CN103572799A - 城市雨水大规模采集和利用系统 - Google Patents

Abstract

城市雨水收储和利用系统，涉及利用雨水改善生态环境和节能节水的举措。它由高水箱1、功能水箱2、地面水箱3、雨水采集器5等组成雨水收储系统。其中雨水采集器5自动采集较洁净雨水输入功能水箱2，而功能水箱2将采集的雨水依次输入高位水箱1和地面水箱3备用。收储的雨水用于城市道路的抑尘、降温、汽车尾气的净化和家庭冲厕。汽车尾气净化器设有大面积的湿板通道，汽车尾气流经时，尾气便得到水层的洗涤而净化。其内部保持湿板的水层和水的更换是靠设在车道上的喷咀不断补水完成的，道路中埋设的喷咀还可适时喷水，达到道路抑尘和降温。

Description

城市雨水大规模采集和利用系统

技术领域

本发明涉及利用楼宇顶层和高架桥路面总量巨大的面积大规模采集雨水用于环境降温降尘、汽车尾气净化和家庭雨水利用的设计。具体由雨水采集系统、路面降温降尘系统、家庭雨水利用系统组成。

雨水采集系统利用楼宇顶层和高架路总量巨大的面积和排水系统来收集大量雨水。它由接装在雨水管上的雨水采集器、高水箱、功能水箱、地面水箱、安装在功能水箱内的潜水泵组和相应的管系组成。

下雨时段屋顶和高架路面承接大量雨水沿雨水管排下，安装在雨水管上的雨水采集器把初雨时段冲刷积尘屋面和高架路面而浑浊的雨水排入下水道，尔后较洁净的雨水排入功能水箱。功能水箱内安装有小型潜水泵数台向高水箱唧送雨水，还设定相应不同的水位高度来控制相应投用台数的水泵，这保证了无论雨量大小水泵也不致频繁啟动。高水箱进水后优先向家庭雨水利用系统补水，当高水箱水满后，通过溢水管向地面水箱注水，当地面水箱水满后，控制器仃用所有水泵。沿城市道路二侧修造的大量地面水箱和高水箱组成巨大容积的蓄雨器，在二场中、大雨期间的高温天气和交通高峰时段提供大量雨水降温降尘和家庭利用。

路面降温降尘系统由埋设在道路适当位置的喷水装置和安装在汽车底盘下方的尾气净化器组成。安装在汽车底盘下方的尾气净化器接受汽车尾气排放管排入的尾气，并以大的润湿表面吸附和洗掉其中有害微粒和气体来达到净化尾气的目的。埋设在车道中线的喷水装置不断迎着车流方向以抛物线水柱对净化器补水，使净化器内各气流通道表面始终润湿并得到不断洗涤，以保证其净化效率。净化器又可作为水的载体而不断向路面排水，起到对路面降温和抑尘作用。路面降温和抑尘主要依靠埋设于道路中线的喷水装置，它向中线二侧贴地喷出扇形水流并借助于滚动的车轮润湿大面积路面。它们依设定的室外温度和交通高峰时段啓用以达到降温和降尘的最佳效果。

应当指出，面积巨大的城市交通路面能实现数以10度以上的降温，将明显弱化城市的“热島效应”，起到很好的间接节能作用。

家庭雨水利用系统由或设计成厕所间嵌墙式水箱、进水控制箱、双进水便器水箱与相应的管件组成。高水箱优先向进水控制箱进水，从而使嵌墙式水箱维持一定水位，其上部排气管保证它不受压而破损。嵌墙式水箱随时向双进水便器水箱补水，它保证冲厕优先使用雨水箱内水，来自自来水管的水仅作备用，以防雨水箱内无水可补之虞。

