CN101532470A

CN101532470A - 利用烟囱效应发电的方法

Info

Publication number: CN101532470A
Application number: CN200810101706A
Authority: CN
Inventors: 戴东红; 邓才全
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2009-09-16

Abstract

本发明公开了一种利用烟囱效应发电的方法，包括以下步骤：建立从地面到空中的气流通道；在所述气流通道中安装利用气流发电的气流发电机；向所述气流通道的入口供热，使所述气流通道入口处的空气密度小于气流通道出口处的空气密度，由此在气流通道中生成驱动气流发电机发电的气流。利用本发明的方法，不论是否有风，都可以利用气流提供稳定的电力。

Description

利用烟囱效应发电的方法

技术领域

本发明涉及一种利用气流发电方法，特别涉及一种利用烟囱效应发电的方法。

背景技术

目前的气流发电机主要是风力发电机，其发电原理是，自然界的风力推动风车转动产生机械能，然后再把机械能转换成电能。由于自然界的风力是非恒定的，因此风力发电机需要复杂的结构才能在一定的条件下实现稳定的发电。而且当无风时，风力发电机就不能发电。

实际上，除了人们经常感觉到的风外，还存在许多人们不太注意的“气流”，比如在烟囱中形成的气流。但是，烟囱的主要作用是拔火拔烟、排走烟气，改善燃烧条件。此外，高层建筑内部一般设置数量不等的楼梯间、排风道、送风道、排烟道、电梯井及管道井等竖向井道，当室内温度高于室外温度时，室内热空气因密度小，便沿着这些垂直通道自然上升，透过门窗缝隙及各种孔洞从高层部分渗出，室外冷空气因密度大，由低层渗入补充，这就形成烟囱效应。烟囱效应是室内外温差形成的热压及室外风压共同作用的结果，通常以前者为主，而热压值与室内外温差产生的空气密度差及进排风口的高度差成正比。这说明，室内温度越是高于室外温度，建筑物越高，烟囱效应也越明显，同时也说明，民用建筑的烟囱效应一般只是发生在冬季。就一栋建筑物而言，理论上视建筑物的一半高度位置为中和面，认为中和面以下房问从室外渗入空气，中和面以上房间从室内渗出空气。

在烟囱效应的作用下，室内有组织的自然通风、排烟排气得以实现，但其负面影响也是多方面的：首先，风沙通过低层部分各种孔洞、缝隙吹入室内，消耗热量并污染室内；其次，风通过电梯井由底层厅门人口被抽到顶层的过程中，导致梯门不能正常关闭；第三，当发生火灾时，随着室内空气温度的急剧升高，体积迅速增大，烟囱效应更加明显，此时，各种竖井成为拔火拔烟的垂直通道，是火灾垂直蔓延的主要途径，从而助长火势扩大灾情。有资料显示，烟气在竖向管井内的垂直扩散速度为3-4m/s，意味着高度为100m的高层建筑，烟火由底层直接窜至顶层只需30s左右。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用烟囱效应发电的方法，用于在有风和无风状态下都能持续不断地利用气流发电。

本发明的上述目的是这样实现的，一种利用烟囱效应发电的方法，包括以下步骤：

建立从地面到空中的气流通道；

在所述气流通道中安装利用气流发电的气流发电机；

向所述气流通道的入口供热，使所述气流通道入口处的空气密度小于气流通道出口处的空气密度；以及

利用气流通道的高度以及所述在气流通道入口处与出口处形成的空气密度差所生成的强气流，来驱动所述气流发电机发电。

在上述方法中，通过制造气流通道的入口与出口之间的空气密度差，形成比较稳定的气流，由此驱动气流发电机发电。因此本发明可以克服风力发电机依赖于自然界风力以及发电不稳定的缺陷。

