CN105625502A - 一种利用太阳能对雨水进行收集及净化利用的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用太阳能对雨水进行收集及净化利用的系统，属于太阳能利用技术领域，由雨水净化单元、雨水储存单元、太阳能发电单元、电能储存单元和监测控制单元组成；雨水净化单元，用于收集并净化雨水；雨水储存单元，用于储存净化后的雨水；太阳能发电单元，用于将太阳能转化为电能；电能存储单元，用于储存太阳能转化后的电能；监测控制单元，用于接收来自雨水净化单元的土壤湿度信号，来自雨水储存单元的水位监测信号以及来自电能储存单元的电量监测信号，并对雨水储存单元的喷灌水泵进行启停控制。该系统结构设置合理，能够充分利用太阳能，节约能耗，绿色环保。

Description

一种利用太阳能对雨水进行收集及净化利用的系统
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，涉及一种利用太阳能对雨水进行收集及净化利用的系统。
背景技术
随着城镇化率越来越高，道路硬化使得雨水难以下渗，造成城镇内涝频发，2013年12月12日的中央城镇化工作会议上，提出要大力建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”理念。住建部于2014年10月印发了《海绵城市建设技术指南》。在国家的大力号召下，建设海绵城市逐步被大家认识和熟悉。建设海绵城市就是通过“滞、存、用”减小雨水径流量，减轻排水管道压力，从而降低城市内涝的可能性。但建设海绵城市耗资较大，而且传统上都是采用城市电网提供动力能源，而整个城市雨水利用的动力费用不容小觑。
传统的雨水利用需要的能源均是来自于城市电网的电源，往往给雨水利用带来了电源提供的局限性，增加了工程成本。太阳能光伏发电系统作为一种新的绿色能源，可以为城市雨水利用提供足够电量，减轻城市供电压力，减少碳排放，实现城市的节能减排，而且太阳能光伏发电系统更为自由灵活不受城市电网的限制。
目前，鲜有关于将太阳能用于雨水收集净化利用方面的报道。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种利用太阳能对雨水进行收集及净化利用的系统，该系统结构设置合理，能够充分利用太阳能，节约能耗，绿色环保。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种利用太阳能对雨水进行收集及净化利用的系统，由雨水净化单元、雨水储存单元、太阳能发电单元、电能储存单元和监测控制单元组成；
其中：
雨水净化单元，用于收集并净化雨水；
雨水储存单元，用于储存净化后的雨水；
太阳能发电单元，用于将太阳能转化为电能；
电能存储单元，用于储存太阳能转化后的电能；
监测控制单元，用于接收来自雨水净化单元的土壤湿度信号，来自雨水储存单元的水位监测信号以及来自电能储存单元的电量监测信号，并对雨水储存单元的喷灌水泵进行启停控制。
所述雨水净化单元为经改造的绿化带，由下至上依次设有过滤排水层、土壤层及下凹式绿化带层；且在过滤排水层和土壤层之间还设有一层透水无纺布；
在过滤排水层内铺设雨水收集干管，在雨水收集干管的两侧对称布置若干雨水收集支管，在雨水收集干管和雨水收集支管上均开设若干集水孔；在土壤层上方种植的灌木或草丛中还设有若干雨水喷灌喷头。
集水孔孔径为3～5mm；且集水孔间距为25～35mm。
透水无纺布的规格为100～250g/m2；过滤排水层选用粒径为5～40mm的鹅卵石或石块，且铺设的鹅卵石或石块的粒径由上至下依次减小。
在土壤层和过滤排水层中埋设若干湿度监测探头，湿度监测探头的输出端与监测控制单元的输入端相连。