由上可知，本发明实施将实现大规模雨水高效利用，节约了大量日益短缺的淡水资源，具有明显的经济价值和社会意义。

技术背景

我国是一个淡水严重匮乏的国家，这制约了我国经済可持续发展和人民生活质量的提高。此外，我国是一个快速发展的经济体，如不采取有力措施，势必出现生态环境日益恶化趋势。本发明充分利用现有资源——巨大的屋顶面积和高架路面积，对自然资源——雨水大规模用于汽车尾气净化、降尘，将使我们从对大气污染指数的监测，步入对大气污染进行一定控制的阶段。使城市生态环境得到改善。

节省能源是我国乃至世界十分关注的问题。大面积马路降温，明显弱化城市的“热島效应”，间接降低了夏季诸如空调设施的能耗。

家庭节水是一个十分重大的课题。市场市出现的各种节水器具得到人们青睐，但它们节水量仍为有限。本发明针对家庭用水大户——便器冲洗水用雨水取代，可一举节约家庭用水1/3以上。这不仅减少了越来越宝贵的淡水资源消耗，也明显减少家居支出。

发明内容

本发明目的在于向社会提供一个大规模综合利用雨水以达到节水节能、改善城市生态环境的方案。本方案由雨水采集系统、路面降温降尘系统和家庭雨水利用系统所组成。

雨水采集系统中，雨水采集器与楼宇雨水管和高架路的排水管相接。雨水采集器功用是将初雨时段浑浊雨水排入下水道，尔后把较清净的雨水排到功能水箱。功能水箱内装有多台由水位控制器控制的潜水泵，水位控制器依进水达设定的不同水位高度逐次啓动水泵，将水唧入位置较高的高水箱。高水箱内的水通过低位管道流入楼宇内的家庭雨水利用系统，通过溢水管流入道路二侧的地面水箱。当所有水箱和地面水箱灌满水后高水箱内水位将升至最高点，此时水位控制器关闭功能水箱内所有潜水泵。至此雨水采集系统完成了雨水采集的全过程。当下雨仃止后，雨水采集器下部的小排水管将它内部存水排尽，使它进入待用状态。

路面抑尘降温和汽车尾气净化系统是这样工作的：

分布在道路二侧的地面水箱用于道路抑尘、降温和净化汽车尾气。它与设在道路中线上的路中喷咀和设在车道中线上的车道喷咀相连接。当控制中心根据天气、车流大小和空气质量诸因素用设在管道适当位置的电动阀控制上述喷咀适时投用。

路中喷咀以一定间距埋设在路中央，电动阀接受指令后使路中喷咀向二侧贴地扇形喷出水流，借助车轮滚动润湿更大面积，达到抑尘和路面降温的效果。车道喷咀向安装在汽车底盘下方的汽车尾气净化器逆向注水，以保证净化器吸附和洗涤尾气的功能。

汽车尾气净化器是一种安装在汽车底盘下方的薄形装置。它由壳体、导流罩、洗尘盘、支架板组成。由于车道喷咀不断向净化器注水，使其内部的洗尘盘和支架板始终处于润湿状态，并随着注水流动和车的颠动，它们的表面也不断受到洗涤。当尾气流过时就会受到有效净化。由于其排气口设在导流罩的低压区，对排入净化器内的尾气有一定的吸引作用，使尾气顺畅地从排水口排出，而不影响汽车发动机出力。这里的排水口与排尾气共用的。

家庭雨水利用系统构成和运行如下：

它是由嵌墙式水箱、进水控制箱、双进水便器水箱组成。高水箱内雨水随时补水进水控制箱，其保证嵌墙式水箱维持一定水位。嵌墙式水箱体上方设有排气管，箱内水位变动时保证箱体不受压以防损伤。双进水便器水箱控制了冲厕优先使用雨水，当雨水用尽后自动投用自来水，其结构保证了雨水和自来水的隔离，以防自来水受污染。

本发明具有以下特点：

1、本发明提出大规模利用雨水减少城市道路扬尘和汽车尾气污染问题。使空气质量从被动监测升华到主动而有效改善阶段。为城市居民生活质量带来实质性的提升。

2、本发明提出大规模利用雨水以降低城市的“热岛效应”是一项不容小觑的节能措施。它使数量庞大的冷却设施，特别是空调设施的能耗会有所下降。此外，本发明实施将使大部分耗能耗水的清扫车、洒水车仃用，直接节能节水，一部分人力转为雨水系统的管理维护人员。

