一种平屋顶雨水收集利用设备的制作方法

本发明属于环境保护与资源综合利用技术领域，尤其涉及一种平屋顶雨水收集利用设备。

背景技术：

城市是水资源集中消耗的区域，同时也是生活污水、工业废水集中排放区域。随着城市化进程不断加快，城市人口不断增多，同时地表水污染，地下水超采现象普遍。近年来激烈的水资源供求矛盾使水资源高效利用的重要性更加凸显；而另一方面，气候变化下，城市雨岛效应愈加明显，特别是在汛期，短历时强降雨增多，城市内涝频发。如果能利用合理工程措施收集雨水资源，用于城市生活、生产，将是一举两得，化水灾害为水资源的举措。

现有的屋面雨水收集利用设施多数是在地面收集和处理雨水(见公开号为CN 204898777 U、CN 202370033 U、CN 202117109 U、CN 201209261 Y的专利)，这些屋面雨水利用装置都是通过集水管将屋面的雨水收集在布设于地面的集水池，这样的方案就损失了屋面雨水的重力势能，在地面利用雨水还需要用泵加压，增加成本。而考虑屋面雨水势能的现有雨水收集利用系统(见“一种公共建筑屋面雨水利用收集和储存装置”、公开号为CN 105735406 A的专利)是将雨水单元池与建筑物屋顶浇注为一体的整体结构，适用于新建建筑物，对于已经建成的建筑物改造难度较大，成本较高；另一种高层建筑屋面雨水雨能收集利用系统(公开号为CN 103215984 A)，其结构如图1所示,包括建筑屋顶的集水坡(01)，集水坡(01)的底部通过雨水管(02)与简易物化净化装置(03)相连,简易物化净化装置(03)通过连接孔(04)与储水箱(05)相通，储水箱的底部连接有用水管(06)，各用户单元的冲厕用水管(010)均连接至用水管(06)，用水管的上部还连接有传统供水管(09)，该系统未能实现初期雨水弃流(初期雨水受空气中悬浮颗粒，地面灰尘等污染严重，不能直接可利用，因此需要对初期雨水实行弃流处理)，收集的雨水水质没有保障；所述两种考虑屋面雨水势能的现有建筑物屋面雨水收集利用系统都是通过集水坡(用来收集雨水的坡面状屋顶，如图1中(01)所示)来收集雨水，设备的高度易高于建筑物女儿墙高度，其安全性和经济性较差。

综上所述，现有的可以实现建筑物屋面雨水收集利用，仍在存在以下问题：1)雨水收集以地面为主，缺乏屋面雨水重力势能开发措施；2)屋面集雨方式以坡面为主，装置对屋面环境要求较高，改造难度大，成本较高；3)缺乏考虑初期雨水弃流，实现水质分级的雨水利用措施。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足之处，提出一种平屋顶雨水收集利用设备，该雨水收集利用设备可加强城市雨水管控，降低城市内涝风险，提高城市雨水资源利用效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种平屋顶雨水收集利用设备，安装在平屋顶建筑物的屋顶处，其特征在于，该设备为底部封闭顶部开敞的箱体结构，箱体顶部与建筑物女儿墙顶部齐平，箱体内部通过隔离板将该箱体分隔为上下两层，下层为初期雨水箱、上层为收集雨水箱，上、下层通过隔离板中部的初期雨水集雨口连通，初期雨水通过该集雨口进入并充满初期雨水箱，其后干净雨水自动存储到收集雨水箱中；在初期雨水箱的底部设有与建筑物屋顶排水口相连的初期雨水排水口，在收集雨水箱的底部设有与建筑物内部卫生间冲厕上水管连通的取水口；在初期雨水箱排水口处设有初期雨水排水口开关，在收集雨水箱取水口处设有取水口开关。

