CN113098067A - 屋顶风机装置及其智能发电和温湿控制系统 - Google Patents

屋顶风机装置及其智能发电和温湿控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种屋顶风机装置，包含：屋顶风机；与所述屋顶风机连接的发电机组件，用于将屋顶风机旋转的动能转换为电能；与屋顶风机同轴连接的电动机组件，用于控制屋顶风机的转速；所述发电机组件包含与屋顶风机同轴连接的发电机，所述电动机组件包含与屋顶风机同轴连接的电动机。本发明在屋顶风机的旋转轴上加装发电机，将屋顶风机旋转的动能转化为电能，从而有效回收屋顶风机旋转的动能，同时，在屋顶风机的旋转轴上加装电动机，对屋顶风机的转速进行精准控制，从而实现主动调节屋内温、湿度。

Description

屋顶风机装置及其智能发电和温湿控制系统
技术领域
本发明涉及分布式风力发电、储能以及智能控制领域，尤其涉及一种基于屋顶风机动能回收的装置及屋顶风机智能发电和温湿控制系统。
背景技术
屋顶风机指的是无动力屋顶风机，又称为无动力风球、无动力风帽以及无动力通风机等。据调研，屋顶风机适用于工厂、仓库、大厦天台、别墅、天井、花房、禽畜养殖、矿山坑道及房顶的通气、换气、散气场所。屋顶风机可抽出屋顶湿气，保持楼顶干爽，并可以代替重型电排风机，减低支架成本，节省电费，降低噪音等。
而现有的屋顶风机在旋转过程中的动能未得到有效回收利用。而且，现有屋顶风机的工作方式大多为被动式，不能根据室内温度和湿度情况进行主动调节，当屋顶面积较大且存在多个屋顶风机时，不能实现差异性调节。
发明内容
本发明提出了一种屋顶风机装置及其智能发电和温湿控制系统，通过在屋顶风机的旋转轴上加装发电机，将屋顶风机旋转的动能转化为电能，并储存在蓄电池中，从而有效回收屋顶风机旋转的动能，同时，在屋顶风机的旋转轴上加装电动机，对屋顶风机的转速进行精准控制，从而实现主动调节屋内温度和湿度及各个屋顶风机的差异性调节。
为了达到上述目的，本发明提出了一种屋顶风机装置，包含：
屋顶风机；
与所述屋顶风机连接的发电机组件，用于将屋顶风机旋转的动能转换为电能；
与屋顶风机同轴连接的电动机组件，用于控制屋顶风机的转速。
进一步地，所述发电机组件，包含：
发电机，其与所述屋顶风机同轴连接；
转速检测模块，其用于检测屋顶风机的转速；
发电机控制模块，其用于控制发电机的运行。
进一步地，所述电动机组件，包含：
电动机，其与所述屋顶风机同轴连接；
电动机控制模块，其用于控制电动机的运行。
本发明还提出了一种基于屋顶风机装置的智能发电和温湿控制系统，包括：
多个并联的屋顶风机装置；
与多个并联的屋顶风机装置串联的蓄电池，其用于储存发电机产生的电能，并为电动机提供电能；
分别与多个屋顶风机装置及蓄电池连接的控制装置，其用于根据各个屋顶风机的转速及其所处区域的温、湿度与设定值的差值生成控制指令，以控制蓄电池以及各个发电机、电动机的运行，实现屋顶风机装置的智能发电及温湿控制。
进一步地，所述控制装置，包括：
测量模块，其用于测量各个屋顶风机所处区域的温度及湿度；
计算模块，其与所述测量模块连接，用于计算各个屋顶风机所处区域的温度和湿度与设定值的差值；
指令生成模块，其与所述计算模块及各个屋顶风机装置中的转速检测模块连接，用于根据各个屋顶风机的转速以及屋顶风机所处区域的温、湿度与设定值的差值生成控制指令，并发送给蓄电池及各个电动机控制模块与发电机控制模块，以控制发电机的运行或屋顶风机的转速。
进一步地，所述指令生成模块与屋顶风机装置中的电动机控制模块、转速检测模块以及发电机控制模块无线连接。
进一步地，所述蓄电池还与电网连接，用于将蓄电池的过剩电流并入电网或通过电网为发电机供电。
本发明具有以下优势：
本发明在屋顶风机的旋转轴上加装发电机，将屋顶风机旋转的动能转化为电能，并储存在蓄电池中，从而有效回收屋顶风机旋转的动能，同时，在屋顶风机的旋转轴上加装电动机，并根据屋顶风机所处区域的温湿度与设定值的差值对不同区域内的屋顶风机的转速进行精准控制，实现主动调节屋内温、湿度的同时，对各个屋顶风机进行差异性调节。
