CN116388649A - 基于bim的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统 - Google Patents

Abstract

一种基于BIM的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统，包括：厂房、风力发电装置、蓄电池、照明装置、继电器及外部电源.风力发电装置设置于厂房的顶部，照明装置位于厂房内；风力发电装置与蓄电池电连接；蓄电池及外部电源均与继电器电连接，继电器与照明装置电连接。蓄电池和外部电源均可向照明装置供电，初始状态下由蓄电池提供电能，受天气影响导致风力发电装置供电不足时，继电器将供电元件切换为外部电源，以保证厂房内部照明，减少天气因素的干扰，实现分布式供电与公共电网的灵活切换，解决分布式发电系统供电不稳定的问题。

Description

基于BIM的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统

技术领域

本发明涉及能源建筑领域，特别是涉及一种基于BIM的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统。

背景技术

目前供电系统是以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式单一供电系统。虽然90％的电力负荷都由这种集中单一的大电网供电，但是当今社会对能源与电力供应的质量与安全可靠性要求越来越高，大电网由于自身的缺陷已经不能满足这种要求。由于大电网中任何一点的故障所产生的扰动都会对整个电网造成较大影响，严重时可能引起大面积停电甚至是全网崩溃，造成灾难性后果，这样的事故时有发生。另外集中式大电网还不能跟踪电力负荷的变化，而为了短暂的峰荷建造发电厂其花费是巨大的，经济效益也非常低。通过BIM(^B _u ^ildi _ng Information Mdeling)技术与大电网系统和分布式发电系统相结合是节省投资、降低能耗、提高系统安全性和灵活性的主要方法。

分布式发电指的是在用户现场或靠近用电现场配置较小的风力发电机组(一般低于30MW)，以满足特定用户的需要，支持现存配电网的经济运行，或者同时满足这两个方面的要求。由于靠近用户提高了服务的可靠性和电力质量。技术的发展，公共环境政策和电力市场的扩大等因素的共同作用使得分布式发电成为重要的能源选择，然而现有分布式发电系统受自然条件影响大，存在供电不稳定的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种基于BIM的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统，使分布式发电系统可稳定向建筑内用电器供电。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于BIM的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统，包括：厂房、风力发电装置、蓄电池、照明装置、继电器及外部电源；

所述风力发电装置设置于所述厂房的顶部，所述照明装置位于所述厂房内；

所述风力发电装置与所述蓄电池电连接；

所述蓄电池及所述外部电源均与所述继电器电连接，所述继电器与所述照明装置电连接。

在其中一个实施例中，所述照明装置包括多个照明灯具，多个所述照明灯具位于所述厂房内部，且多个所述照明灯具之间并联连接。

在其中一个实施例中，所述继电器为电磁式继电器，所述继电器包括线圈及闸刀，所述线圈与所述蓄电池电连接，所述闸刀位于所述蓄电池及所述外部电源之间，所述线圈提供磁性力用于驱使所述闸刀于所述蓄电池和外部电源之间往复摆动。

在其中一个实施例中，所述风力发电装置包括若干风力发电机组，多个所述风力发电机组等间距设置于所述厂房的顶部，且多个所述风力发电机组均与所述蓄电池电连接。

在其中一个实施例中，所述风力发电机组包括风帽及设置于所述风帽上的电刷式发电机，所述电刷式发电机与所述蓄电池电连接，所述风帽用于驱动所述电刷式发电机转动以产生电流。

在其中一个实施例中，所述厂房的顶部设置有多个安装台，所述风帽一一对应设置于多个所述安装台上。

在其中一个实施例中，所述风帽包括风轮、底座、固定轴及转动支架，所述底座设置于所述安装台上，所述固定轴穿设所述底座及所述转动支架，所述转动支架与所述风轮的内壁连接。

在其中一个实施例中，所述转动支架包括轴承、夹持片、转盘及连接杆，所述转盘上开设有定位槽，所述连接杆的第一端容置于所述定位槽内，所述连接杆的第二端与所述风轮的内壁焊接，所述轴承设置于所述转盘的中心，所述固定轴穿设所述轴承，所述夹持片罩设于所述转盘上。

