴呼吸氧氣的場景。在保持美觀的情況下，我們便可以利用水車的運動來增加氧氣。這其中便是利用了水車的葉輪旋轉擊打水面，讓原本平靜的水面變成動態(tài)的，增加紊流，在這過程中激起水霧、水花和浪花水霧，這樣空氣中的氧氣向水中的溶解速度相比平靜的水面會大大提高。增加空氣濕度。在秋冬季節(jié)時，天氣溫度低、太陽較少，空氣比較干燥，會讓人感覺不是太舒服。而水車在旋轉擊打水面時，會產生水花和水霧，增加水流擾動的同時給空氣帶來水分。1.3研究的背景及意義根據調查研究表明，雖然我國的淡水資源整體上看起來是比較豐富的，可是平均到每個人后，便是在世界范圍內大大落后了，人均占有的水資源僅為世界平均水平的四分之一，只有二千三百立方米，可以稱得上是十三個人均水資源最缺乏的國家之一。另外我國的水資源分布也是不均勻的，包括時間分布不均勻，還有空間分布不均勻。因此我國為了彌補該缺陷，也進行了南水北調的工程。因為我國的東部以及沿海城市的居民數(shù)，占了我國的總人數(shù)的很大一部分。而我國的西部地區(qū)地廣人稀，但是蘊含著巨大的水資源，這部分水資源并沒有得到很好的利用和開發(fā)。根據調查數(shù)據表明，我國的三分之二城市存在著缺水的問題。這些城市的供水不足導致了居民的生活質量出現(xiàn)了下降，也因為大量的抽取地下水導致生態(tài)環(huán)境的惡化。可是，在城市居民的日常生活中，人們對水資源的浪費卻隨處可見。因為我國的城市化加快，廣大農村地區(qū)的居民紛紛往城市聚集，因為人流的聚集，所以城市中的土地價格也越來越高。由于土地資源比較緊張，所以小區(qū)之中的樓房也越建越高，一棟樓可以容納的住戶也更多。由此小區(qū)居民之中的單位面積用水量和生活用水排放量也越來越大。人們的日常生活中會產生大量的生活廢水，比如衛(wèi)生間，水槽，廚房等，有許多較為清潔干凈水是被白白浪費的。另外，小區(qū)的綠化、水景等引起的用水量不斷加大，使城市供水能力顯得不足，造成我國水資源危機日益嚴重。在解決供水不足這方面，我們可以利用南方雨水充足，降雨量高這方面來解決。雨水資源是可利用水資源中的一項重大的水資源，我們將雨水收集起來，經過檢測發(fā)現(xiàn)：雨水的污染程度還是相對比較低的，酸堿性也比較中性，雜質較少，經過簡單的處理后，并可以直接利用。若是大規(guī)模的收集并利用好雨水資源，我國城市的缺水現(xiàn)象應該可以得到很大的緩解。而且如果不直接收集，而是直接讓雨水白白的流失，排放到下水道也會對城市的下水道系統(tǒng)造成一定的負擔。我國除出現(xiàn)城市缺水的現(xiàn)象外，另一個方面就是因為城市人口數(shù)量的增加，造成用電量也大量增加。因為我國主要是利用火力來發(fā)電，在過去的幾十年中，燃燒石油和煤炭造成了很大的污染。而在大環(huán)境下，因為這些煤炭石油之類的能源屬于不可再生能源，若我們不加節(jié)制的大量利用，不僅會造成若干年后我們對這些資源再用無可用，在當前環(huán)境下也會造成大量的環(huán)境污染，空氣污染。而且節(jié)能與環(huán)保這個主題，我們國家也宣傳了這么多年，所有的可再生能源如風能、太陽能、地熱能等，還有其他被我們所忽略的能量都值得我們不斷的開發(fā)和研究。在之前我們發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象便是，因為城市中的人流聚集，居民所排放的生活用水量也大大增加，他們排放的生活用水也分為可利用的和不可利用的。生活用水中的不可利用包括排便器的用水，其余的洗衣服用水、洗滌清潔用水、浴室用水、陽臺用水等都屬于可利用水范圍。在這其中就有很大的可操作空間，可以將其中很大部分的可利用水加以利用。通過下水道從高層流下的可利用水資源蘊含著巨大的重力勢能，平常我們都是白白的讓這些水流走了，其中可利用的能量都丟失了。只要在他們留下的途徑中裝一個水輪機和發(fā)電機，我們便可以很好的利用水沖下的動能轉化為電能儲存起來。而且，數(shù)量巨大的雨水的重力勢能也是可利用的，雨水發(fā)電的同時和生活用水發(fā)電相連，組成的發(fā)電系統(tǒng)更具有應用前景。因此，本設計在設計水車的同時將設計一套供能系統(tǒng)，采用生活用水及雨水發(fā)電為水車提供動力，減少電能消耗的同時，還可以對水車所在的水池進行換水，減少水資源浪費。1.4國內外研究現(xiàn)狀與趨勢1.4.1國外對水資源的開發(fā)和利用對水資源的開發(fā)和利用這方面，因為有關學者和領導者的重視，國外已經有相當大的經驗了。在節(jié)約用水方面，各個國家都有其獨特的見解，比如在以色列，他們開發(fā)了世界文明的滴灌技術，滴灌可使水的利用率大幅度提升，達到95%，該技術的利用，可以根據不同的農業(yè)作物品種，不同時段的用水需求來智能供水，使得在一片沙漠中也能種植大量的農作物。在美國的西部，因為有大量地廣人稀的土地，而且這些土地也比較干旱，所以美國實行的大農場噴灌技術，可以科學的實行土地的灌溉。在澳大利亞，政府的水資源管理部門會向每家每戶的居民發(fā)放節(jié)水手冊，向他們介紹，如何在日常生活中有效的節(jié)約用水。同時澳大利亞在2005年還投資了將近4億澳元將遍布全國的容易使水蒸發(fā)的開放性輸水渠道陸續(xù)改為封閉式輸水管道，這樣就使得水在運行過程中的的蒸發(fā)和滲透量大大降低了。在日本，多數(shù)的辦公樓都安裝了循環(huán)水系統(tǒng)，使得自來水被重復利用后才被排放到下水道，合理的利用了水資源。除了對節(jié)約用水方面重視外，污染防治也是西方國家對水生態(tài)調節(jié)的重要手段。在歐盟，美國以及日本等發(fā)達國家，因為有過經驗教訓，所以他們專門立法，抑制資本家對多種有害物質的生產和使用。因為工廠是用水大戶，水通常用在換熱方面以及清潔方面，針對工廠，早在1973年，美國以及歐盟制定了工廠排放水要求法案，阻止了數(shù)以十億噸的污水排入河流之中。除此之外，美國、日本等國家非常重視對洗滌劑和各種化學用品農藥的控制和使用，通過種種法律條文明令禁止各種對環(huán)境土壤有害化學用品的使用。1.4.2國內對水資源的開發(fā)和利用我國對水資源的開發(fā)和重視起步比較晚，直到改革開放以后，城鎮(zhèn)化速率加快后，工業(yè)企業(yè)特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的迅速發(fā)展，城市人口的快速增加。水資源的開發(fā)和利用才不斷的被人們所重視，近年來才是發(fā)展的比較快的。在2000年以前，我國對水資源的開發(fā)和利用主要集中于供水、排水和水處理之類比較粗放型的使用，但是也有不少的公共建筑建設成了水回用裝置。但是到了2002年，矛盾漸漸開始凸顯了，人們開始強調建設節(jié)水型社會，并開始在一些城市進行試點。同時污水處理系統(tǒng)也得到的重視。而在2003年到2007年，雨水資源得到重視，人們開始大規(guī)模的在城市中建設污水處理以及排水系統(tǒng)。到了2008年以后，國家要求各個城市針對不同的地理環(huán)境規(guī)劃相應的發(fā)展，對多來源水源進行水資源的優(yōu)化配置，同年，《水污染防治法》提出優(yōu)先保護飲用水水源。在2013年，習近平總書記正式提出海綿城市的建設，雨水資源得到充分的重視。因為我國的幅員還是比較遼闊的，沿海地區(qū)雨水資源豐富。因為在我國的城市之中，大型建筑和住宅的密集程度非常高，使得非滲透率高達90%以上。因為水資源相比于傳統(tǒng)的污水資源，污染物更加少。利用起來加工程度更加簡單，價格也相應的便宜，容易被公眾所接受。雨水的收集和利用使得海綿城市具有彈性防御，在暴雨以及洪水之下，能夠起到調節(jié)的作用，大大地減輕了下水道的負擔，減輕洪澇災難，減少洪水對人民生命財產的損失。同時大規(guī)模對雨水的加以利用，還減輕了我們對地下水的抽取速度，改善生態(tài)環(huán)境。目前城市雨水的應用在我國已從理論實踐進入推廣的階段，日后海綿城市也會越來越多。