本发明的烟囱效应是指利用气流通道的高度和空气密度差，在所述气流通道中形成使空气上升或下降运动的抽吸力ΔH，其中：

抽吸力ΔH＝gh(ρ1-ρ2)，

在式中，h是气流通道入口至气流通道出口的垂直距离，ρ1是气流通道出口处的室外温度下的大气密度，ρ2是气流通道入口的热空气密度，g是重力加速度。

本发明的气流通道是具有通畅空气流通空间的竖立建筑物，比如烟囱状塔。

本发明的气流发电机是涡轮发电机，这样的发电机可以有多台，比如32台。多台这样的涡轮发电机可以分别安装在气流通道的底部，也可以分别安装在气流通道的顶部。

其中，本发明的向气流通道入口供热的步骤包括：利用修建在所述气流通道底部的太阳能集热器将太阳能转换成热能，然后把热能或热空气导入所述气流通道入口。

本发明的向气流通道入口供热的步骤还包括：将所述太阳辐射集热器收集的热能存储到热能存储单元中，以便在无阳光的时候，释放所存储的热能。

另一方面，本发明还可以利用以下步骤实现向所述气流通道入口供热：将修建在所述气流通道底部附近的发酵池中产生的热气导入所述气流通道入口。

本发明还可以同时利用太阳能加热和发酵加热，实现对气流通道入口的加热。

此外，在具有地热资源的地方，还可以利用地热资源实现对气流通道入口的加热。也就是，将地热导入气流通道的入口。

为了综合利用太阳能和风力，本发明还包括辅助发电的步骤，即：在气流通道的外侧安装风力发电机，将风力转换成电能；以及在气流通道的外表面安装太阳能电池，将太阳能转换成电能。这样可以最大程度地提高发电效率。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明的气流通道的示意图；

图2是在气流通道建立强气流形成条件的示意图；

图3是本发明气流通道的底部的示意图。

具体实施方式

烟囱效应产生在有共享中庭、竖向通风(排烟)风道、楼梯间等具有类似烟囱特征——即从底部到顶部具有通畅的流通空间的建筑物、构筑物(如水塔)中，空气(包括烟气)靠空气密度差的作用，沿着通道很快进行扩散或排出建筑物的现象，即空气沿著有垂直坡度的空间向上升或下降，造成空气加强对流的现象，即为烟囱效应。

较高建筑的烟管或建筑风井因气体密度不同具有不可忽略烟囱抽吸效应，其抽吸力与高度和气体密度差有关，其大小表达为：

ΔH＝gh(ρ1-ρ2)，Pa；

h—集烟罩进口至风管排出口的垂直距离，m；ρ1---室外计算温度下的大气密度，kg/m3；ρ2---风管内热空气密度，kg/m3；g---重力加速度，m/s2。

下面对热空气浮升力作概略计算：

按GB18483-2001《饮食业油烟排放标准》，一般灶头产生的热量Q＝1.67×105KJ/h，由于厨房的炉灶平均使用率在70％左右，考虑到风管的沿程散热，扣除15％左右，平均单个灶产热量q＝1.0×105KJ/h空气温升按下式计算：

ΔT＝q/CP Vρ；其中，

ΔT---空气温升，℃；

CP---空气定压比热，kj/kg℃；在空气温度80℃时，CP＝1.009kj/kg℃；

V---排风量，m3/h；V＝2000m3/h；

ρ---空气密度，kg/m3，ρ＝1.0kg/m3；则空气温升ΔT＝1.0×105/(1.0×2000×1.009)＝50℃。

通过调查，夏季厨房室温30℃，因此排出烟气80℃，在此温度下空气密度ρ2＝1.0kg/m3；室外计算温度30℃，空气密度ρ1＝1.165kg/m3。

密度差ρ1-ρ2＝0.165kg/m3。

冬季，厨房为室温10℃，排出烟气60℃，空气密度为1.06kg/m3；室外计算温度5℃，空气密度ρ1＝1.28kg/m3；

密度差ρ1-ρ2＝0.22kg/m3。

因此，一般地垂直高度的浮升压力ΔH＝gh(ρ1-ρ2)≈1.9Pa/m左右。

本发明的发电原理就是：利用在类似烟囱的气流通道中由于空气密度差和通道高度导致的强气流，驱动气流式发电机发电。

本发明的利用烟囱效应发电的方法包括以下步骤：

如图1所示，建立从地面到空中的气流通道，气流通道可以是具有通畅空气流通空间的竖立建筑物，除了图1所示的烟囱外，该气流通道还可以是竖向通风道、电梯通道或中空的高塔；

