基于多能源互补的水车设计

北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业论文摘要本设计为广东省韶关市某居民小区设计一款水车，丰富人们的日常生活。设计主要是考虑这几个因素：水车的直径，挡板的大小，水斗的大小体积等。同时还有注意对水车的防腐和维护。另外，由于水车在运行中消耗了大量的电能，同时水车本身所在的水池需要每隔五天换一次水，所以本设计还为居民小区的水车设计一套供能系统。该供能系统主要利用生活用水及雨水的重力势能来发电，由于在城市中的住宅小区中的楼房通常是比较高的，而且每天居民在生活过程中会产生大量的废水，这些废水从高层落下就会产生巨大的能量，由势能转化为动能。在水下落的运动途径中安装水轮机，可以将水的动能转化为电能，并储存在蓄电池中。该系统还包括雨水的收集、过滤、清洁和储存，可用于水车所在水池的补充水和循环水。该系统主要部件包括：冲击式水轮机、过滤装置、压力感应装置、雨水收集装置、蓄电池、蓄水池等。最后，计算利用该系统可以为小区节省的水源和提供的能源并进行展望。关键字：水车设计；多能源；发电系统设计

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目录TOC\o"1-1"\h\u240481绪论 页共38页1绪论1.1水车的起源与发展水车在我国的农业历史上有着举足轻重的地位，它是我国古代最古老的农业灌溉工具之一，人们通常是利用木头制作它的，使用者主要把它安装在水流比较湍急的河流或者水沟之中，它的主要功能是利用湍急的水流的动能推动水车的挡板产生动力，让水车做圆周运动，水车上安装的水斗便从低处提水，伴随着水车的旋转将水从低处提到高处落下，这样就可以源源不断地灌溉农田。这其中将水的动能转变成重力势能，只要水流不断，水流的速度适可，这运动便可以一直进行下去，为人们省去了巨大的功夫，节省了农民的体力，使农作物的干旱情况大大的缓解了，同时也解除了地形的限制因素，水车的发明与利用为我国的农业事业作出了巨大的贡献。水车的起源在书籍中最早记录于汉朝时期，在那个时候，因为手工业还不是太发达，水车制作的比较粗糙，结构较为简单，所以水车主要是利用人力来推动的，人们或者是用脚踩或者是用手推来使水车运行。然后在三国被孔明进行了很大的改进，所以后人又通常称水车为孔明车。随后在唐宋时期，因为人们生产力的不断提高，技术得到不断的改进。转轴得到了改进和提升，所以很大程度上不需要人力来推动了，只需要把水车放在水流速较快的地方便可以运行。其中实现了人力到水力的改进，节省了大量的劳动力，效率得到了大大的改善，农作物的产量也有所提高。再后来，到了元明时期，人们懂得了将多台水车搭配进行运用，在一条河流上搭上大小不一的多台水车，同时还加上牛羊等多种动物等兽力的运用。这样使水车的应用范围大大增加了，使水利得到了最大充分的利用，这时候水车的发展也到了最繁荣的鼎盛时期。其后，随着工业革命的到来，工业文明的出现，人们制造了更加多效率更高，适应面更广的机器，比如蒸汽机、发电机、抽水机等。因为水车的效率比较低，它的灌溉功能也被逐渐的取代了。但是人们却进一步发现其美观价值，所以人们便仿照古代的水车做成一种景观放在居民的小区之中或者公园的水塘之中，甚至还把它做小做成模型放在鱼缸之中，作为一种景观装饰供人们欣赏娱乐。因为安装在这些地方的水区域通常是一种死水，没有外来水的流通。因此就没有水流的动力推动水车的运行，人们就想了另外一种办法，第一种是利用电动机带动水车的运行，不过因为这种方法没能把水车很好的与景观的动静相结合在一起，所以比较少用。人们通常选用第二种方法，那便是利用水泵将水池的水抽到另外一个高度，用水的动力来推动水车运行，水泵也可以用另外的饰品作为装饰这样也更加美观，更加有艺术的整体感觉。1.2景观水车的作用美化环境。首先景观水车的最大作用就是为了满足装饰的效果，制造出动静结合的景象，将其他水景和水车相互结合在一起，从中可以体现到不同的文化韵味。带给人们一种东方园林美学的感受，让人们感觉到历史气息和文化气息，给人一种欢快、美观、自然的感受。增加水塘含氧量。人们通常在水车所在的水塘中养各种鱼达到观赏效果，而维持鱼类正常生活的适宜溶氧量为5～5.5mg/L以上。实践表明,在夏天高温天气，因为水池中的鱼比较活跃，运动量大，消耗的氧气也多。单单靠空气中的氧气，自然的向水中溶解是无法保持鱼儿这么活跃运动的氧气消耗的。造成了一个水池容氧量在各个地区分布不均的情况，所以我们在夏天通常可以看到鱼儿在水面上张嘴呼吸氧气的场景。在保持美观的情况下，我们便可以利用水车的运动来增加氧气。这其中便是利用了水车的叶轮旋转击打水面，让原本平静的水面变成动态的，增加紊流，在这过程中激起水雾、水花和浪花水雾，这样空气中的氧气向水中的溶解速度相比平静的水面会大大提高。增加空气湿度。在秋冬季节时，天气温度低、太阳较少，空气比较干燥，会让人感觉不是太舒服。而水车在旋转击打水面时，会产生水花和水雾，增加水流扰动的同时给空气带来水分。1.3研究的背景及意义根据调查研究表明，虽然我国的淡水资源整体上看起来是比较丰富的，可是平均到每个人后，便是在世界范围内大大落后了，人均占有的水资源仅为世界平均水平的四分之一，只有二千三百立方米，可以称得上是十三个人均水资源最缺乏的国家之一。另外我国的水资源分布也是不均匀的，包括时间分布不均匀，还有空间分布不均匀。因此我国为了弥补该缺陷，也进行了南水北调的工程。因为我国的东部以及沿海城市的居民数，占了我国的总人数的很大一部分。而我国的西部地区地广人稀，但是蕴含着巨大的水资源，这部分水资源并没有得到很好的利用和开发。根据调查数据表明，我国的三分之二城市存在着缺水的问题。这些城市的供水不足导致了居民的生活质量出现了下降，也因为大量的抽取地下水导致生态环境的恶化。