CN106436818A - 一种基于高层建筑减压式给水系统的节能发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于高层建筑减压式给水系统的节能发电系统，包括输水系统和减压发电系统，输水系统包括水箱、水池、水泵、输水管路、总管路，总管路分别在建筑物的高区、中区和低区分支出高区管路、中区管路和低区管路，减压发电系统设置于中区管路与总管路的连接处、以及低区管路与总管路的连接处，减压发电系统包括总减压阀、安全减压阀、叶轮发电机、稳压装置蓄电池组、负载电路和用电器件，利用高层建筑中减压式给水系统中富余压力，在给水系统中用管道式发电装置代替传统的减压阀，并对其进行综合利用，从而解决建筑物的局部供电问题，用于照明等途径，以此减少高层建筑的用电能耗，从而达到建筑物的节能减排的目的。

Description

一种基于高层建筑减压式给水系统的节能发电系统
技术领域
本发明涉及节能发电装置，尤其是一种基于高层建筑减压式给水系统的节能发电系统。
背景技术
在高层建筑中，整幢建筑采用一套给水系统供水，会使下层管道中的静水压力过大，对用水过程产生不利影响，从而降低用水的安全性与可靠性。为克服低层管道中静水压力过大的弊病，高层建筑给水系统一般采取竖向分区供水方式。其基本形式有串联式、减压式、并联式等。通常，建筑用水由设在地下室的水泵提升至屋顶水箱，再通过水箱向整栋建筑供水。高区直接供水，中区及低区由于压力过高则需要安装减压阀减压供水。在设置减压阀的管道内存在着水体的富余压力，在现有的技术中并没有得到充分利用。
发明内容
本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种基于高层建筑减压式给水系统的节能发电系统，在给水系统中用管道式发电装置代替传统的减压阀，并对其进行综合利用，从而解决建筑物的局部供电问题，用于照明等途径，以此减少高层建筑的用电能耗，从而达到建筑物的节能减排的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于高层建筑减压式给水系统的节能发电系统，包括输水系统和减压发电系统；
输水系统包括：在建筑物底层设置水箱，建筑物顶层设置水池，水箱通过水泵和输水管路与水池相连，在水池的下游沿建筑物内各楼层设置总管路，总管路分别在建筑物的高区、中区和低区分支出高区管路、中区管路和低区管路，所述的减压发电系统设置于中区管路与总管路的连接处、以及低区管路与总管路的连接处；
减压发电系统包括总减压阀、安全减压阀、叶轮发电机、稳压装置蓄电池组、负载电路和用电器件，在总管路与中区管路、低区管路的连接处设置安全减压阀，并在此处分支出发电区管路，在发电区管路上游的总管路上设置总减压阀，在发电区管路上设置有叶轮发电机，叶轮发电机包括发电机机芯、第一传动齿轮、第二传动齿轮、瓦形磁铁、筒形磁铁和叶轮，叶轮设置于发电区管路内，在叶轮上同轴设置有筒形磁铁，在筒形磁铁外侧设置有与之匹配的瓦形磁铁，瓦形磁铁与第二传动齿轮相连，在发电机机芯上设置有第一传动齿轮，第二传动齿轮与第一传动齿轮相对接，发电机机芯与稳压装置相连，稳压装置与蓄电池组相连，蓄电池组通过负载电路与用电装置相连。
而且，所述的发电区管路上设置有筒形磁铁保护管路，筒形磁铁保护管路突出于发电区管路，沿筒形磁铁轮廓包裹于筒形磁铁外侧，位于筒形磁铁与瓦形磁铁之间的位置，且不与筒形磁铁和瓦形磁铁相接触。
而且，所述的负载电路包括交流负载电路和直流负载电路，在交流负载电路上设置有逆变器。
而且，所述的用电器件为照明设施和门禁。
而且，所述的发电机机芯为稀土永磁同步发电机。
