专利名称：一种超高层建筑水势能发电和热回收系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及超高层建筑领域，尤其涉及一种超高层建筑水势能发电和热回收系统。
背景技术：
随着我国城市化进程的深入，一线甚至二线城市的核心区建设用地日趋紧张，超高层建筑的数量迅速增长。超高层建筑的暖通和给排水系统的设计有其特殊性，一般需在建筑物内每隔15层设一个避难层，每隔30层左右设一个设备层，通常在设备层设置有为高区服务的给水箱、给水泵、热水箱和热水泵等设备。由于超高层建筑的地标性和高度优势，大多数超高层建筑都会有五星甚至超五星级酒店的设置，并且这些酒店一般都设在建筑物的上层，利于观光。同时，五星甚至超五星级酒店的客房和SPA、泳池等设施的用水标准高，用水量较大。根据相关规范，生活污水的定义为居民日常生活中排泄的粪便污水，生活废水(以下简称废水)的定义为居民日常生活中排出的洗涤水，对于超高层建筑的酒店而言，废水的主要来源为洗浴废水，洗浴一般使用热水，洗浴废水的温度也较高，如将洗浴废水的热量回收，也有较好的节能效果。根据水处理的需要，一般超高层建筑可采用污、废分流排水，即马桶排出的粪便污水设污水立管单独排出，洗浴、洗漱、泳池排水和洗衣排水等废水另行设废水立管单独排出，这部分废水有条件单独设置废水箱收集。室内排水立管中水流流动特征:污水从横支管进入立管时，起初为加速下落过程，排放末了时又有一个减速过程。所以，进入室内排水立管中的水流是断续的、非均匀的，管道内并非经常充满水，管道内流态绝大部分时间处于非充满流状态，因而水流必带气，管内呈气液两相的夹气流。在整个水流央气往下降落的过程中就不断发生管内气体压力疏张或压缩。对立管水流运动过程的实验研究表明，当立管中流量较小时，水流沿管壁周边作螺旋运动，这是因为流经粗糙的管壁受到摩擦的原故，此时立管中气流正常流通，通气量较大，气压稳定。随着水量的增加，螺旋运动开始破坏，并且当水量足够覆盖住管壁时，完全停止了螺旋流，水流改作附着于管壁而作水片下落的状态，其原因是管壁的吸附力(尤其是水较污浊时)大于水的表面张力。此时管内气体压力仍较稳定。但是，这种状态是过渡性的，历时甚短，水量再稍大就转到下一个状态中去了。当流量增加到足够大时，水流由空气的阻力和管壁的摩擦作用而形成水的隔膜运动(所谓隔膜乃是具有一定厚度的水膜层)。目前已有多种利用高层建筑排水势能发电的系统或装置。但是，目前的系统存在如下缺陷:1、由于建筑排水为断续排水，排水管道内的设计流态为气液两项非充满流态，流过发电机叶轮的废水时断时续，且过流断面也不稳定，可能呈旋流状态或贴壁水膜运动状态，导致发电机工作效率极低，且叶轮工作不平衡，易造成叶轮损坏；2、由于排水管道内的设计流态为非充满流态，很大一部分能量都在下落时由于气液混合流动、螺旋流动或贴壁膜状流动中的空气阻力和摩擦阻力消耗掉了，排水的势能有效利用率很低，发电效率低，发电量小；3、运行控制不合理，发电机处于随排水情况无序运转，电流输出不稳定；4、没有紧密结合超高层建筑的特点，实用性有限；5、发电机涡轮直接与排水管串联，未考虑发电机的检修清洗，当发电机出故障时，需停止排水，影响整个建筑的使用；6、无热回收功能，无法回收废水中的余热。
发明内容
本发明的目的是提供一种超高层建筑水势能发电和热回收系统，以克服目前现有系统存在的上述不足。本发明的目的是通过以下技术方案来实现:
一种超高层建筑水势能发电和热回收系统，包括水箱和控制器，所述水箱内设有换热隔板，所述水箱通过换热隔板分隔有废水保温收集箱和保温给水箱，所述废水保温收集箱底部连接有废水蓄能立管，废水蓄能立管外壁上设有检修清扫口，废水蓄能立管底端连接有过滤器，过滤器连接有水力电动控制阀，水力电动控制阀通过管道连接有小型蜗轮水力发电机，水力电动控制阀与小型蜗轮水力发电机之间设有压力传感器，小型蜗轮水力发电机右侧底部连接有检修阀，小型蜗轮水力发电机右侧中部连接有整流器，整流器连接有蓄电池组；所述控制器分别与压力传感器和水力电动控制阀通过信号连接。进一步的，所述废水保温收集箱左端顶部设有废水进水管，所述废水保温收集箱内位于废水进水管下方设有液位传感器，所述液位传感器与控制器通过信号连接；所述保温给水箱右侧底部设有给水箱出水口，保温给水箱顶部设有给水箱进水管；所述废水保温收集箱与保温给水箱底部均设有泄水口，所述废水保温收集箱与保温给水箱前面靠近顶端处设有溢流口。进一步的，所述废水进水管、液位传感器和废水蓄能立管与废水保温收集箱连接处均设有过滤网。本发明的有益效果为:(1)本系统电能输出连续稳定，系统不易损坏，可靠性高；