本发明的特点及有益效果：

本发明是一种将屋面雨水转化为建筑物用水的设备，用于已建成的建筑物屋顶，布设更加灵活；本发明的整体高度不超过女儿墙高度，更加安全；本发明利用屋顶雨水的重力势能实现建筑物内冲厕、地面湿润等用途，更加节能、经济。此外，本发明将建筑物屋顶的降水就地滞留，一方面减轻城市雨水管网汇流压力，提高城市内涝防治标准；另一方面，实现了初期雨水弃流，后期干净雨水资源化利用，直接替代部分自来水，减缓城市水资源紧张问题，具有节水、节能、低碳、环保的特征。

附图说明

图1为现有高层建筑屋面雨水雨能收集利用系统(公开号CN 103215984 A)的结构示意图。

图2为实施例1的平屋顶雨水收集利用设备结构示意图；其中图2(a)为该设备的剖面示意图，图2(b)为该设备的平面示意图，图2(c)为图2(a)的局部放大示意图。

图3为实施例3的平屋顶雨水收集利用设备结构示意图；其中图3(a)为该设备的剖面示意图，图3(b)为该设备的平面示意图，图3(c)为图3(a)的局部放大示意图。

具体实施方式

本发明提出的一种平屋顶雨水收集利用设备结合附图和实施例详细说明如下：

实施例1

本实施例的平屋顶雨水收集利用设备结构如图2所示，该设备安装在平屋顶建筑物的屋顶6上，为底部封闭顶部开敞的箱体结构，该箱体底板与屋顶6连接、该箱体顶部与女儿墙7连接，所述箱体的形状与尺寸根据建筑物屋顶的形状与尺寸确定，该箱体内部通过带有坡度的隔离板将该箱体分隔为上下两层，下层是初期雨水箱1，上层是收集雨水箱2，上、下层通过隔离板中部的初期雨水集雨口3连通，初期雨水通过该集雨口进入初期雨水箱1，初期雨水充满初期雨水箱1后，干净雨水自动存储到收集雨水箱2中；收集雨水箱2的侧壁为倾斜侧壁，箱体呈倒梯形结构，考虑到设备基座的稳定性，收集雨水箱2底部尺寸较初期雨水箱1顶部尺寸小，因此在两水箱的侧壁连接处形成台阶，初期雨水箱1底部均与建筑物女儿墙7之间设有间距，该间距均根据建筑物屋顶排水口的位置确定，且保证初期雨水箱1底部不会覆盖建筑物屋顶排水口；在初期雨水箱1的底部设有与建筑物屋顶排水口相连的初期雨水排水口5，该排水口5处设有排水口开关5-1；在收集雨水箱2的底部设有与建筑物内部卫生间冲厕上水管连通的取水口4，该取水口4处装有取水口开关4-1，该开关为单向逆止开关，在收集雨水箱2内水压力下向外开启，水压力消失开关自动关闭。所述取水口4、初期雨水排水口5的具体安放位置视建筑物结构、建筑物屋顶排水口以及内部卫生间冲厕上水管位置确定；本实施例的取水口4、初期雨水排水口5均对称设置(图中仅示意出一侧的取水口及初期雨水排水口，另一侧未示意)。

本实施例的工作原理是：降雨初期，初期雨水在清洗收集雨水箱2后经由初期雨水集雨口3流入初期雨水箱1；待初期雨水箱1充满以后，干净的雨水将存留在收集雨水箱2内，通过取水口4将收集雨水箱2收集的干净雨水用于建筑物卫生间冲厕使用，由于该取水口位于收集雨水箱2的底部，保证更多的干净雨水从取水口4进入卫生间冲厕上水管；当收集雨水箱2中收集的干净雨水用完后，取水口开关4-1自动关闭，开启初期雨水排水口开关5-1，将初期雨水排尽，然后关闭初期雨水排水口开关5-1，等待下一场降雨，本设备进入新一轮工作。

本实施例设备的具体实现方式：

(1)选择被安装的建筑物：基于合理、可行、经济的要求，选择年平均降雨量在800mm以上、短历时强降雨多发、且降雨集中分布在汛期地区的建筑物，所选择建筑物的屋顶6为平屋顶，建筑物类型以公共服务建筑物为主，比如教学楼、博物馆等卫生间分布比较集中的建筑物。