可是，在城市居民的日常生活中，人们对水资源的浪费却随处可见。因为我国的城市化加快，广大农村地区的居民纷纷往城市聚集，因为人流的聚集，所以城市中的土地价格也越来越高。由于土地资源比较紧张，所以小区之中的楼房也越建越高，一栋楼可以容纳的住户也更多。由此小区居民之中的单位面积用水量和生活用水排放量也越来越大。人们的日常生活中会产生大量的生活废水，比如卫生间，水槽，厨房等，有许多较为清洁干净水是被白白浪费的。另外，小区的绿化、水景等引起的用水量不断加大，使城市供水能力显得不足，造成我国水资源危机日益严重。在解决供水不足这方面，我们可以利用南方雨水充足，降雨量高这方面来解决。雨水资源是可利用水资源中的一项重大的水资源，我们将雨水收集起来，经过检测发现：雨水的污染程度还是相对比较低的，酸碱性也比较中性，杂质较少，经过简单的处理后，并可以直接利用。若是大规模的收集并利用好雨水资源，我国城市的缺水现象应该可以得到很大的缓解。而且如果不直接收集，而是直接让雨水白白的流失，排放到下水道也会对城市的下水道系统造成一定的负担。我国除出现城市缺水的现象外，另一个方面就是因为城市人口数量的增加，造成用电量也大量增加。因为我国主要是利用火力来发电，在过去的几十年中，燃烧石油和煤炭造成了很大的污染。而在大环境下，因为这些煤炭石油之类的能源属于不可再生能源，若我们不加节制的大量利用，不仅会造成若干年后我们对这些资源再用无可用，在当前环境下也会造成大量的环境污染，空气污染。而且节能与环保这个主题，我们国家也宣传了这么多年，所有的可再生能源如风能、太阳能、地热能等，还有其他被我们所忽略的能量都值得我们不断的开发和研究。在之前我们发现的现象便是，因为城市中的人流聚集，居民所排放的生活用水量也大大增加，他们排放的生活用水也分为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、洗涤清洁用水、浴室用水、阳台用水等都属于可利用水范围。在这其中就有很大的可操作空间，可以将其中很大部分的可利用水加以利用。通过下水道从高层流下的可利用水资源蕴含着巨大的重力势能，平常我们都是白白的让这些水流走了，其中可利用的能量都丢失了。只要在他们留下的途径中装一个水轮机和发电机，我们便可以很好的利用水冲下的动能转化为电能储存起来。而且，数量巨大的雨水的重力势能也是可利用的，雨水发电的同时和生活用水发电相连，组成的发电系统更具有应用前景。因此，本设计在设计水车的同时将设计一套供能系统，采用生活用水及雨水发电为水车提供动力，减少电能消耗的同时，还可以对水车所在的水池进行换水，减少水资源浪费。1.4国内外研究现状与趋势1.4.1国外对水资源的开发和利用对水资源的开发和利用这方面，因为有关学者和领导者的重视，国外已经有相当大的经验了。在节约用水方面，各个国家都有其独特的见解，比如在以色列，他们开发了世界文明的滴灌技术，滴灌可使水的利用率大幅度提升，达到95%，该技术的利用，可以根据不同的农业作物品种，不同时段的用水需求来智能供水，使得在一片沙漠中也能种植大量的农作物。在美国的西部，因为有大量地广人稀的土地，而且这些土地也比较干旱，所以美国实行的大农场喷灌技术，可以科学的实行土地的灌溉。在澳大利亚，政府的水资源管理部门会向每家每户的居民发放节水手册，向他们介绍，如何在日常生活中有效的节约用水。同时澳大利亚在2005年还投资了将近4亿澳元将遍布全国的容易使水蒸发的开放性输水渠道陆续改为封闭式输水管道，这样就使得水在运行过程中的的蒸发和渗透量大大降低了。在日本，多数的办公楼都安装了循环水系统，使得自来水被重复利用后才被排放到下水道，合理的利用了水资源。除了对节约用水方面重视外，污染防治也是西方国家对水生态调节的重要手段。在欧盟，美国以及日本等发达国家，因为有过经验教训，所以他们专门立法，抑制资本家对多种有害物质的生产和使用。因为工厂是用水大户，水通常用在换热方面以及清洁方面，针对工厂，早在1973年，美国以及欧盟制定了工厂排放水要求法案，阻止了数以十亿吨的污水排入河流之中。除此之外，美国、日本等国家非常重视对洗涤剂和各种化学用品农药的控制和使用，通过种种法律条文明令禁止各种对环境土壤有害化学用品的使用。1.4.2国内对水资源的开发和利用我国对水资源的开发和重视起步比较晚，直到改革开放以后，城镇化速率加快后，工业企业特别是乡镇企业的迅速发展，城市人口的快速增加。水资源的开发和利用才不断的被人们所重视，近年来才是发展的比较快的。在2000年以前，我国对水资源的开发和利用主要集中于供水、排水和水处理之类比较粗放型的使用，但是也有不少的公共建筑建设成了水回用装置。但是到了2002年，矛盾渐渐开始凸显了，人们开始强调建设节水型社会，并开始在一些城市进行试点。同时污水处理系统也得到的重视。而在2003年到2007年，雨水资源得到重视，人们开始大规模的在城市中建设污水处理以及排水系统。到了2008年以后，国家要求各个城市针对不同的地理环境规划相应的发展，对多来源水源进行水资源的优化配置，同年，《水污染防治法》提出优先保护饮用水水源。在2013年，习近平总书记正式提出海绵城市的建设，雨水资源得到充分的重视。因为我国的幅员还是比较辽阔的，沿海地区雨水资源丰富。因为在我国的城市之中，大型建筑和住宅的密集程度非常高，使得非渗透率高达90%以上。因为水资源相比于传统的污水资源，污染物更加少。利用起来加工程度更加简单，价格也相应的便宜，容易被公众所接受。雨水的收集和利用使得海绵城市具有弹性防御，在暴雨以及洪水之下，能够起到调节的作用，大大地减轻了下水道的负担，减轻洪涝灾难，减少洪水对人民生命财产的损失。同时大规模对雨水的加以利用，还减轻了我们对地下水的抽取速度，改善生态环境。目前城市雨水的应用在我国已从理论实践进入推广的阶段，日后海绵城市也会越来越多。

