校园热水房水龙头舒适度分析及改进

1、沈阳航空航天大学课 程 设 计（安全人机工程课程设计-说明书）题目 校园热水房水龙头舒适度分析及改进班 级 00000000 学 号 0000000000000学 生 姓 名 0000 指 导 教 师 负 责 教 师 张 凤 阳 沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 安全人机工程学 学院 安全工程 专业 安全工程 班级 34050102 学号2013040501000 姓名 000000000 课程设计题目 校园热水房水龙头舒适度分析及改进 课程设计时间： 2015 年 12 月 21 日 至 2016 年 01 月 01 日课程设计的内容及要求：自选案例，由指导教师认定；

2、依据所学安全人机工程学知识，对认定后的题目所涉及的研究对象进行人机学分析，然后进行优化。要求：1) 所选研究对象所涉及的内容人机学问题突出；重点考虑人机界面问题；2) 分析其现状时应实事求是说明优缺点，并有科学依据；3) 对现存设施（设备、工具等）进行改进（优化）时，必须以相关的法律、法规、安全人机工程学知识为依据；4) 分析问题要全面；5) 解决问题要深入（即不一定全面）；6) 按指定格式写出一份说明书。任务指定教师 张凤阳 2015 年 11 月 30 日学生签字 2015 年 11 月 30 日目录1 绪论32 热水房水龙头舒适度分析43热水房问题分析及改进63.1水龙头密封分析及改进6

3、3.2热水房水龙头安装分析及改进73.2.1现状分析73.2.2改进建议83.3热水房水龙头的出水口分析及改进93.3.1出水口分析93.3.2出水口改进94总结10参考文献11摘要校园保温瓶的使用现在已经非常普遍，尤其是北方高校中，冬季洗漱所用的热水，绝大多数高校设有专门的热水房，供应同学热水需求，这样不仅避免了寒冷冬季无热水使用的窘境，同时，避免了同学使用电加热电器带来的安全隐患。但另一方面，由于热水房水龙头设计安装不合理，人机不协调等原因给同学们带来了许多负面影响和潜在的不安全隐患。针对上述问题，本次安全人机课程设计将在参阅有关资料、进行实际测量的基础上，以安全、健康、协调舒适为目标，针

4、对有关问题，提出建议和相关改进设计措施。关键字：热水房；水龙头；舒适度；安全；优化1 绪论随着我国教育制度的不断改革，越来越多的人可以通过努力走入大学校园进行更深入的文化知识学习。北方高等院校众多，随着冬季的到来，北方俨然早已冰冻三尺，室外温度更是低于冰点很多，大多数高校中，为了满足同学洗漱等对热水的需求，校园内都会设置热水房，定点为同学们提供热水，这样不仅解决了热水来源的窘境，同时，避免了同学私自使用热的快等电加热电器带来的火灾隐患，更能保护校园学生的安全。校园水龙头大多是普通的水龙头，在长期的使用过程中，由于不能定期更换，水龙头各个构件之间密封会失效或密封不严，从而导致沸水流体外漏严重，压

5、力大时，沸水四散，容易造成人员伤害；同时，以我校热水房水龙头安装为例，开关正好在出水口上方，当出水过程中，热蒸汽向上流动，人员不易控制开关作动；热水房打水人众多时，人员不易通过听觉控制出水量使得保温瓶灌满，绝大多数时候会造成水资源的浪费。针对上述存在的问题，本次安全人机课程设计将参考查阅有关资料、进行实际测量，分析与评价人与热水房水龙头及周围环境这一系统中的安全人机界面的协调关系，并以安全、节约、协调舒适为目标，针对有关问题，提出建议和相关改进设计措施。2 热水房水龙头舒适度分析热水房的使用主要是青年在校大学生，热水房的作用是提供在校学生日常生活用水，尤其在寒冷的冬季，热水的需求很大，通过研究

6、现有热水房水龙头等设施安装位置，我们可以大致判断出学生对于这些设施的使用舒适度情况，我们需要把人体相关尺寸的手功能尺寸作为主要研究参数。根据国标GB/T 10000-1988【1】 人体部分尺寸的手功能尺寸如下（见表2.1）。热水房目前水龙头安装位置下的出水口距载物下水平台的相关尺寸实际测量如下（见图2.1）所示。表2.1 人体相关尺寸 单位：mm年龄分组男(18-60岁)女(18-55岁)百分位数1 5 10 50 90 95 991 5 10 50 90 95 99身高1543 1583 1604 1678 1754 1775 1814 1449 1484 1503 1570 1640 1

7、659 1697眼高1436 1474 1495 1568 1643 1664 1705 1337 1371 1388 1454 1522 1541 1579肩高1244 1281 1299 1367 1435 1455 1494 1166 1195 1211 1271 1333 1350 1385肘高925 954 968 1024 1079 1096 1128873 899 913 960 1009 1023 1050手功能高656 680 693 741 787 801 828630 650 662 704 746 757 7781260mm510mm360mm图2.1 载物水平台测量尺

