基于虹吸原理的雨水与雪水四季集蓄系统的制作方法
【专利摘要】一种基于虹吸原理的雨水与雪水四季集蓄系统，属于给排水【技术领域】。其特征是该系统由虹吸式屋面雨水与雪水排放系统、自然循环式太阳能热水雪融系统和蓄水与利用系统组成。特征在于通过三通电磁阀将自然循环式太阳能热水系统与屋面排水管道内的内套管连通，基于热虹吸原理驱动内套热水管道中的热水循环，在太阳能的作用下循环热水将雪水排入地下蓄水箱内，同收集的雨水一样为日常生活所用。本发明的效果和益处是采用防涡漩雨水斗排放屋面雨水，利用热虹吸太阳能集热技术解决冬季雪水流经管道的防冻问题，同时在地下进行雨水和雪水的净化与回收利用，从而提高雨水和屋面积雪的利用率。
【专利说明】基于虹吸原理的雨水与雪水四季集蓄系统
【技术领域】
[0001]本发明属于给排水【技术领域】，涉及了一种虹吸式屋面雨水与雪水四季集蓄系统，特别是基于先进的虹吸式屋面排放系统，结合热虹吸原理和太阳能集热器，提出了雪水和雨水共用的防冻排放集蓄系统。
【背景技术】
[0002]雨水和雪水，作为一种宝贵的资源已经受到了世界各国的重视。然而我国建筑物仍然以传统的重力式屋面雨水排放系统为主，存在着横管与支管使用量大、屋面雨水载荷较高，不能有效地利用雨水和屋面积雪等问题，造成大量的水资源浪费和建筑物空间浪费。虹吸式屋面雨水排放系统已经在欧洲国家有着广泛的应用，但它只能用作冬季无降雪地区的雨水排放和收集系统，在冬季有降雪地区，雪水融化后流入管道易于结冰以至堵塞管道，并且不能有效地收集雪融积水。若能研制出一种雨水与雪水共用的防冻排放集蓄系统，使其在冬季也能有效地收集雪融积水，为建筑物提供杂用水，那么这种虹吸式屋面雨水集蓄系统将会在低温气候地区具有广泛的应用前景。
[0003]经检索发现:“一种虹吸式屋面雨水排水系统”(申请号:CN200620023192.9)公开了一种包括虹吸式雨水斗、尾管、水平集水管和立管的虹吸式屋面雨水排放系统。该系统利用建筑物与地面的高度差所产生的水头，经过计算来调节管道的配置，采用较少数量的虹吸式雨水斗和雨水立管等装置，使得施工安装过程对屋面开洞尺寸较小，从而降低对建筑系统的负面影响。该专利在春、夏、秋季可有效排放雨水，但在冬季不能有效地排放雪融积水。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种雪水与雨水共用的防冻排放集蓄系统，通过采用套管设计，当雪融积水流经雨水与雪水排放管道时将与来自于太阳能热水器的内管道热水进行换热，从而解决了管道的结冻问题，实现了雨水与雪水的四季高效集蓄。
[0005]本发明技术方案如下:
[0006]本发明提出的基于虹吸原理的雨水与雪水四季集蓄系统是由虹吸式屋面雨水与雪水排放系统A、自然循环式太阳能热水雪融系统B、蓄水与利用系统C三部分组成。虹吸式屋面雨水与雪水排放系统A由防涡漩雨水斗11、屋面雨水与雪水排放管道10、竖直雨水与雪水排放管道18依次连接，内套热水管道9置于屋面雨水与雪水排放管道10内组成；自然循环式太阳能热水雪融系统B由三通电磁阀6、热水器供水管道2、储热水箱1、上循环管道13、集热器3、下循环管道14、三通电磁阀4、热水器回水管道5依次连接。三通电磁阀6连接热水器供水管道2、内套热水管道9与室内热水供应管道7 ;三通电磁阀4连接热水器回水管道5、内套热水管道9与下循环管道14,同时自来水干线进口 8通过补水管道15与储热水箱I相连接；蓄水与利用系统C由竖直雨水与雪水排放管道18、雨水斗28、临时用水箱24、溢流管道20、地下雨水与雪水输送管道31、地下蓄水箱25、蓄水箱出水管道30、室内小型用水箱33依次连接，竖直雨水与雪水排放管道18通过雨水斗28、旁通管道21、旁通阀19与地下雨水与雪水输送管道31相连接。