一种基于高层建筑减压式给水系统的节能发电系统的运行方法：建筑用水由设在地下室的水泵通过输水管路提升至屋顶的水箱，水箱通过总管路由上至下向整栋建筑供水，总管路在建筑的高区、中区和低区分别分支出高区管路、中区管路和低区管路，高区为直接供水，在中区及低区的分支处水流中存在压力，水流在总减压阀打开，安全减压阀关闭时进入发电区管路，经过叶轮发电机的叶轮，推动叶轮做功，通过叶轮发电机将水流的动能转化为电能，电能经过稳压装置储存于蓄电池组内，再经过电路为交流负载和直流负载供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果：利用高层建筑中减压式给水系统中富余压力，在给水系统中用管道式发电装置代替传统的减压阀，并对其进行综合利用，从而解决建筑物的局部供电问题，用于照明等途径，以此减少高层建筑的用电能耗，从而达到建筑物的节能减排的目的。
附图说明
图1为一种基于高层建筑减压式给水系统的节能发电系统结构示意图。
图2为减压发电系统结构示意图。
图3为叶轮发电机结构示意图。
图4为减压发电系统连接关系示意图。
其中，1为建筑物，1-1为高区，1-2为中区，1-3为低区，2为水箱，3为水池，4为水泵，5为输水管路，6为总管路，6-1为高区管路，6-2为中区管路，6-3为低区管路，6-4为发电区管路，7为减压发电系统，8为叶轮发电机，8-1为发电机机芯，8-2为第一传动齿轮，8-3为第二传动齿轮，8-4为瓦形磁铁，8-5为筒形磁铁，8-6为叶轮，9为总减压阀，10为安全减压阀，11为稳压装置，12为蓄电池组，13为逆变器，14为交流负载，15为直流负载。
具体实施方式
下面结合附图与具体的实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图中所示，一种基于高层建筑减压式给水系统的节能发电系统，包括输水系统和减压发电系统；
输水系统包括：在建筑物1底层设置水箱2，建筑物顶层设置水池3，水箱通过水泵4和输水管路5与水池相连，在水池的下游沿建筑物内各楼层设置总管路6，总管路分别在建筑物的高区1-1、中区1-2和低区1-3分支出高区管路6-1、中区管路6-2和低区管路6-3，所述的减压发电系统7设置于中区管路与总管路的连接处、以及低区管路与总管路的连接处；
减压发电系统包括总减压阀9、安全减压阀10、叶轮发电机8、稳压装置11、蓄电池组12、负载电路和用电器件，在总管路与中区管路、低区管路的连接处设置安全减压阀，并在此处分支出发电区管路，在发电区管路上游的总管路上设置总减压阀，在发电区管路上设置有叶轮发电机8，叶轮发电机包括发电机机芯8-1、第一传动齿轮8-2、第二传动齿轮8-3、瓦形磁铁8-4、筒形磁铁8-5和叶轮8-6，叶轮设置于发电区管路内，在叶轮上同轴设置有筒形磁铁，在筒形磁铁外侧设置有与之匹配的瓦形磁铁，瓦形磁铁与第二传动齿轮相连，在发电机机芯上设置有第一传动齿轮，第二传动齿轮与第一传动齿轮相对接，发电机机芯与稳压装置相连，稳压装置与蓄电池组相连，蓄电池组通过负载电路与用电装置相连。
而且，所述的发电区管路上设置有筒形磁铁保护管路，筒形磁铁保护管路突出于发电区管路，沿筒形磁铁轮廓包裹于筒形磁铁外侧，位于筒形磁铁与瓦形磁铁之间的位置，且不与筒形磁铁和瓦形磁铁相接触。
而且，所述的负载电路包括交流负载电路和直流负载电路，在交流负载电路上设置有逆变器。
而且，所述的用电器件为照明设施和门禁。
而且，所述的发电机机芯为稀土永磁同步发电机。
一种基于高层建筑减压式给水系统的节能发电系统的运行方法：建筑用水由设在地下室的水泵通过输水管路提升至屋顶的水箱，水箱通过总管路由上至下向整栋建筑供水，总管路在建筑的高区、中区和低区分别分支出高区管路、中区管路和低区管路，高区为直接供水，在中区及低区的分支处水流中存在压力，水流在总减压阀打开，安全减压阀关闭时进入发电区管路，经过叶轮发电机的叶轮，推动叶轮做功，通过叶轮发电机将水流的动能转化为电能，电能经过稳压装置储存于蓄电池组内，再经过电路为交流负载和直流负载供电。
利用高层建筑中减压式给水系统中富余压力，在给水系统中用管道式发电装置代替传统的减压阀，并对其进行综合利用，从而解决建筑物的局部供电问题，用于照明等途径，以此减少高层建筑的用电能耗，从而达到建筑物的节能减排的目的。
