通过 ENGR 305：适当技术将温室雨水集水系统引入 CCAT。该系统的目的是在夏季通过储水箱向温室植物供水，并通过溢流向 Hugelkulture 床供水。系统的构建和材料很简单，仅由8个部分组成！这些部分包括：集水面、排水沟、过滤、首次冲洗、输送、存储、最终使用和溢流。该系统旨在确保适当的技术标准，这些标准来自当地，可供公众使用，并且比美国传统的工业水系统对环境的危害更小。
内容
背景
CCAT 外面有一个倾斜的玻璃温室。在校园适用技术中心期间，结构内部和周围发生了许多变化，包括与主楼分离、使用海滩草作为隔热材料建造新墙，以及与我们的项目同时进行的地板重建，以建造一个温室雨水收集系统。CCAT 希望在温室外建造一个雨水收集系统，以收集从建筑物流下并流入地下的雨水。从雨水中收集的水将确保 CCAT 的植物在必要时得到充分浇灌。
截至 2019 年 2 月 21 日的 CCAT 温室
面向西北的 CCAT 温室
朝东时的 CCAT 温室
面向西的 CCAT 温室
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问题陈述和标准
CCAT 的温室没有可持续系统来确保内部植物的繁茂生长。该项目的目标是为 CCAT 的温室建造一个雨水收集系统，利用当地的天气模式为温室内外的植物浇水。通过这一点，CCAT 可以减少其碳足迹并创造可持续利用的资源。
以下是温室雨水收集系统的标准。标准范围为 0 - 10，其中 10 是最重要的。
| 标准 | 约束条件 | 重量 (1-10) |
|---|---|---|
| 功能性 | 系统有望高效、有效地运行 | 9 |
| 安全 | 必须位于易于接近的安全位置，也必须远离走道、门口和头部空间 | 10 |
| 美学 | 必须令人愉悦并增强 CCAT 环境 | 5 |
| 预算 | 项目不会超出团队预算 | 7 |
| 耐用性 | 必须与结构兼容 | 8 |
| 适应性/维护 | 结构应能够调整和修补 | 7 |
| 无障碍 | 过滤后的雨水应易于获取 | 7 |
| 配对性 | 修复温室裂缝 | 6 |
| 简单 | 重量应该是最小的 | 5 |
| 目的 | 成功收集和储存雨水、教育并用于太阳能淋浴 | 10 |
文学评论
本文献综述将涵盖 CCAT 温室雨水集水区的必要知识。包括该地区的气候、使用的过滤类型、CCAT 背景以及雨水集水区的总体设计。
雨水集水区设计
雨水设计已经存在了数千年。早在公元前 3000 年，现代印度和以色列的古代文明就有了利用流域方法的记录。后来，罗马人开发了庞大的渡槽、花园和水池系统，全部由雨水供给。从那时起，随着其他技术的发展，雨水集水区已经多次流行和过时，但它仍然是一种可靠且可持续的获取和储存水的方式。没有一种方法可以收集雨水，设计会根据许多不同的变量而变化，包括位置、天气模式、最终用途、社区利用等。
这些系统的参数包括降雨量、集水面积、收集效率、水箱容积和需水量。系统应该专门针对其所服务的社区进行定制，因此开始设计过程的一个好地方是与将要使用该系统的人一起。
集水区设计可大致分为主动系统和被动系统。Active是一个通过人类活动构建和维护的系统。被动系统是一种主要在环境中就位的系统，最初由人类工作然后由人类维护。我们将重点关注主动系统，因为我们正在开展的项目将属于该类别。
对于主动系统，有一些基本组件。
| 成分 | 描述 |
|---|---|
| 集水面 | 雨落下的地方 |
| 输送 | 将水从集水地表输送到最终用途 |
| 屏幕 | 过滤掉杂物 |
