CN110185088B - 一种节能建筑的雨水再利用系统及方法 - Google Patents

一种节能建筑的雨水再利用系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种节能建筑的雨水再利用系统，包括：本发明提供的节能建筑的雨水再利用系统，雨水收集装置，其用于收集并盛装雨水；水质在线监测模块，其用于检测所述雨水收集装置中收集的雨水的水质；数据采集模块，其用于采集所述水质在线检测模块检测到的水质信息；控制模块，其接收所述数据采集模块传输的水质信息，并根据所述水质信息计算后输出雨水再利用等级；显示模块，其与所述控制模块连接，用于显示所述雨水再利用等级。同时，本发明还公开了一种节能建筑的雨水再利用方法。

Description

一种节能建筑的雨水再利用系统及方法
技术领域
本发明属于节能建筑雨水再利用技术领域，特别涉及一种节能建筑的雨水再利用系统及方法。
背景技术
建筑节能，在发达国家最初为减少建筑中能量的散失，普遍称为“提高建筑中的能源利用率”，在保证提高建筑舒适性的条件下，合理使用能源，不断提高能源利用效率。
全面的建筑节能，就是建筑全寿命过程中每一个环节节能的总和。是指建筑在选址、规划、设计、建造和使用过程中，通过采用节能型的建筑材料、产品和设备，执行建筑节能标准，加强建筑物所使用的节能设备的运行管理，合理设计建筑围护结构的热工性能，提高采暖、制冷、照明、通风、给排水和管道系统的运行效率，以及利用可再生能源，在保证建筑物使用功能和室内热环境质量的前提下，降低建筑能源消耗，合理、有效地利用能源。
雨水利用是一种综合考虑雨水径流污染控制、城市防洪以及生态环境的改善等要求。可以通过建立包括屋面雨水集蓄系统、雨水截污与渗透系统、生态小区雨水利用系统等，将雨水用作喷洒路面、灌溉绿地、景观用水、蓄水冲厕等能够有效节约水资源。因此，目前雨水利用设施已经成为一些节能建筑的组成部分。
由于环境污染等原因造成雨水成分复杂，如果雨水不能合理利用可能会造成二次污染以及对一些公共设施造成损坏，这就违背了节水节能的初衷。因此，对雨水水质进行检测并划分等级，以合理规划雨水的利用方式是十分必要的。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种节能建筑的雨水再利用系统，其目的是能够收集并储存雨水、对雨水的质量进行检测并且显示雨水再利用等级。
本发明的目的之二是提供一种节能建筑的雨水再利用方法，根据雨水的检测指标确定雨水的再利用指数，并进一步划分雨水再利用等级，其目的是合理划分雨水再利用等级，提高雨水再利用的安全性。
本发明提供的技术方案为：
一种节能建筑的雨水再利用系统，包括：
雨水收集装置，其用于收集并盛装雨水；
水质在线监测模块，其用于检测所述雨水收集装置中收集的雨水的水质；
数据采集模块，其用于采集所述水质在线检测模块检测到的水质信息；
控制模块，其接收所述数据采集模块传输的水质信息，并根据所述水质信息计算后输出雨水再利用等级；
显示模块，其与所述控制模块连接，用于显示所述雨水再利用等级。
优选的是，所述雨水收集装置包括第一储水池和第二储水池；所述第一储水池和所述第二储水池之间设有格栅，所述第二储水池上设置有再利用水出口。
优选的是，还包括水位检测模块，其与所述控制模块电联，用于检测第二储水池中的水位。
优选的是，所述第二储水池中设有搅拌装置。
一种节能建筑的雨水再利用方法，使用所述的节能建筑的雨水再利用系统，包括如下步骤：
步骤一、通过水质在线监测模块检测收集的雨水中的pH、COD、BOD5、氨氮、磷酸盐及TSS；并且计算得到收集的雨水的再利用指数；
其中，所述雨水的再利用指数为：
Figure BDA0002081956710000021
式中，λ为经验参数，CCOD为雨水中的COD浓度，CCOD-0为设定的基准COD浓度；
Figure BDA0002081956710000031
为雨水中的BOD5浓度，
Figure BDA0002081956710000032
为设定的基准BOD5浓度；
Figure BDA0002081956710000033
为雨水中的氨氮浓度，
Figure BDA0002081956710000034
为设定的基准氨氮浓度；CP为雨水中的磷酸盐的浓度，CP-0为设定的基准磷酸盐浓度；CTSS为雨水中的TSS浓度，CTSS-0为设定的基准TSS浓度；