以下通过对选取的建筑的给水系统进行节能改造为例对发明进行进一步的说明：在选取的建筑的八层位置和十七层位置处，对减压阀组进行改造，改造前的阀前静压力为0.35-0.36Mpa，阀后静压力为0.1Mpa，对于三层至二十六层，每层有洗脸盆14个，洗涤盆14个，淋浴房14个，大便器14个，给水当量数Ng3＝0.75×14+2.0×14+0.75×14+0.5×14＝45.5，十七层位置的生活给水的秒流量为5.2-6.1L/s，八层位置的生活给水的秒流量为3.5-3.9L/s，通过秒流量和给水当量得出合适的管内径，十七层的通管内径为57.8-62.1mm，选取的标准公称管径分别为：DN75和DN63，根据相关规范要求，办公楼等夜间无人住宿和停留的建筑，静水压力控制在0.35-0.45Mpa，考虑到发电装置只安装在中区和低区，发电装置的日平均水量为135.2m3/d，在发电机系统内，水流流经叶轮的管道分为三段：管径突然扩大段、水流对叶轮做功及管道转弯段和管径突然缩小段，其中管径突然扩大段管径为60mm，水流对叶轮做功及管道转弯段管径为100mm，管径突然缩小段的管径为60mm，可支配静压差最小值为220kPa，可用于发电的最大水流瞬时功率为1225.89W，设计叶轮直径为90mm，叶轮最大转速424r/min，选取发电机的参数如下：额定功率为0.5KW，额定电压12/24V，额定频率40Hz，额定转速400r/min，发电装置每天的发电量经计算得出，十七层发电量6.9-7.1kWh，八层发电量为10.3-10.5kWh，则一年合计6350-6370kWh。
以上实施例中选用的部分器件的型号如下：
蓄电池组为澳特赛铅蓄电池6FM-100，12V-100AH。逆变器为500W TBE逆变器。发电区管路选用PP-R管道。
以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种基于高层建筑减压式给水系统的节能发电系统，其特征在于：包括输水系统和减压发电系统；
输水系统包括：在建筑物底层设置水箱，建筑物顶层设置水池，水箱通过水泵和输水管路与水池相连，在水池的下游沿建筑物内各楼层设置总管路，总管路分别在建筑物的高区、中区和低区分支出高区管路、中区管路和低区管路，所述的减压发电系统设置于中区管路与总管路的连接处、以及低区管路与总管路的连接处；
减压发电系统包括总减压阀、安全减压阀、叶轮发电机、稳压装置蓄电池组、负载电路和用电器件，在总管路与中区管路、低区管路的连接处设置安全减压阀，并在此处分支出发电区管路，在发电区管路上游的总管路上设置总减压阀，在发电区管路上设置有叶轮发电机，叶轮发电机包括发电机机芯、第一传动齿轮、第二传动齿轮、瓦形磁铁、筒形磁铁和叶轮，叶轮设置于发电区管路内，在叶轮上同轴设置有筒形磁铁，在筒形磁铁外侧设置有与之匹配的瓦形磁铁，瓦形磁铁与第二传动齿轮相连，在发电机机芯上设置有第一传动齿轮，第二传动齿轮与第一传动齿轮相对接，发电机机芯与稳压装置相连，稳压装置与蓄电池组相连，蓄电池组通过负载电路与用电装置相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于高层建筑减压式给水系统的节能发电系统，其特征在于：所述的发电区管路上设置有筒形磁铁保护管路，筒形磁铁保护管路突出于发电区管路，沿筒形磁铁轮廓包裹于筒形磁铁外侧，位于筒形磁铁与瓦形磁铁之间的位置，且不与筒形磁铁和瓦形磁铁相接触。
3.根据权利要求1所述的一种基于高层建筑减压式给水系统的节能发电系统，其特征在于：所述的负载电路包括交流负载电路和直流负载电路，在交流负载电路上设置有逆变器。
4.根据权利要求1所述的一种基于高层建筑减压式给水系统的节能发电系统，其特征在于：所述的用电器件为照明设施和门禁。
5.根据权利要求1所述的一种基于高层建筑减压式给水系统的节能发电系统，其特征在于：所述的发电机机芯为稀土永磁同步发电机。
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