2水車的設計2.1設計對象資料本水車設計位于廣東省韶關市某小區(qū)，該設計要求水車將水提升到2.5米的高度，位于面積約為30平方米，深度為0.85米的水池。為保持水池中的水清潔干凈，水池中的水需要每隔5天換一次。該小區(qū)一共有6棟樓，其中4棟樓層高為23層，2棟樓層高為18層，層高為3.0米。2.2水車的工作原理當水車作為農業(yè)用具的時候，水車一般是安裝在水流湍急的地方，但作為景觀飾品安裝在水流平緩的水池之中的時候，由水泵提供動力。它是利用水的流動動能推動水車運動，讓水車的水桶從低處把水舀起來運行到高處，將運行中的水的動能轉化為勢能。水車分布在外圍的擋板起到承擔水流動時的沖力，力矩比較長，只要輕微的水流動力，就可以讓水車旋轉運行。水的動能在這其中克服了被提升的水對水車的反力矩，還有在運行之中的摩擦力。在水車旋轉的過程中，水斗隨著水車向上運動，開口位置始終比底部位置要高，這樣水斗中的水就不會流出，大部分都會留在水斗之中。當水斗差不多運行到水車的最高處的時候，開口位置逐漸比水斗底部的位置低，水斗的水從中倒出到水槽之中，從而實現(xiàn)通過水的動能使水從低處往高處搬運的效果。2.3水車的設計要素因為景觀水車是從古代的農業(yè)工具演變而來的，所以在設計上要考慮到它能夠展現(xiàn)人文之美，自然之美。設計主要是考慮這幾個因素：水車的直徑，擋板的大小，水斗的大小體積，結構設計以及強度設計等。結合居民對其的要求進行設計，滿足運行時的美感。水車的直徑主要取決于建造者對水提升高度的要求，一般而言，水車直徑是水提升目標高度的1.2~1.5倍。擋板的大小取決于建造者需要水車運行的速度，擋板造的受力面積越大，水流對擋板的沖擊也越大水，水車也就獲得越大的動能。擋板的長度通常為水車直徑的7%~15%，寬度通常為水車的10%~15%，兩個擋板間隔的角度通常取15°~25°。水斗的體積大小可由擋板的大小、以及水流的速度確定確定。水車的結構以及強度設計，取決于建造者的要求，如果水車的體積、直徑大，則需要對轉軸的強度有高要求，目前還是主要采用防腐木作為水車的制作材料，這樣更加有年代感，有非常好的氣氛烘托效果。水泵則需要根據水車安裝地點的實際情況進行建設。2.4水車尺寸的確定2.4.1水車的直徑水車的直徑主要取決于建造者對水提升高度的要求，該設計要求將水提升到2.5米的高度，則水車的直徑為：H=2.5×1.2=3m2.4.2擋板的大小及數(shù)目擋板的長度：3×0.10=0.30m擋板的寬度：3×0.11=0.33m擋板的數(shù)目：360°÷22.5°=162.4.3水斗的體積當水車需要用水斗把水舀到一定高度的時候，根據其物理原理我們可知，需要滿足擋板所受沖力產生的動力矩大于水斗提升的水的重力產生的阻力矩加上水車運行時候的摩擦力，即下列條件：本設計的水車設定水的流速v=1.5米/秒，水車的兩個擋板位于水下，當水斗被提升后，水斗中的水的力臂依次為Rcosθ、Rcos2θ、Rcos3θ，兩個水斗之間的夾角為22.5°，擋板的面積為A。簡化后得到：代入數(shù)據可得到：A/V=10.87取11運算結果表明，擋板面積值是水斗體積值的11倍以上，即水斗的體積最大可以選取1立方米，才能讓水車成功運轉起來。2.5水車的設計圖圖2-1水車正視圖圖2-2水車側視圖圖2-3水車立體圖2.6水車的制作要點1、加工材料一般會選擇耐久防腐的木頭，比如榆木或者樟木，這些木頭的性質比較穩(wěn)定，在水中浸泡時間長久，而不容易腐爛，不容易開裂變形。整體美觀可靠，具有質樸的特色。2、制作水車時工藝比較復雜，關鍵環(huán)節(jié)眾多。所以需要準確的對照設計圖，把各個構件都加工好，并在制作過程中嚴格按照流程進行設計和制作。制造順序要合理，防止景觀水車的零件缺漏。3、在制作完成后要逐個檢查各個部件是否有所缺漏，關鍵部位注意防銹、反腐，對照圖紙進行逐個部件的安裝。試運行一段時間后，檢測水車是否存在其他缺漏。2.7水車的防腐養(yǎng)護辦法水車的保養(yǎng)防腐方法主要分為兩種：第一種是涂抹法，主要是往水車易生銹的零件部位用刷子等工具涂抹防銹漆、防腐漆，不過因為在水車運行中會產生消耗，所以需要定期維護。第二種方法是冷熱槽法，先用95攝氏度的防腐劑，浸漬含水量在25%的木材，大概需要4個小時左右，使得木材細胞膨脹，再將木材浸入45攝氏度的冷防腐劑大概3個小時，使防腐劑浸入已經膨脹的細胞內，這種方法處理設備的費用不大，但是處理效果非常好。