3、本发明是一项强有力的家庭节水措施。本发明的推广将为家庭用水节省约1/3的越来越昂贵的自来水资源，也为严重缺水地区改善卫生条件。

4、本发明大量利用现有设施如高架路面、楼宇顶面及其大量的排水管道，使大规模收集雨水成为可能而简便。不必设计专用的大喇叭形的雨水收集器，其不宜在城市大规模使用。它不但造价昂贵，而且大量积尘。

5、本发明设计了专用的雨水采集器，使初雨时段因冲刷积尘的路面和屋顶面而浑浊的雨水自动排入下水道，而后较净雨水排进功能水箱。减少系统维护保养量。

附图说明

图1为城市雨水大规模采集和利用系统原理图

图2为雨水采集器结构图原理图

图3为路面喷咀埋设图

图4为汽车尾气净化器结构原理图

图5为楼宇卫生间冲厕系统

图6为双进水便器水箱图

具体实施方案

结合附图对本发明作进一步详细说明：

本发明提出一个大规模利用雨水系统。旨在有效解决城市道路扬尘、汽车尾气污染、城市“热島效应”和楼宇内卫生间冲洗以雨水取代越来越昂贵的自来水问题。它主要由三大部分组成。1是雨水采集和收储系统；2是城市道路降温除尘系统；3是家庭雨水利用系统。

请参照图1，雨水采集和收储系统由高水箱1、功能水箱2、地面水箱3、潜水泵组4、雨水采集器5和相应的管件组成。其中雨水采集器5直接连接在高架路或楼宇的雨水排放管上。当雨天来临，路面或楼顶承接了大量雨水从雨水排放管排出，其中初时段排出的雨水带有大量积尘，雨水采集器5将这部分浑浊水自动排入地沟，尔后较净雨水排进功能水箱2。功能水箱2内装有潜水泵组4，它们依水位控制器在不同水位发出的指令逐次啓动，把雨水唧入高水箱1，高水箱1在低水位时即向家庭雨水利用系统供水，而水位升至溢水口时通过溢水管向地面水箱3排水。当暴雨时节，潜水泵组4全部投用后功能水箱2内水位不断高涨至溢水口，此时雨水通过溢水管直接排入地面水箱3。当地面水箱3注满水后，所有潜水泵仃用。至此，雨水采集和储备过程完成。

请参照图2，雨水采集器5由箱体9、浮筒10、滑导板11、主排水管12、密封头13、采水管14、密封口15、调节阀16、付排水管17组成，有上下接口直接与建筑上雨水管相接。雨天的初雨时段，从雨水管排下的雨水大部分从主排水管12排入下水道，小部分从密封头13上的小水口排入箱体9，其内不断上升的水位使浮筒10缓缓上浮，最终其上的密封头13顶住密封口15，迫使排入的雨水大部分经采水管14排入功能水箱2，少量水经小水口继续排入箱体9，保证下雨期间浮筒10上顶力。付排水管17在雨仃后把箱体9内水排尽，使浮筒10降下复位备用。由于浮筒10始终沿滑导板11浮动，因而密封头13能较准确顶入密封口15，实现水流方向的转换。调节阀16用于付水管17流量设定，它应使付水管17的排出量始终小于小水口的流入量。