在其中一个实施例中，所述底座内壁上设置有承载架，所述固定轴与所述承载架连接，所述转盘的底部与所述承载架贴合。

在其中一个实施例中，所述风帽还包括止动组件，所述止动组件包括：外壳、滑轮、棘轮、涡簧、拨杆、定位销及拉绳；

所述外壳设置于所述承载架上，所述外壳上开设有导向滑槽，所述导向滑槽包括起始段及转向段，所述起始段的延伸方向与所述固定轴的轴线方向平行，所述转向段朝靠近所述外壳中心的位置倾斜；

所述滑轮可滑动的设置于所述导向滑槽上，所述滑轮靠近所述承载架的一侧设置有夹持部，所述转盘上设置有与所述夹持部匹配的阻挡部；

所述棘轮可转动的设置于所述外壳上，所述涡簧位于所述棘轮内，所述棘轮与所述导向滑槽之间设置有间隔，且所述间隔的宽度由所述起始段朝所述转向段递减；

所述棘轮靠近所述承载架的一端设置有收卷部，所述拉绳位于所述滑轮及所述棘轮之间，且所述拉绳的末端与所述收卷部连接；

所述拨杆可转动的设于所述外壳上，所述拨杆设置有止动端及触发端，所述止动端与所述棘轮的外齿抵接，所述触发端朝向所述拉绳设置；

所述定位销设置于所述外壳上，且所述定位销与所述触发端抵接，所述定位销用于阻止所述触发端朝靠近所述拉绳的方向摆动。

综上，蓄电池和外部电源均可向照明装置供电，初始状态由蓄电池提供电能，受天气影响导致风力发电装置供电不足时，继电器将供电元件切换为外部电源，以保证厂房内部照明，减少天气因素的干扰，实现分布式供电与公共电网的灵活切换，解决分布式发电系统供电不稳定的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为一实施例中基于BIM的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统的示意图；

图2为蓄电池、外部电源、蓄电池及照明装置的连接示意图；

图3为厂房与风力发电装置的配合示意图；

图4为一实施例中风帽的内部结构示意图；

图5为一实施例中风帽的爆炸视图；

图6为转动支架的爆炸视图；

图7为止动组件的爆炸视图；

图8为底座的结构示意图；

图9为一实施例中止动组件的结构示意图；

图10为止动组件工作状态图(一)；

图11为止动组件工作状态图(二)；

图12为止动组件工作状态图(三)；

图13为止动组件工作状态图(四)。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1及图2，一种基于BIM的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统10，包括：厂房100、风力发电装置200、蓄电池300、照明装置400、继电器500及外部电源600，此处外部电源600指公共电网。

请参阅图1及图3，风力发电装置200设置于厂房100的顶部，照明装置400位于厂房100内；风力发电装置200与蓄电池300电连接；风力发电装置200运转时产生电能存储于蓄电池300内；

请参阅图1及图2，蓄电池300及外部电源600均与继电器500电连接，继电器500与照明装置400电连接，即蓄电池300与外部电源600均可为照明装置400供电，继电器500作为开关，用于切换照明装置400的供电部件。初始状态下，即当蓄电池300内有存储电能时，使蓄电池300与照明装置400电连接；当蓄电池300内无存储电能时继电器500触发，使外部电源600与照明装置400电连接，以此受到天气影响时，照明装置400仍然可继续提供照明；并在蓄电池300存储有电能时自动切换为初始状态，减少用电压力。

具体的，照明装置400包括多个照明灯具410，多个照明灯具410位于厂房100内部，且多个照明灯具410之间并联连接。本实施例中，用电器位照明灯具410，其使用时间段一般为夜间，由于白天使用照明的情况少，可在白天给与风力发电装置200充足时间运行，降低对蓄电池300的供电压力。

请参阅图1及图2，一实施例中，继电器500为电磁式继电器500，继电器500包括线圈510及闸刀520，线圈510与蓄电池300电连接，闸刀520位于蓄电池300及外部电源600之间，线圈510提供磁性力用于驱使闸刀520于蓄电池300和外部电源600之间往复摆动，具体的，由于线圈510与蓄电池300电连接，当蓄电池300内存储有电能时，线圈510通电产生磁场，使闸刀520保持与蓄电池300电连接，使蓄电池300与照明装置400连通，由蓄电池300向照明装置400供电；当蓄电池300内电能耗尽或电能不足时，线圈510无法继续吸附闸刀520，此时闸刀520摆动，并与外部电源600接触，使外部电源600与照明装置400连通，由外部电源600向照明装置400供电，实现供电部件的自动切换。