3多能源發(fā)電系統(tǒng)設計3.1設計原理本設計裝置的工作原理包括三個階段，分別是生活用水及雨水的收集蓄能階段，水流通過管道流下沖擊水輪機葉輪的發(fā)電階段，以及發(fā)電機產生的電流經過整流穩(wěn)壓后進入蓄電池的儲能階段。如圖所示，小區(qū)的高層居民的可利用用水和雨水，經過濾網過濾后儲存在儲水箱之中，當儲水箱儲存的水量達到壓力感應裝置的設定之后，閥門打開，蓄水箱中的水全部釋放，進入發(fā)電階段，沖擊水輪機葉輪，帶動發(fā)電機電磁感應發(fā)電，最后在儲能階段把交流電經整流穩(wěn)壓后儲存在蓄電池中。該裝置就滿足了發(fā)電的要求，把我們生活中浪費掉的水的勢能轉化為電能，再把它轉化為電池化學能儲存起來。只要這棟樓中有人居住并使用水，電能就可以源源不斷。圖3-1裝置原理圖3.2設計方案為了達到上述設計目的，本設計采用了以下技術方案：一該系統(tǒng)包括了水輪機、發(fā)電機、蓄電池、蓄水箱、過濾裝置等，安裝在高層樓房的管道之中。該裝置的發(fā)電機另外連接了蓄電池，可以把系統(tǒng)發(fā)的電儲存起來。在樓房外面從最高層到地面一共豎直設有管道a、管道e，管道c，管道a為生活用水中的不可利用水管道，管道e為生活用水中的可利用水管道，管道c為雨水收集管道；該樓房的每家每戶都設有管道b，管道b的一端連接流通不可利用水的管道a，另一端連接房間之中的廁所排便器。另外還設有管道d，管道d的一端連接可利用水的管道e，另一端連接房間之中的陽臺。管道f一端也是連接可利用水的管道e，另一端連接房間之中的洗漱出水口，其中就包括了洗浴用水，洗衣用水等；所述管道c與管道e可拆卸段設有過濾網,過濾網采用不銹鋼絲制成，其網孔孔徑大小為：1mm～3mm。設置儲水箱，每間隔固定樓層安裝一個，收集上述管道可利用的生活用水。所述儲水箱底部設有壓力感應擋板，所述壓力感應擋板電連接于壓力感應器。所述管道c與管道e底端分別設有旋轉葉輪，當水沖擊旋轉葉輪的時候，與旋轉葉輪經過變速器相連的發(fā)電機就被帶動發(fā)電機的主軸旋轉，通過電磁感應發(fā)電；所述發(fā)電機、水輪機布置在儲水箱以下固定樓層，各個發(fā)電機所發(fā)的電集中儲存在蓄電池中；所述管道c出水口連通于蓄水池，蓄水池為可利用雨水存儲區(qū)。所述蓄電池、蓄水池可設于負一層。圖3-2利用生活用水及雨水發(fā)電的節(jié)能系統(tǒng)圖圖3-2中1為管道a，2為管道b，3為衛(wèi)生間，4為洗、涮出水口，5為雨水收集系統(tǒng)，6為陽臺，7為管道c，8為管道d，9為管道e，10為閥門，11為過濾裝置，12為地面，13為蓄電池，14為壓力感應裝置，15為儲水箱，16為穩(wěn)壓器，17為發(fā)電系統(tǒng)，18為旋轉葉輪本實用設計提供一種利用生活用水及雨水發(fā)電的節(jié)能系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術的缺陷，解決生活用水利用不充分，雨水未利用被白白浪費的問題。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是：1、利用管道a、管道b將生活用水中可利用水與不可利用水分開，不可利用水直接進入下水道，生活用水中的可利用水先儲存用于發(fā)電，然后再進入下水道。2、在管道處設置過濾網，將可利用水的雜物過濾掉，能夠有效防止水管堵塞，清理時只需擰開管道連接處，就可以輕松清理雜物，其工作量大大降低。3、利用壓力感應器與擋板連接，控制擋板的關閉與開放。正常狀態(tài)下，擋板將儲水箱底部與管道相連處封閉，積蓄能量，阻止水流向下流動。當積蓄到一定的程度時候，達到設在底部的壓力感應器的感應壓力數(shù)值后，壓力感應器就會控制擋板打開，讓水能夠自由下落，能夠帶動旋轉葉輪轉動，提高了水資源的能量轉化率。4、通過管道將雨水收集，并將其勢能轉化為電能存儲于蓄電池中，雨水過濾清潔后收集到儲水池中，可提供于水車所在水池的循環(huán)用水或其他綠化領域，節(jié)能環(huán)保。5、該裝置的蓄電池、儲水池設于負一層，不妨礙人們的正常生活起居，同時有利于提高低層樓房水資源重力勢能轉化率。3.3水輪機的設計水輪機是一種有水的動能轉化為機械能再轉化為電能的設備，當水流過水輪機的葉輪的時候，帶動葉輪旋轉，從而做功發(fā)電。它的發(fā)電量主要有水的動能和水的流量來決定的。根據水流量的轉化特征，我們可以把它分為兩大類，分別是反擊式的水輪機，它的主要特點是在同一時間內，整個葉輪葉片通道都有水流通過，在通過水輪機后，水的流速還有水的運動方向都有所改變。在這改變的過程中，水的動能及勢能就轉化為葉輪的動能，反擊式水輪機根據其形式以及特點，可另外分為4大種類，分別是軸流式水輪機，斜流式水輪機，混流式水輪機以及貫流式水輪機。另外一種是沖擊式水輪機，它與反擊式水輪機不同的一點在于，在同一時間內，只有部分的一輪葉片充滿水，另外的一部分處于在大氣之中。主要是利用水的射流來推動水輪機的葉輪運動，相對于反擊式水輪機而言，沖擊式水輪機的結構比較簡單，可利用范圍廣。另外沖擊式水輪機可根據其形式以及特點另外分為水斗式水輪機、雙擊式水輪機斜擊式水輪機，各類水輪機的型式以及特點可見下表3-1，各類水輪機的適用水頭可見表3-2。表3-1各型式水輪機特點類型型式特點反擊式混流式混流式水流徑向流入轉輪，軸向流出。混流可逆式水流沿轉輪軸向流入，軸向流出，水流方向始終平行于主軸。軸流式軸流轉槳式轉輪葉片可以根據運行工況的改變而轉動，從而擴大了高效率區(qū)的范圍，提高了運行的穩(wěn)定性。但是，這種水輪機需要有一個操作葉片轉動的機構，因而結構較復雜，造價較高。軸流定槳式轉輪葉片是固定不動的，因而結構簡單、造價較低。但它在偏離設計工況運行時效率會急劇下降。斜流式斜流式水流經過轉輪時是斜問的。轉輪葉片隨工況變化而轉動，高效率區(qū)廣，結構特復雜，加工工藝要求和造價均較高。斜流可逆式水流經過轉輪時是斜問的。轉輪葉片隨工況變化而轉動，高效率區(qū)廣，結構特復雜，加工工藝要求和造價均較高。貫流式貫流轉槳式水輪機的主軸裝置成水平或傾斜。不設蝸殼，水流直貫轉輪。水流由管道進口到尾水管出口都是軸向的。貫流定槳式水輪機的主軸裝置成水平或傾斜。不設蝸殼，水流直貫轉輪。水流由管道進口到尾水管出口都是軸向的。沖擊式水斗式從噴嘴出來的高速自由射流沿轉輪圓周切線方向垂直沖擊輪葉。斜擊式從噴嘴出來的自由射流沿著與轉輪旋轉平面成一角度的方向，從轉輪的一側進入輪葉再從另一側流出輪葉。與水斗式相比，其過流量較大。雙擊式從噴嘴出來的射流先后兩次沖擊在轉輪葉片上。這種水輪機結構簡單、制作方便，但效率低、轉輪葉片強度差。表3-2水輪機適用水頭類型型式適應水頭范圍（m）反擊式混流式混流式20~700混流可逆式80~600軸流式軸流轉槳式3~80軸流定槳式3~50斜流式斜流式40~200斜流可逆式40~120貫流式貫流轉槳式1~25貫流定槳式1~25沖擊式水斗式40~1700斜擊式20~300雙擊式5~100根據以上十一種水輪機進行優(yōu)缺點對比，并結合建筑功能和經濟實用性考慮，流通的管道直徑一般根據水的流量和流速選取內壁光滑的水管,每隔相同距離可以裝一個水輪機，由于反擊式水輪機結構較為復雜，單體投入大，而且會存在氣蝕，出現(xiàn)問題的時候維護費用也會提高。而沖擊水斗式水輪機適用水頭范圍合適，結構簡單，成本低，易安裝，所以本利用生活用水及雨水發(fā)電的節(jié)能系統(tǒng)采用沖擊式水輪機，如下圖3-3所示。圖3-3沖擊式水輪機