所述雨水储存单元，包括贮水池，雨水收集干管与贮水池一侧壁相连，在贮水池的另一侧壁底部设有喷灌出水管，喷灌水泵设置在该喷灌出水管上；喷灌出水管伸入下凹式绿化带层中并与若干雨水喷灌喷头的进水端相连。
在贮水池中设有水位监测探头，该水位监测探头的输出端与监测控制单元的输入端相连。
在贮水池外壁上端设有溢流管，底部设有排泥放空管，溢流管和排泥放空管贯通后与市政雨水管相连。
在喷灌水泵和溢流管所在位置处设置检查井，并在井口安装检查井井盖。
所述太阳能发电单元，包括若干安置在道路两侧或中间连接杆上的太阳能电池板，所述电能存储单元为蓄电池，所述监测控制单元为监测控制柜；太阳能电池板的输出端与蓄电池的输入端相连，蓄电池的输出端分别与喷灌水泵及监测控制柜相连。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的利用太阳能对雨水进行收集及净化利用的系统，由雨水净化单元、储存单元、太阳能发电单元、监测控制单元和电能存储单元五部分组成。下雨天收集的雨水被储存起来，待需要给绿化带中的植物浇水时，便将收集的雨水再次利用，太阳能发电单元能够收集太阳能并转化为电能储存在电能存储单元中，喷灌水泵所需的电源来自电能存储单元；同时，各个单元会将湿度、水位及电量信号反馈给监测控制单元，监测控制单元则根据反馈的信号对喷灌水泵进行控制。上述各个单元相互配合，完成对雨水的收集及净化利用，本发明采用太阳能光伏发电系统，对雨水利用系统的供电模式进行了创新性的改进，同时也扩展了太阳能的应用方向。从单一的电源消耗变为创造太阳能绿色能源的供给使供电系统在施工中，具有灵活性和更广泛的自由度。这样大大降低了雨水利用项目管理和运行成本，节约了能源的消耗，低碳环保。本专利技术具有普遍意义，实用效果佳，易于推广应用。
进一步地，本发明的雨水净化单元为经改造的绿化带，由下至上依次设有过滤排水层、土壤层及下凹式绿化带层；且在过滤排水层和土壤层之间还设有一层无纺布，无纺布能够有效防止土壤流失。同时，过滤排水层为鹅卵石、小石块，粒径为5mm～40mm，且粒径从上到下依次减小，使得在过滤排水层内能够铺设雨水收集干管，且在雨水收集干管的两侧对称布置若干雨水收集支管，在雨水收集干管和雨水收集支管上均开设若干集水孔，有利于雨水的收集。
进一步地，在土壤层和过滤排水层中埋设若干湿度监测探头，该湿度监测探头的输出端与监测控制单元的输入端相连，能够实时将土壤湿度数据传至监测控制单元。
进一步地，本发明的雨水储存单元，设有一个贮水池，雨水收集干管与该贮水池相连，能够将收集的雨水汇入贮水池中，贮水池上还设有喷灌水泵，连接喷灌出水管，该喷灌出水管伸入下凹式绿化带层中并与若干雨水喷灌喷头的进水端相连，能够将收集的雨水进行再次利用，浇灌绿化带中的植物。
进一步地，在贮水池外壁上端设有溢流管，底部设有排泥放空管，溢流管和排泥放空管贯通后与市政雨水管相连。当贮水池水满或者清空贮水池时将雨水排到市政雨水管。同时，在喷灌水泵和溢流管处设置检查井，出现故障时，方便人员下去检修。
进一步地，所述监测控制单元由电能存储单元提供电能，接收来自雨水净化单元的土壤湿度探头、雨水储存单元的水位监测探头和电能存储单元的电量监测探头的信号，将获得的信号进行分析处理，处理后给雨水储存单元的喷灌水泵信号，实现对喷灌水泵的启停控制。
附图说明
图1为本发明的太阳能发电的雨水收集净化利用系统框图；
图2为本发明的太阳能发电的雨水收集净化利用系统结构示意图；
图3为本发明的雨水净化单元结构示意图；
图4为本发明的雨水储存单元结构示意图；
图5为雨水收集管结构示意图。