附图说明
图1为屋顶风机装置的结构示意图。
图2为基于屋顶风机装置的智能发电和温湿控制系统的结构示意图。
图3为控制指令生成模块的逻辑电路图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，本发明提出了一种屋顶风机装置，包含：
屋顶风机；
与所述屋顶风机连接的发电机组件，用于将屋顶风机旋转的动能转换为电能，从而回收屋顶风机旋转过程中产生的动能；
与屋顶风机同轴连接的电动机组件，用于控制屋顶风机的转速，以实现主动调节屋内的温度与湿度。
所述发电机组件，包含：
发电机，其与所述屋顶风机同轴连接；具体地，发电机的转子与屋顶风机的转轴同轴设置；
转速检测模块，其用于检测屋顶风机的转速；
发电机控制模块，其用于控制发电机的运行；具体地，发电机控制模块控制发电机启动或停止。
所述电动机组件，包含：
电动机，其与所述屋顶风机同轴连接；具体地，电动机的转子与屋顶风机的转轴同轴设置；
电动机控制模块，其用于控制电动机的运行；具体地，电动机控制模块控制电动机启动或停止。
如图2所示，本发明还提出了一种基于屋顶风机装置的智能发电和温湿控制系统，包括：
N个并联的屋顶风机装置；所述N个屋顶风机装置分别分布在建筑物屋顶的各个区域内，其中N大于等于2；
与N个并联的屋顶风机装置串联的蓄电池，其用于储存发电机产生的电能，并为电动机提供电能；
分别与多个屋顶风机装置及蓄电池连接的控制装置，其用于根据各个屋顶风机的转速以及其所处区域的温湿度与设定值的差值生成控制指令，以控制蓄电池以及各个发电机、电动机的运行，实现屋顶风机装置的智能发电及温湿控制。
所述控制装置与各个屋顶风机装置中的电动机控制模块、转速检测模块以及发电机控制模块通过蓝牙、无线局域网或物联网等无线连接。
所述控制装置，包括：
测量模块，其用于测量各个屋顶风机所处区域的温度及湿度；
计算模块，其与所述测量模块连接，用于计算各个屋顶风机所处区域的温度和湿度与设定值的差值；
指令生成模块，其用于根据各个屋顶风机的转速以及屋顶风机所处区域的温、湿度与设定值的差值生成控制指令，并发送给蓄电池、各个电动机控制模块与各个发电机控制模块。
具体地，所述指令生成模块根据各个屋顶风机的转速及其所处区域的温、湿度与设定值的差值计算各个发电机是否启动发电，以及启停时间，从而生成第一控制指令，再将该第一控制指令分别发送给各个发电机控制模块，以控制各个发电机的运行，实现屋顶风机装置的智能发电；所述指令生成模块根据各个屋顶风机所处区域的温、湿度与设定值的差值计算各个电动机是否启动及启停时间，从而生成第二控制指令，再将该第二控制指令分别发送给蓄电池及各个电动机控制模块，控制蓄电池为各个电动机提供电能，并控制各个电动机运行，进而改变各个屋顶风机的转速，实现主动调节屋内温度与湿度的同时，对不同区域内的屋顶风机进行差异性控制。
进一步地，采用自动控制领域经典的比例积分(PI)控制生成所述第一控制指令与第二控制指令。如图3所示，To、Ho分别为温度、湿度的设定值，Tm、Hm分别为测量模块所测量的屋顶风机所处区域的温度、湿度的测量值。对屋顶风机所处区域的温度、湿度的测量值与设定值的差值进行放大，并对放大后的差值进行累加。为避免发电机、电动机频繁启动，分别设置温度、湿度的启动阈值KT、KH。当经过PI控制环节后的值小于启动阈值KT、KH时，控制指令为0，发电机或电动机不启动；否则，发电机或电动机启动运行。
所述蓄电池还与电网连接。当蓄电池内电量存满后，将蓄电池旁路，过剩电流并入电网；当蓄电池电量不足而仍需向各个电动机提供电能时，控制装置将蓄电池旁路，通过电网向各个电动机进行供电。
本发明所提出的基于屋顶风机装置的智能发电和温湿控制系统主要包括屋顶风机发电过程及屋顶风机用电过程。