2水车的设计2.1设计对象资料本水车设计位于广东省韶关市某小区，该设计要求水车将水提升到2.5米的高度，位于面积约为30平方米，深度为0.85米的水池。为保持水池中的水清洁干净，水池中的水需要每隔5天换一次。该小区一共有6栋楼，其中4栋楼层高为23层，2栋楼层高为18层，层高为3.0米。2.2水车的工作原理当水车作为农业用具的时候，水车一般是安装在水流湍急的地方，但作为景观饰品安装在水流平缓的水池之中的时候，由水泵提供动力。它是利用水的流动动能推动水车运动，让水车的水桶从低处把水舀起来运行到高处，将运行中的水的动能转化为势能。水车分布在外围的挡板起到承担水流动时的冲力，力矩比较长，只要轻微的水流动力，就可以让水车旋转运行。水的动能在这其中克服了被提升的水对水车的反力矩，还有在运行之中的摩擦力。在水车旋转的过程中，水斗随着水车向上运动，开口位置始终比底部位置要高，这样水斗中的水就不会流出，大部分都会留在水斗之中。当水斗差不多运行到水车的最高处的时候，开口位置逐渐比水斗底部的位置低，水斗的水从中倒出到水槽之中，从而实现通过水的动能使水从低处往高处搬运的效果。2.3水车的设计要素因为景观水车是从古代的农业工具演变而来的，所以在设计上要考虑到它能够展现人文之美，自然之美。设计主要是考虑这几个因素：水车的直径，挡板的大小，水斗的大小体积，结构设计以及强度设计等。结合居民对其的要求进行设计，满足运行时的美感。水车的直径主要取决于建造者对水提升高度的要求，一般而言，水车直径是水提升目标高度的1.2~1.5倍。挡板的大小取决于建造者需要水车运行的速度，挡板造的受力面积越大，水流对挡板的冲击也越大水，水车也就获得越大的动能。挡板的长度通常为水车直径的7%~15%，宽度通常为水车的10%~15%，两个挡板间隔的角度通常取15°~25°。水斗的体积大小可由挡板的大小、以及水流的速度确定确定。水车的结构以及强度设计，取决于建造者的要求，如果水车的体积、直径大，则需要对转轴的强度有高要求，目前还是主要采用防腐木作为水车的制作材料，这样更加有年代感，有非常好的气氛烘托效果。水泵则需要根据水车安装地点的实际情况进行建设。2.4水车尺寸的确定2.4.1水车的直径水车的直径主要取决于建造者对水提升高度的要求，该设计要求将水提升到2.5米的高度，则水车的直径为：H=2.5×1.2=3m2.4.2挡板的大小及数目挡板的长度：3×0.10=0.30m挡板的宽度：3×0.11=0.33m挡板的数目：360°÷22.5°=162.4.3水斗的体积当水车需要用水斗把水舀到一定高度的时候，根据其物理原理我们可知，需要满足挡板所受冲力产生的动力矩大于水斗提升的水的重力产生的阻力矩加上水车运行时候的摩擦力，即下列条件：本设计的水车设定水的流速v=1.5米/秒，水车的两个挡板位于水下，当水斗被提升后，水斗中的水的力臂依次为Rcosθ、Rcos2θ、Rcos3θ，两个水斗之间的夹角为22.5°，挡板的面积为A。简化后得到：代入数据可得到：A/V=10.87取11运算结果表明，挡板面积值是水斗体积值的11倍以上，即水斗的体积最大可以选取1立方米，才能让水车成功运转起来。2.5水车的设计图图2-1水车正视图图2-2水车侧视图图2-3水车立体图2.6水车的制作要点1、加工材料一般会选择耐久防腐的木头，比如榆木或者樟木，这些木头的性质比较稳定，在水中浸泡时间长久，而不容易腐烂，不容易开裂变形。整体美观可靠，具有质朴的特色。2、制作水车时工艺比较复杂，关键环节众多。所以需要准确的对照设计图，把各个构件都加工好，并在制作过程中严格按照流程进行设计和制作。制造顺序要合理，防止景观水车的零件缺漏。3、在制作完成后要逐个检查各个部件是否有所缺漏，关键部位注意防锈、反腐，对照图纸进行逐个部件的安装。试运行一段时间后，检测水车是否存在其他缺漏。2.7水车的防腐养护办法水车的保养防腐方法主要分为两种：第一种是涂抹法，主要是往水车易生锈的零件部位用刷子等工具涂抹防锈漆、防腐漆，不过因为在水车运行中会产生消耗，所以需要定期维护。第二种方法是冷热槽法，先用95摄氏度的防腐剂，浸渍含水量在25%的木材，大概需要4个小时左右，使得木材细胞膨胀，再将木材浸入45摄氏度的冷防腐剂大概3个小时，使防腐剂浸入已经膨胀的细胞内，这种方法处理设备的费用不大，但是处理效果非常好。