请参照图3和图4，城市道路降温除尘系统是雨水利用的主要方向之一。它由埋设于道路适当位置的喷咀和装置在汽车底盘下的汽车尾气净化气组成。图3中，在道路中线上以一定间距埋设有路中喷咀19，向二侧贴地喷出扇形水流，借助于滚动的车轮润湿大部路面达到抑尘降温目的。在车道中线位置以一定间距埋设车道喷咀20，它逆车流方向喷出略高于汽车底盘下底面的抛物线水柱，向汽车尾气净化器补水，保证净化器工作效能。当然它也起到抑尘降温效果。图4给出汽车尾气净化器结构原理图。它由洗尘盘21、支架板22、留水孔23、水封板24、壳体25、导流罩26组成。汽车尾气直接排入净化器，其流经由多层洗尘盘21、支架板22、留水孔23组成湿通道或水面从壳体下方排气孔排出，这一流程使混有大量固体微粒和能溶于水的气体得以洗涤和吸附，随水流排向路面而进入排水系统，从而大大减少对城市大气的污染。其中排气孔设在导流罩的负压区，抵消因排气阻力增加而对汽车发动机产生的负面影响。由车道喷咀20注入的雨水经水封板13处溢入洗尘盘21，其上有上翻边的留水孔23和低于其上翻边的小柵格，使雨水通过留水孔23溢入下层洗尘盘21，并在盘上始终保持液面存在，即使汽车颠波和弯道行驶。洗尘盘21制作成抽屉式，便于拆下清洗保养。废水与尾气一起从排气孔排出。导流罩26起到减少阻力和在排气口形成低压区作用。

图5为楼宇卫生间冲厕系统，它是雨水利用的另一重要方面。它由进水控制箱28、嵌墙式水箱29、双进水便器水箱30、排气管31和有关管件组成。由高水箱1的供水管把雨水分别输入各用户的进水控制箱28而流入嵌墙式水箱29，该水箱内水位升至设定的高水位时，进水控制箱28仃止进水。在嵌墙式水箱29内水位变动时，排气管31保证箱体不受压破损和顺畅供水。箱内雨水向双进水便器水箱30供水优先于自来水冲厕。当然箱体可设置放水阀门，提供浇花等用水。应当指出，家庭卫生间的楼板下底面和装饰顶棚上面之间有350～400空间，也可以顶棚水箱取代嵌墙式水箱29。

图6提供了双进水便器水箱30结构原理图。它主要由箱体32、自来水进水控制阀33、雨水进水控制阀34和冲水管35组成。箱体32比一般便器水箱高，其上装有二只进水控制阀。雨水充足时，由雨水进水控制阀34补入雨水维持高水位，自来水进水控制阀33始终关闭。仅当干旱时间长，高水箱1无雨水可补时，自来水进水控制阀自动打开进自来水，维持可用的最低水位。这一结构保证冲厕用水优先使用雨水。自动完成了此二种用水切换。自来水进水控制阀也起隔离作用，防止箱内雨水污染自来水体。

Claims (7)

1.城市雨水大规模采集和利用系统，其特征在于：利用高架道路路面和楼宇顶层面以及它们配制的雨水排水系统等资源作为雨水采集和利用系统的一部分，配以相应的设施组成城市雨水大规模采集和利用系统。其配制的系统由高水箱1、功能水箱2、地面水箱3、潜水泵组4、雨水采集器5和相应的阀门、管件组成雨水收储系统，适时向雨水利用系统供水。雨水利用系统由二个独立系统组成：1是埋设在道路中线上的路中喷咀贴地喷水，用以抑尘降温；另一组喷咀埋设在车道中线的车道喷咀，用于向汽车尾气净化器补水，与汽车尾气净化器相配，完成汽车尾气净化过程。2是主要用于楼宇卫生间冲厕的雨水利用系统，它由不受压嵌墙式或顶棚式小水箱、双进水便器水箱和管件组成，其内储备的雨水优先于自来水冲厕，而自来水仅作备用。