3.4蓄電池的設計表3-3各種蓄電池優(yōu)缺點的比較蓄電池名稱介紹優(yōu)點缺點鉛酸蓄電池它的電極是由鉛和鉛的氧化物構成采用稀硫酸做電解液，用二氧化鉛和絨狀鉛分別做為電池的正極和負極，電解液是硫酸的水溶液。技術成熟、性能穩(wěn)定、安全性好、價格便宜能量密度偏低、循環(huán)壽命偏短、生產過程中可能造成鉛污染鎳氫蓄電池鎳氫蓄電池是正極活性物質主要由鎳制成，負極活性物質主要由貯氫合金制成的一種堿性蓄電池。不含重金屬鎘、汞等有害元素,不會對環(huán)境及使用者造成污染和損害。比能量密度高，是鎳鎘電池的1.5-2倍多、環(huán)保、無記憶效應、循環(huán)壽命長：在正確使用條件下可循環(huán)使用500次以上自放電率高：滿電常溫下存儲自放電率30～35%、高溫性能差、在過充和過放時會排出氣體鋰離子電池鋰電池主要是依靠鋰原子在正負電極之中來回移動，充電的時候正電荷的鋰離子從電池的正極向負極移動，放電的時候，正電荷的鋰離子，從負極方向往正極方向移動，與充電時候相反。電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長、安全性能好、多種保護機制、保護電路、自放電小、快速充電較快衰老、回收率較低、不能過充、不能過放鎳鎘電池可大量次數(shù)的充放電，經濟耐用。其內部抵制力小，既內阻很小，可快速充電，又可為負載提供大電流，而且放電時電壓變化很小，是一種非常理想的直流供電電池。內阻小，可供大電流的放電、幾乎不需要補充電解液、可耐過充電或放過電、可使用在很廣的溫度范圍內制作工藝比較嚴格、價格較高鈉硫蓄電池鈉硫電池，是一種以金屬鈉為負極、硫為正極、陶瓷管為電解質隔膜的二次電池。在一定的工作度下，鈉離子透過電解質隔膜與硫之間發(fā)生的可逆反應，形成能量的釋放和儲存。高比能量、大電流、高功率放電、高充放電效率、充電時間短、使用長壽命、體積小、結構緊湊、質量輕、安全可靠過度充電時很危險、高溫350°C熔解硫和鈉，因此需要附加供熱設備來維持溫度鎳鋅蓄電池鎳鋅電池是一種可以替代鎳氫電池的新型電池，標稱1.6V。與鎳氫、鎳鎘電池相比，具有電壓高、放電電流強的特點。在數(shù)碼相機、閃光燈、電動玩具方面有著無與倫比的優(yōu)勢。電壓高、比能量高、放電功率高、環(huán)保、性價比高、可替代性高壽命較短、性質比較不穩(wěn)定蓄電池的使用壽命、成本、電氣特性等是選型應該考慮的重要因素，市面上蓄電池的種類眾多，由表3-3中的各種蓄電池優(yōu)缺點的比較得出其中鉛酸蓄電池比較符合本設計的要求。鉛酸蓄電池成本低廉，技術成熟、性能穩(wěn)定、安全性好、輸出電壓穩(wěn)定，壽命較長，型號齊全，美觀大方。所以選定鉛酸蓄電池作為儲能元件。3.5雨水收集系統(tǒng)的設計3.5.1雨水收集系統(tǒng)的優(yōu)勢（1）緩解城市用水壓力因為城市是人口密集的地方，而人口越密集，用水量也就越多。由于宣傳不到位，人們還沒有意識到水對人們生活的重要性，所以很大一部分的地方的人們用水都是處于一種浪費的狀態(tài)。在這種情況下更加加劇了城市對水資源的消耗，而雨水作為一種可再生資源，在大多時候它都是清潔可靠的，經過簡單的處理，便可以大規(guī)模的運用。而我國的幅員遼闊，大城市群密集。因為在街道、樓房以及屋面上這些都屬于不可滲透水的范圍，從而可以很好的集聚從天空下落的雨水。若將其收集起來加以利用，可以緩解人們的用水需求，比如運用到綠化、水景、道路的噴淋清掃等這些對水質要求不那么高的領域，運用時將其與自來水相結合，可大大提高用水效率。（2）促進城市水環(huán)境的進步在城市中，人們對水的運用是分為很多種類的。如人們生活中平常的生活用水，工廠中的工業(yè)用水以及城市景觀之中的景觀綠化用水。不同的使用方對水質要求是不一樣的，因此我們可以循環(huán)利用、多級利用。雨水的收集利用便是很好的補充，在以前因為對雨水資源的不重視，我們都是白白的將雨水以徑流的方式流失掉了，在這其中，不僅雨水資源沒有得到很好的利用，而且由于有時候城市下水管道的不夠發(fā)達，在暴雨的時候還出現(xiàn)洪水現(xiàn)象，給人們的生命財產帶來很大的損失。因此合理的利用雨水資源，不僅可以實現(xiàn)時間上的調配還可以實現(xiàn)，還可以減少洪澇災害，改善城市的水環(huán)境。（3）減少對地下水的抽取因為城市中人們的用水量大大的提升了，人們對水的需求也與時俱進，所以便大量的抽取地下水進行補充。這就導致了環(huán)境惡化以及生態(tài)文明受到傷害，據調查也顯示，城市的地下水位普遍都在每年下降，這是屬于不可持續(xù)性傷害。因此，如果將雨水加以利用，甚至將雨水用來填補地下水來恢復地下水的水位是一種可行的方案。因為雨水的水質普遍是比較理想的，若是將工業(yè)污水及生活廢水排入地下水相對土壤等地質環(huán)境，造成巨大的傷害。在日常生活中使用雨水不僅可以減少對地下水的抽取，而且經濟實惠。3.5.2雨水收集地區(qū)的情況該設計地點身處廣東省韶關市，具體參數(shù)可見表3-5，位于中國南部，屬于亞熱帶季風區(qū)，它的水汽主要來源于西南部，還有東南部，來自印度洋和太平洋以及南海的水汽與南下的冷空氣相遇常常會形成雨季，所以降雨量是十分豐富的，總體趨勢是由南向北降雨量逐漸減少。表3-5韶關市夏季室外氣象參數(shù)緯度北緯23°5′～25°31′經度東經112°50′～114°45′大氣壓力99760pa相對濕度70%室外計算日平均溫度31.2℃室外平均風速1.6m/s表2-2韶關市代表站降水量統(tǒng)計表圖2-1韶關市多年平均月降水量柱狀圖從韶關降雨量的表和圖中，我們可以看出韶關的年降雨量是巨大的。不過，降雨分布的時間不均勻，主要集中在4~6月，期間降雨集中，降雨強度大，多為大雨或暴雨，這其中蘊含著豐富的水資源。通過韶關市代表站降水量統(tǒng)計表以及查找韶關市水利局及氣象站官網了解韶關本地的降水情況得知：韶關地區(qū)全市多年平均降雨量取1543.1mm，月平均降雨量為128.6mm。