在所述气流通道中安装利用气流发电的气流发电机，该气流发电机可以是现有技术中利用风力发电的所有发电机，可优先选用涡轮发电机；

向所述气流通道的入口供热，使所述气流通道入口处的空气密度小于气流通道出口处的空气密度；

作为一个实例，在一个高度为650米的气流通道中，安装一组32台每台发电容量为6.25MW的涡轮发电机，在此情况下发电容量可达到200MW，足够20万户家庭使用，这样每年可以减少至少90万吨温室气体CO2的产生。

如图3所示，上述蜗轮发电机可以安装在气流通道的底部，也可以安装在气流通道的顶部，两者的发电效率基本相同，但是在气流通道底部安装蜗轮发电机，将便于安装和维修。

为了实现向所述气流通道入口供热，可以在气流通道的底部修建太阳能集热器，利用太阳能集热器将太阳能转换成热能，然后把热能或热空气导入所述气流通道入口。一般来说，当气流通道入口处的空气温度为70°，气流通道出口处空气温度为20°时，即当温度差为50°时，空气流速可以达到足以驱动蜗轮发电机的15m/s，图2显示了这一情形。

另外，在气流通道的底部最好修建存储太阳辐射集热器收集的热能的热能存储单元，以便在无阳光的时候，从热能存储单元中释放所存储的热能。

除了利用太阳能加热外，本发明还可以利用发酵池发酵产生的热量加热，也就是，将修建在所述气流通道底部附近的发酵池中产生的热能或热气导入所述气流通道入口。由于发酵池的发酵过程不仅可以在白天进行，也可以在夜间进行，因此可以在一天24小时内源源不断的供应热能。

作为选择，也可以同时利用太阳能集热器和发酵池为气流通道提供热能或热气。

另一方面，本发明可以将利用空气密度差发电的方式与其它发辅助电方式相结合，以便提高发电效率。本发明的辅助发电包括：在气流通道的外侧安装风力发电机，将风力转换成电能；以及在气流通道的外表面安装太阳能电池，将太阳能转换成电能。这样就在气流通道上形成三个发电系统，以便分别提供适用于不同用电设备的电能。

Claims

1、一种利用烟囱效应发电的方法，其中利用烟囱状建筑物的高度和空气密度差形成的强气流驱动发电机发电。

2、一种利用烟囱效应发电的方法，包括以下步骤：

建立从地面到空中的气流通道；

在所述气流通道中安装利用气流发电的气流发电机；

利用气流通道高度以及所述的气流通道入口处与出口处形成的空气密度差所生成的强气流，来驱动所述气流发电机发电。

3、根据权利要求1、2所述的方法，其中所述烟囱效应是指利用气流通道的高度和空气密度差，在所述气流通道中形成使空气上升或下降运动的抽吸力ΔH，其中：

抽吸力ΔH＝gh(ρ1-ρ2)，

4、根据权利要求1或2所述的方法，其中所述气流通道是具有通畅空气流通空间的竖立建筑物。

5、根据权利要求1或2所述的方法，其中所述气流发电机是涡轮发电机。

6、根据权利要求1或5所述的方法，其中所述蜗轮发电机有多台，并分别安装在气流通道底部或气流通道顶部。

7、根据权利要求1或2所述的方法，其中向所述气流通道入口供热的步骤包括：

利用修建在所述气流通道底部的太阳能集热器将太阳能转换成热能，然后把热能或热空气导入所述气流通道入口；以及

同时将所述太阳辐射集热器收集的一部分热能存储到热能存储单元中，以便在无阳光的时候，释放所存储的热能。

8、根据权利要求1或2所述的方法，其中向所述气流通道入口供热的步骤包括：将修建在所述气流通道底部附近的发酵池中产生的热气导入所述气流通道入口。

9、根据权利要求1或2所述的方法，其中向所述气流通道入口供热的步骤包括：将地热导入所述气流通道入口。

10、根据权利要求1或2所述的方法，还包括辅助发电的以下步骤：

在气流通道的外侧安装风力发电机，将风力转换成电能；以及

在气流通道的外表面安装太阳能电池，将太阳能转换成电能。