2.根据权利要求1所述城市雨水大规模采集和利用系统，其特征在于：汽车尾气净化器直接接受汽车尾气排入，它由洗尘盘21、支架板22、留水孔23、水封板24、壳体25、导流罩26组成。埋设在车道中线上的喷咀逆车流方向喷出设定高度的抛物线水柱，当汽车越过时为安装在其底盘下方的尾气净化器所承接，补入的水流经洗尘盘21上的留水孔23溢入下层洗尘盘21，由于留水孔23上口略高于其底板上表面和其底板上比留水孔23上沿更低的小栅格使，使尾气通道始终保有水层或湿润，对流经的汽车尾气实现有效净化。洗尘盘21为抽屉式，便于定期抽出清洗。水封板24保证尾气不至中途逸出。导流罩26使汽车尾气净化器的空气阻力减少，也使设在导流罩26低压区的尾气排出口有助于尾气顺畅排出，可部分抵消尾气排放阻力增加对汽车发动机出力不利的影响。

3.根据权利要求1所述城市雨水大规模采集和利用系统，其特征在于：雨水采集器由箱体9、浮筒10、滑导板11、主排水管12、密封头13、采水管14、密封口15、调节阀16、付排水管17组成。其上下接口可直接与建筑的雨水管相接，采水管14接入功能水箱2略高于溢水口的位置。下雨时，雨水由雨水管排入雨水采集器，初雨时段主要由主排水管12排入地沟，少量水由密封头13上的小水口和缝隙进入箱体9，使箱内水位逐渐升高将浮筒10抬高，沿箱体9内壁设置的滑导板11上升，一段时间后其上装置的密封头13顶住密封口15，使大量已经较洁净雨水转而从采水管14输入功能水箱2，小量水仍经密封头13上的小水口流入箱体9，以维持浮筒10必须的浮力。当雨仃止后，雨水采集器底部的付排水管17将箱体9内存水排尽，浮筒10复位。调节阀16用于设定付排水管的排水量始终小于小水口流入量，也不能使初雨时间太长。排除初雨时段较浊雨水将使系统维修保养的工作量减少。

4.根据权利要求1所述城市雨水大规模采集和利用系统，其特征在于：在城市交通道路上埋设了二种喷咀组，一种以一定的间距沿道路中线埋设的路中喷咀19，向二侧喷出贴地扇形水流，借助滚动的车轮润湿几乎整个路面，用于抑尘和降温。而另一种喷咀以一定间踞埋设于车道中线的车道喷咀20，逆车流方向喷出一定高度的抛物线水柱，为汽车底盘下方的汽车尾气净化器补水，保障该设备对汽车尾气的净化效能，也起到抑尘降温作用。使城市大气质量从被动予测予报进入主动控制阶段。

5.根据权利要求1所述城市雨水大规模采集和利用系统，其特征在于：设置楼宇卫生间冲厕的雨水利用系统。它由进水控制箱28、嵌墙式水箱29或顶棚水箱、双进水便器水箱30、排气管31等组成。高水箱1的雨水首先进入进水控制箱28，再向嵌墙式水箱29充水。在雨水充足时，该水箱应该保持满水状态。双进水便器水箱30的功能在于优先用雨水冲洗便器，仅当嵌墙式水箱29内雨水用完后才自动转用自来水冲厕。

6.根据权利要求1所述城市雨水大规模采集和利用系统，其特征在楼宇卫生间冲厕的雨水利用系统，设置了双进水便器水箱30。它由箱体32、自来水控制阀33、雨水控制阀34和冲水管35组成。雨水从其控制阀进入箱体形成高水位，自来水受其控制阀33关闭制约始终不能进入水箱。因而只要雨水储量足够，冲厕水只能用雨水。仅当干旱期长，雨水告罄，自来水从其控制阀33自动补水，维持箱体32内可供冲洗的低水位。

7.根据权利要求1所述城市雨水大规模采集和利用系统，其特征在于其系统内设置了功能水箱2。其内安装了多台潜水泵4，其进水口高于溢水口。采用多台潜水泵4为应对不同雨量，而不使水泵频繁啟动造成设备损伤和能耗增加。此外，使噪音也有所降低，这对于接近居民住所处优为重要。其上进水口高于溢水口目的在于防止雨仃时，箱内雨水通过雨水采集器5上的采水管14流失。

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