3.5.3雨水收集系統(tǒng)的組成雨水收集系統(tǒng)通常包括屋面收集區(qū)域、落水管系統(tǒng)、初期雨水分流系統(tǒng)、濾網過濾系統(tǒng)、處理系統(tǒng)以及儲水系統(tǒng)。收集的區(qū)域通常為高層屋面的頂層，屋面的頂層通常為不吸水、不溶解，無毒材料，在屋面以及頂棚處，通常有有一定的弧度，防止雨水滯留在屋面，讓雨水可以順著坡度流向導流區(qū)域。無論屋面的傾斜度如何，屋面的集水面積等于屋面的水平投影面積。在屋面的四周設置排水溝，在排水溝與落水管系統(tǒng)的連接處要設立過濾網，將屋面頂層的一些碎屑、垃圾等雜物過濾在外，防止管道堵塞，過濾裝置需要定期進行清理，防止因為雜質堆積過多而造成堵塞和流通不暢。另外由于初期的雨水污染最為嚴重，水質較為渾濁，所以需要設置初期雨水分流系統(tǒng)。處理系統(tǒng)需要對流過水的雜質進行進一步的過濾，還需要進行殺菌以及消毒處理。一般會采用包括5um的纖維濾罐和3um的活性炭濾罐，以及反滲透和納濾系統(tǒng)，消毒系統(tǒng)有紫外線、臭氧和氯消毒等。儲水系統(tǒng)中儲水罐一般設置為金屬或者塑料材料等防銹材料，一般放在陰涼通風，沒有太陽直射的地方，盡量的安放在用水點的附近，可放置在樓層的負一層，儲水罐中的水應該盡早使用，防止其因時間過長而變質。3.5.4可收集雨量的計算收集的雨量計算數(shù)據一般來自當?shù)氐臍庀笳{查局官網，收集的數(shù)據越多，統(tǒng)計的時間越長，出來的結果也就越真實。降雨量一般取月平均值。雨水收集系統(tǒng)可收集雨量V可由下式計算:雨水的質量可由下式計算:根據調查顯示，韶關地區(qū)全市多年平均降雨量取1543.1mm，月平均降雨量為128.6mm，該小區(qū)一共有6棟樓，其中4棟樓層高為23層，2棟樓層高為18層，23層樓的樓頂面積約585平方米，18層樓的樓頂面積約466平方米，雨水收集系統(tǒng)效率取0.9，初期棄流量取2.0mm，代入公式有：3.5.5雨水蓄水箱容積的確定雨水蓄水箱的容積確定應該滿足以下條件，為了保持水質的清潔干凈，防止雨水收集起來后，存放時間過久滋生細菌。此外，應該要讓使用量和雨水的輸入量相平衡，雨水箱的材料應該使用防銹防腐材料，可以使用不銹鋼或者塑料。其次，考慮到雨水在凈化處理的過程中會經過種種工序，以及考慮到其中的蒸發(fā)過程會損耗掉部分。因此，蓄水池的可儲存量按照收集到的雨水除去初期棄流量后的90%計算，因此我們可以計算得出每天可以儲存的雨水量為：378.1÷30×90%=11.34m3本設計項目主要是為水池進行換水，需要在一天內完成，因此，最高日設計用水量為：結合實際情況，水池的水只要每5天更換一次就可以了，從計算結果表明我們的設計要求已經達標了，5天收集到的水除去用于給水池補充水，我們還可以用于綠化的灌溉。同時為了提高雨水的利用率，我們希望在5天的時間內，將儲存的雨水用完，在不增加儲水箱的容積的情況下，我們可以降低自來水用量，每天使用6.25m3的水，用于其他綠化或者清潔街道。則要滿足水池中的水需要每隔5天換一次的要求，則蓄水箱容積為：蓄水箱的規(guī)格長×寬×高設為4m×3m×3m。3.6水泵的設計泵的類型主要為葉片式泵和容積式泵。葉片式泵分為離心泵、漩渦泵、混流泵、軸流泵。容積式泵分為往復泵和轉子泵。水泵的類型應該根據使用情況以及工藝參數(shù)，還有水泵的結構特點以及它的使用特性進行選擇。除此之外，還要考慮水泵輸送流體的性質，比如輸送的介質粘度比較大的話一般會考慮，選擇螺桿泵或者往復泵。這類泵通常在介質的黏度（>650~1000mm2/s）的時候使用。其次，當我們需要計量輸送的介質的數(shù)量情況的時候，我們一般選擇使用計量泵。當輸送的介質揚程較低，但是流量很大的時候，我們可以選擇混流泵或者是選擇軸流泵。相反的，當流量比較小，但是揚程高的時候，我們首選離心泵，當沒有合適的時候可以選擇往復泵。對于需要經常緊急啟用的場合，需要頻繁的開啟的時候，我們可以選擇具有自吸性能的泵。當介質含氣量小于5%，流量較小且黏度<37.4mm2/s時，我們首先選用旋渦泵。當對要求不高的時候，允許輸送的介質存在脈動現(xiàn)象時候，可選用往復泵。因為離心泵具有結構簡單，適用范圍廣，輸液無脈動，流量調節(jié)簡單等優(yōu)點，因此在大多情況下，我們還是首選離心泵，而本設計的主要目的是使用水泵對水車進行供水推動水車運動，所以我們主要是考慮水泵的揚程以及流量進行水泵的選擇。另外，確定水泵揚程H，需加20％的安全系數(shù)（如計算誤差、漏損等），即則，水泵揚程： 根據此計算選擇1臺單級單吸離心泵IS65-50-125。其主要技術參數(shù)見下表：表3-4IS50-32-125性能表轉速n(r/min)流量Q揚程H(m)效率η(%)功率(kw)(m3/h)(L/s)145012.53.475630.55

