文/张晓梅1  刘艳辉2

摘  要：本文介绍了雨水收集与回用系统的基本概念，分析了智能化技术在其中的应用，重点阐述了对雨水收集及回用系统的设计，并提出了基于建筑类型、气候条件及用水需求的优化设计方法。研究表明，智能化雨水收集与回用系统可通过实时监控、数据分析与自动调节等功能，实现系统的高效运行与精确管理，提升了系统的节水效果，还能根据环境变化和建筑需求进行动态调整，促使其在现代城市建设中发挥出越来越重要的作用。

关键词：智能化雨水收集；回用系统设计；绿色建筑；应用

雨水收集与回用系统在全球范围内的应用逐步增多，尤其是在绿色建筑领域，成为建筑设计中重要的组成部分。绿色建筑注重节能、节水和环境保护，其目标是通过低碳、环保和可持续的设计理念减少对自然资源的消耗。而雨水收集与回用系统则是实现绿色建筑目标的重要手段之一，能够有效降低建筑用水量，减少对市政供水系统的依赖，从而减少能源消耗与运营成本。

1 智能化雨水收集与回用系统的基本概念

1.1 雨水收集与回用的定义

雨水收集与回用是通过一套设施和技术方法，从建筑物或地面上采集、储存、净化并回收利用，满足居民生活用水的需要,如景观灌溉、厕所冲洗、清洁等。雨水收集与回用，既可以节省传统水资源，又可以减轻城区的用水压力，提高水资源的利用率，促进可持续发展。

1.2 智能化技术概述及应用

智能化是将人工智能、物联网、大数据等现代技术的应用，将传感器和自动化控制等技术应用于雨水收集与回用系统中，可以对水资源进行智能化监测和管理。物联网技术使雨水收集与回用系统中的各个设备能够相互连接、实时数据交换，便于对系统状态进行远程监控与管理。例如，传感器可实时监测降水量、水质、水位等数据，并通过网络传输到中央控制系统，确保系统的实时响应与自动调节。

大数据是一种可以存储、处理和分析海量数据的技术。通过对雨水收集数据、气候变化趋势及建筑用水需求等进行大数据分析，实现对流域内水资源分配与利用的最优配置，预估未来用水量，继而提高水资源利用率。传感器是雨水收集与回用系统的核心组成部分，用于采集环境和系统的实时数据，并反馈给中央控制系统。基于这些数据，系统能够予以自动调整，确保系统运行的高效与稳定。在雨水收集与回用系统的运行过程中采用自动控制技术，实现了对泵站运行状态的自动开、关、流量调节、水质净化等功能，减少了人为干预，提升了系统的反应速率和精度。当储水池内的水位超过规定的数值时，该系统能自动停机。在发现不合格的情况下，其自动开启净化设备。

2 智能化雨水收集与回用系统的设计

2.1 雨水收集设计

（1）收集区域分析。屋顶是雨水收集的重要区域，特别是在具有面积较大和充沛雨量的高层建筑中。为此，屋顶的排水坡度、排水口的布局和排水系统的容量都应被考虑。在开展结构设计时，要结合建筑物的外形及气候条件，对其进行合理的配置。在平屋顶建筑中，为防止雨水聚集，宜在屋顶布置多处排水点。坡屋顶可以将雨水引入雨水流向收集系统。

院落或其他硬化地面同样是有效的雨水收集区域。特别是在城市中，大面积的硬化地面往往会增加径流量，因此，合理的雨水收集设计至关重要。设计时，需充分考虑到地面的排水坡度、雨水渗透的可行性以及收集点的分布。对于大型院落，可以设置集水沟或集水井，确保雨水能迅速收集并通过管道输送至储水设施。根据建筑所在区域的气候条件，设计时，应合理估算年降水量和降水的季节性。

（2）雨水管道与排水系统。雨水收集管道布局是影响系统效能的重要因素。为保证雨水顺利通过，不出现阻塞、倒流等情况，必须选择合适的管径及排水坡度。在进行管道布局时，要根据屋顶、院落等区域的大小及排水要求，对管道的数目及方向进行适当的布局。另外，管线的设计也要兼顾到建筑物的防水性和耐久性，选择适当的材料及管件，以防止管线的老化或渗漏问题。

为了实现系统的智能化管理，雨水管道系统应配备流量传感器和管道状态监测装置。这些传感器能够实时检测雨水流量和管道的工作状态，确保系统能够及时响应降水变化。智能系统还可以根据实时监测数据调整管道中的水流，避免管道过载或阻塞。

在大型雨水收集系统中，通过对阀门、泵站等设备的控制，使其能够自动调控水量，从而达到精确的排水调度。例如，在收集的雨水到达一定高度后，会自动开启排水管道，防止积水外溢，在降水量减少或地下水位降低的情况下，该系统能关闭排水管道，从而节省资源。

（3）预处理装置。预处理装置是保障雨水质量的首要环节。过滤装置是为了将雨水中较大的杂质排除在外，避免它们流入储水池中或者进一步处理系统。在设计中，要充分考虑到雨水中的颗粒尺寸及杂物类型，选用适当的滤器型号及材质，以确保高效过滤。

沉淀池用于进一步去除雨水中的沉积物和颗粒物。通过设计合适的沉淀时间和池容积，使得较重的固体物质在沉淀池中自然沉降，以提高水质。沉淀池通常与过滤装置联动，通过逐级净化，保证雨水达到基本的使用标准。