3多能源发电系统设计3.1设计原理本设计装置的工作原理包括三个阶段，分别是生活用水及雨水的收集蓄能阶段，水流通过管道流下冲击水轮机叶轮的发电阶段，以及发电机产生的电流经过整流稳压后进入蓄电池的储能阶段。如图所示，小区的高层居民的可利用用水和雨水，经过滤网过滤后储存在储水箱之中，当储水箱储存的水量达到压力感应装置的设定之后，阀门打开，蓄水箱中的水全部释放，进入发电阶段，冲击水轮机叶轮，带动发电机电磁感应发电，最后在储能阶段把交流电经整流稳压后储存在蓄电池中。该装置就满足了发电的要求，把我们生活中浪费掉的水的势能转化为电能，再把它转化为电池化学能储存起来。只要这栋楼中有人居住并使用水，电能就可以源源不断。图3-1装置原理图3.2设计方案为了达到上述设计目的，本设计采用了以下技术方案：一该系统包括了水轮机、发电机、蓄电池、蓄水箱、过滤装置等，安装在高层楼房的管道之中。该装置的发电机另外连接了蓄电池，可以把系统发的电储存起来。在楼房外面从最高层到地面一共竖直设有管道a、管道e，管道c，管道a为生活用水中的不可利用水管道，管道e为生活用水中的可利用水管道，管道c为雨水收集管道；该楼房的每家每户都设有管道b，管道b的一端连接流通不可利用水的管道a，另一端连接房间之中的厕所排便器。另外还设有管道d，管道d的一端连接可利用水的管道e，另一端连接房间之中的阳台。管道f一端也是连接可利用水的管道e，另一端连接房间之中的洗漱出水口，其中就包括了洗浴用水，洗衣用水等；所述管道c与管道e可拆卸段设有过滤网,过滤网采用不锈钢丝制成，其网孔孔径大小为：1mm～3mm。设置储水箱，每间隔固定楼层安装一个，收集上述管道可利用的生活用水。所述储水箱底部设有压力感应挡板，所述压力感应挡板电连接于压力感应器。所述管道c与管道e底端分别设有旋转叶轮，当水冲击旋转叶轮的时候，与旋转叶轮经过变速器相连的发电机就被带动发电机的主轴旋转，通过电磁感应发电；所述发电机、水轮机布置在储水箱以下固定楼层，各个发电机所发的电集中储存在蓄电池中；所述管道c出水口连通于蓄水池，蓄水池为可利用雨水存储区。所述蓄电池、蓄水池可设于负一层。图3-2利用生活用水及雨水发电的节能系统图图3-2中1为管道a，2为管道b，3为卫生间，4为洗、涮出水口，5为雨水收集系统，6为阳台，7为管道c，8为管道d，9为管道e，10为阀门，11为过滤装置，12为地面，13为蓄电池，14为压力感应装置，15为储水箱，16为稳压器，17为发电系统，18为旋转叶轮本实用设计提供一种利用生活用水及雨水发电的节能系统，克服现有技术的缺陷，解决生活用水利用不充分，雨水未利用被白白浪费的问题。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：1、利用管道a、管道b将生活用水中可利用水与不可利用水分开，不可利用水直接进入下水道，生活用水中的可利用水先储存用于发电，然后再进入下水道。2、在管道处设置过滤网，将可利用水的杂物过滤掉，能够有效防止水管堵塞，清理时只需拧开管道连接处，就可以轻松清理杂物，其工作量大大降低。3、利用压力感应器与挡板连接，控制挡板的关闭与开放。正常状态下，挡板将储水箱底部与管道相连处封闭，积蓄能量，阻止水流向下流动。当积蓄到一定的程度时候，达到设在底部的压力感应器的感应压力数值后，压力感应器就会控制挡板打开，让水能够自由下落，能够带动旋转叶轮转动，提高了水资源的能量转化率。4、通过管道将雨水收集，并将其势能转化为电能存储于蓄电池中，雨水过滤清洁后收集到储水池中，可提供于水车所在水池的循环用水或其他绿化领域，节能环保。5、该装置的蓄电池、储水池设于负一层，不妨碍人们的正常生活起居，同时有利于提高低层楼房水资源重力势能转化率。3.3水轮机的设计水轮机是一种有水的动能转化为机械能再转化为电能的设备，当水流过水轮机的叶轮的时候，带动叶轮旋转，从而做功发电。它的发电量主要有水的动能和水的流量来决定的。根据水流量的转化特征，我们可以把它分为两大类，分别是反击式的水轮机，它的主要特点是在同一时间内，整个叶轮叶片通道都有水流通过，在通过水轮机后，水的流速还有水的运动方向都有所改变。在这改变的过程中，水的动能及势能就转化为叶轮的动能，反击式水轮机根据其形式以及特点，可另外分为4大种类，分别是轴流式水轮机，斜流式水轮机，混流式水轮机以及贯流式水轮机。另外一种是冲击式水轮机，它与反击式水轮机不同的一点在于，在同一时间内，只有部分的一轮叶片充满水，另外的一部分处于在大气之中。主要是利用水的射流来推动水轮机的叶轮运动，相对于反击式水轮机而言，冲击式水轮机的结构比较简单，可利用范围广。另外冲击式水轮机可根据其形式以及特点另外分为水斗式水轮机、双击式水轮机斜击式水轮机，各类水轮机的型式以及特点可见下表3-1，各类水轮机的适用水头可见表3-2。表3-1各型式水轮机特点类型型式特点反击式混流式混流式水流径向流入转轮，轴向流出。混流可逆式水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。轴流式轴流转桨式转轮叶片可以根据运行工况的改变而转动，从而扩大了高效率区的范围，提高了运行的稳定性。但是，这种水轮机需要有一个操作叶片转动的机构，因而结构较复杂，造价较高。轴流定桨式转轮叶片是固定不动的，因而结构简单、造价较低。但它在偏离设计工况运行时效率会急剧下降。斜流式斜流式水流经过转轮时是斜问的。转轮叶片随工况变化而转动，高效率区广，结构特复杂，加工工艺要求和造价均较高。斜流可逆式水流经过转轮时是斜问的。转轮叶片随工况变化而转动，高效率区广，结构特复杂，加工工艺要求和造价均较高。贯流式贯流转桨式水轮机的主轴装置成水平或倾斜。不设蜗壳，水流直贯转轮。水流由管道进口到尾水管出口都是轴向的。贯流定桨式水轮机的主轴装置成水平或倾斜。不设蜗壳，水流直贯转轮。水流由管道进口到尾水管出口都是轴向的。冲击式水斗式从喷嘴出来的高速自由射流沿转轮圆周切线方向垂直冲击轮叶。斜击式从喷嘴出来的自由射流沿着与转轮旋转平面成一角度的方向，从转轮的一侧进入轮叶再从另一侧流出轮叶。与水斗式相比，其过流量较大。双击式从喷嘴出来的射流先后两次冲击在转轮叶片上。这种水轮机结构简单、制作方便，但效率低、转轮叶片强度差。表3-2水轮机适用水头类型型式适应水头范围（m）反击式混流式混流式20~700混流可逆式80~600轴流式轴流转桨式3~80轴流定桨式3~50斜流式斜流式40~200斜流可逆式40~120贯流式贯流转桨式1~25贯流定桨式1~25冲击式水斗式40~1700斜击式20~300双击式5~100根据以上十一种水轮机进行优缺点对比，并结合建筑功能和经济实用性考虑，流通的管道直径一般根据水的流量和流速选取内壁光滑的水管,每隔相同距离可以装一个水轮机，由于反击式水轮机结构较为复杂，单体投入大，而且会存在气蚀，出现问题的时候维护费用也会提高。而冲击水斗式水轮机适用水头范围合适，结构简单，成本低，易安装，所以本利用生活用水及雨水发电的节能系统采用冲击式水轮机，如下图3-3所示。图3-3冲击式水轮机