步骤二、根据雨水的pH和所述雨水的再利用指数确定雨水再利用等级。
优选的是，在所述步骤二中，采用模糊控制方法确定雨水的再利用等级，包括：
分别将所述雨水的再利用指数和雨水的pH，以及雨水再利用程度转换为模糊论域中的量化等级；
将所述雨水的再利用指数和雨水的pH输入模糊控制模型，雨水的再利用指数分为5个等级，雨水的pH分为5个等级；
模糊控制模型输出为雨水再利用程度，将所述雨水再利用程度分为5个等级。
优选的是，所述雨水的再利用指数的论域为{0，1}，所述雨水的pH的论域为{4，8}，所述雨水再利用程度的论域为{0，1}，阈值为0.51。
优选的是，所述雨水的再利用指数分为5个等级，模糊集为{N，NM，M，ML，L}；所述雨水的pH分为5个等级，模糊集为{L，LM，M，MH，H}；所述雨水再利用程度分为5个等级，模糊集为{S，SM，M，MB，B}；隶属函数均选用梯形隶属函数。
优选的是，所述模糊控制模型的控制规则为：
如果雨水的再利用指数为“L”，雨水的pH为“H”，则雨水再利用等级为“B”，即雨水的再利用等级高；
如果雨水的再利用指数为“N”，雨水的pH为“L”，则雨水再利用等级为“S”，即雨水的再利用等级低；
如果雨水再利用等级为“S”或SM”，则雨水再利用等级低；如果雨水再利用等级为“B或MB”，则雨水再利用等级高；如果雨水再利用等级为“M”，该等级为雨水再利用等级阈值，如果雨水的水质稍有变化，则会形成雨水利用等级低或高的切换。
优选的是，当雨水的再利用等级为“S”时，向所述雨水收集装置中加入PAM溶液，待反应完成后，再次获取水质参数，确定雨水的再利用等级；
其中，加入PAM溶液的质量为：
Figure BDA0002081956710000041
式中，V为第二储水池中的水量，CPAM为PAM溶液的浓度；CCOD为雨水中的COD浓度，CCOD-0为设定的基准COD浓度；
Figure BDA0002081956710000042
为雨水中的BOD5浓度，
Figure BDA0002081956710000043
为设定的基准BOD5浓度；CTSS为雨水中的TSS浓度。
本发明的有益效果是：
本发明提供的节能建筑的雨水再利用系统，能够收集并储存雨水、对雨水的质量进行检测并且显示雨水再利用等级。
本发明提供的节能建筑的雨水再利用方法，根据雨水的检测指标确定雨水的再利用指数，并进一步划分雨水再利用等级，能够合理划分雨水再利用等级，提高雨水再利用的安全性。
附图说明
图1为本发明所述的节能建筑的雨水再利用系统示意图。
图2为本发明所述的雨水的再利用指数χ的隶属函数图。
图3为本发明所述的雨水的pH的隶属函数图。
图4为本发明所述的雨水的再利用程度LY的隶属函数图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供了一种节能建筑的雨水再利用系统，包括：雨水收集装置，其用于收集并盛装雨水；水质在线监测模块，其用于检测所述雨水收集装置中收集的雨水的水质；数据采集模块，其用于采集所述水质在线检测模块检测到的水质信息；控制模块，其接收所述数据采集模块传输的水质信息，并根据所述水质信息计算后输出雨水再利用等级；以及显示模块，其与所述控制模块连接，用于显示所述雨水再利用等级。
在本实施例中所述雨水收集装置包括第一储水池和第二储水池；第一储水池和第二储水池之间具有高程差，第一储水池中的雨水自流入第二储水池中，所述第一储水池和所述第二储水池之间设有细格栅，以防止大颗粒杂物进入第二储水池。第二储水池的底部为锥形，并设有排污管。所述第二储水池的侧壁上设置有再利用水出口，所述再利用水出口与第二储水池的底部之间具有一定距离。雨水中的悬浮物在第二储水池底部的锥形处沉淀后可经第二储水池的底部排污管排出，上方较清澈的雨水经再利用水出口排出后再利用。
其中，所述水质在线监测模块可采用水质在线分析仪，水质在线分析仪的探头设置在靠近再利用水出口处，用于检测待利用的雨水的水质。
在另一个实施例中，所述节能建筑的雨水再利用系统还包括水位检测模块，其与所述数据采集模块电联，用于检测第二储水池中的水位，控制模块根据水位信息可计算得到第二储水池中的水量。同时，在所述第二储水池中设有搅拌装置。
本发明还提供了一种节能建筑的雨水再利用方法，使用所述的节能建筑的雨水再利用系统，包括如下步骤：
步骤一、通过水质在线监测模块检测收集的雨水中的pH、COD、BOD、氨氮、磷酸盐及TSS(总固体悬浮物)；并且根据检测到的COD、BOD、氨氮、磷酸盐及TSS计算得到收集的雨水的再利用指数。
