一种高层建筑给水二次加压能量回收系统

摘要

本发明涉及一种高层建筑给水二次加压能量回收系统。在高层建筑给水二次加压过程中，对于水体富余机械能的回收和再生，目前尚无应用。本发明的特点是：包含Q个给水二次加压能量回收系统分区，其中，Q≥1，任一一个给水二次加压能量回收系统分区均包括给水加压泵、给水立管、以及第M层至第N层的给水系统，所述给水加压泵、第M层给水系统至第N层给水系统自下而上依次连接在给水立管上；所述Q个给水二次加压能量回收系统分区与建筑物给水二次加压系统分区一一对应，第M层给水系统包括一号给水横管、一号阀门、管道式水流发电机、一号配水龙头、输出电线和蓄电池。本发明节能降耗、绿色环保、构造简单、成本低。

说明书

技术领域

本发明属于能量回收与再生领域，涉及一种水资源能量回收系统，具体涉及一种高层建筑给水二次加压能量回收系统。

背景技术

近年来我国房地产行业的快速发展、城市中心区域土地价格飙升，使得大容积率的新建高层建筑呈爆发式增长；另一方面，可持续发展理念日益深入人心，使得绿色建筑成为建筑设计发展的新趋势。

在给排水领域，已形成了中水回用、雨水收集回用、热泵系统应用等众多资源再生途径，节能效果明显。然而，在高层建筑给水二次加压过程中，对于水体富余机械能的回收和再生，目前尚无应用。

众所周知，由于市政给水管网给水压力的局限（入户压力一般不宜超过0.35MPa），高层建筑必须进行分区给水，直接利用市政压力给水的区域称为低区，一般不高于25m，而之上区域通过水泵二次加压给水，称为高区，每个分区的高度一般不超过45m。因此，针对不同的建筑高度，往往分多个区域进行给水。

《建筑给水排水规范》（GB50015-2003,2009年版）中表3.1.14确定了卫生器具所需的最低工作压力，均不大于0.1MPa。因此，对于45m左右的给水竖向分区，每个分区非最高层的给水管网均具有潜在的富余水头可利用。对上述水头的有效利用，一方面可以减少因压力过大而造成的水资源浪费，另一方面可回收给水机械能，节能环保。而现阶段，对于上述富余水头并未进行有效利用，不少设计中分区的低层甚至采用减压阀进行减压。

现在也有利用水压能发电的系统，如公开日为2014年10月22日，公开号为CN203892106U的中国专利中，公开了一种利用回收给水压力能的发电系统，该发电系统包括水轮机、调速器、发电机和阀门；其连接关系为：所述水轮机的入口通过一个阀门与高压给水管道的出口相连，水轮机的出口通过一个阀门与低压用水管道入口相连；构成水轮机减压通路，水轮机的轴通过减速机与发电机相连，虽然可减少建筑全寿命周期的运行能耗，提高建筑的经济性和节能性，但也存在以下不足：（1）上述发明未具体结合高层建筑进行系统分层布置；（2）仅对发电系统进行了说明，未包括能量回收后的去向说明；（3）发电系统内水轮机、调速器、发电机互相分离，占用空间大、成本较高（4）未结合高层建筑，对每层的发电机参数选型进行有效说明。

针对上述问题，有必要在高层建筑领域提供一种具体的给水能量回收系统，回收由给水水泵二次提升市政水源所消耗的电能，进一步在绿色建筑的设计中实现节能。

发明内容

本发明针对高层建筑给水二次加压过程中，富余水头未被有效利用的现状，对传统水力发电过程中相互分离的水轮机、发电机进行集成，将管道式水流发电机引入生活给水系统，提供一种高层建筑给水二次加压能量回收系统。

本发明解决上述问题所采用的技术方案如下：

一种高层建筑给水二次加压能量回收系统的结构特点在于：包括Q个给水二次加压能量回收系统分区，其中，Q≥1，任一一个给水二次加压能量回收系统分区均包括给水加压泵、给水立管、以及第M层至第N层的给水系统，所述给水加压泵、第M层给水系统至第N层给水系统自下而上依次连接在给水立管上；所述Q个给水二次加压能量回收系统分区与建筑物给水二次加压系统分区一一对应；

第M层给水系统包括一号给水横管、一号阀门、管道式水流发电机、一号配水龙头、输出电线和蓄电池，所述一号给水横管的一端连接在给水立管上，所述一号阀门和管道式水流发电机均安装在一号给水横管上，所述一号配水龙头安装在一号给水横管的另一端，所述蓄电池和管道式水流发电机通过输出电线连接；

