實(shí)時(shí)熱水增壓循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

賀方昀 程宏佳

[摘要]大面積的住宅中由于水系統(tǒng)管路復(fù)雜，管道阻力上升等原因，導(dǎo)致的末端用戶流量不足，使用熱水時(shí)需長時(shí)間等待，浪費(fèi)了水資源和時(shí)間。本項(xiàng)目給出了一種經(jīng)濟(jì)適用的解決方案，采用水龍頭啟動(dòng)方式，利用溫度傳感器、流量開關(guān)采集信號(hào)、單片機(jī)程序控制水泵和換向閥執(zhí)行動(dòng)作，解決常規(guī)系統(tǒng)中熱水增壓、循環(huán)獨(dú)立配置，手動(dòng)、定時(shí)或末端恒溫等的熱水循環(huán)的啟動(dòng)控制方式的配置復(fù)雜、浪費(fèi)熱量等缺點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]循環(huán)水系統(tǒng) 實(shí)時(shí)增壓

1.項(xiàng)目背景

如今在家庭水系統(tǒng)中，想要使用熱水通常需要先放出一部分冷水，根據(jù)大量調(diào)查數(shù)據(jù)，91%的用戶會(huì)選擇將這些冷水浪費(fèi)。同時(shí)還存在的一些問題：如使用太陽能熱水器由于受室外受溫度低、光照條件差等因素影響，導(dǎo)致熱水溫度變化較大不一定足夠使用、管路長管道阻力大，在使用熱水時(shí)需要等待較長時(shí)間熱水才能從熱源達(dá)到末端，熱水經(jīng)過長管路到達(dá)末端時(shí)水壓也比較低。這樣一來浪費(fèi)了大量的水資源，到達(dá)末端的水熱量也不滿足日常使用需求。如今市場上現(xiàn)有的同類型產(chǎn)品存在不足：產(chǎn)品集成度不高，部分部件裸露在外需要現(xiàn)場安裝，工藝質(zhì)量受到現(xiàn)場施工人員的水平影響。

本項(xiàng)目基于以上原因，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)增壓、水循環(huán)等功能，可以提高用戶用水體驗(yàn)，減少資源浪費(fèi)，降低使用成本，利于建設(shè)資源型社會(huì)。本文對(duì)項(xiàng)目開發(fā)中面臨的問題以及解決方案進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)及合理的安排，根據(jù)單片機(jī)編程、三維造型技術(shù)對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)功能進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。

以太陽能熱水器和電熱水器為例，本系統(tǒng)在陰雨天太陽能熱水器加熱的水不能夠達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)將電熱水器串聯(lián)進(jìn)入水系統(tǒng)，將太陽能加熱過的水再次加熱到設(shè)定的溫度。而傳統(tǒng)做法在太陽能熱水器的出水溫度達(dá)不到設(shè)定溫度時(shí)，棄用所有太陽能已經(jīng)加熱過的水，轉(zhuǎn)由電熱水器重新抬高涼水溫度到設(shè)定值，浪費(fèi)了太陽能熱水器加熱的那部分能量。

實(shí)時(shí)熱水增壓循環(huán)系統(tǒng)具有熱水循環(huán)、管道增壓、提升能源利用率、節(jié)約運(yùn)行成本等特點(diǎn)，可以通過流量開啟、手動(dòng)開啟、定時(shí)開啟、遠(yuǎn)程遙控和恒溫控制等方式進(jìn)行控制，具有操作靈活，功能性強(qiáng)，節(jié)約能源，快速出水等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)最終能達(dá)到的功能有水龍頭打開后快速出熱水，系統(tǒng)工作后，熱水即開即用;增加管道壓力，增加出水量提高用戶體驗(yàn)。

熱水增壓循環(huán)模塊有出水口和入水口。鋪設(shè)有熱水管、回水管、和冷水管。戶外供水管進(jìn)入室內(nèi)后通過補(bǔ)水三通接入室內(nèi)水系統(tǒng)，將補(bǔ)水三通與回水管三通和冷水管連接，回水管三通與熱水循環(huán)模塊和回水管相連接，將熱水循環(huán)模塊出口與熱水器入水口相連接，熱水管出水口與回水管相連接（回水管中需要安裝止回閥）。

機(jī)械部分硬件：水泵、管路連接件、箱體、密封件。

電控部分硬件：單片機(jī)、繼電器、流量開關(guān)、溫度傳感器、顯示器、按鍵。

使用溫度傳感器和流量開關(guān)采集數(shù)據(jù)，溫度傳感器為數(shù)字信號(hào)，流量開關(guān)為模擬量信號(hào)，輸入單片機(jī)后判斷控制邏輯，控制放大單元輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)水泵執(zhí)行動(dòng)作。

當(dāng)流量開關(guān)開啟時(shí)，系統(tǒng)開始執(zhí)行動(dòng)作，將水泵開啟。當(dāng)系統(tǒng)關(guān)閉延時(shí)計(jì)時(shí)器到達(dá)設(shè)定值與溫度傳感器達(dá)到設(shè)定值，系統(tǒng)停止動(dòng)作，將水泵關(guān)閉。

3.系統(tǒng)工作模式

（1）脈沖水流模式。開熱水器任意一個(gè)熱水水龍頭開二到六秒后關(guān)掉，機(jī)器自動(dòng)啟動(dòng)，機(jī)器默認(rèn)兩分鐘后自動(dòng)關(guān)機(jī)，停止后即是熱水。

（2）溫控模式。設(shè)定溫度，當(dāng)回水管溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，機(jī)器自動(dòng)啟動(dòng)，高于設(shè)定溫度自動(dòng)關(guān)機(jī)，保持熱水管溫度相對(duì)恒定。

（3）定時(shí)模式啟動(dòng)?？筛鶕?jù)家庭用水習(xí)慣設(shè)置早、中、晚三個(gè)定時(shí)開、關(guān)時(shí)段。在設(shè)定的工作時(shí)間段內(nèi)，機(jī)器自動(dòng)開啟。

（4）防垢防凍模式。利用物理防垢，電加熱防凍保護(hù)功能。

4.系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

本熱水循環(huán)系統(tǒng)具有熱水響應(yīng)速度快，提高用戶體驗(yàn);系統(tǒng)增壓，讓出水更加順暢，能夠?qū)崿F(xiàn)多熱源聯(lián)動(dòng)。同時(shí)充分利用廢棄能源，同時(shí)采用多種控制模式，靈活便捷適合多種場景使用。

5.結(jié)束語

實(shí)時(shí)熱水增壓循環(huán)系統(tǒng)作為一種新型的集水系統(tǒng)增壓、水路循環(huán)、多熱源聯(lián)動(dòng)功能于一體的系統(tǒng)，當(dāng)需要使用多熱源時(shí)只需要將補(bǔ)水管接入廉價(jià)熱源，然后將廉價(jià)熱源的出水口與回水三通相連接便可。本系統(tǒng)具有簡潔、配置靈活、操作簡便、熱水響應(yīng)快、節(jié)約熱能、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。