(2)本系统充分利用废水的势能，发电效率高，发电量大；(3)本系统紧密结合超高层建筑的特点，实用性很高；(4)本系统内所述的废水保温收集箱有缓冲高峰废水排放和积聚废水的功能，并设有所述的溢流口，当发电机进行检修清洗或当发电机出故障时，废水排出不需停止，不会影响整个建筑的正常使用；(5)本系统还具有热回收功能，可回收废水中的余热，节能环保。
下面根据附图对本发明作进一步详细说明。图1是本发明实施例所述的一种超高层建筑水势能发电和热回收系统的结构示意图。图中:
1、废水保温收集箱；2、保温给水箱；3、换热隔板；4、废水进水管；5、溢流口 ；6、给水箱进水管；7、给水箱出水管；8、泄水口 ；9、检修阀；10、过滤网；11、过滤器；12、液位传感器；13、废水蓄能立管；14、检修清扫口 ；15、水力电动控制阀；16、控制器；17、压力传感器；18、小型涡轮水力发电机；19、整流器；20、蓄电池组；21、水箱。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例所述的一种超高层建筑水势能发电和热回收系统，包括水箱21和控制器16，所述水箱21内设有换热隔板3，所述水箱21通过换热隔板3分隔有废水保温收集箱I和保温给水箱2,所述废水保温收集箱I底部连接有废水畜能立管13,废水蓄能立管13外壁上设有检修清扫口 14，废水蓄能立管13底端连接有过滤器11，过滤器11连接有水力电动控制阀15，水力电动控制阀15通过管道连接有小型蜗轮水力发电机18,水力电动控制阀15与小型蜗轮水力发电机18之间设有压力传感器17，小型蜗轮水力发电机18右侧底部连接有检修阀9，小型蜗轮水力发电机18右侧中部连接有整流器19，整流器19连接有蓄电池组20 ;所述控制器16分别与压力传感器17和水力电动控制阀15通过信号连接；所述废水保温收集箱I左端顶部设有废水进水管4，所述废水保温收集箱I内位于废水进水管4下方设有液位传感器12，所述液位传感器12与控制器16通过信号连接；所述保温给水箱2右侧底部设有给水箱出水管7，保温给水箱顶部设有给水箱进水管6 ;所述废水保温收集箱I与保温给水箱2底部均设有泄水口 8，所述废水保温收集箱I与保温给水箱2前面靠近顶端处设有溢流口 5 ;所述废水进水管4、液位传感器12和废水蓄能立管13与废水保温收集箱I连接处均设有过滤网10。具体使用时，超高层建筑的暖通和给排水系统的设计有其特殊性，一般需在建筑物内每隔15层设一个避难层，每隔30层左右设一个设备层。当酒店设置在超高层建筑最上层时，本系统可在超高层建筑最高的设备层设置所述废水保温收集箱1，用来收集设备层以上酒店各楼层排出的废水，且由于超高层建筑给水和热水均需分区供应，在该最高的设备层通常均需设有给水和热水供水设备，如给水箱、给水设备、热水箱、热水制备设备；所述保温给水箱2可以替代常规的给水箱，为热水制备系统提供经过预热的水源，节约加热热水所需的热量。所述废水保温收集箱I和保温给水箱2间设有所述换热隔板3，该隔板为304不锈钢材质，设有半圆形突出部增大换热面积。给水箱21设有补水口，一般情况下充满度较高，给水箱21内的给水可以通过换热隔板3与废水箱内的废水进行热交换预热后，再进入生活热水换热器进行加热(洗浴废水的水温一般在3(T35°C，给水的水温一般为20°C，水箱内换热隔板两侧的换热温差为1(T15°C)。废水保温收集箱I与保温给水箱2的换热结构还可以有其他多种设计。常规的超高层建筑给排水设计当中，在设备层的给水制备从给水箱内抽取给水，泵入换热器等热水制备设备生产热水。生产的热水流入热水箱储存，再由热水循环泵将热水箱中的热水送到酒店客房卫生间和洗衣房等末端使用。可见，在晚间的用水高峰期，给水和废水排水的高峰将同时到来，所述废水保温收集箱I逐渐蓄水的过程和保温给水箱2供水、水位下降、补水的过程同步，水箱21水位逐渐变化的过程中也在进行着热交换。由于刚排入废水箱的废水温度较高，且刚补入给水箱的给水温度也较低，此时热交换、热回收的效率较高。当废水水位长时间低于液位传感器12出水口时，废水在废水箱留置时间较长，在不影响发电量的情况下，与给水的换热和热量的回收更为充分。所以在具体实施时，应根据具体项目废水的日排水量合理设计废水箱的容积和压力平衡管出水口的高度。当废水排入废水箱时，与废水箱底部相通的所述废水蓄能立管13逐渐处于充满状态，然后，当水箱21内开始蓄积废水且水位超过所述液位传感器12出水口时，所述液位传感器12发送信号至控制器16，所述控制器16根据预设的程序向水力电动控制阀15发出开阀指令，阀门打开后，废水蓄能立管13的高静压废水流以类似水坝发电的充满流状态连续流入所述小型涡轮水力发电机18内，稳定驱动涡轮转动,带动发电机发电。