家用新型节能饮水系统设计

丁艳　张辉

摘要：文章介绍了一种新型健康节能饮水系统的创新设计方案，将太阳能引入到家用日常饮水系统，作为饮水的预热热源，对净化后的自来水进行预热，提高饮水初温，并设计了具有三种水温的控制系统，可以控制出水的温度，具有冷水、温水和开水的出水选择，在饮水产品领域，具有一定的参考和推广价值。

关键词：节能环保；饮水机；太阳能；净水器；水温控制系统 文献标识码：A

中图分类号：TP274 文章编号：1009-2374（2017）05-0110-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.053

当今社会，国家大力提倡节能环保，社会倡导绿色、低碳、和谐、健康生活。我国的煤炭消耗在全世界的国家排名中居首位，而且在我国的能源消费中，煤炭的消耗又是最高的，煤炭的高占比消费对我国近几十年的飞跃发展起到了不可替代的作用，但是社会也越来越突显出环境污染严重和高能耗低效率的弊端。因此，大力发展新能源与可再生能源已成为我国21世纪发展国民经济和全面建设小康社会刻不容缓的重要任务。太阳能是一种可再生可持续利用的经济型清洁能源，如何充分利用太阳能一直倍受各界的高度关注。近年来，我国太阳能热水系统快速发展，已经广泛应用于各种住宅工程中，提高了人们的生活质量，降低了能源的消耗，同时也降低了污染物的排放。本文将从家用饮水系统切入，将太阳能引入日常生活饮水系统，介绍一种新型健康节能饮水系统的创新设计方案，在饮水产品研究领域，将具有一定的参考价值和推广价值。

1 系统介绍

家用新型节能饮水系统主要是将太阳能引入饮水系统，作为饮水的预热热源，提高饮水初温，节省了电能的消耗，同时也改变了传统的加热方式，实现无胆加热，即饮即热，极大地节省了反复加热时的能耗，同时也规避了“千滚水”的问题，并对出水温度进行控制，提供多种饮水温度，并利用出水冷却余热，加热厨房洗刷用水。该系统由净水器、太阳能保温箱、即热器、冷却器、加热器、制冷器、储水箱等装置组成。系统大致结构图如图1所示。

2 净水器的选择及工作原理

本系统的水源采用的是自来水，目前虽然自来水厂净化水的技术得到了很大的提高，但是还不能完全达到直接饮用的程度，而且经过太阳集热器加热后的饮用水也无法直接饮用，因此本文采用净水器装置，对水进行净化处理。考虑到温度对净水器的净化作用有一定影响，本文将净水器安装在太阳能热水器的前端，这样整个系统的净水效果最佳。

净水器采用5级净水装置。第1级为PP滤芯棉，能滤除水中大颗粒的杂质；第2级为颗粒活性炭滤芯，能去除水中异味、三氯甲烷其他的附产品；第3级为CTO压缩活性炭滤芯，能深度去除余氯、异色、细菌等杂质；第4级为超滤滤芯，过滤精度达0.01微米，深度滤除水中病毒、水中极微小的悬浮有毒有害物质，保留有益人体的矿物质微量元素；第5级为载银后置活性炭滤芯，通过银离子交换进行活性炭的微孔，彻底改变了传统吸附型产品不能分解有害气体、重金属离子，同时达到抑菌功能，以防再次污染。经过五级净化，能达到直接饮用的标准。

3 太阳能保温箱改造设计及工作原理

太阳光透过集热器的第1层玻璃外壳照射到第2层玻璃的黑色吸热层上，该吸热层是一种特殊的涂层，对太阳光中可见光具有很高的吸收作用，吸收太阳光的热量，而吸热层与第1层玻璃间又是真空隔热的，所以绝大部分吸收的热量只能传给吸热管内的冷水，将吸热管内的冷水加热为热水，由于冷水的比重大，热水就会自动上升，吸热管不断吸收热量，不断传递给吸热管内的冷水，从而形成一个循环的上升动力，将热水不断送入太阳能保温箱，而太阳能保温箱内温度相对较低的水也不断进入吸热管进行补充，如此循环，太阳能保温箱内的水不断加热。