| 第一次冲水 | 转移最初最脏的水 |
| 贮存 | 保留水直至稍后使用 |
| 溢出 | 允许多余的水进入 Hugelkulture |
| 最终用途 | 温室里的水生植物！ |
对于每个组件，您可以使用不同的材料和技术。
气候
该项目在位于加利福尼亚州阿卡塔的加州州立大学洪堡分校校园内的 CCAT 进行。阿卡塔年平均降雨量约为 46 英寸，年平均气温约为 53 华氏度。十一月、十二月、一月和二月是该市降雨最多的月份。阿克塔每年平均有 175 天的阳光，平均有 77 天的降水。
CCAT温室
CCAT 温室位于 CCAT 大楼外。该温室由海滩草粘土滑墙和 Sturdi-Built 预制温室结构建造而成。框架由红木制成，抗腐烂。防止温室结构腐烂应该廉价、有效且对植物和动物无毒。最推荐的防止木材腐烂的解决方案是红木着色剂。由于洪堡县降雨量较多，确保结构安全非常重要。在夏季，温室需要额外的水。除了温室之外，还需要水来照顾周围的植物和农作物。农业是淡水的最大消耗者。通过减少 CCAT 农业和温室的总体用水需求，
水过滤系统
我们系统的过滤涉及一系列用于捕获碎片的网状过滤器。第一个位于排水沟系统的末端。它是一个有角度的黑色漏斗，边缘带有网状硅胶；当雨水从排水沟落下时，它会穿过网格，而较大的碎片会被反射并弹开。第二个过滤系统是通向第一个储罐的网盖。最终过滤可确保存储系统中不会出现较大的碎片。
建造
在本节中，我们将回顾该项目的建设。这将包括一些设计阶段、创建和思考的原型、雨水集水系统的建设以及最后的最终结果。
马克和杰夫讨论雨水收集系统设计阶段的各种想法
马克询问他的想法是否有意义，它们肯定是设计阶段的
马克拿着一根竹子，插在我们想象的运输原型阶段的地方
在不同地点的原型阶段标记拿着竹子
排水沟系统放置原型阶段的确定位置
尝试存储单元原型阶段的不同放置
收集雨水原型阶段的不同放置位置
最初，我们将存储单元放在木托盘上，但这并没有持续多久，因为事实证明存储的重量对于木质原型阶段的完整性来说太大了
在 CCAT 发现的输送系统，我们能够在该项目建设中重复使用
排水沟系统结束于输送系统的位置，以便水直接流入其施工
项目最终设计输送系统的最终布置
Jeff 为排水沟系统原型阶段的末端部件创建的原型
加比站在原型平台原型阶段的储罐旁边
最终设计的最终解决方案
最终的排水沟系统和布局“最终设计”
浇灌巨大文化最终设计的溢流的最终位置
溢流、第一次冲洗和一个储水箱最终设计的最终位置
首冲底部设有排水孔，以排空首冲最终设计中的水
Flexseal 位于其中一个储罐结构的底部
其中一个储水箱的盖子是在屏幕外创建的，这样人们就可以看到储水箱内部的最终设计
我们制作的连接器用于将输送系统保持到温室设计阶段
我们使用不同的连接器将输送系统固定到温室设计阶段
放置的屏幕是为了分散任何试图进入系统最终设计的碎片
加比为教育目的而绘制的标牌
两个系统之间的连接件，确保最大的蓄水能力建设
从 Mad River 收集的岩石和用于支持储罐最终设计的砖块
人们能够利用系统最终设计收集的雨水
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时间线
| 任务 | 描述 | 拟定日期 | 实际日期 |
|---|---|---|---|
| 确定项目区域范围 | 感受空间，开始提出原型想法 | 2019 年 2 月 26 日 | 2019 年 3 月 5 日 |
| 创建原型 | 提出不同的路线来实施该项目，重点关注雨水系统组件的放置，针对需求和功能进行设计 | 2019 年 3 月 12 日 | 2019 年 3 月 12 日 |
