基于物联网下的冷凝回流节水激励平台的设计研究

基于物联网下的冷凝回流节水激励平台的设计研究

高璐雅

沈阳师范大学 邮编：110034

摘要：

随着经济的快速发展，人们的生活水平不断提高，人们对于生活享受方面的需求也随之升高。洗浴之前长时间的冷水流出给人们带来了不舒适感，也导致了大量水资源的浪费，而目前我们常用的三大热水器：电热水器、燃气热水器、太阳能热水器不能有效地解决这一现实难题。本文提出的基于物联网下的冷凝回流节水激励平台整合不同类型的传感器、计算机、数据库与多种控制器，可根据传感器进行管道内的冷凝水回流操作，保证了人们每次打开水龙头时都能立即流出热水，给人们带来极大的舒适感。

关键词：节水 冷凝回流 混水调温

1. 概述

随着城市化发展及人民生活水平提高，城市居民用水充足便捷，而乡村贫困人口用水困难。为针对这一现实回应社会痛点、践行可持续发展、乡村振兴等重要国家战略，基于物联网、大数据和单片机开发了一款冷凝回流节水激励平台，该系统通过实现热水管中残余冷水的回流回温，将出水装置与灯光等联动，使用手机即可控制出水温度、流速、灯光氛围等。从社会问题于民生细微之处出发，补充了现行市场中热水器使用体验感的不足，符合时代经济循环、绿色节约的发展理念，具有价格实惠、需求广泛、创新力度大等优势，拥有巨大的上升潜力与广泛的市场竞争力。

图 1 工作原理图

2.冷凝回流节水激励平台的项目情况调研

1、在整体规划方面，根据市场状况和自身产品特征进行了缜密的市场调研，制定了可操作性较强的发展战略规划和营销策略。清晰明确的认识该产品的定位与发展方向，并衍生至对项目公司的开发运行，有着周密的项目进度计划与总体战略。

2、在市场价值方面，基于社会现实情况与国情下整体战略方针关注点应时而动，将产品定位至缓解水资源危机，助力循环经济、乡村振兴等发展格局下实现产品的设计驱动，逐步完成研发。在这一使命基础上，保证产品精准投入实现一流输出，前期工作中不断进行市场渗透以期扩大产品规模，对现行竞争状况契机与行业市场潜力进行调查分析，发现该项目的市场份额优势与巨大需求来源，因此有着明确的受众指引。[1]

3、在实践创新方面，此系统存在着独特的创新优势和发展机遇。该项目联系国家政策扶持优势并接入物联网、大数据、互联网＋等高频度创新点，以高效节能，多功能易操作等现实优势带给用户更为舒适的用水体验，且能有效减少水资源浪费，减缓国家用水压力，研发使用成本低廉，适宜广泛投入市场使用。目前该系统技术为国内首创，生产成果保护措施完善，安全性能可靠。[2]

4、在产品情况方面，可以摆脱对大功率、高能耗即热式执水器的依赖，补足了传统热水器的短板，也避免了极高的置换成本。打开水龙头便能流出热水，无需等待，即开即热，不间断热水给予用户最舒适的体验。联动APP以及后端数据库能对用户常用水温进行分析处理，自动记忆水温喜好习惯，操作简单易懂，使用设备普遍，经分析易于落地实施。

3.冷凝回流节水激励平台的功能

功能1：冷凝回流功能。首先，通过单片机判断各个开关是否关闭；其次通过单片机以及温感器对管道内的水温进行检测，水温低于设定值时；打开增压装置。对管道内的水流进行增压，使各个管道内的冷凝水通过回水管回流与水箱入水管内水流汇合。达到节约水资源、减少管道内冷水量和减少等待时间的作用；增加人们的舒适感。

功能2：混水调温功能。通过冷凝回流节水激励平台内的混水调温阀对内部流通的水流进行手动温度调节，可以根据不同需求对不同管道内的水温进行调节。

功能3：水垢处理功能。在冷凝回流系统内的个混水调温阀处加装三层过滤装置，此装置便于取出与清洗，且过滤效果极强。

功能4：预约系统。把App推给公共浴室这类地方，可以在App上预订到洗浴中心的时间、具体的洗浴位置。[7]

