文章通过模型设计制作和理论计算分析，研究高楼雨水的收集方法和利用方式，设计出一套收集和利用高楼雨水的系统。结果表明：高楼雨水收集利用系统可以有效收集楼层表面的雨水，并将雨水的重力势能通过水轮发电机转换为电能，亦可对发电后的雨水再次收集，二次利用。在南方降雨充沛的地区广泛应用此系统，可以充分利用雨水资源，节约电能和自来水，解决部分城市水资源短缺问题，并可以起到保护环境的作用。

　　我国人均可利用的淡水资源少，被联合国列为世界13个贫水国家之一，水资源的供求矛盾已成为制约我国未来发展的重要因素，缺水已成为不争的事实。收集和利用高楼雨水，不仅可以充分利用雨水资源，缓解我国的缺水问题，而且可以将雨水的重力势能转化为电能，节约电能资源，保护环境。

　　1 工作原理

　　将落在高楼楼顶的雨水收集后，使其集中落下，通过发电机将雨水的重力势能转为电能。发电后的雨水汇集到楼底的蓄水池中，可用作非生活用水。

　　2 系统概述

　　该系统主要由集雨装置、过滤器、流通管道、水轮发电机、蓄电装置、蓄水池等部分组成。雨水经过滤器汇集到集雨装置中，当水位达到一定高度时，浮标式阀门开启，雨水冲击水轮发电机叶片发电，水位下降到一定高度时，阀门关闭，继续蓄水。楼底有蓄水池，可将雨水收集，二次利用。

　　3 方案设计

　　3.1 集雨装置

　　楼顶的地板在设计时都具有一定的斜度，以便雨水依靠重力流入排水管道，并且装有多个排水管道分流。用水管将各个排水管道连接在一起，再连接一个大水箱，以便将雨水都汇集到水箱中。在水箱的底部连接流通管道，并在接口处安装浮标式自动阀门。当水箱中的水位达到一定高度时，阀门开启，雨水流入流通管道;当水箱中的水位低于一定高度时，阀门关闭，雨水汇集到水箱中。这种集雨装置不仅能防止雨水较小时，流通管道中雨水流量小、不连续而影响发电效率，而且能防止雨水较大时，楼顶出现积水，损坏楼顶。

　　3.2 过滤

　　雨水过滤是使雨水通过滤料或多孔介质，以截留水中的悬浮物质，从而使雨水净化的物理处理法。可以采用表面过滤中的粗滤方法，利用筛网或类似的带孔眼材料为过滤介质，截留的颗粒约在0.1mm以上，通过的介质很小，不会对水轮发电机造成损坏。过滤器的成本便宜，可在各排水管道的入口处加装过滤器。

　　3.3 流通管道

　　流通管道可利用高楼原有的排水管道改造，将安装水轮发电机的部分做成可拆卸的，便于发电机的安装和维修，也应尽可能选择内壁较光滑的水管，以减小雨水流下时受到的摩擦阻力，提高发电效率。

　　3.4 水轮发电机

　　根据物理知识可算得雨水自由下落15m时的速度约为17m/s，若流通管道的直径为6cm，则根据流量公式：

　　式中：

　　可算得水轮发电机处的雨水流量为0.002m3/s，且水头为15m，所以应选择小流量高水头水轮发电机。又因水轮发电机所需功率小、转速低，因此可选择额定功率为300W、额定转速为300r/min的斜击式单相永磁同步交流水轮发电机。水轮发电机在流通管道中每隔15m安装一台，以满足水轮发电机的工作要求。

　　3.5 蓄电装置

　　蓄电池具有可多次充电、放电，反复使用，寿命长等优点，所以本系统中选择蓄电池作为蓄电装置。根据不同类型蓄电池的特点，可以选择固定型阀控密封式铅酸蓄电池，其所需维护工作量极小，便于安装，使用寿命5～8年，价格也便宜。若系统对直流电压有要求，可将蓄电池串联;若系统对总电量有要求，可将蓄电池并联;若系统需要输出交流电，可用逆变器变换。此外，也可将蓄电池与电压感应开关连接，当蓄电池电压小于某一值时，电压感应开关便会将用电装置转换到普通供电线路上。

　　3.6 蓄水池

　　蓄水池设置在楼底，可将发电后的雨水再次收集起来，用来建设观赏水景、浇灌花草树木、冲刷路面等，这样可以节约大量的自来水，有利环保。

　　4 理论分析

　　假设浙江省一座高60m、楼顶面积2000m2的高楼安装有此系统，根据浙江省2010年平均年降水量1760.6mm，则该年此雨水收集系统在此楼汇集的雨水总质量、雨水总势能和总发电量可以表示为：

　　式中：

　　经计算可得：m=3.52×106kg，E=2.07×109J，W=362kW·h，即该系统每年可节约自来水3520m3，可产生电能362kW·h。假设我国南方地区有1000座高楼安装此系统，则每年可发电362000度，可节约自来水3520000m3。

　　5 实验结果及数据分析

　　为验证理论分析的正确性，通过模型对雨水发电部分进行了多次实验，结果如表1所示：

　　由实验结果可知，雨水发电的平均效率为53.04%，低于资料查到的70%。发电效率低，可能由于模型制造粗糙、小型发电机效率低等因素引起，成型产品可以达到70%的发电效率。

　　钢筋混凝土蓄水池有哪些缺点

　　钢筋混凝土蓄水池是以前雨水收集不发达时候采用的一种雨水收集方式，随着科技的发展，现在有更新更环保的雨水收集材料，那么钢筋混凝土蓄水池有哪些缺点?

　　劣势一：如果使用钢筋混凝土蓄水池进行雨水收集，因为施工工艺的复杂，再加上工序的众多，需要经过支模、绑钢筋、浇筑和养护等，所以导致施工工期长，还会造成施工受季节和天气性影响比较大。

　　劣势二：使用钢筋混凝土蓄水池进行雨水收集，由于对结构和施工工艺要求多，因此对相关施工场地的条件也存有要求。

　　劣势三：使用这种设备进行收集雨水，因为池面承受荷载比较低，所以也就造成无法二次利用情况的发生。

　　劣势四：使用这种设备进行收集雨水，由于自重大所以就会造成容易产生不均匀沉降情况的发生。

　　劣势五：使用这种设备进行收集雨水，还存有抗裂性差和容易产生渗漏的情况发生。

　　劣势六：使用这种设备当混凝土结构产生破坏，如果再进行修复、加固和补强就比较困难了，很多时候发生这种情况后，往往会造成设备的不能再继续使用。

　　劣势七：使用这种设备还会造成材料废弃后不能再进行回收，肯定对环境就造成了二次污染。