高層建筑雨水收集利用系統
文章通過模型設計制作和理論計算分析，研究高樓雨水的收集方法和利用方式，設計出一套收集和利用高樓雨水的系統。結果表明：高樓雨水收集利用系統可以有效收集樓層表面的雨水，并將雨水的重力勢能通過水輪發電機轉換為電能，亦可對發電后的雨水再次收集，二次利用。在南方降雨充沛的地區廣泛應用此系統，可以充分利用雨水資源，節約電能和自來水，解決部分城市水資源短缺問題，并可以起到保護環境的作用。
我國人均可利用的淡水資源少，被聯合國列為世界13個貧水國家之一，水資源的供求矛盾已成為制約我國未來發展的重要因素，缺水已成為不爭的事實。收集和利用高樓雨水，不僅可以充分利用雨水資源，緩解我國的缺水問題，而且可以將雨水的重力勢能轉化為電能，節約電能資源，保護環境。
1 工作原理
將落在高樓樓頂的雨水收集后，使其集中落下，通過發電機將雨水的重力勢能轉為電能。發電后的雨水匯集到樓底的蓄水池中，可用作非生活用水。
2 系統概述
該系統主要由集雨裝置、過濾器、流通管道、水輪發電機、蓄電裝置、蓄水池等部分組成。雨水經過濾器匯集到集雨裝置中，當水位達到一定高度時，浮標式閥門開啟，雨水沖擊水輪發電機葉片發電，水位下降到一定高度時，閥門關閉，繼續蓄水。樓底有蓄水池，可將雨水收集，二次利用。
3 方案設計
3.1 集雨裝置
樓頂的地板在設計時都具有一定的斜度，以便雨水依靠重力流入排水管道，并且裝有多個排水管道分流。用水管將各個排水管道連接在一起，再連接一個大水箱，以便將雨水都匯集到水箱中。在水箱的底部連接流通管道，并在接口處安裝浮標式自動閥門。當水箱中的水位達到一定高度時，閥門開啟，雨水流入流通管道;當水箱中的水位低于一定高度時，閥門關閉，雨水匯集到水箱中。這種集雨裝置不僅能防止雨水較小時，流通管道中雨水流量小、不連續而影響發電效率，而且能防止雨水較大時，樓頂出現積水，損壞樓頂。
3.2 過濾
雨水過濾是使雨水通過濾料或多孔介質，以截留水中的懸浮物質，從而使雨水凈化的物理處理法?？梢圆捎帽砻孢^濾中的粗濾方法，利用篩網或類似的帶孔眼材料為過濾介質，截留的顆粒約在0.1mm以上，通過的介質很小，不會對水輪發電機造成損壞。過濾器的成本便宜，可在各排水管道的入口處加裝過濾器。
3.3 流通管道
流通管道可利用高樓原有的排水管道改造，將安裝水輪發電機的部分做成可拆卸的，便于發電機的安裝和維修，也應盡可能選擇內壁較光滑的水管，以減小雨水流下時受到的摩擦阻力，提高發電效率。
3.4 水輪發電機
根據物理知識可算得雨水自由下落15m時的速度約為17m/s，若流通管道的直徑為6cm，則根據流量公式：
式中：
可算得水輪發電機處的雨水流量為0.002m3/s，且水頭為15m，所以應選擇小流量高水頭水輪發電機。又因水輪發電機所需功率小、轉速低，因此可選擇額定功率為300W、額定轉速為300r/min的斜擊式單相永磁同步交流水輪發電機。水輪發電機在流通管道中每隔15m安裝一臺，以滿足水輪發電機的工作要求。
3.5 蓄電裝置
蓄電池具有可多次充電、放電，反復使用，壽命長等優點，所以本系統中選擇蓄電池作為蓄電裝置。根據不同類型蓄電池的特點，可以選擇固定型閥控密封式鉛酸蓄電池，其所需維護工作量極小，便于安裝，使用壽命5～8年，價格也便宜。若系統對直流電壓有要求，可將蓄電池串聯;若系統對總電量有要求，可將蓄電池并聯;若系統需要輸出交流電，可用逆變器變換。此外，也可將蓄電池與電壓感應開關連接，當蓄電池電壓小于某一值時，電壓感應開關便會將用電裝置轉換到普通供電線路上。
3.6 蓄水池
蓄水池設置在樓底，可將發電后的雨水再次收集起來，用來建設觀賞水景、澆灌花草樹木、沖刷路面等，這樣可以節約大量的自來水，有利環保。
4 理論分析
假設浙江省一座高60m、樓頂面積2000m2的高樓安裝有此系統，根據浙江省2010年平均年降水量1760.6mm，則該年此雨水收集系統在此樓匯集的雨水總質量、雨水總勢能和總發電量可以表示為：
式中：
經計算可得：m=3.52×106kg，E=2.07×109J，W=362kW·h，即該系統每年可節約自來水3520m3，可產生電能362kW·h。假設我國南方地區有1000座高樓安裝此系統，則每年可發電362000度，可節約自來水3520000m3。
5 實驗結果及數據分析
為驗證理論分析的正確性，通過模型對雨水發電部分進行了多次實驗，結果如表1所示：
由實驗結果可知，雨水發電的平均效率為53.04%，低于資料查到的70%。發電效率低，可能由于模型制造粗糙、小型發電機效率低等因素引起，成型產品可以達到70%的發電效率。
鋼筋混凝土蓄水池有哪些缺點
鋼筋混凝土蓄水池是以前雨水收集不發達時候采用的一種雨水收集方式，隨著科技的發展，現在有更新更環保的雨水收集材料，那么鋼筋混凝土蓄水池有哪些缺點?
劣勢一：如果使用鋼筋混凝土蓄水池進行雨水收集，因為施工工藝的復雜，再加上工序的眾多，需要經過支模、綁鋼筋、澆筑和養護等，所以導致施工工期長，還會造成施工受季節和天氣性影響比較大。
劣勢二：使用鋼筋混凝土蓄水池進行雨水收集，由于對結構和施工工藝要求多，因此對相關施工場地的條件也存有要求。
劣勢三：使用這種設備進行收集雨水，因為池面承受荷載比較低，所以也就造成無法二次利用情況的發生。
劣勢四：使用這種設備進行收集雨水，由于自重大所以就會造成容易產生不均勻沉降情況的發生。
劣勢五：使用這種設備進行收集雨水，還存有抗裂性差和容易產生滲漏的情況發生。
劣勢六：使用這種設備當混凝土結構產生破壞，如果再進行修復、加固和補強就比較困難了，很多時候發生這種情況后，往往會造成設備的不能再繼續使用。
劣勢七：使用這種設備還會造成材料廢棄后不能再進行回收，肯定對環境就造成了二次污染。