8、寸示意 水龙头距地面的高度为 870mm，手功能高度在满足99人群使用的情况下，由表可知最佳高度为（男）828mm（女）778mm，所以当前的设计较合理。水龙头出水口距载物台高度为360mm380mm，实际保暖瓶高度大多在380mm400mm，所以当前安装位置不利于热水进入保温瓶。 3热水房问题分析及改进3.1水龙头密封分析及改进热水房采用普通水龙头，在长久的使用过程中，会因为密封不好而漏水，尤其是沸水流出时极易造成人员烫伤（见图3.1）.图3.1 密封不严的水龙头实验表明，一个水龙头如果一秒钟漏一滴水，35分钟就能滴满一个 240 毫升的量杯，一年就会白白滴掉 3.6 立方米的水【2】，如果

9、漏水情况严重，浪费的水量还会更大。浪费的标准煤计算如下： Q=cm(t2-t1) （3.1）式中，Q为水升温时吸的热（焦）；c为水的比热容（焦/千克摄氏度）；t2为水后来的温度（摄氏度）；t1为水开始的温度（摄氏度）。每千克煤完全燃烧放出的热值为29306千焦，t2取100，t1取25，c(水的比热容)为4.2×10³J/（·），由计算可知，热水房漏水水龙头每年漏掉热水相当于消耗大约37吨标准煤。以上分析表明，对于热水房的漏水水龙头，学校相关部门应及时更换漏水水龙头，同时选用密封性更好的陶瓷片密封水龙头【3】，或者采用使用脚碰式水龙头可以节约资源和成本从而节约能源

10、节约水资源【4】。3.2热水房水龙头安装分析及改进3.2.1现状分析校园热水房水龙头的安装位置在出水口正下方，这也是绝大多数水龙头安装的位置，然而在热水房中，这样的安装就带来了沸水蒸汽烫伤的不安全隐患（见图3.2）。热空气总是向上的，当沸水由出水口流出时，大量的沸水蒸汽向上，水蒸气到人体的时候,由于人体温度比水蒸气低,所以水蒸气碰到人体会放热变成液体(要放出更多的热量),再加上本身水蒸气的热量100度,所以温度会在100度以上,甚至超过好几倍，极易造成使用者烫伤。3.2.2改进建议改变水龙头的安装位置，将水龙头关断把手置于出水口旁边，避免水蒸气上升时接触到使用者皮肤，避免了烫伤（见图3.3）。

11、图3.3 水龙头安装改进图改进安装位置原始安装位置图3.2 沸水蒸汽3.3热水房水龙头的出水口分析及改进3.3.1出水口分析热水房水龙头为普通家用的水龙头，水龙头的开关下面有一个球阀，球与龙头管壁紧贴，球上有个对穿的圆孔，当圆孔的方向与龙头管方向相同时，水可从圆孔处通过，当拨动开关，使圆孔的方向与管子方向不同，则水流变慢或停止【5】。普通水龙头的出水量和出水方式随着管内压力的变化而变换，同时球阀的开度决定了出水方式是否为散射出水，散射出水一方面不能节约用水，由于保温瓶开口小，大多数水都流向外面，另一方面，散射出水方式带来了使用者烫伤的危险性（见图3.4）。图3.4 散射出水口3.3.2出水口改

12、进通过改变水龙头出水口的形状，即将出水口延伸一小段，将该段管子的直径加大（见图3.5），将散射的水流先进行汇聚，而后流出，这样就避免了散射水流的形成，从而避免了沸水烫伤的可能性。或者采用新式的流量可控式红外线感应水龙头控制出水【6】。图3.5 出水口改进4总结首先由衷感谢老师提供给我这样一个锻炼自己的机会，通过这次课设不仅对人机工程这门学科有了重新的认识，同时，课设过程中，通过计算水龙头的密封不严的出水量带来的能源损失，让我也对节约用水有了新的认知，一滴水固然量很少，然而日久天长的积累，数量却是大的惊人。安全人机工程以安全，高效，经济为目标【7】，通过测量人体的动态，静态尺寸，研究作业场所和作

13、业空间的布置，生活中各种物品的尺寸依据并不是主观的臆断，他们都经过了严格的科学设计和论证，在人机工程的三大目标指导下，尽可能使使用者用的舒心。这次的课设，参考了国内众多学者的论文，实地测量了校园热水房中部分设施的尺寸，由于测量设备的精确度问题，部分计算结果与实际结果存在误差，同时由于本人水平有限，其中有很多的漏洞与不完善，很多细节考虑的不周全等。课设结束了，但对于生活中设备设计问题永远不会停止，作为一名安全工程专业的学生，只有多思考和多观察，及时发现事故隐患和不安全因素是实现安全第一的重要途径，而利用人机工程学理论指导和设计设施设备，这是从技术层次解决物的不安全状态，这一过程任重而道远。参考文献【1】 国家标准GB/T 10000-1988【2】 王丽娟. 节水爱水 别让城市“水龙头”滴答作响N. 中国改革报,2014-05-15005【3】 许萍,刘晓东. 水龙头与节约用水J. 北京建筑工程学院学报,2002,03:81-83【4】 史四季,李德保,田春梅,曹君玲,张昱. 5种不同类型水龙头洗手时平均耗水量比较J. 中国感染控制杂志,2014,02:112-114【5】百度文库普通水龙头构造【6】宁礼佳,郭婷婷,武志明,范长胜. 流量可控式红外线感应水龙头控制模块设计J. 节能技术,2013,03:247-249+280【7】王保