屋顶风机发电过程的工作原理为：当屋顶风机所处建筑物室内与室外空气流速、温差较大时，屋顶风机旋转进而产生动能，与屋顶风机连接的转速检测模块实时测量屋顶风机的转速并发送给控制装置。控制装置实时测量屋顶风机所处区域的温、湿度并与设定值做差，得到温度差值及湿度差值。控制装置再根据该温度差值、湿度差值以及屋顶风机的转速计算是否需要开启发电机以及发电机的启停时间，从而生成第一控制指令，并无线发送给发电机控制模块，以控制发电机运行产生电能。发电机所产生的电能储存在蓄电池中，当蓄电池内电量存满后，其过剩电能并入到电网或由用户自用。当屋顶风机转速较低或屋顶风机所处区域室内温度和湿度达到设定值时，控制装置生成的第一控制指令控制发电机停止运行，并根据需要生成第二控制指令将屋顶风机进行制动停机。
屋顶风机用电过程的工作原理为：当控制装置实时测量的屋顶风机所处区域的温、湿度与设定值存在较大差值时，进一步地，屋顶风机所处建筑物室内与室外空气流速、温差较小，屋顶风机可能出现转速较低或者停止转动现象时，控制装置根据屋顶风机所处区域的温、湿度与设定值的差值计算电动机是否需要启动以及电动机的启停时间，从而生成第二控制指令。控制装置再将该第二控制指令通过无线网发送给蓄电池及电动机控制模块，以控制蓄电池为电动机供电，并控制电动机运行从而调节屋顶风机的转速。若蓄电池中的电量不足时，控制装置通过电网向电动机供电。当室内温、湿度达到设定值时，控制装置生成的第二控制指令控制电动机对屋顶风机进行制动，而后控制电动机停止运行。
本发明回收利用屋顶风机旋转时的动能，属于绿色低碳发电技术，若在全国进行推广，有助于节能减排和早日实现碳达峰目标，具有明显的社会效益。安装屋顶风机的场所大多位于工业集聚地区，屋顶风机发出的电能在蓄电池充满后，可直接自用或者并网消纳，可为用户节省用电成本，具有显著的经济效益。本发明的经济效益还体现在，通过智能控制屋顶风机的调节速度，有助于使室内空间保持合理的温度和湿度，对于人工作业区，可提高生产效率，对于货物存储区，可改善货物存储的效果。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种屋顶风机装置，其特征在于，包含：
屋顶风机；
与所述屋顶风机连接的发电机组件，用于将屋顶风机旋转的动能转换为电能；
与屋顶风机同轴连接的电动机组件，用于控制屋顶风机的转速。
2.如权利要求1所述的屋顶风机装置，其特征在于，所述发电机组件，包含：
发电机，其与所述屋顶风机同轴连接；
转速检测模块，其用于检测屋顶风机的转速；
发电机控制模块，其用于控制发电机的运行。
3.如权利要求1所述的屋顶风机装置，其特征在于，所述电动机组件，包含：
电动机，其与所述屋顶风机同轴连接；
电动机控制模块，其用于控制电动机的运行。
4.一种基于屋顶风机装置的智能发电和温湿控制系统，其特征在于，包括：
多个并联的如权利要求1-3任意一项所述的屋顶风机装置；
与多个并联的屋顶风机装置串联的蓄电池，其用于储存发电机产生的电能，并为电动机提供电能；
分别与多个屋顶风机装置及蓄电池连接的控制装置，其用于根据各个屋顶风机的转速及其所处区域的温、湿度与设定值的差值生成控制指令，以控制蓄电池以及各个发电机、电动机的运行，实现屋顶风机装置的智能发电及温湿控制。
5.如权利要求4所述的基于屋顶风机装置的智能发电和温湿控制系统，其特征在于，所述控制装置，包括：
测量模块，其用于测量各个屋顶风机所处区域的温度及湿度；
计算模块，其与所述测量模块连接，用于计算各个屋顶风机所处区域的温度和湿度与设定值的差值；
指令生成模块，其与所述计算模块及各个屋顶风机装置中的转速检测模块连接，用于根据各个屋顶风机的转速以及屋顶风机所处区域的温、湿度与设定值的差值生成控制指令，并发送给蓄电池及各个电动机控制模块与发电机控制模块，以控制发电机的运行或屋顶风机的转速。
6.如权利要求5所述的基于屋顶风机装置的智能发电和温湿控制系统，其特征在于，所述指令生成模块与屋顶风机装置中的电动机控制模块、转速检测模块以及发电机控制模块无线连接。
7.如权利要求4所述的基于屋顶风机装置的智能发电和温湿控制系统，其特征在于，所述蓄电池还与电网连接，用于将蓄电池的过剩电流并入电网或通过电网为发电机供电。
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