[0007]所述屋面雨水与雪水排放系统A中包含内套热水管道9、屋面雨水与雪水排放管道10、快放阀16、防涡漩雨水斗11、竖直雨水与雪水排放管道18、雨水斗28。在春、夏、秋季的降雨时节，雨水流入嵌入屋面的防涡漩雨水斗11内，由于防涡漩雨水斗11内存在特别制作的反气旋强制挡板，能够极大的减少雨水流入管道所携带的空气量，在管道内形成负压，屋面雨水在管道内负压的抽吸作用下，以较高的流速通过竖直雨水与雪水排放管道18被排放到蓄水与利用系统C中。在冬季的降雪时节，屋面积雪融化后流入防涡漩雨水斗11内，由于雪水未能超过雨水斗一定深度，防涡漩雨水斗11与普通雨水斗的功能一样。内套热水管道9与屋面雨水与雪水排放管道10内的雪融积水间进行强迫对流换热，从而阻止了管道内的雪水结冰而引起的管道堵塞。为避免屋面雨水与雪水排放管道10因管内存水而冻裂，在屋面雨水与雪水排放管道10的一端设有快放阀16，可随时将管内存水放掉。
[0008]所述自然循环式太阳能热水雪融系统B中包含集热器3、上循环管道13、储热水箱
1、快放阀17、热水器供水管道2、三通电磁阀6、室内热水供应管道7、自来水干线进口 8、补水管道15、三通电磁阀4、热水器回水管道5、下循环管道14。太阳的辐射热被集热器3吸收，通过热传导将热量传送给集热器3内的水，加热后的水由于温度升高密度变小从上循环管道13进入储热水箱I的上部，与此同时，储热水箱底部的冷水因热胀冷缩密度变大由下循环管道14流入集热器3底部补充。用热水时，由自来水干线进口 8通过补水管道15向储热水箱I的底部补充冷水，将储热水箱I上层热水顶出使用。当室内需要用热水时，热水器供水管道2内的热水通过三通电磁阀6的a、c端流入室内热水供应管道7，补水时，自来水干线进口 8通过补水管道15向储热水箱I的底部输送冷水，储热水箱I底部的冷水通过三通电磁阀4的a、c端由下循环管道14向集热器3的底部输送冷水。在冬季化雪时，三通电磁阀6和三通电磁阀4都处于两通，热水器供水管道2内的热水通过三通电磁阀6的
a、b端流入内套热水管道9，经过闭式循环通过三通电磁阀4的b、c端流入集热器3的底部。自然循环式太阳能热水系统B不需要辅助能源，但是为了维持必要的热虹吸压头，并防止系统在夜间产生倒流现象，储热水箱I必须置于集热器3的上方。
[0009]所述蓄水与利用系统C中包含地面蓄水箱24、阀门12、溢流管道20、旁通管21、旁通阀19、截止阀22、排污阀26、地下雨水与雪水输送管道31、阀门23、地下蓄水箱25、溢流管道32、排污阀27、水泵29、蓄水箱出水管道30、室内小型用水箱33。在春、夏、秋季，收集的雨水经竖直雨水与雪水排放管道18、雨水斗28、阀门12流入地面蓄水箱24，再经地下雨水与雪水输送管道31流入地下蓄水箱25内。若地下蓄水箱25已满，雨水将储存在地面蓄水箱24内，多余的雨水将通过溢流管道20溢出；在冬季，收集的雪融积水将通过竖直雨水与雪水排放管道18、旁通管道21、地下雨水与雪水排放管道31流入地下蓄水箱25内，地下蓄水箱25多余的雪融积水将通过溢流管道32溢出。地下蓄水箱25内的水经过净化后将通过水泵29由蓄水箱出水管道30输送至室内小型用水箱33内。