3.4蓄电池的设计表3-3各种蓄电池优缺点的比较蓄电池名称介绍优点缺点铅酸蓄电池它的电极是由铅和铅的氧化物构成采用稀硫酸做电解液，用二氧化铅和绒状铅分别做为电池的正极和负极，电解液是硫酸的水溶液。技术成熟、性能稳定、安全性好、价格便宜能量密度偏低、循环寿命偏短、生产过程中可能造成铅污染镍氢蓄电池镍氢蓄电池是正极活性物质主要由镍制成，负极活性物质主要由贮氢合金制成的一种碱性蓄电池。不含重金属镉、汞等有害元素,不会对环境及使用者造成污染和损害。比能量密度高，是镍镉电池的1.5-2倍多、环保、无记忆效应、循环寿命长：在正确使用条件下可循环使用500次以上自放电率高：满电常温下存储自放电率30～35%、高温性能差、在过充和过放时会排出气体锂离子电池锂电池主要是依靠锂原子在正负电极之中来回移动，充电的时候正电荷的锂离子从电池的正极向负极移动，放电的时候，正电荷的锂离子，从负极方向往正极方向移动，与充电时候相反。电压高、比能量大、循环寿命长、安全性能好、多种保护机制、保护电路、自放电小、快速充电较快衰老、回收率较低、不能过充、不能过放镍镉电池可大量次数的充放电，经济耐用。其内部抵制力小，既内阻很小，可快速充电，又可为负载提供大电流，而且放电时电压变化很小，是一种非常理想的直流供电电池。内阻小，可供大电流的放电、几乎不需要补充电解液、可耐过充电或放过电、可使用在很广的温度范围内制作工艺比较严格、价格较高钠硫蓄电池钠硫电池，是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。在一定的工作度下，钠离子透过电解质隔膜与硫之间发生的可逆反应，形成能量的释放和储存。高比能量、大电流、高功率放电、高充放电效率、充电时间短、使用长寿命、体积小、结构紧凑、质量轻、安全可靠过度充电时很危险、高温350°C熔解硫和钠，因此需要附加供热设备来维持温度镍锌蓄电池镍锌电池是一种可以替代镍氢电池的新型电池，标称1.6V。与镍氢、镍镉电池相比，具有电压高、放电电流强的特点。在数码相机、闪光灯、电动玩具方面有着无与伦比的优势。电压高、比能量高、放电功率高、环保、性价比高、可替代性高寿命较短、性质比较不稳定蓄电池的使用寿命、成本、电气特性等是选型应该考虑的重要因素，市面上蓄电池的种类众多，由表3-3中的各种蓄电池优缺点的比较得出其中铅酸蓄电池比较符合本设计的要求。铅酸蓄电池成本低廉，技术成熟、性能稳定、安全性好、输出电压稳定，寿命较长，型号齐全，美观大方。所以选定铅酸蓄电池作为储能元件。3.5雨水收集系统的设计3.5.1雨水收集系统的优势（1）缓解城市用水压力因为城市是人口密集的地方，而人口越密集，用水量也就越多。由于宣传不到位，人们还没有意识到水对人们生活的重要性，所以很大一部分的地方的人们用水都是处于一种浪费的状态。在这种情况下更加加剧了城市对水资源的消耗，而雨水作为一种可再生资源，在大多时候它都是清洁可靠的，经过简单的处理，便可以大规模的运用。而我国的幅员辽阔，大城市群密集。因为在街道、楼房以及屋面上这些都属于不可渗透水的范围，从而可以很好的集聚从天空下落的雨水。若将其收集起来加以利用，可以缓解人们的用水需求，比如运用到绿化、水景、道路的喷淋清扫等这些对水质要求不那么高的领域，运用时将其与自来水相结合，可大大提高用水效率。（2）促进城市水环境的进步在城市中，人们对水的运用是分为很多种类的。如人们生活中平常的生活用水，工厂中的工业用水以及城市景观之中的景观绿化用水。不同的使用方对水质要求是不一样的，因此我们可以循环利用、多级利用。雨水的收集利用便是很好的补充，在以前因为对雨水资源的不重视，我们都是白白的将雨水以径流的方式流失掉了，在这其中，不仅雨水资源没有得到很好的利用，而且由于有时候城市下水管道的不够发达，在暴雨的时候还出现洪水现象，给人们的生命财产带来很大的损失。因此合理的利用雨水资源，不仅可以实现时间上的调配还可以实现，还可以减少洪涝灾害，改善城市的水环境。（3）减少对地下水的抽取因为城市中人们的用水量大大的提升了，人们对水的需求也与时俱进，所以便大量的抽取地下水进行补充。这就导致了环境恶化以及生态文明受到伤害，据调查也显示，城市的地下水位普遍都在每年下降，这是属于不可持续性伤害。因此，如果将雨水加以利用，甚至将雨水用来填补地下水来恢复地下水的水位是一种可行的方案。因为雨水的水质普遍是比较理想的，若是将工业污水及生活废水排入地下水相对土壤等地质环境，造成巨大的伤害。在日常生活中使用雨水不仅可以减少对地下水的抽取，而且经济实惠。3.5.2雨水收集地区的情况该设计地点身处广东省韶关市，具体参数可见表3-5，位于中国南部，属于亚热带季风区，它的水汽主要来源于西南部，还有东南部，来自印度洋和太平洋以及南海的水汽与南下的冷空气相遇常常会形成雨季，所以降雨量是十分丰富的，总体趋势是由南向北降雨量逐渐减少。表3-5韶关市夏季室外气象参数纬度北纬23°5′～25°31′经度东经112°50′～114°45′大气压力99760pa相对湿度70%室外计算日平均温度31.2℃室外平均风速1.6m/s表2-2韶关市代表站降水量统计表图2-1韶关市多年平均月降水量柱状图从韶关降雨量的表和图中，我们可以看出韶关的年降雨量是巨大的。不过，降雨分布的时间不均匀，主要集中在4~6月，期间降雨集中，降雨强度大，多为大雨或暴雨，这其中蕴含着丰富的水资源。通过韶关市代表站降水量统计表以及查找韶关市水利局及气象站官网了解韶关本地的降水情况得知：韶关地区全市多年平均降雨量取1543.1mm，月平均降雨量为128.6mm。