请参阅图1，一实施例中，风力发电装置200包括若干风力发电机组210，多个风力发电机组210等间距设置于厂房100的顶部，且多个风力发电机组210均与蓄电池300电连接。多个风力发电机组210同时向蓄电池300供电，提高对风能的利用率。

优选的，风力发电机组210包括风帽700及设置于风帽700上的电刷式发电机800，电刷式发电机800与蓄电池300电连接，风帽700用于驱动电刷式发电机800转动以产生电流。利用风帽700可在自然风及厂房100内外温度差引起的空气热对流作用下转动，通过风帽700驱动电刷式发电机800运行发电，对风力强度要求小，对风能的利用率高。优选的，厂房100的顶部设置有多个安装台110，风帽700一一对应设置于多个安装台110上。

请参阅图4及图5，风帽700包括风轮710、底座720、固定轴730及转动支架740，其中风轮710和转动支架740为转动部件，底座720及固定轴730为支撑部件。

底座720设置于安装台110上，固定轴730穿设底座720及转动支架740，转动支架740与风轮710的内壁连接。风轮710受力转动时驱使转动支架740一同绕固定轴730旋转，转动支架740于风轮710内对风轮710提供支撑。

电刷式发电机800的电枢设于转动支架740上，电刷式发电机800的磁极设于固定轴730上，电刷设于底座720上，转动支架740旋转时，驱使电枢切割磁极的磁场线，产生电流经电刷向电刷式发电机800传输。

请参阅图6，转动支架740包括轴承741、夹持片742、转盘743及连接杆744，转盘743上开设有定位槽11，连接杆744的第一端容置于定位槽11内，连接杆744的第二端与风轮710的内壁焊接，通过连接杆744连接转盘743与风轮710，保持风轮710整体轻便，且由连接杆744对风轮710内提供支撑，提高风轮710结构强度。

轴承741设置于转盘743的中心，固定轴730穿设轴承741，夹持片742罩设于转盘743上。风帽700运转时，转盘743绕固定轴730旋转，通过增加轴承741可降低转盘743旋转时阻力，使风帽700旋转更顺畅。

请参阅图7及图8，进一步的，底座720内壁上设置有承载架721，固定轴730与承载架721连接，转盘743的底部与承载架721贴合。承载架721与底座720的内壁连接，用于提高底座720的结构强度。

综上，蓄电池300和外部电源600均可向照明装置400供电，初始状态由蓄电池300提供电能，受天气影响导致风力发电装置200供电不足时，继电器500将供电元件切换为外部电源600，以保证厂房100内部照明，减少天气因素的干扰，实现分布式供电与公共电网的灵活切换，解决分布式发电系统供电不稳定的问题。

可以理解，风帽700运行时可排出厂房100内气体，同时吸入新鲜空气，其在天气炎热时具有良好的通风降温效果；但在冬天，温度低时，则需要维持室内温度，风帽700持续运行将导致室内热量外泄，不利于控制厂房100内部温度。且上述基于BIM的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统10中，风帽700与电刷式发电机800连接，转动使会驱动电刷式发电机800产生电流，当厂房100处于搁置或放假期间等无人管理状态时，电刷式发电机800长时间运行存在一定的安全隐患。为解决上述问题，风帽700还包括止动组件900。

请参阅图7及图9，止动组件900包括：外壳910、滑轮920、棘轮930、涡簧940、拨杆950、定位销960及拉绳970。

请参阅图7，外壳910设置于承载架721上，外壳910上开设有导向滑槽12，导向滑槽12包括起始段12a及转向段12b，起始段12a的延伸方向与固定轴730的轴线方向平行，转向段12b朝靠近外壳910中心的位置倾斜，即转向段12b延伸方向与起始段12a的延伸方向存在夹角；

请参阅图10及图6，滑轮920可滑动的设置于导向滑槽12上，滑轮920靠近承载架721的一侧设置有夹持部921，转盘743上设置有与夹持部921匹配的阻挡部743a；在重力作用下滑轮920初始位于起始段12a的下端，当滑轮920上升到转向段12b内时，夹持部921位于阻挡部743a的活动轨迹内，阻挡部743a在风轮710作用下与夹持部921抵持，此时风轮710被滑轮920阻挡无法继续转动。