| 与 CCAT 会面 | 与他们讨论雨水集水区的目标并发现雨水的最终目标 | 2019 年 3 月 26 日 | 2019 年 3 月 27 日 |
| 每周 CCAT 会议 | 参加每周 CCAT 会议，讨论项目进展、改进和反馈 | 每周 | 每周 |
| 开始收集材料 | 查看 CCAT 的供应品并找到可用于集水系统的东西 | 2019 年 3 月 12 日 | 2019 年 3 月 27 日 |
| 与风险管理人员会面 | Lonny 最终成为设施管理方面的发言人并代表我们会见了他们 | 2019年4月1日 | 各不相同 |
| 开始施工 | 我们的项目破土动工，引进了河石 | 2019 年 3 月 26 日 | 2019 年 4 月 4 日 |
| 继续施工 | 继续建设雨水收集系统，不断完善系统，追求卓越 | 2019年4月2日 | 2019 年 4 月 5 日 |
| 与朗尼会面 | 让朗尼过来看看项目的进展并提供任何反馈，反馈包括去掉储罐所在的木托盘 | 2019 年 4 月 9 日 | 2019 年 4 月 9 日 |
| 赶上其他小组 | 获取更新和进度报告，如果可能的话互相帮助，互相学习，尽可能改进每个人的项目，以确保一个积极的工作/学习环境 | 2019 年 4 月 16 日 | 2019年5月1日 |
| 完成演示和视频 | 确保视频显示系统的所有属性并清楚地传达项目、目标和设计 | 2019 年 4 月 30 日 | 2019 年 5 月 13 日 |
| Appropedia 最终草案的工作 | 确保格式干净、清晰、切题 | 2019 年 4 月 30 日 | 2019 年 5 月 13 日 |
| 收尾施工和收尾工作 | 确保项目有效并以团队的最佳能力完成 | 2019 年 5 月 7 日 | 2019 年 5 月 15 日 |
手术
雨水落在温室屋顶上，流到排水沟，在那里被收集并转移到储存容器中。在到达储水箱之前，水落到一个屏蔽漏斗上，过滤掉较大的碎片并将水流集中到输送系统中。接下来，水落入第一冲水区，其中充满了雨水的第一个也是污染最严重的部分。第一个冲水器包含一个乒乓球，当它充满时，乒乓球上升，然后堵塞开口，密封第一个冲水器，然后让水流入储水箱。然后，水将充满储水箱（储水箱通过底部的管道连接，因此它们以相同的速度填充），并可供 CCAT 的地勤人员使用。
预算
尽我们所能完成项目所需的整个项目购买材料的成本。
| 数量 | 材料 | 来源 | 成本（美元） | 总计（美元） |
|---|---|---|---|---|
| 2、10英尺件 | ABS管 | 高手 | 11.99 | 23.98 |
| 5 | 管件、弯头、尖钉 | 高手 | 4.50 | 22.50 |
| 1 | 储存罐。两个 50 加仑固定泄漏 | CCAT 捐赠，王牌 | 15:00 | 25:00 |
| 1 | 首次冲洗材料（盖、球、ABS 胶） | 高手 | 20:00 | 20:00 |
| 1 | 过滤器&漏斗 | CCAT 捐赠，王牌 | 5.00 | 5.00 |
| 2 | 天沟、修复泄漏、天沟胶带 | CCAT 捐赠，王牌 | 20:00 | 40:00 |
| 1 | 硅 | 滨中绘画 | 捐款 | 捐款 |
| 1 | 指甲 | CCAT捐赠 | 自由的 | 自由的 |
| 1 | 美学 | 待定 | 10:00 | 10:00 |
| 总成本 | $146.98 | |||
维护
