红外线感应节水装置效果分析

陈　龙，陈朝大，邓禧龙，唐国豪（.广东环境保护工程职业学院，佛山　586；.广东技术师范学院天河学院，广州　50540）



红外线感应节水装置效果分析

陈龙1，陈朝大2，邓禧龙1，唐国豪1
（1.广东环境保护工程职业学院，佛山528216；2.广东技术师范学院天河学院，广州510540）

通过智能自动化技术来进行节水是今后节能的措施。以发展中国家普遍存在的沟槽式公厕为对象，通过红外感应设备来控制沟槽式小便池放水，达到节水节能的目的。设计以热释电红外传感器为主，辅以电磁水阀，实现精确的自动冲水控制。装置具有灵敏度高、可靠性强、智能化、人性化等特点。

红外感应；节水；节能

1　节约用水的意义

水作为人类赖以生存的最宝贵的资源，是生命之源。随着人口急剧增长，全世界耗水量迅猛增加，加上工业现代化进程中对自然环境带来的严重水污染，淡水资源日益紧缺。

水短缺不仅成为许多国家经济发展的严重障碍，也严重威胁到人类的生活、健康。中国是世界上最缺水的国家之一，人均水资源占有量不到世界平均水平的25%，增强节水意识，提高节水效率，显得尤为紧迫。但现实状况是，水资源的浪费相当严重。在南方地区生活用水的大手大脚现象，十分普遍。有人计算过，如果不把水龙头关紧，仅仅流出像火柴棒那样细的水流，一昼夜就浪费了432L水。冲凉洗澡擦沐浴露时不关掉淋浴花洒，洗一次澡要浪费60L水。洗菜时不用盆接水洗，而是开着水龙头冲，一顿饭则要浪费100L水［1］。可见，节约用水人人有责、意义重大。

2　设计方案

节能并不是不用能源，或简单地少用能源，而是善用能源，巧用能源。生活中有许多节水的妙招，比如：洗菜、淘米的水再浇花、浇草、浇树；洗过衣服的水再冲拖把、卫生间等。本设计主要通过技术创新、设备结构改造，采用新工艺、新技术等方法，直接减少水资源的消耗。

红外线自动感应节水装置水阀开关的控制，是基于红外线技术的自动感应控制电路，当有人进入感应区范围时，专用传感器就会探测到人体红外光谱的变化，自动打开水阀，人不离开感应范围，将持续接通；人离开后，延时自动关闭水阀。从而实现“人到水通，人离水停”的性能。亲切方便，安全节能，更显示出人性化关怀。

3　工作原理

3.1红外线及其特性

红外线也称红外光或红外辐射，是位于可见光中红光以外的光线，故称为红外线。它是一种人眼看不见的电磁波，它的波长范围大致在0.75～1000μm之间。自然界中，任何高于-273K绝对温度的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的，而且辐射能量的大小与物体表面的温度有关。人体的恒定体温一般在37℃左右，会发出10mm左右特定波长的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的红外线而进行工作的［2］。

红外线的特性有：

（1）具有可见光的一切特性（直线前进、折射定律、反射定律、干涉、衍射和偏振）。

（2）具有光热效应，能辐射热量，且物体温度越高红外辐射就越多，故可利用红外辐射测物体温度。

（3）红外光在介质中传播时，由于介质的吸收和散射作用而被衰减，介质的吸收红外光是有选择性的。

3.2红外探测器的类型及选择

（1）光敏红外探测器

光电磁型探测器：利用某些材料的光电磁效应（光生载流子的扩散运动在磁场作用下产生偏转的一种物理效应）工作。

（2）热敏红外探测器

热敏探测器的响应速度较低，响应时间较长，但具有宽广的、比较平坦的光谱响应。

热释电效应是指当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，由于热变化而产生的电极化现象［3］。

主要应用有：①探测人体用的红外传感器用于防盗报警、来客告知及非接触开关等。②供测温使用的热释电红外传感器，其测温范围可达-80～1500℃。

采用红外传感器BISS0001芯片作为控制核心的热释电红外无线感应器应用电路如图1所示。该电路通过热释电红外传感器感应人体红外的存在，把人体红外信号输入到BISS0001芯片，芯片通过对红外传感器的电信号的处理，输出控制电平信号，从而驱动电磁继电器开关的通断［4］。

图1　应用电路

热释电红外传感器以其价格低廉、技术性能稳定的特点，受到专业人士和广大用户的欢迎。热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。