棘轮930可转动的设置于外壳910上，棘轮930与导向滑槽12之间设置有间隔，且间隔的宽度由起始段朝转向段12b递减。即导向滑槽12与棘轮930外壁之间的间隔由下至上递减；涡簧940位于棘轮930内，驱使棘轮930转动后，涡簧940会对棘轮930提供弹性扭力，使棘轮930反转，直至涡簧940恢复初始状态。

棘轮930靠近承载架721的一端设置有收卷部931，拉绳970位于滑轮920及棘轮930之间，且拉绳970的末端与收卷部931连接，棘轮930转动时，可收卷拉绳970，使拉绳970卷绕在收卷部931上。

请参阅图10及图11，拨杆950设置有止动端951及触发端952，止动端951与棘轮930的外齿932抵接，触发端952朝向拉绳970设置；定位销960设置于外壳910上，且定位销960与触发端952抵接，定位销960用于阻止触发端952朝靠近拉绳970的方向摆动。拨杆950与定位销960配合，使棘轮930仅能单向旋转，如图10所示；拖动拉绳970朝靠近触发端952摆动时，可带动拨杆950转动，使止动端951与外齿932分离，进而解除拨杆950对棘轮930的锁定，使棘轮930能够反向转动，如图11所示。

需要说明的是，定位销960位于外壳910上，而拉绳970被固定在靠近承载架721的一端的收卷部931上，即定位销960与拉绳970错开；拨杆950上设有扭簧，通过扭簧提供弹力驱使拨杆950上的触发端952朝靠近拉绳970侧摆动直至被定位销960阻挡。

下面对止动组件900的启动流程进行介绍：

请参阅图10，止动组件900未启动时，风帽700处于可转动状态，滑轮920位于起始段12a的下端，拨杆950上触发端952与定位销960抵持，此时拨杆950的止动端951与棘轮930上外齿932抵接，棘轮930无法反向转动。

请参阅图11，首先，持握拉绳970，将拉绳970朝触发端952侧摆动，通过拉绳970带动触发端952摆动，使触发端952与棘轮930上外齿932分离，以解除拨杆950对棘轮930的锁定；

此时，棘轮930不再受止动端951阻挡，处于可转动状态，保持拉绳970朝向拉动拉绳970，棘轮930旋转，直至拉绳970上被收卷部931收卷部分全部被拉出；

请参阅图12，牵引拉绳970朝远离触发端952的方向摆动，拨杆950复位重新锁定棘轮930，此时拉绳970与滑轮920的夹持部921接触，且在拉绳970张力作用下推动滑轮920沿起始段12a上升；

接着，组件减小对拉绳970的拉力，棘轮930在涡簧940弹性力作用下开始反转，收卷部931开始收卷拉绳970，由于导向滑槽12与棘轮930外壁之间的间隔由下至上递减，滑轮920上升时，夹持部921外壁与棘轮930外壁之间间距递减，拉绳970被压缩，进而使得夹持部921与拉绳970之间摩擦力递增，如此拉绳970被收卷过程中带动滑轮920上移并进入转向段12b，并朝转向段12b的顶部位移，直至滑轮920进入转向段12b的顶部；

请参阅图13，此时滑轮920的夹持部921位于转盘743上阻挡部743a的移动轨迹内，阻挡部743a与夹持部921接触时，转盘743无法继续旋转，进而使得风轮710被阻挡，风帽700无法继续运转。

关闭止动组件的操作流程如下：

请参阅图11，需要启动风帽700时，需要先持握拉绳970，并将其朝触发端952侧摆动，通过拉绳970带动触发端952摆动，使触发端952与棘轮930上外齿932分离，以解除拨杆950对棘轮930的锁定；

此时，棘轮930不再受止动端951阻挡，处于可转动状态，保持拉绳970朝向拉动拉绳970，棘轮930旋转，直至拉绳970上被收卷部931收卷部分全部被拉出，由于拉绳970与夹持部921存在摩擦力，位于转向段12b的顶部的滑轮920在拉绳970放卷的同时由转向段12b掉落回起始段12a的下端。