应每隔几个月检查一次系统，以确保没有泄漏。如果系统有任何漏洞，水会发现它们并使它们变得明显。
当屏幕上有大量树叶碎片时，请确保清洁漏斗上方的屏幕。如果滤网被覆盖，水就更难进入第一次冲水、通过便利设施并最终进入存储单元。
检查排水沟中是否有任何植物，例如树枝、树枝和树叶，以确保您捕获的所有水都能不间断地通过系统。
结论
概念化、设计和实施这个雨水集水系统的过程已经……一段时间了。回顾过去，有很多事情我们本来可以采取不同的做法。话虽这么说，我们对所做的工作感到自豪，并批准今天建立的系统。如果我们要重建这个系统，我们将确保我们的排水沟系统正确组装（或者最好让排水沟是一个连续的部件）并在正式将其连接到温室之前倾斜。我们还希望使用更固化和标准的雨水集水箱。我们的坦克是基于升级改造的泡菜桶制成的，改造起来比我们预期的要花费更多的精力。这让我们了解了该系统的后续步骤。确保定期检查系统是否有泄漏和堵塞。输送系统顶部的漏斗需要定期清洁，并且第一次冲洗是可拆卸的，以便将来的主持人对其进行检查。此外，在第一次冲水连接到较大的输送系统时存在一个小泄漏，主持人应该注意这一点。我们这个项目的主要重点是教育，我们认为我们已经对雨水集水系统有了清晰而实用的理解。
2019 年 9 月更新
温室雨水集水系统的目的是沿着温室集水面收集雨水。落入集水系统的水然后沿着排水沟转移到初始过滤器中，最终储存在储水箱中以供将来使用。收集到的水不仅仅用于浇灌温室内的植物。夏季降雨量少时，储存的水可用于浇灌植物。理想情况下，维护每月进行一次，并且不会花费很长时间，但是，目前这还不是 CCAT 工作人员的首要任务。
总体而言，温室雨水收集系统一直在发挥作用。该系统仍然相对较新，但是系统的一些组件可以改进。
首先，系统的某些部分不安全。第一次冲水的支撑系统由两块不牢固的 2x4" 木板支撑。此外，初始过滤器没有通过任何东西固定在第一次冲水上，这意味着它可能会在恶劣的天气条件下飞走。总体而言，支撑系统的其余部分仍然完好无损，并在发挥作用。储罐下方的砖块和河流进口的岩石仍然支撑着。
其次，排水沟的低点使得水必须以一定的速度流动才能让水轻松流动。最好对天沟的低点进行调整，将低点调整到均匀的水平。水平面越平坦，排水沟里的水就越容易流动。总体而言，排水沟正常工作。
第三，最终用途是用户无法访问的。很难在喷水口下方放置水桶来收集雨水。讨论的一个潜在解决方案是提高最终使用量或在储罐上安装水管。在储罐上安装水管的可能性更大。建立一个自动给温室内植物浇水的灌溉系统将是另一个潜在的解决方案。
截至 2019 年 9 月的温室雨水收集系统。
截至 2019 年 9 月的温室雨水收集系统。
最终用途并不容易获得。
最终用途并不容易获得。
第一冲水下方的支撑系统由两块木板支撑。支持系统存在危险且不安全。
初始过滤器未固定在第一次冲洗上。如果有风，过滤网很容易飞走。
特别感谢
我们要感谢朗尼·格拉夫曼 (Lonny Grafman) 为我们提供了完成该雨水集水系统的现场知识和知识。通过他的支持和技巧，我们能够轻松成功地接雨。通过他们的“To Catch The Rain”一书，我们的项目通过逐步过程定义了如何构建、使用和维护系统。我们很自豪地称自己为加州理工洪堡分校的适当技术学生。
参考
Kinkade-Lvario，希瑟水设计：雨水收集、雨水集水区和替代水再利用New Society 出版社，2007 年 6 月 1 日
格拉夫曼、朗尼《赶雨阿卡塔》。加州保利洪堡出版社，2017
Mun, JS“屋顶雨水收集系统的设计和运行参数：定义、灵敏度和验证” Eleviser第 93 卷，第 1 期 (2012 年)