3.5.3雨水收集系统的组成雨水收集系统通常包括屋面收集区域、落水管系统、初期雨水分流系统、滤网过滤系统、处理系统以及储水系统。收集的区域通常为高层屋面的顶层，屋面的顶层通常为不吸水、不溶解，无毒材料，在屋面以及顶棚处，通常有有一定的弧度，防止雨水滞留在屋面，让雨水可以顺着坡度流向导流区域。无论屋面的倾斜度如何，屋面的集水面积等于屋面的水平投影面积。在屋面的四周设置排水沟，在排水沟与落水管系统的连接处要设立过滤网，将屋面顶层的一些碎屑、垃圾等杂物过滤在外，防止管道堵塞，过滤装置需要定期进行清理，防止因为杂质堆积过多而造成堵塞和流通不畅。另外由于初期的雨水污染最为严重，水质较为浑浊，所以需要设置初期雨水分流系统。处理系统需要对流过水的杂质进行进一步的过滤，还需要进行杀菌以及消毒处理。一般会采用包括5um的纤维滤罐和3um的活性炭滤罐，以及反渗透和纳滤系统，消毒系统有紫外线、臭氧和氯消毒等。储水系统中储水罐一般设置为金属或者塑料材料等防锈材料，一般放在阴凉通风，没有太阳直射的地方，尽量的安放在用水点的附近，可放置在楼层的负一层，储水罐中的水应该尽早使用，防止其因时间过长而变质。3.5.4可收集雨量的计算收集的雨量计算数据一般来自当地的气象调查局官网，收集的数据越多，统计的时间越长，出来的结果也就越真实。降雨量一般取月平均值。雨水收集系统可收集雨量V可由下式计算:雨水的质量可由下式计算:根据调查显示，韶关地区全市多年平均降雨量取1543.1mm，月平均降雨量为128.6mm，该小区一共有6栋楼，其中4栋楼层高为23层，2栋楼层高为18层，23层楼的楼顶面积约585平方米，18层楼的楼顶面积约466平方米，雨水收集系统效率取0.9，初期弃流量取2.0mm，代入公式有：3.5.5雨水蓄水箱容积的确定雨水蓄水箱的容积确定应该满足以下条件，为了保持水质的清洁干净，防止雨水收集起来后，存放时间过久滋生细菌。此外，应该要让使用量和雨水的输入量相平衡，雨水箱的材料应该使用防锈防腐材料，可以使用不锈钢或者塑料。其次，考虑到雨水在净化处理的过程中会经过种种工序，以及考虑到其中的蒸发过程会损耗掉部分。因此，蓄水池的可储存量按照收集到的雨水除去初期弃流量后的90%计算，因此我们可以计算得出每天可以储存的雨水量为：378.1÷30×90%=11.34m3本设计项目主要是为水池进行换水，需要在一天内完成，因此，最高日设计用水量为：结合实际情况，水池的水只要每5天更换一次就可以了，从计算结果表明我们的设计要求已经达标了，5天收集到的水除去用于给水池补充水，我们还可以用于绿化的灌溉。同时为了提高雨水的利用率，我们希望在5天的时间内，将储存的雨水用完，在不增加储水箱的容积的情况下，我们可以降低自来水用量，每天使用6.25m3的水，用于其他绿化或者清洁街道。则要满足水池中的水需要每隔5天换一次的要求，则蓄水箱容积为：蓄水箱的规格长×宽×高设为4m×3m×3m。3.6水泵的设计泵的类型主要为叶片式泵和容积式泵。叶片式泵分为离心泵、漩涡泵、混流泵、轴流泵。容积式泵分为往复泵和转子泵。水泵的类型应该根据使用情况以及工艺参数，还有水泵的结构特点以及它的使用特性进行选择。除此之外，还要考虑水泵输送流体的性质，比如输送的介质粘度比较大的话一般会考虑，选择螺杆泵或者往复泵。这类泵通常在介质的黏度（>650~1000mm2/s）的时候使用。其次，当我们需要计量输送的介质的数量情况的时候，我们一般选择使用计量泵。当输送的介质扬程较低，但是流量很大的时候，我们可以选择混流泵或者是选择轴流泵。相反的，当流量比较小，但是扬程高的时候，我们首选离心泵，当没有合适的时候可以选择往复泵。对于需要经常紧急启用的场合，需要频繁的开启的时候，我们可以选择具有自吸性能的泵。当介质含气量小于5%，流量较小且黏度<37.4mm2/s时，我们首先选用旋涡泵。当对要求不高的时候，允许输送的介质存在脉动现象时候，可选用往复泵。因为离心泵具有结构简单，适用范围广，输液无脉动，流量调节简单等优点，因此在大多情况下，我们还是首选离心泵，而本设计的主要目的是使用水泵对水车进行供水推动水车运动，所以我们主要是考虑水泵的扬程以及流量进行水泵的选择。另外，确定水泵扬程H，需加20％的安全系数（如计算误差、漏损等），即则，水泵扬程： 根据此计算选择1台单级单吸离心泵IS65-50-125。其主要技术参数见下表：表3-4IS50-32-125性能表转速n(r/min)流量Q扬程H(m)效率η(%)功率(kw)(m3/h)(L/s)145012.53.475630.55