其中，
Figure BDA0002081956710000051
式中，λ为经验参数，λ＝1.12～1.15；CCOD为雨水中的COD浓度，CCOD-0为设定的基准COD浓度；
Figure BDA0002081956710000052
为雨水中的BOD5浓度，
Figure BDA0002081956710000053
为设定的基准BOD5浓度；
Figure BDA0002081956710000054
为雨水中的氨氮浓度，
Figure BDA0002081956710000055
为设定的基准氨氮浓度；CP为雨水中的磷酸盐的浓度，CP-0为设定的基准磷酸盐浓度；CTSS为雨水中的TSS浓度，CTSS-0为设定的基准TSS浓度。上述浓度单位均为mg/L。
在另一个实施例中，设定CCOD-0＝60mg/L，
Figure BDA0002081956710000056
CP-0＝1.5mg/L，CTSS-0＝20mg/L。
步骤二、根据雨水的pH和雨水的再利用指数χ确定雨水再利用等级。之后使用人员可根据雨水再利用等级确定雨水的利用方式，以保证雨水再利用的安全性。
在本实施例中，在所述步骤二中，采用模糊控制方法确定雨水的再利用等级，包括：
分别将所述雨水的再利用指数和雨水的pH，以及雨水再利用程度转换为模糊论域中的量化等级；将所述雨水的再利用指数和雨水的pH输入模糊控制模型，雨水的再利用指数分为5个等级，雨水的pH分为5个等级；模糊控制模型输出为雨水再利用程度，将所述雨水再利用程度分为5个等级。
雨水的再利用指数χ和雨水的pH为输入变量，以雨水再利用程度(LY)为输出变量；如果雨水再利用程度(LY)达到或高于设定阈值，则判断雨水的再利用等级高，即雨水再利用的安全性较高，根据需要使用即可。在本实施例中，设定阈值为0.51。
雨水的再利用指数χ的论域为{0,0.4,0.54,0.63,0.72,0.8,1}，雨水的pH的论域为{4,5,5.7,6.3,6.9,7.5,8}，雨水再利用程度的论域为{0,0.4,0.54,0.63,0.72,0.8,1}。输入变量χ的模糊语言集为：N(小)，NM(较小)，M(中等)，ML(较大)，L(大)，输入变量pH的模糊语言集为：L(小)，LM(较小)，M(中等)，MH(较大)，H(大)，输出变量LY的模糊语言集为：S(低)，SM(较低)，M(中等)，MB(较高)，B(高)；χ与pH的量化因子分别为αχ＝1.0，αpH＝1.0。χ的隶属函数采用梯形隶属函数(如图2所示)，pH的隶属函数采用梯形隶属函数(如图3所示)；输出变量LY的隶属函数也采用梯形隶属函数(如图4所示)。
如表1所示，给出了雨水再利用程度的模糊逻辑控制模型的模糊控制规则，即用模糊语言描述控制器输入变量(χ与pH)与输出变量(LY)之间的关系。
表1模糊控制规则
Figure BDA0002081956710000061
Figure BDA0002081956710000071
如果雨水的再利用指数为“L”，雨水的pH为“H”，则雨水再利用等级为“B”，即雨水的再利用程度高；
如果雨水的再利用指数为“N”，雨水的pH为“L”，则雨水再利用等级为“S”，即雨水的再利用程度低；
如果雨水再利用等级为“S”或SM”，则雨水再利用等级低；如果雨水再利用等级为“B或MB”，则雨水再利用等级高；如果雨水再利用等级为“M”，该等级为雨水再利用等级阈值，如果雨水的水质稍有变化，则会形成雨水利用等级低或高的切换。
如果雨水利用等级高，则表示雨水的安全性好，能应用到可以应用雨水的所有范围，例如绿化灌溉、景观用水、冲洗厕所或冲洗马路等。如果雨水利用等级低，则表示雨水的安全性较差，能应用到的范围较小，一般仅限于对水质要求较低的领域，如冲洗马路。
在另一个实施例中，还包括当雨水的再利用等级为“S”时，向所述第二储水池中加入絮凝剂PAM溶液，通过搅拌装置搅拌，待反应完成后，再次获取水质参数，确定雨水的再利用等级；并且显示重新确定的雨水利用等级。
其中，加入絮凝剂PAM溶液的质量为：
Figure BDA0002081956710000072
式中，V为第二储水池中的水量，单位L；CPAM为PAM溶液的浓度；CCOD为雨水中的COD浓度，CCOD-0为设定的基准COD浓度；
Figure BDA0002081956710000073
为雨水中的BOD5浓度，