4多能源發(fā)電系統(tǒng)計算4.1該小區(qū)的居民生活用水情況計算根據中華人民共和國國家標準的《建筑給水排水設計規(guī)范》中規(guī)定本小區(qū)屬于普通住宅Ⅲ類標準（有大便器、洗臉盆、洗滌盆、洗衣機、集中熱水供應或家用熱水機組和沐浴設備），由表4-1可知，規(guī)范中居民日常用水定額為180～320L/人·天。其中每戶家庭平均按3.5人計算。表4-1居民用水定額住宅類別衛(wèi)生器具設置標準用水定額（L/人·d）小時變化系數(shù)Kh普通住宅Ⅰ有排便器、洗滌盆85~1503.0~2.5普通住宅Ⅱ有排便器、洗臉盆、洗滌盆、洗衣機、熱水器和沐浴設備130~3002.8~2.3普通住宅Ⅲ有排便器、洗臉盆、洗滌盆、洗衣機、集中熱水供應（或家用熱水機組）和沐浴設備180~3202.5~2.0別墅有排便器、洗臉盆、洗滌盆、洗衣機、灑水栓，家用熱水機組和沐浴設備200~3502.3～1.8每戶每月平均用水總量：我國的國家標準節(jié)水型排便器平均用水量用水標準是一部限制非標準排便器的法律，從2011年7月起，就開始明文規(guī)定：排便器平均用水量不超過6升，不符合這些強制性標準的產品將不允許出售。查閱國家要求標準后，我們得知：正常健康人每天排小便次數(shù)為5-8次；排大便一周不少于3次，一天不超過3次，平均計算每天1次。居民正常其他生活用水包括居民的洗衣用水、洗澡用水、洗菜用水、洗碗碟用水、洗臉用水等其他方面用水。但是按習慣我們將一開始流出的水舍棄掉，因為這部分水屬于第一次洗比較臟，這部分水約占1/3左右，這部分也屬于不可再利用水。則用于排便器沖水的每個月用水量為：居民正常其他生活用水約：這部分也屬于不可再利用水，約：計算后發(fā)現(xiàn)，剩余的可再利用的水量為：可利用的生活用水,占總用水量的：4.2計算生活用水的發(fā)電量計算得出每棟樓的生活用水及雨水產生電能的計算公式如下：調查該小區(qū)的高樓有關數(shù)據：該小區(qū)一期共有6棟樓，其中4棟樓樓層數(shù)為23層，23層樓每層住戶為5戶。2棟樓樓層數(shù)為18層，18層樓每層住戶為4戶。每棟樓樓高的計算公式如下：則，根據公式可以計算出各個數(shù)據參數(shù)：23層樓的樓高為：18層樓的樓高為：23層樓生活用水的平均樓高：18層樓生活用水的平均樓高：23層樓每層住戶為5戶，共：18層樓每層住戶為4戶，共：每戶平均月可利用生活用水：23層生活用水發(fā)電量： 18層生活用水發(fā)電量： 4.3計算雨水的發(fā)電量計算得出每棟樓的樓頂雨水能：23層樓的樓面可收集的雨量為：23層雨水的發(fā)電量：18層樓的樓面可收集的雨量為：18層雨水的發(fā)電量：： 4.4計算生活用水及雨水的總發(fā)電量23層樓兩類能量共計：18層樓兩類能量共計：小區(qū)兩類能量共計：轉化蓄電池能再轉化為電能的轉化系數(shù)?取0.8，則：平均每天能使用的電能：4.5可供電器消耗調查得知水泵的型號為IS65-50-125，功率為0.55kw。運行時間為早上7點到晚上11點，共16小時，則消耗能量為：剩余能量綜上計算，如果剩余電能用于10瓦吸頂LED燈公共聲控照明，取平均每晚一共照明100分鐘計，需要電能：23層樓每層樓4盞，共18層樓每層樓3盞，共剩余能量因此，該裝置不僅可滿足2.2kW的水泵推動水車平均每天工作16小時，額外的還可以滿足476盞10瓦的LED聲控燈每晚運行100分鐘。每月總共可節(jié)約能量共計約18×108J。