4多能源发电系统计算4.1该小区的居民生活用水情况计算根据中华人民共和国国家标准的《建筑给水排水设计规范》中规定本小区属于普通住宅Ⅲ类标准（有大便器、洗脸盆、洗涤盆、洗衣机、集中热水供应或家用热水机组和沐浴设备），由表4-1可知，规范中居民日常用水定额为180～320L/人·天。其中每户家庭平均按3.5人计算。表4-1居民用水定额住宅类别卫生器具设置标准用水定额（L/人·d）小时变化系数Kh普通住宅Ⅰ有排便器、洗涤盆85~1503.0~2.5普通住宅Ⅱ有排便器、洗脸盆、洗涤盆、洗衣机、热水器和沐浴设备130~3002.8~2.3普通住宅Ⅲ有排便器、洗脸盆、洗涤盆、洗衣机、集中热水供应（或家用热水机组）和沐浴设备180~3202.5~2.0别墅有排便器、洗脸盆、洗涤盆、洗衣机、洒水栓，家用热水机组和沐浴设备200~3502.3～1.8每户每月平均用水总量：我国的国家标准节水型排便器平均用水量用水标准是一部限制非标准排便器的法律，从2011年7月起，就开始明文规定：排便器平均用水量不超过6升，不符合这些强制性标准的产品将不允许出售。查阅国家要求标准后，我们得知：正常健康人每天排小便次数为5-8次；排大便一周不少于3次，一天不超过3次，平均计算每天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、洗脸用水等其他方面用水。但是按习惯我们将一开始流出的水舍弃掉，因为这部分水属于第一次洗比较脏，这部分水约占1/3左右，这部分也属于不可再利用水。则用于排便器冲水的每个月用水量为：居民正常其他生活用水约：这部分也属于不可再利用水，约：计算后发现，剩余的可再利用的水量为：可利用的生活用水,占总用水量的：4.2计算生活用水的发电量计算得出每栋楼的生活用水及雨水产生电能的计算公式如下：调查该小区的高楼有关数据：该小区一期共有6栋楼，其中4栋楼楼层数为23层，23层楼每层住户为5户。2栋楼楼层数为18层，18层楼每层住户为4户。每栋楼楼高的计算公式如下：则，根据公式可以计算出各个数据参数：23层楼的楼高为：18层楼的楼高为：23层楼生活用水的平均楼高：18层楼生活用水的平均楼高：23层楼每层住户为5户，共：18层楼每层住户为4户，共：每户平均月可利用生活用水：23层生活用水发电量： 18层生活用水发电量： 4.3计算雨水的发电量计算得出每栋楼的楼顶雨水能：23层楼的楼面可收集的雨量为：23层雨水的发电量：18层楼的楼面可收集的雨量为：18层雨水的发电量：： 4.4计算生活用水及雨水的总发电量23层楼两类能量共计：18层楼两类能量共计：小区两类能量共计：转化蓄电池能再转化为电能的转化系数ƞ取0.8，则：平均每天能使用的电能：4.5可供电器消耗调查得知水泵的型号为IS65-50-125，功率为0.55kw。运行时间为早上7点到晚上11点，共16小时，则消耗能量为：剩余能量综上计算，如果剩余电能用于10瓦吸顶LED灯公共声控照明，取平均每晚一共照明100分钟计，需要电能：23层楼每层楼4盏，共18层楼每层楼3盏，共剩余能量因此，该装置不仅可满足2.2kW的水泵推动水车平均每天工作16小时，额外的还可以满足476盏10瓦的LED声控灯每晚运行100分钟。每月总共可节约能量共计约18×108J。