第N层给水系统包括二号给水横管、二号阀门和二号配水龙头，所述二号给水横管的一端连接在给水立管上，所述二号阀门安装在二号给水横管上，所述二号配水龙头安装在二号给水横管的另一端；

第(N-1)层的给水系统的构成由H_(N-1)决定，H_(N-1)=H_泵-（N-1-M）h₁-h₂-△h_(N-1)-10，当H_(N-1)≥3时，第(N-1)层的给水系统的构成和第M层给水系统相同；当H_(N-1)＜3时，第(N-1)层的给水系统的构成和第N层给水系统相同；

第N层为建筑物给水二次加压系统分区中对应分区的最高层，第M层为建筑物给水二次加压系统分区中对应分区的最低层；H_(N-1)为第(N-1)层的富裕水头，单位为m；H_泵为建筑物第M层至第N层所在给水分区的给水加压泵的供水扬程，单位为m；h₁为建筑物第M层至第N层所在给水分区的层高，单位为m；h₂为建筑物第M层至第N层所在给水分区的给水加压泵的最低吸水水位至第M层的高度，单位为m；△h_(N-1)为建筑物第M层至第N层所在给水分区的给水加压泵至第(N-1)层最不利给水点的水头损失，单位为m。

作为优选，本发明所述管道式水流发电机的接口规格选取与所在层给水横管的管径相同，第(N-1)层的输出功率的选取不大于P_(N-1)，P_(N-1)=7693H_(N-1)νd²，其余层的管道式水流发电机输出功率选取同第(N-1)层；

所述P_(N-1)为第(N-1)层富裕水头的最大发电功率，单位为w；ν为一号给水横管的管内流速，单位为m/s；d为一号给水横管的管道内径，单位为m。

作为优选，本发明所述蓄电池设置于第M层至第(N-1)层之间任一层的楼板上。

作为优选，本发明第(M+1)层至第(N-2)层的给水系统构成的设计计算同第(N-1)层。

作为优选，本发明中建筑物需二次加压供水的其它分区的给水系统布置同第M层至第N层所在给水分区。

作为优选，本发明所述ν取对应于d的经济流速。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：（1）可回收给水二次加压系统能量，节能降耗。（2）回收能源为清洁能源，具备环境友好性。（3）管道式水力发电机和蓄电池的成本低，新建或改造已有系统的成本均较低。（4）无需自动控制，系统简单，特别适合采用水泵并列或串联分区给水方式的高层建筑。（5）区别于单纯的水力发电系统，整个能量回收系统分层有序设计，并对发电机选项等关键参数进行确定，实用价值高。（6）第(N-1)层的给水系统的结构由H_(N-1)决定，H_(N-1)=H_泵-h₁（N-1-M）-h₂-△h_(N-1)-10，当H_(N-1)≥3时，第(N-1)层的给水系统的结构和第M层给水系统相同；当H_(N-1)＜3时，第(N-1)层的给水系统的结构和第N层给水系统相同，构思独特，整体布局科学。

附图说明

图1是本发明实施例高层建筑给水二次加压能量回收系统的结构示意图。

图中：1-给水加压泵；2-给水立管；3-一号给水横管；4-一号阀门；5-管道式水流发电机；6-一号配水龙头；7-输出电线；8-蓄电池；9-二号给水横管；10-二号阀门；11-二号配水龙头。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1。

参见图1，本实施例中的高层建筑给水二次加压能量回收系统包含Q个给水二次加压能量回收系统分区，其中，Q≥1，任一一个给水二次加压能量回收系统分区包括给水加压泵1、给水立管2、第M层至第N层的给水系统，给水加压泵1通过给水立管2自下而上依次连接第M层至第N层的给水系统；Q个给水二次加压能量回收系统分区与建筑物给水二次加压系统分区一一对应。

本实施例中的第M层给水系统包括一号给水横管3、一号阀门4、管道式水流发电机5、一号配水龙头6、输出电线7和蓄电池8，一号给水横管3的一端连接在给水立管2上，一号阀门4和管道式水流发电机5沿水流方向依次安装在一号给水横管3上，一号配水龙头6安装在一号给水横管3的另一端，蓄电池8和管道式水流发电机5通过输出电线7连接。

本实施例中的第N层给水系统包括二号给水横管9、二号阀门10和二号配水龙头11，二号给水横管9的一端连接在给水立管2上，二号阀门10安装在二号给水横管9上，二号配水龙头11安装在二号给水横管9的另一端。