功能5：记忆功能、私人订制。根据目标用户进行修改，如果目标客户是家庭的话，可以加入指纹锁，利用指纹锁的指纹判断功能，来解决不同家庭成员对洗浴灯光、语音及温度的不同需求。同时，对于不同家庭成员的需求问题，通过时间大数据控制原理，对人们所需求的水温进行记录，以达到人们所需要的最舒适的水的温度。

功能6：语音控制。可以对智能热水器语音进行控制，可以利用App上的开关关闭全屋除洗手间和阳台灯光以外的灯光，以达到节能减排的目的。

4.冷凝回流装置的工作系统

基于物联网下的冷凝回流节水激励平台是一款多功能冷凝回流系统，通过冷凝回流模块、远程控制模块和混水调温模块三大模块的支持，解决了热水管道中残留的冷水问题，节约大量水资源的同时提升用户体验。基于物联网技术下的App将智能终端与热水器、水龙头和浴室灯光等联动，实现系统功能的多样化。该系统由冷凝回流系统、混水调温系统、水垢处理系统和私人定制系统四大系统之间既独立又相互联动的配合，实现整个平台的协调运行。[8]

4.1冷凝回流系统

冷凝回流系统最先对水位进行监测：当小于某一最低限度时，自动上水；之后在确保水位监测满足标准后，通过单片机确定所有开关的闭合程度，此时所有开关必须闭合；接着，通过单片机以及温感器对管道内的水温进行检测，水温低于设定值时；打开增压装置，对管道内的水流进行增压，使各个管道内冷凝水通过回水管回流与水箱入水管内水流汇合。

[3]

4.2混水调温系统

通过冷凝回流装置内的混水调温阀对内部流通的水流进行手动温度调节，亦可通过手机进行“智能家居”的个性化调节，同时可以根据不同需求对不同管道内的水温进行调节。[9]

图 2 冷凝回流与混水调温工作流程图

4.3水垢处理系统

由于水垢的存在与长时间堆积，会造成水管内直径变短、缩短水管寿命等一系列安全隐患，因而在热水箱内冷凝回流装置内的混水调温阀处加装三层过滤装置显得尤为必要。水垢处理装置加装在混水调温阀处，更便于取出与清洗，有效保证水质、延长装置使用寿命。

4.4私人定制系统

追求私人化的贴心服务是当代人的一大生活偏好，有鉴于此，私人定制系统针对每位用户的使用习惯和喜好进行功能设置，为家庭用户设置指纹锁，系统利用指纹锁的指纹判断功能，来解决不同家庭成员对洗浴灯光、语音及温度的不同需求。同时，对于不同家庭成员的需求不同的问题，通过时间大数据控制原理，对家庭成员所需求的水温进行记录，以达到人们所需要的最舒适的水的温度。

5.冷凝回流节水激励平台的设计

5.1理论设计

目前在家庭中洗漱洗浴操作鲜有与互联网相连接进行远程操控技术，等候热水器烧水洗澡、使用前需预排放水管中的冷水、洗浴完忘记关水等问题成为家庭洗浴中的常见难题。5G时代的到来，加速了“智能化家具”的普及，传统居家方式应该主动作为，积极向更加人性化、智能化的居家新模式靠拢。冷凝回流节水激励平台利用物联网技术，结合智能化的结构设计，力图为用户打造更加节能环保、舒适便捷的生活方式。[6]

洗漱洗浴操作用水前需要自行调节合适的温度，以每年度每单个家庭为基准来看，每年都会造成大量的水资源流失、财产浪费，因此实现管道内水循环，调节水温是衡量回流系统质量的关键。我国目前电热水器、电热水龙头等种类繁多，传统自主研发热水器等系统不仅成本高，也缺乏品牌效应，因此缩短管道内水流途径为首选。冷凝回流装置能够运用移动端控制回流操作，实现远程操控，让热水器更加智能，节约用水时间。同时每次使用冷凝回流装置结束后均保存水温数据，分析偏好，为下一次使用提供智能化建议。[4]

5.2结构设计

传统用水操作必须由使用者亲自按下开始或者选择温度键，虽然操作简单，但用时相对较长，初使水温仍然不符合人员设定，同时水资源浪费也不可避免。冷凝回流节水激励平台的结构分块明确，测温、操控、传导三个模块并行运作，相辅相成。