(2)平屋顶雨水收集利用设备尺寸及材料的确定：根据建筑物屋顶6的形状、尺寸以及屋顶占用情况确定合理的雨水收集利用设备平面形状和尺寸，本发明的摆放独立于屋顶已布设好的水、电、暖专业设备；对于面积大于400m²或者屋面长短边之比大于2的建筑物屋面，可以采用多个本发明设备，相邻设备中间留检修通道，本发明设备的平面形状通常成方形，一般取建筑物短边尺寸作为本发明设备的边长；根据当地的降雨特征(如降雨历时、降雨量、降雨强度以及年内降雨量分布等)和大气中悬浮颗粒情况进行初期雨水实验，测定雨水水质达到城市杂用水水质标准时的降雨量(单位为mm)，将该降雨量作为初期雨水箱的最小深度，进一步的根据本设备的平面尺寸来确定初期雨水箱1的体积V₀，以保证初期雨水仅落入初期雨水箱1中，而后期的干净雨水被收集雨水箱2收集；根据当地的降雨特征、初期雨水箱的深度和建筑物女儿墙7的高度确定收集雨水箱2的深度，且收集雨水箱2的顶部与女儿墙7的顶部齐平；本发明设备的材料要求轻质、经济、耐风化、耐热、抗冻、无毒无害，确保收集的雨水无毒无害，干净。

本实施例所述平屋顶雨水收集利用设备提供的年供水量V通过下式计算：

$V=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(h_i-\frac{1000V_0}{S_0})\×S\×n,(h_i\>\frac{1000V_0}{S_0},V_0\>0)$

式中：h_i为有效降雨量，单位mm；n为年有效降雨次数；V₀为下层初期雨水蓄滞容积，单位m³；根据实际情况确定；S₀是所述初期雨水箱的面积，单位m³；S是所述收集雨水箱的平均面积，即其顶面和底面面积的平均值，单位m²。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上关于初期雨水排水口5的开关实现自动化开启关闭的改进。

安装用于实现初期雨水排水口5的开关自动化开启关闭的自动控制模块，该模块包括固定在靠近中隔板的收集雨水箱2外侧壁上的自动控制器5-2和位于取水口4附近的隔离板上的水位传感探头4-2(如图3(a)、(c)所示)，所述自动控制器5-2同时与水位传感探头4-2和初期雨水排水口开关5-1连接；当水位传感探头4-2检测到位于收集雨水箱2底部的取水口4没有水流过时，自动控制器5-2发出信号给初期雨水排水口开关5-1，该开关接到信号后开启，打开的时间设定为固定值，初期雨水排水口开关5-1打开的时间长度等于初期雨水箱1排尽初期雨水的时间。所述自动控制器、水位传感探头、初期雨水排水口开关均为常规器件。

实施例3

本实施例是在实施例1的基础上关于收集雨水箱2溢流问题的改进。

本实施例考虑到持续强降雨导致收集雨水箱2储水空间不足的问题，在收集雨水箱2顶部设置溢流孔8(如图3所示)，该溢流孔通过建筑物屋顶排水口与建筑物排水管连通，当收集雨水箱内的雨水超过收集雨水箱2的体积时自动从溢流孔8溢出，经建筑物排水管排走。

实施例4

本实施例是在实施例1的基础上关于收集雨水箱2雨水水质问题的改进。

本实施例考虑到建筑物内部用水水质要求，在收集雨水箱2的取水口4安放过滤净化单元4-3(如图3(a)、(c)中所示)，比如活性炭等，保证使用雨水的水质。

此外，还可将实施例2、3、4中区别于实施例1的各部件全部应用于实施例1中，形成一个最优方案；或者将实施例2、3、4中区别于实施例1的部件任意两者(实施例2中的自动控制器及水位传感探头需共同使用)组合应用于实施例1中，形成多个次优方案。