[0010]本发明的效果和益处是:利用了国际上领先的虹吸式屋面雨水排放系统，有效地减少了横管与支管的使用量，提高了屋面雨水荷载较大时收集雨水的效率。采用自然循环式太阳能热水器作为热源，使系统能在冬季收集屋面雪水，雨水与雪水经收集、存储、过滤处理后，能供给小型住宅及别墅的生活用水，它符合时代发展的需要，节能、绿色、环保、二次利用，减少雨水的排放量，缓解城市排水系统的压力，同时也为用户减少水费支出。此外，若发生火灾等紧急情况，可以就近取水，更有利于防灾，减少损失。在较干旱地区与洪涝季节时间上明显的地域，雨水收集系统有利于减少雨水排放负担。经改进后，能够扩展应用于体育场馆、展览馆、大面积厂房等大型建筑物，应用前景十分广泛。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]附图1是基于虹吸原理的雨水与雪水四季集蓄系统的原理示意图。
[0012]附图2是蓄水与利用系统的原理示意图。
[0013]图中:1储热水箱；2热水器供水管道；3集热器；4三通电磁阀；5热水器回水管道；6三通电磁阀；7室内热水供应管道；8自来水干线进口 ；9内套热水管道；10屋面雨水与雪水排放管道；11防涡漩雨水斗；12阀门；13上循环管道；14下循环管道；15补水管道；16快放阀；17快放阀；18竖直雨水与雪水排放管道；19旁通阀；20溢流管道；21旁通管；22截止阀；23阀门；24地面蓄水箱；25地下蓄水箱；26排污阀；27排污阀；28雨水斗；29水泵；30蓄水箱出水管道；31地下雨水与雪水输送管道；32溢流管道；33室内小型用水箱；A虹吸式屋面雨水与雪水排放系统；B自然循环式太阳能热水雪融系统；C蓄水与利用系统。
【具体实施方式】
[0014]以下结合技术方案和附图，详细叙述本发明的【具体实施方式】。
[0015]降雨时节的工作方式:
[0016]雨水流入屋面的防涡漩雨水斗11内，由于防涡漩雨水斗11内存在特别制作的反气旋强制挡板，能够极大的减少雨水流入管道所携带的空气量，在管道内形成负压，屋面雨水在管道内负压的抽吸作用下，以较高的流速被排放到蓄水与利用系统C中。蓄水与利用系统C设置有地下蓄水箱25和地面蓄水箱24，雨水先后通过竖直雨水与雪水排放管道18、地面蓄水箱24、地下雨水与雪水输送管道23流入地下蓄水箱25内，地下蓄水箱25收集的雨水达到饱和后，雨水将通过竖直雨水与雪水排放管道18流入地面蓄水箱24内，多余的雨水将通过溢流管道20溢出。地下蓄水箱25收集的雨水经过净化后通过水泵29输送进室内小型用水箱33内，满足小型建筑物供水与用水的自给自足。地面蓄水箱24收集的雨水通过截止阀22供给房屋室外用水。
[0017]降雪时节的工作方式:
[0018]为了解决雪水流入管道而产生的结冻现象，将内套热水管道9套在屋面雨水与雪水收集管道10的内部，使得内套热水管道9内的热水与屋面雨水与雪水收集管道10内的雪融积水间进行强迫对流换热。阀门12和阀门23关闭，旁通阀19开启，使收集的雪水通过竖直雨水与雪水排放管道18、旁通管道21、地下雨水与雪水输送管道31直接流入地下蓄水箱25内，净化后的水将通过水泵29和蓄水箱出水管道30输送到室内小型用水箱32内。当室内需要用热水时，热水器供水管道2内的热水通过三通电磁阀6的a、c端流入室内热水供应管道7 ;化雪时，三通电磁阀6和三通电磁阀4都处于两通，热水器供水管道2内的热水通过三通电磁阀6的a、b端流入内套热水管道9，经过闭式循环通过三通电磁阀4的
b、c端流入集热器3的底部。