5總結整體上看，水資源對世界各國而言都是相當重要的，而我們日?；顒又欣速M的生活用水和蘊含巨大能量的雨水都沒有被很好的利用。景觀水車因為外觀很漂亮，能給小區(qū)的居民帶來歡樂而很受歡迎，設計主要是考慮這幾個因素：水車的直徑，擋板的大小，水斗的大小體積，結構設計以及強度設計等。同時，因為景觀水車在運行時消耗的水和能量所耗費的能源也不小，因此設計了一套利用生活用水及雨水發(fā)電的節(jié)能系統(tǒng)想要節(jié)約能源，該系統(tǒng)的原理是小區(qū)高樓上層排下的居民生活用水和雨水經過濾網過濾，雜質從支管流下，廢水進入蓄水箱積累，當水積累到一定量的時候，達到壓力感應開關設定的值時，閥門打開，蓄水箱中的水全部釋放，沖擊水輪機的葉輪，帶動發(fā)電機發(fā)電，最后在儲能階段把交流電經整流穩(wěn)壓后儲存在蓄電池中。這樣，裝置就完成了水的勢能到動能再到電能最后到電池化學能的能量轉換，從而將被人們長期忽略、不易利用生活用水和雨水的勢能轉化為方便利用的能量。另外，該系統(tǒng)不僅可以提供電能，還設計了雨水收集系統(tǒng)作為補充，包括雨水分流和濾網過濾系統(tǒng)、儲水設施、輸水系統(tǒng)和處理，然后就可以提供給水車日常消耗所用的水，非常節(jié)能環(huán)保。通過計算分析，該設計系統(tǒng)不僅符合滿足水車運行的需求，還可以額外的供給小區(qū)的聲控燈及路燈用電，為小區(qū)中的業(yè)主節(jié)約了不少電費。雖然在目前，該節(jié)能系統(tǒng)的應用和推廣還面臨著缺乏規(guī)劃、回用雨水利用率低等問題，但在大環(huán)境下，由于土地資源比較緊張，樓房高度也因此而逐漸增加，一棟樓可以容納的住戶也更多，住戶通過下水管道排出的生活用水及其樓面積累雨水的重力勢能、動能也隨之增大，由于節(jié)能環(huán)保措施的應用不足，導致這些可利用的重力勢能沒有得到很好的利用。另外隨著綠色住宅及節(jié)能環(huán)保的理念的推廣，人們必定會越來越被接受和重視。若將其推廣至全省乃至全國，可為國家的環(huán)保事業(yè)做出一份巨大的貢獻。

致謝為期一個學期的畢業(yè)設計即將結束了，這也意味著我大學的生涯也即將畫上句號。在完成論文之際，首先要感謝北京理工大學珠海學院給我們這個學習的機會，另外還要感謝我的指導老師廖愛群老師。這個學期是比較特殊的，因為疫情的來臨，我們沒法去學校正常的上課。所以只能待在家里，通過網上的工具查找資料以及跟老師溝通。從一開始的論文選題直到最后的論文定稿，老師一直都在聊天工具上非常熱心的給了我巨大的幫助。在完成畢業(yè)設計的時候，因為很多數(shù)據是我不熟悉的，有時候不知道該如何下手，都是廖老師給予我親切的關懷和幫助，都是她給了我方向，引導我該往哪個方向去思考，開闊了我的思路。最終，在老師的不斷加油鼓勵和教導下，我完成了這次畢業(yè)設計。其次，我還要感謝我很多熱心腸的同學。當我有些不懂的時候，他們都會給予我加油和幫助，使我對設計的內容理解更加的深刻。最后，還要感謝四年來辛辛苦苦給我們上課的老師們，你們不僅傳授了我們大量的專業(yè)知識，還在我們生活中迷茫的時候，指引了我們前進的方向，告訴了我們很多人生的哲理，在我們的成長路上陪伴了我們走過了四年。大學的生活就這樣過去了，我們即將踏入社會，邁向新的征程，我會不忘初心牢記使命，將老師和同學們的教導和建議銘記于心，做一個對社會有用的人，更好地報答國家和人民。

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附錄附錄一：水車平面設計圖附錄二：外文文獻節(jié)選RainwaterHarvestingSystemsWhatisRainwaterHarvesting?Rainwaterharvestingistheprocessofcollecting,storing,andlaterreusingrainwaterfromsurfacessuchasroofs.

Rainwaterharvestinghaslongbeenusedforagriculturalirrigationandasasourceofdrinkingwater,andallowedancientcivilizationstoflourishinsemi-aridandaridregions.

Rainwaterharvestingsystemsareinusetodayinmanywater-limitedlocations,especiallyinseveralwesternUSregions.

AspopulationgrowthincreasespressureonwaterresourcesinthemorehumideasternUS,rainwaterharvestingisbeingconsideredtoreducethedemandforpotablewater.

WhyHarvestRainwater?Harvestingandstoringrainwatercanreducetheuseofmunicipalandwellwater.

Roofsareoftenthelargestimpervioussurfacesinaresidentiallotandproducelargevolumesofwaterthatwouldotherwiseenterthestormwaterwatersystem.

Interceptingrainwaterthatfallsonroofscanreducestormwaterrunoffandtheneedfordownstreamstormwatermanagementandtreatment.

Rainwaterisitselfveryclean,althoughcontaminantsthatarepresentonroofsurfacesshouldbeappropriatelyaddressed.

HowCanHarvestedRainwaterbeUsed?Strictlyspeaking,harvestedrainwatercanreplacetapwaterforanyuse.

Inpractice,harvestedrainwaterismostoftenused(andpermittedforuse)forcertaindesignatedpurposessuchaslandscapeirrigationandtoiletflushing.Whenusedforlandscapeirrigationmanystatesdonotrequireapermittoinstallarainwaterharvestingsystem.Somelocations,suchastheU.S.VirginIslands,Bermuda,andotherCaribbeanislandsrequireallnewbuildingconstructiontoprovideforself-sustainingwatersupplysystemsanduseharvestedrainwaterforpotableandnon-potableuses(UnitedNationsEnvironmentProgramme,2007).

RainwaterHarvestingSystemsTherearesixbasiccomponentsofarainwaterharvestingsystem:?Catchmentsurface?Guttersanddownspouts?Screens,first-flushdiverters,androofwashers?Cisterns?Deliverysystem?TreatmentsystemCATCHMENTSURFACEThequantityofrainwaterthatcanbecapturedfromacatchmentsurfacesuchasaroofisafunctionofitssizeandtexture.

Roofsthataremadeoftexturedorporousmaterial,suchasclaytile,willretainmorerainwatercomparedtosmoothermaterialssuchasmetal.

Thecatchmentmaterialwillalsocontrolthetypeandpotentialforleachingofsmallamountsoftoxins.

Forexample,rainwaterharvestedfromwood,asphalt,andtarshingledroofsmayonlybesuitableforirrigation.

GUTTERSANDDOWNSPOUTSGuttersanddownspoutsforrainwaterharvestingsystemsareessentiallynodifferentthanconventionalguttersanddownspouts.

Theonlyaddedconsiderationforarainwaterharvestingsystemisthenumberofscreensandfirst-flushdivertersthatwillbeneeded,sinceeachdownspoutshouldhaveitsown.

SCREENS,FIRST-FLUSHDIVERTERS,ANDROOFWASHERSThereareseveraldifferenttypesofscreensthatcanbeused,andthechoiceisdeterminedbothbytheamountofdebristhataccumulatesonthecatchmentsurface,andtheintendeduseofthewater.

Forexample,adripirrigationsystemmayrequirefinerscreensthataremaintainedmoreregularlytopreventcloggingofemitters.