测温部分首先满足了人员远程调控的需要，其次也能将温度数值反馈至操控系统中，保证用户接收到目前信息且可以使用移动端对之进行调试与数值设定，确保温度的精确与初出水温度波动范围的正确性。在用水之前及用水前期，规避了人员必须到场的局限性，优化了时间统筹。而进一步控制与洗漱洗浴相关家用电器的智能操作也将会是未来重点研究开发的内容之一。[5]

5.3容积设计

首先就家庭而言，洗浴操作通常因人而异，并且每一位人员用水量波动不会过大；至于洗漱、洗碗等小规模用水操作，用水量较小并且温度不至于过高。对于上述两种方式用户有着不同的储水度需求，在容积设计方面设计贴合用户实际需求的用水量，水温与记忆功能；对于温度概念不敏感的人员，基于性别、用途，需求量等参数可以在移动端给出评价解析说明。因此对于上述情况，洗浴用途预计划提供150m³储水度，洗漱洗碗等小规模用水预计划提供20m³储水度。

5.4材料设计

考虑冷凝回流节水激励平台定位与放置问题，所采用的材料须具有保温效果好，不易随温度与湿度变质、弹性形变系数小、系统板受热不易分解等特点。因此，冷凝回流节水激励平台装置可以选择热固性塑料、铝热合金、安全可用性塑料组装回流装置。另外，冷凝回流装置可以选取LCD高亮屏幕，组成介于移动端与传统调温面板的第三方操作环境。

6.冷凝回流节水激励平台的实用价值

首先，在水资源日益紧缺的情况下，倡导绿色节能的生活方式成为潮流的大势所趋。冷凝回流节水激励平台能够将输水管前端的冷水充分利用起来，实现自动循环、输送加热，在千万个家庭端口日用的热水器管道中实现水资源的循环利用，真正从点滴中践行节约环保的生活理念，符合当代人绿色环保的生活方式，也有利于缓解我国目前水资源短缺的情况。

其次，冷凝回流节水激励平台可以实现混水调温，达到即开即热的效果。加装冷凝回流装置后，输水管前端的冷水会自动循环至热水箱中重新加热，即开即热，无需等待，节约人们的用水时间，优化用户的用水体验。变频恒温和大数据记忆功能会使装置给予每位家庭成员最习惯、最适宜的体感，给使用者四季随温感的享受。

最后，通过App与系统的智能互联，用户可在智能终端轻松实现预约、温控、灯控等功能，符合现代人们生活追求智能化、便捷化的生活方式，和注重“快节奏、慢体验”的生活态度，给使用者以最舒适贴心的生活体验。

7.总结

本文的设计是在水资源问题严重的背景下，同时针对智能家居的发展趋势，结合智能温控循环技术与物联网技术，设计开发出的一款热水器管道冷凝回流的的节水激励平台，通过冷凝回流和智能温控的技术，实现水管内的水资源的重复循环利用，在生活的点滴中节约水资源，为社会贡献力量。同时基于物联网技术设计开发了App，能极大地提升用户的用水体验。从国家对节能环保型产业的政策支持，以及居民追求绿色节能型生活理念的趋势来看，人水共生、水润民心--基于物联网下的冷凝回流节水激励平台市场前景十分广阔。

参考文献：

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[2]孙丽梅. 农田水利灌溉问题及节水措施分析[J]. 世界热带农业信息, 2023(03): 29-31.

[3]马柏松,庄亚平,郄卫青. AP1000冷凝回流相关设计优化简介[J]. 核动力工程, 2020,41(05): 79-83.

[4]田茂林,王瑞英,田文喜,苏光辉. AP1000安全壳内蒸汽冷凝回流对严重事故进程的影响.               第十六届全国反应堆热工流体学术会议暨中核核反应堆热工水力技术重点实验室2019年学术年会

[5]陆伟. 热水器技术发展趋势[J]. 家用电器,84.

[6]陈常山,段华,刘毅. 快热储水一体式电热水器因电子线路故障可能导致的安全隐患及改进方法[J].家电科技,2013,(05):58-59.

[7]李维娜. 基于大数据的App漏洞分析与挖掘[J].网络安全和信息化,2022,(12)：111-116.

[8]李长军,李明洋,郝在盛,苑得鑫. 基于物联网技术的智能饮水提醒系统设计及实现[J].,2022,12(12):96-97+100.

[9]王帆,樊斌,姚庆香. 一种数字控温混水装置的研究[J].数字技术与应用2017,(06)：120+124.