国际部研究性学习项目,家用智能水循环系统

2016年，广西师范大学附属外国语学校与美国布鲁姆高中缔结姊妹学校，国际部学生顺利注册美国布鲁姆高中学籍，享受原版美国高中课程教育资源。同时，国际部正式成立“科学工程部”，引导学生进行研究性学习及培养创新思维训练。在各项研究性学习项目中，高三年级黄橙橙同学脱颖而出，提出“家用智能水循环系统”的设想，她的设想得到科学工程部的Ibrahim Castanos老师的认同。就这样，每天的课余时间，黄橙橙和她的队友张九思（同班同学），来到国际部科学工程实验室，在Ibrahim老师的指导下，一起进行“家用智能水循环系统”项目的研究性学习。

家用智能水循环系统设想的提出

水资源匮乏是我国面临的一个严峻问题，全国年缺水总量为300亿～400亿立方米，我国的人均水资源量只有2300立方米，仅为世界平均水平的1/4。然而，在各大小城市中，居民区的水资源使用率并不高，例如，洗浴、洗手、洗菜等自来水资源没有进行二次利用，浪费水资源。并且，坐便器普遍直接使用自来水冲刷。

如何提高家用水资源的二次利用率？黄橙橙同学认为，设计一款简单、便捷的水资源循环系统，让人们在节约水资源的行动中更轻松更省心，才能有效地提高家用水资源的再次利用率。

家用智能水循环系统简介

在Ibrahim、陆建平和周晓庆三位名师的指导下，黄橙橙同学设计的智能水循环系统等同于小型的家庭中水系统，通过储存淋浴房里洗澡水，利用水管内空气压力使储存的水直接供给坐便器使用，较好地解决了二次用水冲洗厕所问题。

以具体前景分析来看， 在节能方面，智能水循环系统直接联接于自来水供水管网上，可充分运用自来水管网原有压力。在节水方面，由于智能水循环系统设备选用的是全封闭系统，节省了守时清洗水池、水箱而构成的水资源的浪费。以深远意义来看，智能水循环系统能够鼓励国人运用类似的方法将洗衣机水和洗菜水用来冲厕所。这能够提高国人节约用水的意识并且参与到绿色生活方式的活动中。

家用智能水循环系统的实现方式

整个智能水循环系统是封闭的。水泵先将干净蓄水舱内的水压入压力舱内，压力舱再利用液压气动将水压入淋浴、洗手系统，（同时使用单向阀防止水倒流）。通过淋浴、洗手系统的水被集水器收集起来。另外一个水泵再将集水器内的水压入另一个小型压力舱，再用同样的液压气动方法将二次水压入坐便器的冲厕系统内。

家用智能水循环系统科学原理

水泵、压力舱、水流、单向阀、电磁阀、PVC管、PVC胶水、聚四氟乙烯、断路开关、数据线、图形界面、编程语言、变量、模拟、并行端口、十进制数、二进制数、十六进制数、控制板、电源、交流电、直流电、电压、电流。

（效果图）

主电源为220 V 的 AC 的外接交流电源给两个水泵和控制板供电，通过AC-DC电源转换器将电压转换为12V的直流电使电磁阀供电。电磁阀的开关由接控制板的电脑控制。

原理为液压气动，也就是hydro-pneumatic theory。利用水泵将蓄水池（干净蓄水舱）的水将水压入压力舱，使水和空气的比例为3:1，然后利用两个压力舱内的1/4压缩空气推动3/4水进入淋浴和洗手系统。储蓄的洗澡和用水又被另外一个水泵压入一个小型的压力舱内，同样利用压力舱内水管内空气压力将储存的水供给坐便器使用。单向阀门防止水倒流。

目前使用的交互平台是PCI转并口卡自带的驱动软件，可同时控制8个电磁阀（包括2个水泵）的时间。 通过编写程序可控制洗澡、洗手时间和二次利用水来冲厕所。预计要把交互平台搬到C++语言或者Java 语言里，做更人性化、更透明的图表化界面。后期投入手机app开发、蓝牙操控。

（控制面板）

在科学工程部实验室里，当黄橙橙同学向我们展示她那沓厚厚的设计稿时，小编惊呼出声，从第一页到最后一页，越来越完美的设计稿无声地叙说黄橙橙的努力和执着。面对小编的惊叹不止，她腼腆地笑了。

以下三张图是比较具有代表性的设计稿，它们见证了“家用智能水循环系统”的整个实验过程。

（家用智能水循环系统设计初稿）

（家用智能水循环系统设计终稿）

（家用智能水循环系统设计稿——电源图）

家用智能水循环系统实验精彩呈现

家用智能水循环系统实验成果图

（坐便器近照）

国际部科学工程部（Engineering Science Division）为学生提供专业的学科知识（数学、物理、化学、生物、科学等课程），设计相关的项目学习，培养学生的科学素养，激发学生探索世界的潜能。科学工程部提出“STEM计划”，结合Science（科学）、Technology (技术) 、Engineering（工程）与Mathematics（数学）等教学，将学习到的零碎知识与机械过程转变成一个探索世界相互联系的过程。旨在培养学生解决问题的能力、创新意识和变革能力。