Topreventleavesfromenteringthesystem,leafguardscanbeinstalledalongtheentirelengthofaroofgutter.

Filterscreenscanalsobeinstalledondownspoutstohandlerainwaterpriortoenteringthecisternordistributionsystem.

Theseoffertheadvantageofeasyaccess.Aroofwasherconsistsofatankwithastrainerandfilter(typically30-micron)thatisinstalledimmediatelyupstreamofthecisternanddownstreamofthedownspouts.

Sometimesroofwashersandfirst-flushdivertersarecombinedintoasingleunit.

Manyareequippedwithabaffleattheinlettocaptureanyremainingdebrisbeforethewatermovesthroughthefilter.

Canisterfiltersareusuallyusedforthepurposesincetheyneedtobereplacedperiodically.CISTERNSThecistern,orstoragetank,storesthecollectedrainwaterforlateruseandisusuallythemostexpensivecomponentofthesystem.

Cisternsareconstructedfrommanymaterialssuchasfiberglass,polypropylene,concrete,ormetal.However,theyarebestmadeofnon-reactivematerialor,ifnot,shouldbelined.Theyshouldalsobeopaque,toinhibitalgalgrowth;cisternsconstructedfromtranslucentmaterialareoftenpaintedpriortouse.

Anyventsshouldbescreenedtodiscouragemosquitobreeding.

Cisternsshouldbeperiodicallycleanedtoremoveanyaccumulatedsedimentsandtodiscouragealgalgrowth.

Cisternscanbelocatedaboveorbelowground;belowgroundcisternsshouldbeadequatelyreinforced.DELIVERYSYSTEMDependingonthelocationofthecisternandtheintendeduseofthewater,apumpand/orpressuretankmaybeinstalledtoachievethedesiredwaterpressure.

Pumpandpressuretankcombinationswillalsorequireaone-waycheckvalvebetweenthepumpandcisterntopreventbackflowandlossofpressure.

Alternately,anondemandpumpcanbeused,eliminatingtheneed(andspace)forapressuretank.TREATMENTSYSTEMForsystemsdesignedfornon-potableusessuchasirrigationandtoiletflushing,leafguards,firstflushdiverters,androofwashersshouldprovidesufficienttreatment.

However,dripirrigationsystemsmaybenefitfromadditionalsedimentremovaltopreventcloggingofemitters.

Potableuseofthecapturedrainwater(wherepermitted)willrequiretreatmentanddisinfectiontoremoveanysedimentsandhumanpathogenssoastomeetdrinkingwaterstandards.

Sedimentremovalisusuallyaccomplishedusingcartridgefilters;thoseusedforpotablesystemsaremuchfinerthanunitsusedintheroofwasher,andareoftenusedinseries.

Forexample,acommonsetupistousea5-micronfiltertoremovesuspendedmaterialanddust,followedbya3-micronactivatedcharcoalfiltertoremovemicroscopicparticlesandabsorborganiccontaminants.

Cartridgefiltersmustbereplacedregularlyaccordingtomanufacturers'recommendations.SummaryandConclusionAproperlydesigned,constructed,andmaintainedrainwaterharvestingsystemcanprovidesupplementalwaterinwater-stressedareasandreducedownstreammanagementandtreatment.

Approvedusesofharvestedrainwaterandpermittingofrainwaterharvestingsystemsvariesfromstatetostate.

Localregulationsshouldbeconsultedwhenconsideringarainwaterharvestingsystem.

附錄三：外文節(jié)選譯文雨水收集系統(tǒng)

什么是雨水收集？雨水收集是收集、儲存和再利用屋頂?shù)缺砻嬗晁倪^程。雨水收集長期以來一直被用于農業(yè)灌溉和飲用水源，并使古代文明在半干旱和干旱地區(qū)繁衍生息。雨水收集系統(tǒng)目前在許多水資源有限的地區(qū)使用，特別是在美國西部的一些地區(qū)。隨著人口增長對美國東部更潮濕地區(qū)水資源的壓力增加，人們正在考慮收集雨水以減少對飲用水的需求。

為什么要收集雨水？收集和儲存雨水可以減少城市和井水的使用。屋頂通常是住宅區(qū)最大的不透水表面，產生大量的水，否則會進入雨水系統(tǒng)。攔截落在屋頂上的雨水可以減少雨水徑流，減少下游雨水管理和處理的需要。雨水本身是非常干凈的，盡管存在于屋頂表面的污染物應該得到適當?shù)奶幚怼?/p>

如何利用收集到的雨水？嚴格地說，收集的雨水可以代替自來水用于任何用途。在實踐中，收集的雨水通常用于某些指定用途，如景觀灌溉和廁所沖洗。當用于景觀灌溉時，許多州不需要許可證就可以安裝雨水收集系統(tǒng)。一些地點，如美屬維爾京群島、百慕大和其他加勒比島嶼，需要建造所有新的建筑，以提供自給自足的供水系統(tǒng)，并將收集的雨水用于飲用和非飲用用途（聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署，2007年）。

雨水收集系統(tǒng)雨水收集系統(tǒng)有六個基本組成部分：?匯水面?排水溝和落水管?濾網、第一沖洗分流器和屋頂墊圈?蓄水池?交付系統(tǒng)?處理系統(tǒng)

匯水面從集水區(qū)表面（如屋頂）收集的雨水量是其大小和結構的函數(shù)。與金屬等更光滑的材料相比，由紋理或多孔材料（如粘土磚）制成的屋頂將保留更多的雨水。集水材料還將控制少量毒素的類型和浸出潛力。例如，從木頭、瀝青和柏油瓦屋頂收集的雨水可能只適合灌溉。

排水溝和落水管雨水收集系統(tǒng)的排水溝和落水管與傳統(tǒng)的排水溝和落水管基本上沒有區(qū)別。雨水收集系統(tǒng)的唯一附加考慮因素是所需的濾網和第一沖洗分流器的數(shù)量，因為每個落水管都應有自己的數(shù)量。

濾網、一次沖洗分流器和屋頂墊圈有幾種不同類型的篩網可供使用，選擇取決于集水區(qū)表面堆積的碎屑量和水的預期用途。例如，滴灌系統(tǒng)可能需要更精細的濾網，以便更定期地維護，以防止排放器堵塞。為了防止樹葉進入系統(tǒng)，可以沿屋頂排水溝的整個長度安裝樹葉防護裝置。也可以在落水管上安裝過濾網，以便在進入蓄水池或分配系統(tǒng)之前處理雨水。這些提供了方便訪問的優(yōu)勢。屋頂清洗機由一個帶有過濾器和過濾器（通常為30微米）的水箱組成，過濾器安裝在水箱的正上游和落水管的下游。有時，屋頂清洗器和第一沖洗分流器組合成一個單元。許多過濾器的入口處都裝有擋板，以便在水通過過濾器之前捕獲任何殘留的碎片。濾