本系统的创新点是将太阳能引入系统，来提高水的初温，把太阳能保温箱进行改造，根据传热学的知识，可以采用逆流、增大换热面积等方法来提高换热效果，因此本文在太阳能保温箱内安装螺旋盘管，增大换热面积进行换热。经过计算，该方案换热效果很好，可以提高水的初温，将太阳的保温箱进行改造，在保温箱中安置螺旋盘管，饮用水经过螺旋盘管与管外的热水进行换热达到提高初温的效果。

4 控制系统设计及工作原理

本系统的控制部分主要有冷水控制系统、温水控制系统和开水控制系统。饮水系统设置了冷水按钮（图1中的冷水图标）、温水按钮（图1中的温水图标）和开水按钮（图1中的开水图标），通过三个按钮选择不同的出水温度。

下面对其工作原理进行大致的介绍：

4.1 冷水控制系统

冷水控制系统：可以获取10℃冷水。

在炎热的夏季，人们通常想饮用冷水来解渴，此时只需要按下冷水按钮，便可得到一杯冷水。当按下冷水按钮，开关1打开，制冷器通电工作，同时进行温度检测，当水温达到10℃时，开关10自动打开，从出水口便可以流出10℃的冷水。

4.2 温水控制系统

温水控制系统：可获取40℃温水。

在多数情况下人们习惯饮用温水（人体适宜饮水温度为40℃），无论炎热的夏季还是寒冷的冬季，仅需按下温水按钮，便能得到一杯温水。当按下温水按钮，开关2和开关9便会自动打开，太阳能保温箱内具有一定温度的水便会流向含有开关3、开关5和开关4的管路，而此时按下的是温水开关，程序里已经规定好取温水控制系统中，开关4保持关闭状态，所以开关4不会产生误动作，在开关3和开关5处的水温检测传感器，会检测出管路中的水温，当温度高于40℃时，开关3和开关6便会自动打开，通过换热器将水的温度冷却到40℃左右，然后从出水口流出，而通过开关6流经换热器的冷却水也就同时被加热了，这样的水存储在储水箱中，可以作为厨房的洗刷用水；如果经过开关2的水温低于40℃，开关5将会自动开启，水便会进入加热器进行加热，当温度达到40℃时，开关8便会自动打开，从出水口也可获取40℃左右的温水。在获取40℃温水后，再次按下温水按钮，开关2、3、5、6、9便会关闭，出水口不再流水溫水。

4.3 开水控制系统

开水控制系统：获取100℃开水。

开水也不能离开人们的生活，当人们需要开水时，则可以按下开水开关，便可以得到一杯热腾腾的开水。当按下开水按钮，开关2和开关9便会自动打开，在太阳能保温箱内具有一定温度的水便会流向含有开关3、开关5以及开关4的管路，由于按下的是开水按钮，程序设定开关3和开关5一直处于关闭状态，此时开关4中的温度传感器便会检测水温，当温度低于100℃时，开关4便会打开，然后通过即热器进行加热，当水温达到100℃时，开关11便会打开，这样从出水口流出的就是具有100℃的开水，获取100℃开水之后，当再次按下开水按钮，便会使相关开关处于关闭状态，出水口不再流出100℃的开水。

5 结语

本文对以上方案进行了验证测试，本方案将太阳能热水器引入饮水系统，确实可以提高饮水的初温；系统中选用即热式加热方式，极大地节省了反复加热时的能耗，杜绝了“千滚水”的存在；通过相关的控制系统，实现了三种水温饮用水的输出；利用余热，实现了厨房洗刷用水进行适当加热。本设计方案具有一定实用价值与参考价值。

参考文献

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[2] 贺平.供热工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

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[4] 王高琛.新型节能健康饮水机设计[J].企业导报，2011，（9）.

[5] 贾艳婷.半导体制冷研究综述[J].制冷，2012，（1）.

作者简介：丁艳（1980-），女，江苏徐州人，中国矿业大学徐海学院讲师，硕士，研究方向：热能与动力工程专业方面的教学与研究。

（责任编辑：王 波）