专利名称：一种高层建筑污水势能回收系统的利记博彩app
技术领域：
本发明属于绿色建筑节能技术领域，更具体地，涉及一种高层建筑污水势能回收系统。
背景技术：
高层建筑由于其空间利用率高，人口密度大，往往具有用水量大、排水量大的特点，并且排出的这些污水大多具有很高的势能，目前的大多数建筑中，人们将这些污水通过管道直接排放到公共污水下水道，这使得当中的势能被白白地浪费掉。现有技术中、涡轮发电机可以通过向流体汲取动能并将其转换成电能进行利用， 在上述高层建筑中，若把涡轮发电机安装于建筑物污水管道底部，则当中的涡轮也会把污水从高处落下时所产生的动能转为电能，利用该方法产生的电能可由以下公式求得。P= nrhg ； (1)其中η为转换效率，r为流量(kg/s)，h为水头高度(m)，g为重力系数(9. 8m/s2)， P为产生电能的功率(W)。根据美国国家标准局的指引(National Bureau of Standards)，一条排水管道的大小应根据以下公式求得。q = 27. 8r5/3d8/3 ； (2)其中q为管道容量(gpm) ；r为水流在管内流动时占去管道面积的比例，通常介乎于 1/4 1/3 ；d为管道直径(inch)。以一座70层高的大厦为例，假设大厦每层有20户，每户有5人，每人每日的用水量为168升，若把所有污水集中起来，该大厦每天排放的污水便是1176000升，参考公式 (2)，该大厦需要一条4英寸的管道来排放污水。下面计算这些污水可以产生的电能，为了得到上述结果，先计算污水到达涡轮发电机时的动能，参见图1，图示为污水依附在管道壁上向下流动的流动状态示意图，其中污水占管道面积最大值为1/4至1/3，管道的中心位置为空气，当水管流入管道后，水会因重力向下加速，不过水流速度越快，管壁对水施加的摩擦力也就越大，当摩擦力的数值等同于重力后，污水便会停止加速并以固定速度向下流动，该速度被称为终极速度(Terminal Velocity)，而水流由静止到加速到达到终极速度的距离，被称为终极距离(Terminal Length)，根据美国国家标准局推演的污水流动状态及其流动速度的公式，上述终极速度和终极距离的计算公式如下
a 2/Vt = 3.5
1 d ；(3)Lt = 0. 052VT2 ； (4)其中Vt为终极速度(fps)，Lt为终极距离(ft)，q为水流量(gpm)，d为管道直径 (inch)ο
将上例中的70层大厦和具有相同人口密度和人均用水量的一栋30层大厦进行比较，两栋大厦每日产生的污水体积分别为1176000升和504000升，假设水流是定常流 (Steady Flow)，根据公式(3)和(4)，两栋大厦的污水流经各自的排水管时，其终极速度分别为 5. 46m/s 和 3. 88m/s。由于污水水流到达终极速度后，污水向下流所释放的重力势能会转化为摩擦损失，所以其到达建筑物底部时的动能非常有限，根据公式(1)，若在建筑物底部安装有涡轮发电机并假设转换效能为80%，则涡轮发电机的功率仅为162W和35W.考虑在理想情况下没有摩擦损失，当中位能的释放会直接转化为动能，而当中的动能亦可透过涡轮转化为电力。因涡轮发电机的平均输出功率P = P ghQ。其中ρ为水的密度，g为重力加速度，h约为建筑物的一半高度，Q为流量。在理想情况下，涡轮发电机在70层大厦和30层大厦的平均输出功率分别为ISkW 和2. 85kW，是以所能获得的能量约为0. 9%和1. 2%，可见，污水沿管壁向下流动所造成的摩擦损失非常巨大，回收的能量与投资相比，很不划算。
发明内容
本发明的目的，就是克服现有技术的不足，提供一种高层建筑污水势能回收系统， 采用该系统的高层建筑可以有效地对其所产生污水的势能进行回收，从而达到建筑节能环保的要求。为了达到上述目的，采用如下技术手段一种高层建筑污水势能回收系统，包括控制单元、储水设备和通过管道与储水设备连接的污水源及涡轮发电机，所述储水设备内设置有水位传感器，储水设备的排水管道上设置有开关阀，所述水位传感器和开关阀与控制单元相连，所述涡轮发电机位于高层建筑的底层，与所述涡轮发电机相连设置有可充电电池，其中储水设备用于收集并存储污水；涡轮发电机用于将储水设备所排放污水的动能转化为电能；可充电电池用于存储来自涡轮发电机的电能；开关阀用于管理储水设备的污水排放过程；控制单元用于接收所述水位传感器的信号并控制开关阀的通断。进一步地，所述污水源至少包括浴室排水、盥洗间排水、洗衣机排水、厨房排水和卫生间排水中的一种或几种。再进一步地，所述控制单元控制开关阀的开闭的参考值是储水箱内水位传感器的反馈信息。作为一种具体实施例，所述开关阀设置于储水设备的底部位置。作为另一种具体实施例，所述开关阀设置于高层建筑的底部位置。进一步地，所述储水设备进口端设置有用于阻隔固体垃圾及污水中悬浮物的滤网。更进一步地，所述滤网所在位置设置有用于排放固体垃圾及污水中悬浮物至公共污水渠的排污管道。
4
与现有技术相比，本发明的有益效果在于在高层建筑中部位置设置储水设备，实现了对污水的收集和储存，配合开关阀对污水的统一释放，增大了污水放泄时污水横截面积占管道横截面积的百分比，使污水在管道内的流动为满流状态，大大降低了污水少量放泄时污水势能的摩擦损失，让污水势能转化为电能的效率大大提高；在储水设备中设置与控制单元相连的水位传感器，实现了对储水状态的监测，可以有效地对开关阀的开闭进行控制，可以及时有效地将污水的势能转化为电能。