其中：1-雨水收集干管；2-贮水池；3-喷灌水泵；4-蓄电池；5-监测控制柜；6-太阳能电池板；7-土壤湿度监测探头；8-水位监测探头；9-雨水喷灌喷头；10-下凹式绿化带层；11-土壤层；12-无纺布；13-过滤排水层；14-连接太阳能电池板与蓄电池的线路；15-连接蓄电池与喷灌水泵的线路；16-连接土壤湿度监测探头与监测控制柜的线路；17-连接水位监测探头与监测控制柜的线路；18-连接监测控制柜与喷灌水泵的线路；19-喷灌出水管；20-集水孔；21-雨水收集支管；22-排泥放空管；23-溢流管；24-检查井井盖。。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1和图2，本发明的利用太阳能对雨水进行收集及净化利用的系统，由雨水净化单元、雨水储存单元、太阳能发电单元、电能储存单元和监测控制单元五部分组成。其中，雨水净化单元，用于收集并净化雨水；
雨水储存单元，用于储存净化后的雨水；
太阳能发电单元，用于将太阳能转化为电能；
电能存储单元，用于储存太阳能转化后的电能；
监测控制单元，用于接收来自雨水净化单元的土壤湿度信号，来自雨水储存单元的水位监测信号以及来自电能储存单元的电量监测信号，并对雨水储存单元的喷灌水泵3进行启停控制。
太阳能发电单元的输出端连接电能存储单元，通过太阳能电池板发的电存储在蓄电池4中。太阳能电池板6安放在道路两侧或者中间的杆子上，在晴天将太阳能转化为电能储存起来。
所述电能储存单元，选用蓄电池，其能够储存来自于太阳能发电单元的电能，并将电能一部分输送给雨水储存单元的喷灌水泵3，另一部分输送给监测控制柜5使用，并定时将电能剩余信号传给监测控制单元。
参见图3，雨水净化单元是对当前城市道路两边的绿化带加以改造得到的，从上到下依次为：下凹式绿化带10，土壤层11及过滤排水层13。在土壤层11与过滤排水层13之间增加一层透水无纺布12，透水无纺布的规格为100～250g/平方米，目的是防止上层土壤流失。过滤排水层13为鹅卵石或小石块，粒径为5mm～40mm，且粒径从上到下依次减小。在土壤层11中预埋喷灌水管并在灌木或草坪里安装喷水喷头9。
参见图5，在过滤排水层13中铺设雨水收集干管1，并在雨水收集干管1的两侧对称布置若干雨水收集支管21，使管道布置呈“丰”字，在雨水收集干管1和雨水收集支管21上每隔25～35mm钻有集水孔20，集水孔20呈倒“Y”字的，孔径为3～5mm。在土壤层11和过滤排水层13中预埋监测土壤湿度的湿度监测探头7，并定时将土壤湿度数据传至监测控制柜5。
参见图4，所述雨水储存单元用于储存净化后的雨水，该单元包括贮水池2，雨水收集干管1与贮水池2一侧壁相连，在贮水池2的另一侧壁底部设有喷灌出水管19，喷灌水泵3设置在该喷灌出水管19上；喷灌出水管19伸入下凹式绿化带层10中并与若干雨水喷灌喷头9的进水端相连。贮水池2为砖砌或者混凝土浇筑，在池内做防水层。喷灌水泵3的电源来自蓄电池4，监测控制柜控制喷灌水泵3的启停。贮水池2内设置检测池内水位的水位监测探头8，并定时将水位信号传至监测控制柜5。在贮水池2外壁上端设有溢流管23，底部设有排泥放空管22，溢流管23和排泥放空管22贯通后与市政雨水管相连。当贮水池2水满或者清空贮水池2时，将雨水排到市政雨水管。并在喷灌水3和溢流管23处设置检查井，在井口安装检查井井盖24，方便人员下去检修。
所述监测控制单元由电能存储单元提供电能，接收来自雨水净化单元的土壤湿度探头、雨水储存单元的水位监测探头和电能存储单元的电量监测探头的信号，将获得的信号进行分析处理，处理后给雨水储存单元的喷灌水泵信号，实现对水泵的启停控制。图2中，14为连接太阳能电池板6与蓄电池4的线路；15为连接蓄电池4与喷灌水泵3的线路；16为连接土壤湿度监测探头7与监测控制柜5的线路；17为连接水位监测探头8与监测控制柜5的线路；18为连接监测控制柜5与喷灌水泵3的线路。