本实施例中第(N-1)层的给水系统构成由H_(N-1)决定，H_(N-1)=H_泵-(N-1-M)h₁-h₂-△h_(N-1)-10，当H_(N-1)≥3时，第(N-1)层的给水系统构成和第M层给水系统相同；当H_(N-1)＜3时，第(N-1)层的给水系统构成和第N层给水系统相同。

本实施例中第N层为建筑物给水二次加压系统分区中对应分区的最高层，第M层为建筑物给水二次加压系统分区中对应分区的最低层；H_(N-1)为第(N-1)层的富裕水头，单位为m；H_泵为建筑物第M层至第N层所在给水分区的给水加压泵1的供水扬程，单位为m；h₁为建筑物第M层至第N层所在给水分区的层高，单位为m；h₂为建筑物第M层至第N层所在给水分区的给水加压泵1的最低吸水水位至第M层的高度，单位为m；△h_(N-1)为建筑物第M层至第N层所在给水分区的给水加压泵1至第(N-1)层最不利给水点的水头损失，单位为m。

本实施例中管道式水流发电机5的接口规格选取与所在层给水横管的管径相同，第(N-1)层的输出功率的选取不大于P_(N-1)，P_(N-1)=7693H_(N-1)νd²，其余层的管道式水流发电机5输出功率选取同第(N-1)层；其中，P_(N-1)为第(N-1)层富裕水头的最大发电功率，单位为w；ν为一号给水横管3的管内流速，单位为m/s；d为一号给水横管3的管道内径，单位为m。ν通常取对应于d的经济流速。

通常情况下，蓄电池8设置于第M层至第(N-1)层之间任一层的楼板上，第(M+1)层至第(N-2)层的给水系统构成的设计计算同第(N-1)层。

本实施例中的高层建筑给水二次加压能量回收系统具有节能降耗、绿色环保、构造简单、新建或改造现有系统的成本低等优点。

实施例2。

参见图1，本实施例中的高层建筑给水二次加压能量回收系统包括给水加压泵1、给水立管2、第M层至第N层的给水系统，其中，第M层给水系统包括一号给水横管3、一号阀门4、管道式水流发电机5、一号配水龙头6、输出电线7和蓄电池8，第N层给水系统包括二号给水横管9、二号阀门10和二号配水龙头11，各个部件的连接关系和实施例1中的相同，本实施例组成某一高层建筑第6层至第16层的给水二次加压能量回收系统。

第15层的给水系统构成由H₁₅决定，其中H₁₅=H_泵-9h₁-h₂-△h₁₅-10，当H₁₅≥3，第15层的给水系统组成同第6层；当H₁₅＜3，第15层的给水系统组成同第16层。

第16层为建筑物给水二次加压所在分区的最高层。第6层为建筑物给水二次加压所在分区的最低层。

H₁₅为第15层的富裕水头，m；H_泵为给水加压泵1的供水扬程，m；h₁为建筑物第6层至第16层所在给水分区的层高，m；h₂为给水加压泵1的最低吸水水位至第6层的高度，m；△h₁₅为给水加压泵1至第15层最不利给水点的水头损失，m。

第7层至第14层的给水系统构成设计计算同第15层。

蓄电池8可以设置于第6层的楼板上。

管道式水流发电机5的接口规格选取与所在层给水横管的管径相同，第15层的输出功率的选取不大于P₁₅，其中P₁₅=7693H₁₅νd²。其余层的管道式水流发电机5输出功率选取同第15层。

P₁₅为第15层富裕水头的最大发电功率，w；ν为给水横管的管内流速，m/s；d为给水横管的管道内径，m。ν通常取对应于d的经济流速。

实施例3。

本实施例中的高层建筑给水二次加压能量回收系统包括给水加压泵1、给水立管2、第M层至第N层的给水系统，其中，第M层给水系统包括一号给水横管3、一号阀门4、管道式水流发电机5、一号配水龙头6、输出电线7和蓄电池8，第N层给水系统包括二号给水横管9、二号阀门10和二号配水龙头11，各个部件的连接关系和实施例1中的相同。

本实施例中的高层建筑给水二次加压能量回收系统为某高层宾馆（最高日用水定额350L/(床·d)，6层以上为客房，层高3m，80床/层，共30层）提供能量回收方案，采用水泵并联分区给水方案，第6层至第18层为高一区，第19层至第30层为高二区。在入住率为80%，各层均匀入住的情况下，每日回收电量可达约63kw·h（发电效率按85%计，能量转化率按80%计）。回收的电量可为员工的电动车电瓶充电。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。