发电机产生的电流经过所述整流器19整流后，输送至所述蓄电池组20。随着废水的排出，当废水蓄能立管13底部充满流流态结束时，所述压力传感器17处水静压为零或极低(此时废水为非充满流)，压力传感器17将测得的压力信号传送至所述控制器16，控制器16根据预设的控制程序发出指令关闭水力电动控制阀15，小型涡轮水力发电机18停止运转，一个发电周期结束。随后，随着建筑物废水的排放，废水蓄能立管13逐渐充满后，废水箱开始充水，直到废水箱水位超过所述液位传感器12出水口的高度，重复上述过程，开始下一个发电周期，如此周而复始。所述控制器16预设的控制程序根据液位信号和压力信号进行编制，当液位传感器12的液位信号传递至控制器16时，控制器16发出打开水力电动控制阀15的指令；当压力传感器17测得的水压值小于等于0.1米时，控制器16发出水力电动控制阀15复位关闭的指令。所述小型涡轮水力发电机18可设在超高层建筑内下部的某一避难层或设备层，只要与废水保温收集箱I的水位落差满足发电要求即可。一般情况下，水位落差的范围可控制在20nT200m之间。所述废水保温收集箱I和保温给水箱2均设有所述溢流口 5。当废水瞬间流量超大、发电机检修或其他情况时，废水可从溢流口 5排出。溢流口 5与废水蓄能立管13连接。由于废水外溢的影响较大，为保证溢流速度、确保溢流效果，废水箱溢流口 5设有2个。为便于系统的维护和检修，本系统在水箱和管路上分别设有泄水口 8、检修阀9和检修清扫口 14。本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种超高层建筑水势能发电和热回收系统，包括水箱(21)和控制器(16)，所述水箱(21)内设有换热隔板(3)，所述水箱(21)通过换热隔板(3)分隔有废水保温收集箱(I)和保温给水箱(2)，其特征在于:所述废水保温收集箱(I)底部连接有废水蓄能立管(13)，废水蓄能立管(13)外壁上设有检修清扫口(14)，废水蓄能立管(13)底端连接有过滤器(11)，过滤器(11)连接有水力电动控制阀(15)，水力电动控制阀(15)通过管道连接有小型蜗轮水力发电机(18),水力电动控制阀(15)与小型蜗轮水力发电机(18)之间设有压力传感器(17)，小型蜗轮水力发电机(18)右侧底部连接有检修阀(9)，小型蜗轮水力发电机(18)右侧中部连接有整流器(19)，整流器(19)连接有蓄电池组(20);所述控制器(16)分别与压力传感器(17)和水力电动控制阀(15)通过信号连接。
2.根据权利要求1所述的超高层建筑水势能发电和热回收系统，其特征在于:所述废水保温收集箱(I)左端顶部设有废水进水管(4)，所述废水保温收集箱(I)内位于废水进水管(4 )下方设有液位传感器(12)，所述液位传感器(12 )与控制器(16 )通过信号连接。
3.根据权利要求2所述的超高层建筑水势能发电和热回收系统，其特征在于:所述保温给水箱(2 )右侧底部设有给水箱出水管(7 )，保温给水箱顶部设有给水箱进水管(6 )。
4.根据权利要求3所述的超高层建筑水势能发电和热回收系统，其特征在于:所述废水保温收集箱(I)与保温给水箱(2)底部均设有泄水口(8)，所述废水保温收集箱(I)与保温给水箱(2)前面靠近顶端处设有溢流口(5)。
5.根据权利要求4所述的超高层建筑水势能发电和热回收系统，其特征在于:所述废水进水管(4)、液位传感器(12)和废水蓄能立管(13)与废水保温收集箱(I)连接处均设有过滤网(10)。
全文摘要
本发明涉及一种超高层建筑水势能发电和热回收系统，包括水箱和控制器，所述水箱内设有换热隔板，所述水箱通过换热隔板分隔有废水保温收集箱和保温给水箱，所述废水保温收集箱底部连接有废水蓄能立管，废水蓄能立管底端连接有过滤器，过滤器连接有水力电动控制阀，水力电动控制阀通过管道连接有小型蜗轮水力发电机，小型蜗轮水力发电机右侧底部连接有检修阀，小型蜗轮水力发电机右侧中部连接有整流器，整流器连接有蓄电池组；所述控制器分别与压力传感器和水力电动控制阀通过信号连接。本发明的有益效果为本系统发电效率高、发电量大，电能输出稳定，可靠性高，运行控制合理，易于检修，实用性强，并可回收废水中的热能，节能效果显著。
文档编号F03B13/00GK103104009SQ201310042830
公开日2013年5月15日 申请日期2013年2月2日 优先权日2013年2月2日
发明者王宽, 李蒨 申请人:中铁建设集团有限公司