综上所述，传统的雨水利用需要的能源均是来自于城市电网的电源，往往给雨水利用带来了电源提供的局限性，增加了工程成本。采用太阳能光伏发电系统后，对雨水利用系统的供电模式开启了创造性的一页，同时也扩展了太阳能的应用方向。从单一的电源消耗变为创造太阳能绿色能源的供给使供电系统在施工中，具有灵活性和更广泛的自由度。这样大大降低了雨水利用项目管理和运行成本，节约了能源的消耗，这符合发展低碳环保经济的要求，加快海绵城市的建设速度。本发明具有普遍意义，实用效果佳，易于推广应用。

Claims (10)

1.一种利用太阳能对雨水进行收集及净化利用的系统，其特征在于，由雨水净化单元、雨水储存单元、太阳能发电单元、电能储存单元和监测控制单元组成；其中：
雨水净化单元，用于收集并净化雨水；
雨水储存单元，用于储存净化后的雨水；
太阳能发电单元，用于将太阳能转化为电能；
电能存储单元，用于储存太阳能转化后的电能；
监测控制单元，用于接收来自雨水净化单元的土壤湿度信号，来自雨水储存单元的水位监测信号以及来自电能储存单元的电量监测信号，并对雨水储存单元的喷灌水泵进行启停控制。
2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能对雨水进行收集及净化利用的系统，其特征在于，所述雨水净化单元为经改造的绿化带，由下至上依次设有过滤排水层(13)、土壤层(11)及下凹式绿化带层(10)；且在过滤排水层(13)和土壤层(11)之间还设有一层透水无纺布(12)；
在过滤排水层(13)内铺设雨水收集干管(1)，在雨水收集干管(1)的两侧对称布置若干雨水收集支管(21)，在雨水收集干管(1)和雨水收集支管(21)上均开设若干集水孔(20)；在土壤层(11)上方种植的灌木或草丛中还设有若干雨水喷灌喷头(9)。
3.根据权利要求2所述的一种利用太阳能对雨水进行收集及净化利用的系统，其特征在于，集水孔孔径为3～5mm；且集水孔间距为25～35mm。
4.根据权利要求2所述的一种利用太阳能对雨水进行收集及净化利用的系统，其特征在于，透水无纺布(12)的规格为100～250g/m2；过滤排水层(13)选用粒径为5～40mm的鹅卵石或石块，且铺设的鹅卵石或石块的粒径由上至下依次减小。
5.根据权利要求2所述的一种利用太阳能对雨水进行收集及净化利用的系统，其特征在于，在土壤层(11)和过滤排水层(13)中埋设若干湿度监测探头(7)，湿度监测探头(7)的输出端与监测控制单元的输入端相连。
6.根据权利要求2所述的一种利用太阳能对雨水进行收集及净化利用的系统，其特征在于，所述雨水储存单元，包括贮水池(2)，雨水收集干管(1)与贮水池(2)一侧壁相连，在贮水池(2)的另一侧壁底部设有喷灌出水管(19)，喷灌水泵(3)设置在该喷灌出水管(19)上；喷灌出水管(19)伸入下凹式绿化带层(10)中并与若干雨水喷灌喷头(9)的进水端相连。
7.根据权利要求6所述的一种利用太阳能对雨水进行收集及净化利用的系统，其特征在于，在贮水池(2)中设有水位监测探头(8)，该水位监测探头(8)的输出端与监测控制单元的输入端相连。
8.根据权利要求6所述的一种利用太阳能对雨水进行收集及净化利用的系统，其特征在于，在贮水池(2)外壁上端设有溢流管(23)，底部设有排泥放空管(22)，溢流管(23)和排泥放空管(22)贯通后与市政雨水管相连。
9.根据权利要求8所述的一种利用太阳能对雨水进行收集及净化利用的系统，其特征在于，在喷灌水泵(3)和溢流管(23)所在位置处设置检查井，并在井口安装检查井井盖(24)。
10.根据权利要求6所述的一种利用太阳能对雨水进行收集及净化利用的系统，其特征在于，所述太阳能发电单元，包括若干安置在道路两侧或中间连接杆上的太阳能电池板(6)，所述电能存储单元为蓄电池，所述监测控制单元为监测控制柜；太阳能电池板(6)的输出端与蓄电池的输入端相连，蓄电池的输出端分别与喷灌水泵(3)及监测控制柜相连。
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