由于夹持部921离开阻挡部743a的移动轨迹，滑轮920对转盘743的锁定被解除，风轮700切换为可旋转状态。

需要说明的是，初始状态下拨杆950锁定棘轮930，棘轮930仅能单向旋转，即在涡簧940作用下收卷拉绳970，而无法放卷拉绳970，必须按上述工作流程顺序摆动、拉动及放卷拉绳970，才能实现止动组件900的启动和关闭，因此在未知操作流程的前提下，是无法改变风帽700的工作状态的，由此可避免非工作人员误操作开启或关闭风帽700进而引发安全事故。

通过在风帽700上增设止动组件900，可使风帽700具备切换运行和停止的能力，提高基于BIM的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统10的安全性能。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于BIM的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统，其特征在于，包括：厂房、风力发电装置、蓄电池、照明装置、继电器及外部电源；

所述风力发电装置设置于所述厂房的顶部，所述照明装置位于所述厂房内；

所述风力发电装置与所述蓄电池电连接；

所述蓄电池及所述外部电源均与所述继电器电连接，所述继电器与所述照明装置电连接。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统，其特征在于，所述照明装置包括多个照明灯具，多个所述照明灯具位于所述厂房内部，且多个所述照明灯具之间并联连接。

3.根据权利要求1所述的基于BIM的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统，其特征在于，所述继电器为电磁式继电器，所述继电器包括线圈及闸刀，所述线圈与所述蓄电池电连接，所述闸刀位于所述蓄电池及所述外部电源之间，所述线圈提供磁性力用于驱使所述闸刀于所述蓄电池和外部电源之间往复摆动。

4.根据权利要求1所述的基于BIM的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统，其特征在于，所述风力发电装置包括若干风力发电机组，多个所述风力发电机组等间距设置于所述厂房的顶部，且多个所述风力发电机组均与所述蓄电池电连接。

5.根据权利要求4所述的基于BIM的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统，其特征在于，所述风力发电机组包括风帽及设置于所述风帽上的电刷式发电机，所述电刷式发电机与所述蓄电池电连接，所述风帽用于驱动所述电刷式发电机转动以产生电流。

6.根据权利要求5所述的基于BIM的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统，其特征在于，所述厂房的顶部设置有多个安装台，所述风帽一一对应设置于多个所述安装台上。

7.根据权利要求6所述的基于BIM的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统，其特征在于，所述风帽包括风轮、底座、固定轴及转动支架，所述底座设置于所述安装台上，所述固定轴穿设所述底座及所述转动支架，所述转动支架与所述风轮的内壁连接。

8.根据权利要求7所述的基于BIM的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统，其特征在于，所述转动支架包括轴承、夹持片、转盘及连接杆，所述转盘上开设有定位槽，所述连接杆的第一端容置于所述定位槽内，所述连接杆的第二端与所述风轮的内壁焊接，所述轴承设置于所述转盘的中心，所述固定轴穿设所述轴承，所述夹持片罩设于所述转盘上。

9.根据权利要求8所述的基于BIM的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统，其特征在于，所述底座内壁上设置有承载架，所述固定轴与所述承载架连接，所述转盘的底部与所述承载架贴合。

10.根据权利要求9所述的基于BIM的分布式可再生能源和建筑一体化利用系统，其特征在于，所述风帽还包括止动组件，所述止动组件包括：外壳、滑轮、棘轮、涡簧、拨杆、定位销及拉绳；

所述外壳设置于所述承载架上，所述外壳上开设有导向滑槽，所述导向滑槽包括起始段及转向段，所述起始段的延伸方向与所述固定轴的轴线方向平行，所述转向段朝靠近所述外壳中心的位置倾斜；

所述滑轮可滑动的设置于所述导向滑槽上，所述滑轮靠近所述承载架的一侧设置有夹持部，所述转盘上设置有与所述夹持部匹配的阻挡部；

所述棘轮可转动的设置于所述外壳上，所述涡簧位于所述棘轮内，所述棘轮与所述导向滑槽之间设置有间隔，且所述间隔的宽度由所述起始段朝所述转向段递减；

所述棘轮靠近所述承载架的一端设置有收卷部，所述拉绳位于所述滑轮及所述棘轮之间，且所述拉绳的末端与所述收卷部连接；

所述拨杆可转动的设于所述外壳上，所述拨杆设置有止动端及触发端，所述止动端与所述棘轮的外齿抵接，所述触发端朝向所述拉绳设置；

所述定位销设置于所述外壳上，且所述定位销与所述触发端抵接，所述定位销用于阻止所述触发端朝靠近所述拉绳的方向摆动。

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