智能化水质监测系统利用多个传感器实时检测雨水的水质，对各种水质指标进行监控，通过对采集到的数据反馈，自动调整预处理设备的运行状况。该体系能保证雨水在流入储存或再利用管道之前达到排放要求，改善了雨水处理的效果和水质安全。

2.2 回用系统设计

（1） 用水需求分析。不同建筑的用水需求不同，回用系统需要根据建筑的用水类型来设计合理的分配策略。对于建筑周围的绿化带、花园和草坪等，可以用雨水进行灌溉，景观灌溉通常需要较大量的水，特别是在干旱季节。设计时，应考虑到植被的种类和季节性需求，合理评估灌溉的水量，优化回用水的分配。

冲厕作为建筑中非饮水需求的重要组成部分，水量稳定和可预测，将雨水应用于冲厕可以有效地降低建筑物内的供水消耗。该回收系统应该能准确地供应充足的用水，满足卫生间的用水需要。建筑的日常清洁也是雨水回用的重要领域。再利用的过程中，要保证水质达到要求，防止由于水的质量问题而造成的设备损伤和不卫生问题。

回用系统的设计需要评估不同用水点的需求。根据建筑内各类用水的比例，确定不同回用水源的优先级。通常，冲厕和清洁等用水对水质的要求较低，可以优先使用未经过深度净化的雨水，而景观灌溉则可以根据水质要求做适当净化处理。通过精确的用水需求分析，回用系统能够更加合理地调配雨水资源，避免浪费，并提高水的利用率。

（2）智能分配控制。要达到精准的雨水回用，必须在各用水节点和储水池中加装传感器，实时监测水质、水量及水质状况，从而达到精确的节水灌溉目的。通过对供水管网中各供水节点流量的动态调节，实现供水等环节的优化配置。每个重要部位都装有传感器，可以实时反馈水位、水质、流量等信息。比如，在储水池的水位下降时，可以启动其他供水设备进行补充。若水质未达标准，则该设备将中断给用户提供的水，并将其转换为备用水源。通过将各用水点与用水需求数据结合起来，实现对所需水量的自动调整。

系统根据水质和用水需求的不同设定优先级。例如，对于冲厕和清洁水质要求较低的用途，系统可以优先使用未经过深度净化的雨水。而对于景观灌溉等可能对水质要求较高的应用，则使用经过紫外线消毒或纳滤处理后的雨水。智能控制系统会自动判断和切换，确保回用水质符合标准且最大限度地满足各项需求。

智能分配系统还可结合实时监测数据精细调节水质。当系统检测到回用水水质符合要求时，则可将其直接分发至各个用水点；如果不合格，则该系统自动开启净化装置，采用紫外线消毒等技术，保证了饮用水的安全与可靠。该智能配控制系统除了能按照实际的用水需要来调整外，还能利用数据的分析，达到对故障的预警。

3 智能化雨水收集与回用系统在不同绿色建筑工程中的应用

在高层建筑中，雨水收集与回用系统设计主要关注雨水的有效收集与储存。考虑到高层建筑物的屋顶面积较大，因此，采用雨水收集系统进行集雨是一种很好的方法。采用智能化设计，实现了对降雨过程中的自动识别和实时调控，保证了雨水储存能力满足生活用水的需要。回收的雨水可用于景观灌溉、厕所冲洗、清洁等。同时，该系统还能够依据气象信息，合理调整雨水的收集与回用，从而达到防止过量采集和浪费的目的。在高层建筑的屋顶或外墙上，可以安装一条集雨收集管道，利用智能化管网及感应器对其进行实时监测，保证其回用的水质达到标准。

办公楼的雨水回用系统设计应根据楼宇的用水模式加以优化。办公楼的水需求主要集中在冲厕、清洁和景观灌溉等方面，智能化雨水回用系统能够根据实际用水需求调整水源的分配，通过传感器和自动控制设备实时调节雨水的回用量，并确保水质符合标准。办公楼一般都会安装一个智能的管理平台，以实时监测雨水收集和回用的工作情况，对资源实施最优配置，从而达到节水的目的，同时，还可以降低能源消耗。

由于城市中存在大量的公共设施，如景观灌溉、大量冲厕等，其雨水回用系统的设计需要灵活和多样性。智能化控制系统根据用水模式的不同动态调节雨水回用比例，并能对供水过程中的水质进行实时监控和调节，以保证水源安全。高度集成的雨水回用系统与智能监控相融合，可以利用物联网平台对其开展实时的数据分析和调度，从而达到最优的效果，降低能源消耗。

智能化雨水收集与回用系统通过精准的用水需求分析和自动化分配，可以达到对城市雨水资源的有效利用。在绿色建筑中，随着城市雨水回用技术的推广，城市用水的利用率得到了极大的提升。通过精确的调控和智能的管理，使其既能够解决建筑物对水的需要，又能够减少整个建筑物的总能量消耗，从而实现绿色建筑节能的目的。

4 结语

综上所述，智能化雨水收集与回用系统作为绿色建筑的重要组成部分，已经在提升建筑水资源利用效率、节能减排、改善环境质量等方面发挥了显著作用。通过将先进的物联网、大数据、传感器技术与雨水回用系统相结合，建筑不仅能高效收集和利用雨水资源，还能实现对建筑内水资源的智能化调度和实时监控，从而最大限度地节约水资源、降低能耗、减轻城市水系统负担，并改善周围生态环境。

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（作者单位：1山东沃能环保工程科技有限公司；2山东盛海市政园林工程有限公司）