图1为现有技术中污水依附在管道壁上向下流动的管道截面示意图。图2为本发明所述高层建筑污水势能回收系统中污水呈满流状态向下流动的管道截面示意图。图3为本发明所述高层建筑污水势能回收系统的结构示意图。图中1-管道；2-污水；3-空气；4-污水源；5-储水设备；6-滤网；7-涡轮发电机；8-开关阀；9-公共污水渠。
具体实施例方式下面结合
和具体实施例，对本发明做出进一步说明参见图2和图3，本发明所述的高层建筑污水势能回收系统，包括控制单元、储水设备5和通过管道1与储水设备5连接的污水源4及涡轮发电机7，其中储水设备5内设置有水位传感器，储水设备5的排水管道上设置有开关阀8，上述水位传感器和开关阀8与控制单元10相连，涡轮发电机7位于高层建筑的底层，与所述涡轮发电机7相连设置有可充电电池，其中储水设备5用于收集并存储污水；涡轮发电机7用于将储水设备5所排放污水的动能转化为电能；可充电电池用于存储来自涡轮发电机7的电能；开关阀8用于管理储水设备5的污水排放过程；控制单元10用于接收所述水位传感器的信号并控制开关阀8的通断。上述功能模组中，污水源4至少包括浴室排水、盥洗间排水、洗衣机排水、厨房排水和卫生间排水中的一种或几种，其中为了避免污水内的固体物质损坏涡轮发电机的叶片，如厕所排水等较脏的污水需先经过滤等处理以去除水中的污物；由储水设备5到高层建筑底层的管道，其选材和制作均需加以注意，要充分考虑到污水的巨大压强及污水流动时的冲击力，同时还要防止水管生锈、渗漏，例如选择硬度较高的塑料材料。此外，管道内壁应当尽量光滑，以减少摩擦损耗和紊流发生的机会。为了及时有效地对储水箱内的污水排放过程进行控制，所述控制单元基于储水箱内水位传感器的反馈信息指令开关阀开闭，作为一种具体实施例，上述开关阀可以设置于储水设备的底部出水口位置，也可以设置于高层建筑的底部位置，为了保证污水内的悬浮物不会影响涡轮发电机的运转，所述储水设备进口端设置有用于阻隔固体垃圾及污水中悬浮物的滤网，与之相应地，滤网所在位置设置有用于排放固体垃圾及污水中悬浮物至公共污水渠9的排污管道，上述涡轮发电机产生的电能可直接并入大厦电网进行供电，也可以为可充电电池充电后使用可充电电池。上述有关储水设备所在的高度及楼层，需要经对水量和其可回收的势能进行优化计算后求得，计算过程中可以储水设备所在高度作为变量并从中计算所能回收势能以及所产生的电能设储水设备所在高度为z，则根据高层建筑及城市住区委员会(CTBUH)所建议的
公式，楼层与高度的关系可大致表示为
权利要求
1.一种高层建筑污水势能回收系统，其特征在于，包括控制单元、储水设备和通过管道与储水设备连接的污水源及涡轮发电机，所述储水设备内设置有水位传感器，储水设备的排水管道上设置有开关阀，所述水位传感器和开关阀与控制单元相连，所述涡轮发电机位于高层建筑的底层，与所述涡轮发电机相连设置有可充电电池，其中储水设备用于收集并存储污水；涡轮发电机用于将储水设备所排放污水的动能转化为电能；可充电电池用于存储来自涡轮发电机的电能；开关阀用于管理储水设备的污水排放过程；控制单元用于接收所述水位传感器的信号并控制开关阀的通断。
2.如权利要求1所述的高层建筑污水势能回收系统，其特征在于，所述污水源至少包括浴室排水、盥洗间排水、洗衣机排水、厨房排水和卫生间排水中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的高层建筑污水势能回收系统，其特征在于，所述控制单元控制开关阀的开闭的参考值是储水箱内水位传感器的反馈信息。
4.如权利要求1所述的高层建筑污水势能回收系统，其特征在于，所述开关阀设置于储水设备的底部位置。
5.如权利要求1所述的高层建筑污水势能回收系统，其特征在于，所述开关阀设置于高层建筑的底部位置。
6.如权利要求1所述的高层建筑污水势能回收系统，其特征在于，所述储水设备进口端设置有用于阻隔固体垃圾及污水中悬浮物的滤网。
7.如权利要求6所述的高层建筑污水势能回收系统，其特征在于，所述滤网所在位置设置有用于排放固体垃圾及污水中悬浮物至公共污水渠的排污管道。
全文摘要
本发明涉及一种高层建筑污水势能回收系统，包括控制单元、储水设备和通过管道与储水设备连接的污水源及涡轮发电机，所述储水设备内设置有水位传感器，储水设备的排水管道上设置有开关阀，所述水位传感器和开关阀与控制单元相连，所述涡轮发电机位于高层建筑的底层，与所述涡轮发电机相连设置有可充电电池，本发明的储水设备实现了对污水的收集和储存，配合开关阀对污水的统一释放，使污水在管道内的流动为满流状态，降低了污水少量放泄时污水势能的摩擦损失；在储水设备中设置水位传感器，实现了对储水状态的监测，可以有效地对开关阀的开闭进行控制，可以及时有效地将污水的势能转化为电能，是一种结构简单，实用性高的节能系统。
文档编号F03B13/00GK102383475SQ20111024658
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月25日 优先权日2011年8月25日
发明者姚科, 高福荣 申请人:广州市香港科大霍英东研究院