[0019]无降水时节的工作方式:[0020]自然循环式太阳能热水雪融系统B通过热水器供水管道2向室内输送热水，储热水箱I内的热水通过热水器供水管道2经三通电磁阀6的a、c端与室内热水供应管道7连通，自来水干线进口 8通过补水管道15向储热水箱I的底部输送冷水，储热水箱I内的冷水通过三通电磁阀4的a、c端由下循环管道14向集热器3的底部输送冷水。储存在蓄水与利用系统B中的雨水和雪水通过水泵29由蓄水箱出水管道30输送到室内小型用水箱33内。
【权利要求】
1.一种基于虹吸原理的雨水与雪水四季集蓄系统，其特征在于:所述系统由虹吸式屋面雨水与雪水排放系统A、自然循环式太阳能热水雪融系统B、蓄水与利用系统C三部分组成；虹吸式屋面雨水与雪水排放系统A由防涡漩雨水斗(11)、屋面雨水与雪水排放管道(10)、竖直雨水与雪水排放管道(18)依次连接，内套热水管道(9)置于屋面雨水与雪水排放管道(10)内组成；自然循环式太阳能热水雪融系统B由三通电磁阀(6)、热水器供水管道(2)、储热水箱(I)、上循环管道(13)、集热器(3)、下循环管道(14)、三通电磁阀(4)、热水器回水管道(5)依次连接；三通电磁阀(6)连接热水器供水管道(2)、内套热水管道(9)与室内热水供应管道(7);三通电磁阀(4)连接热水器回水管道(5)、内套热水管道(9)与下循环管道(14)，同时自来水干线进口(8)通过补水管道(15)与储热水箱(I)相连接；蓄水与利用系统C由竖直雨水与雪水排放管道(18)、雨水斗(28)、临时用水箱(24)、溢流管道(20)、地下雨水与雪水输送管道(31)、地下蓄水箱(25)、蓄水箱出水管道(30)、室内小型用水箱(33)依次连接，竖直雨水与雪水排放管道(18)可通过雨水斗(28)、旁通管道(21)、旁通阀(19)与地下雨水与雪水输送管道(31)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于虹吸原理的雨水与雪水四季集蓄系统，其特征在于:所述内套热水管道(9)与屋面雨水与雪水排放管道(10)水平段采用套管设计，内套热水管道(9)置于屋面雨水与雪水排放管道(10)内。
3.根据权利要求1和2所述的一种基于虹吸原理的雨水与雪水四季集蓄系统，其特征在于:在春、夏、秋季，防涡漩雨水斗(11)收集的雨水先流入屋面雨水与雪水排放管道(10)水平段的环形空间，而后进入竖直雨水与雪水排放管道(18)、雨水斗(28)、临时用水箱(24)、地下雨水与雪水输送管道(31)、流入地下蓄水箱(25)内；在冬季，防涡漩雨水斗(11)收集雪融积水先流入屋面雨水与雪水排放管道(10 )水平段的环形空间，再通过竖直雨水与雪水排放管道(18)、旁通管道(21)、旁通阀(19)、地下雨水与雪水输送管道(31)、流入地下蓄水箱(25)内。
4.根据权利要求1所述的一种基于虹吸原理的雨水与雪水四季集蓄系统，其特征在于:所述自然循环式太阳能热水雪融系统B中，热水自储热水箱(I)进入热水器供水管道(2 )经三通电磁阀(6 )再流入内套热水管道(9 )，内套热水管道(9 )内的热水向雨水与雪水排放管道(10)环形空间的雪水中释放热量后，再经三通电磁阀(4)进入下循环管道(14)、集热器(3)和上循环管道(13)流回储热水箱(1)，使得热水形成闭式循环。
【文档编号】E03B3/02GK103628632SQ201310564342
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】许豪伦, 王树刚, 孟南, 王继红, 吴加星 申请人:大连理工大学