本文以热释电红外线传感器用于公共卫生间男小便节水器控制电路为例介绍其应用。

4　节水装置组成及效果

4.1节水装置的组成

图2是欧普微功耗红外线人体感应开关 （AC220V），型号：OP-18，价格28元一个。它的特点有：①全自动感应：人到则打开，人走自动延时关闭；②自动延时：开关安装正常后，人进入感应范围自动打开，人在开关感应范围内活动则一直接通，若人静止不动或离开则按最后一次活动计算延时，延时到设定时间自动关闭；③感应范围：圆锥角≤130°，距离≤10m；④静态功耗：0.01W。

图2　红外线人体感应开关

图3为宏鑫牌高品质电磁阀水阀 （AC220V），型号2W160-15（4分），价格48元一个。

交往过程中的游戏习作，生生互动，师生互动，能调动学生习作积极性，增强习作兴趣，提高习作质量。老师在游戏前注重方法指导，关注游戏后的总结，学生的习作水平定会提升。

图3　电磁阀水阀

图4是红外线自动感应节水装置的制作实物图，皮管8 元1m，导线加插头14元，装置成本大概98元。

图4　制作实物

4.2节水量的分析

现在的沟槽式冲水公厕几乎是白天12h不间断的用自来水冲洗，造成了水资源的严重浪费。

流体在单位时间内通过管道某一横断面的体积或重量称为流量。用容积表示流量单位是L/S或m3/h。流量的计算公式为：

M=3600·u·A（2gP）1/2。

式中：M——体积流量，单位是m3/h；

u——水流系数，取0.6；

A——水流出横截面积，单位是m2；

g——重力加速度9.8m/s；

P——水压力，单位为MPa。

以一个沟槽式公厕为例，假设水管内径为15mm，市政给水压力为0.3MPa。

钢管截面积为：0.015×0.015×3.1416÷4＝0.0001767（m2）水管1h的水流量：

M＝3600×0.6×0.0001767×（2×9.8×0.3）1/2＝0.925（m3/h）

水管一年水流量，以1d白天时间12h计算：

0.925（m3/h）×12（h）×30（d）×12（月）＝3996（m3/年）

也就是说，仅仅一个沟槽式小便池一年浪费的水量就有3996t。

现在市政自来水公司供水的一次供水费2.56元，二次供水费0.50元左右，我们假定1t水的平均供水费用为3元。一个沟槽式公厕一年的水费为S=3996（m3/年）×3（元/m3）=11988元。

已知某大型医院有沟槽式公厕10个，那么每年需要支付的水费：10×11988＝119880元，安装沟槽式红外自动感应节水器后，按平均节水率75%计算，一年可以节约水费开支：119880×75%＝89910元，不仅可以让沟槽式公厕降低水的浪费，还能大大减少用水成本。

4.3功能特点

节水装置具有体积小、能耗小、使用方便、工作稳定可靠、零风险、回报高等特点。

（1）方便节水：红外线自动感应节水装置使用后冲 8s左右，节水效果能达到75%以上。

（2）省电节能：传感器通过人体红外线识别感应原理，感应人体热量来控制开关，减少了无效电能的损耗，采用先进成熟的集成电路高倍节能，年耗电3度左右，节能效果好。

（3）自动调节：冲洗完全由感应器自动完成、无需人为操作。

（4）安装简便：安装方法简单，非专业人员也可以进行安装。

5　结束语

红外线感应自动化节水装置可应用于医院、车站、商场、高速服务区等公共场所的感应水龙头、医用洗手器、节水型沐浴器、感应小便斗冲水器、厕所感应大便器等。面对自然生态环境的恶化，珍惜自然资源，节水节电节气，节约使用一切资源和能源，应当成为人们生活的习惯。

［1］江曾培.节约三题［J］.东方剑，2004（11）：11.

［2］艾礼貌.浅谈热释电红外传感器报警系统［J］.中国科技财富，2009 （4）：10.

［3］邢 军，周 岚，刘小兰.人体感应节能插座的研究与设计［J］.山西电子技术，2011（2）：48，74.

［4］陈 龙，张志达.基于热释电模块的单片机报警系统的设计［J］.科技信息，2012（32）：301～302.

陈 龙（1983-），男，江西赣州人，讲师，研究方向为电气自动化、节能工程技术。

TN219

A

2095-2066（2016）13-0004-02

①2014年度广东省高等教育教学改革项目（项目编号：GDJG20142570）学科竞赛对创新人才培养的实践与研究。②广东环境保护工程职业学院2015年院长基金“节能工程技术”配套项目（2015YZPT4）。

2016-4-20