Figure BDA0002081956710000074
为设定的基准BOD5浓度；CTSS为雨水中的TSS浓度。上述浓度单位均为mg/L。作为进一步的优选，将PAM溶液的浓度配置成：CPAM＝800～1200mg/L。
可预先设定好CPAM并存储在控制器中，加药量由控制器计算，并在显示模块上显示絮凝剂添加量，之后由人工添加絮凝剂溶液，并控制搅拌器开启或关闭。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种节能建筑的雨水再利用方法，其特征在于，使用的节能建筑的雨水再利用系统，包括：
雨水收集装置，其用于收集并盛装雨水；
水质在线监测模块，其用于检测所述雨水收集装置中收集的雨水的水质；
数据采集模块，其用于采集所述水质在线检测模块检测到的水质信息；
控制模块，其接收所述数据采集模块传输的水质信息，并根据所述水质信息计算后输出雨水再利用等级；
显示模块，其与所述控制模块连接，用于显示所述雨水再利用等级；
所述雨水再利用方法包括如下步骤：
步骤一、通过水质在线监测模块检测收集的雨水中的pH、COD、BOD5、氨氮、磷酸盐及TSS；并且计算得到收集的雨水的再利用指数；
其中，所述雨水的再利用指数为：
Figure FDA0002457866590000011
式中，λ为经验参数，CCOD为雨水中的COD浓度，CCOD-0为设定的基准COD浓度；
Figure FDA0002457866590000012
为雨水中的BOD5浓度，
Figure FDA0002457866590000013
为设定的基准BOD5浓度；
Figure FDA0002457866590000014
为雨水中的氨氮浓度，
Figure FDA0002457866590000015
为设定的基准氨氮浓度；CP为雨水中的磷酸盐的浓度，CP-0为设定的基准磷酸盐浓度；CTSS为雨水中的TSS浓度，CTSS-0为设定的基准TSS浓度；
步骤二、根据雨水的pH和所述雨水的再利用指数确定雨水再利用等级；
在所述步骤二中，采用模糊控制方法确定雨水的再利用等级，包括：
分别将所述雨水的再利用指数和雨水的pH，以及雨水再利用程度转换为模糊论域中的量化等级；
将所述雨水的再利用指数和雨水的pH输入模糊控制模型，雨水的再利用指数分为5个等级，雨水的pH分为5个等级；
模糊控制模型输出为雨水再利用程度，将所述雨水再利用程度分为5个等级。
2.根据权利要求1所述的节能建筑的雨水再利用方法，其特征在于，所述雨水的再利用指数的论域为{0，1}，所述雨水的pH的论域为{4，8}，所述雨水再利用程度的论域为{0，1}，雨水再利用程度的阈值为0.51。
3.根据权利要求2所述的节能建筑的雨水再利用方法，其特征在于，所述雨水的再利用指数分为5个等级，模糊集为{N，NM，M，ML，L}；所述雨水的pH分为5个等级，模糊集为{L，LM，M，MH，H}；所述雨水再利用程度分为5个等级，模糊集为{S，SM，M，MB，B}；隶属函数均选用梯形隶属函数。
4.根据权利要求3所述的节能建筑的雨水再利用方法，其特征在于，所述模糊控制模型的控制规则为：
如果雨水的再利用指数为“L”，雨水的pH为“H”，则雨水再利用等级为“B”；
如果雨水的再利用指数为“N”，雨水的pH为“L”，则雨水再利用等级为“S”；
如果雨水再利用等级为“S”或“SM”，则雨水再利用等级低；如果雨水再利用等级为“B”或“MB”，则雨水再利用等级高；如果雨水再利用等级为“M”，该等级为雨水再利用等级阈值，如果雨水的水质稍有变化，则会形成雨水再利用等级低或高的切换。
5.根据权利要求4所述的节能建筑的雨水再利用方法，当雨水的再利用等级为“S”时，向所述雨水收集装置中加入PAM溶液，待反应完成后，再次获取水质参数，确定雨水的再利用等级；
其中，加入PAM溶液的质量为：
Figure FDA0002457866590000021
式中，V为第二储水池中的水量，CPAM为PAM溶液的浓度；CCOD为雨水中的COD浓度，CCOD-0为设定的基准COD浓度；
Figure FDA0002457866590000022
为雨水中的BOD5浓度，
Figure FDA0002457866590000023
为设定的基准BOD5浓度；CTSS为雨水中的TSS浓度。
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