5总结整体上看，水资源对世界各国而言都是相当重要的，而我们日常活动中浪费的生活用水和蕴含巨大能量的雨水都没有被很好的利用。景观水车因为外观很漂亮，能给小区的居民带来欢乐而很受欢迎，设计主要是考虑这几个因素：水车的直径，挡板的大小，水斗的大小体积，结构设计以及强度设计等。同时，因为景观水车在运行时消耗的水和能量所耗费的能源也不小，因此设计了一套利用生活用水及雨水发电的节能系统想要节约能源，该系统的原理是小区高楼上层排下的居民生活用水和雨水经过滤网过滤，杂质从支管流下，废水进入蓄水箱积累，当水积累到一定量的时候，达到压力感应开关设定的值时，阀门打开，蓄水箱中的水全部释放，冲击水轮机的叶轮，带动发电机发电，最后在储能阶段把交流电经整流稳压后储存在蓄电池中。这样，装置就完成了水的势能到动能再到电能最后到电池化学能的能量转换，从而将被人们长期忽略、不易利用生活用水和雨水的势能转化为方便利用的能量。另外，该系统不仅可以提供电能，还设计了雨水收集系统作为补充，包括雨水分流和滤网过滤系统、储水设施、输水系统和处理，然后就可以提供给水车日常消耗所用的水，非常节能环保。通过计算分析，该设计系统不仅符合满足水车运行的需求，还可以额外的供给小区的声控灯及路灯用电，为小区中的业主节约了不少电费。虽然在目前，该节能系统的应用和推广还面临着缺乏规划、回用雨水利用率低等问题，但在大环境下，由于土地资源比较紧张，楼房高度也因此而逐渐增加，一栋楼可以容纳的住户也更多，住户通过下水管道排出的生活用水及其楼面积累雨水的重力势能、动能也随之增大，由于节能环保措施的应用不足，导致这些可利用的重力势能没有得到很好的利用。另外随着绿色住宅及节能环保的理念的推广，人们必定会越来越被接受和重视。若将其推广至全省乃至全国，可为国家的环保事业做出一份巨大的贡献。

致谢为期一个学期的毕业设计即将结束了，这也意味着我大学的生涯也即将画上句号。在完成论文之际，首先要感谢北京理工大学珠海学院给我们这个学习的机会，另外还要感谢我的指导老师廖爱群老师。这个学期是比较特殊的，因为疫情的来临，我们没法去学校正常的上课。所以只能待在家里，通过网上的工具查找资料以及跟老师沟通。从一开始的论文选题直到最后的论文定稿，老师一直都在聊天工具上非常热心的给了我巨大的帮助。在完成毕业设计的时候，因为很多数据是我不熟悉的，有时候不知道该如何下手，都是廖老师给予我亲切的关怀和帮助，都是她给了我方向，引导我该往哪个方向去思考，开阔了我的思路。最终，在老师的不断加油鼓励和教导下，我完成了这次毕业设计。其次，我还要感谢我很多热心肠的同学。当我有些不懂的时候，他们都会给予我加油和帮助，使我对设计的内容理解更加的深刻。最后，还要感谢四年来辛辛苦苦给我们上课的老师们，你们不仅传授了我们大量的专业知识，还在我们生活中迷茫的时候，指引了我们前进的方向，告诉了我们很多人生的哲理，在我们的成长路上陪伴了我们走过了四年。大学的生活就这样过去了，我们即将踏入社会，迈向新的征程，我会不忘初心牢记使命，将老师和同学们的教导和建议铭记于心，做一个对社会有用的人，更好地报答国家和人民。

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附录附录一：水车平面设计图附录二：外文文献节选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.

附录三：外文节选译文雨水收集系统

什么是雨水收集？雨水收集是收集、储存和再利用屋顶等表面雨水的过程。雨水收集长期以来一直被用于农业灌溉和饮用水源，并使古代文明在半干旱和干旱地区繁衍生息。雨水收集系统目前在许多水资源有限的地区使用，特别是在美国西部的一些地区。随着人口增长对美国东部更潮湿地区水资源的压力增加，人们正在考虑收集雨水以减少对饮用水的需求。

为什么要收集雨水？收集和储存雨水可以减少城市和井水的使用。屋顶通常是住宅区最大的不透水表面，产生大量的水，否则会进入雨水系统。拦截落在屋顶上的雨水可以减少雨水径流，减少下游雨水管理和处理的需要。雨水本身是非常干净的，尽管存在于屋顶表面的污染物应该得到适当的处理。

如何利用收集到的雨水？严格地说，收集的雨水可以代替自来水用于任何用途。在实践中，收集的雨水通常用于某些指定用途，如景观灌溉和厕所冲洗。当用于景观灌溉时，许多州不需要许可证就可以安装雨水收集系统。一些地点，如美属维尔京群岛、百慕大和其他加勒比岛屿，需要建造所有新的建筑，以提供自给自足的供水系统，并将收集的雨水用于饮用和非饮用用途（联合国环境规划署，2007年）。

雨水收集系统雨水收集系统有六个基本组成部分：•汇水面•排水沟和落水管•滤网、第一冲洗分流器和屋顶垫圈•蓄水池•交付系统•处理系统

汇水面从集水区表面（如屋顶）收集的雨水量是其大小和结构的函数。与金属等更光滑的材料相比，由纹理或多孔材料（如粘土砖）制成的屋顶将保留更多的雨水。集水材料还将控制少量毒素的类型和浸出潜力。例如，从木头、沥青和柏油瓦屋顶收集的雨水可能只适合灌溉。

排水沟和落水管雨水收集系统的排水沟和落水管与传统的排水沟和落水管基本上没有区别。雨水收集系统的唯一附加考虑因素是所需的滤网和第一冲洗分流器的数量，因为每个落水管都应有自己的数量。

滤网、一次冲洗分流器和屋顶垫圈有几种不同类型的筛网可供使用，选择取决于集水区表面堆积的碎屑量和水的预期用途。例如，滴灌系统可能需要更精细的滤网，以便更定期地维护，以防止排放器堵塞。为了防止树叶进入系统，可以沿屋顶排水沟的整个长度安装树叶防护装置。也可以在落水管上安装过滤网，以便在进入蓄水池或分配系统之前处理雨水。这些提供了方便访问的优势。屋顶清洗机由一个带有过滤器和过滤器（通常为30微米）的水箱组成，过滤器安装在水箱的正上游和落水管的下游。有时，屋顶清洗器和第一冲洗分流器组合成一个单元。许多过滤器的入口处都装有挡板，以便在水通过过滤器之前捕获任何残留的碎片。滤