一种实现能量回收的建筑屋面虹吸式雨水排水系统

摘要

本发明涉及一种实现能量回收的建筑屋面虹吸式雨水排水系统。目前还没有一种结构设计合理的建筑屋面虹吸式雨水排水系统。本发明的特点是：包括位于屋面天沟内的虹吸雨水斗，固定在屋面天沟下方楼板上的吊架，雨水连接管，悬吊梁，雨水悬吊管，用于固定雨水悬吊管的悬吊管卡，雨水立管，水平管卡，输出电线，蓄电池，室内雨水检查井，和安装在室内雨水检查井内的水轮发电机；雨水连接管的上端和虹吸雨水斗连接，下端和悬吊管卡连接，水平管卡和雨水立管固定，雨水立管的上端和雨水悬吊管连接，下端位于室内雨水检查井内且和水轮发电机配合，蓄电池和水轮发电机连接。本发明将雨水的机械能转化为电能，能量回收效率高。

说明书

技术领域

本发明属于雨水资源再生利用领域，涉及一种回收雨水能量的雨水排出系统，具体涉及一种实现能量回收的建筑屋面虹吸式雨水排水系统。

背景技术

近年来，随着社会经济的快速发展，不管是在工业生产领域，还是在民用领域，多跨厂房、综合体等大型公共建筑不断涌现。在上述建筑设计过程中，大跨度屋面的雨水排放日益成为关注的热点，主要围绕雨水的快速排放与水资源利用两方面。

对于雨水快速排放，当前，虹吸式雨水排水系统能够较好地解决大汇水面积条件下屋面的雨水排放，其为有压排水，单立管的排水流量大，速度快。

对于雨水资源利用，现有的研究热点与工程应用主要集中在对雨水质和量的利用，即设计合理的工艺系统，通过收集、初期截留、净化和蓄水四步，实现雨水再利用。而对于降雨期间，雨水自身具备动能和高位势能的利用，目前研究和工程应用较少，主要原因是常规建筑屋面汇水面积小，雨水发电潜在价值不足。但对于超大型厂房、综合体等具有超大汇水面积的屋面，对雨水自身所含机械能进行回收和利用则具备较高的经济价值和正面的环境效益。

一套合理的雨水排水系统包含雨水收集和雨水排出两大系统。

对于雨水收集系统：目前已公开或授权的雨水发电系统，往往采用重力流系统对雨水进行收集，由于重力流非满管有压流，单管流量小，布管量大，增加了雨水收集系统的复杂性，管网造价较高，雨水在重力流收集过程中也损失了一部分能量。此外，重力流收集系统使得现有的雨水发电系统都设置蓄水池进行蓄水，如专利号为ZL201320887980.2（高层建筑屋顶雨水发电与电梯供能系统）、专利号为ZL201120356795（压力前池式雨水发电系统)等。但蓄水池的设置显著加大了建筑物屋顶的荷载，增加了构筑物的造价。相比于重力流收集系统，虹吸式屋面雨水排水系统单斗排水量大，可容纳更大的汇水面积，雨水立管少，布置简单美观，其可自然形成冲击流，较少的雨水排出口使得雨水能量集中释放。然而，虹吸系统至今还未被引入屋面雨水发电系统。

对于雨水排出系统：现有虹吸式雨水排出系统所接雨水检查井往往需要设置专门的消能措施对冲有压排出管上所蕴含的巨大能量，一来增加了排水构筑物的土建造价，二来上述雨水势能无法得到有效转化利用。

因此，针对上述突出问题，有必要利用虹吸式雨水排水系统的诸多优势，提出一种新型建筑屋面雨水排水系统，在实现雨水快速排放的同时，最大程度地利用雨水自身具备的势能，同步消能并发电，减轻传统虹吸式排水系统雨水排出管对排水检查井冲击，实现降雨特别是暴雨天气状态下清洁能源的开发与再利用。

发明内容

本发明针对大型屋面雨水有效排放和雨水资源化两大需求，将水轮发电系统与屋面虹吸雨水排水系统进行耦合，以虹吸式雨水排水系统作为屋面雨水的收集载体，将水轮发电机设置于有压雨水的排出路径上，利用其将雨水的机械能转化为电能，并存储于蓄电载体内，而提供一种实现能量回收的建筑屋面虹吸式雨水排水系统。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该实现能量回收的建筑屋面虹吸式雨水排水系统的结构特点在于：包括位于屋面天沟内的虹吸雨水斗，固定在屋面天沟下方楼板上的吊架，雨水连接管，悬吊梁，雨水悬吊管，用于固定雨水悬吊管的悬吊管卡，雨水立管，固定在建筑墙体上的水平管卡，输出电线，蓄电池，设置有活动井盖的室内雨水检查井，安装在室内雨水检查井内的水轮发电机，以及管底与室内雨水检查井底部水平连接的雨水排出管；所述雨水连接管的上端和虹吸雨水斗连接，该雨水连接管的下端和雨水悬吊管连接，所述悬吊梁和吊架固定，所述悬吊管卡和悬吊梁固定，所述水平管卡和雨水立管固定，所述雨水立管的上端和雨水悬吊管连接，所述雨水立管的下端位于室内雨水检查井内，该雨水立管的下端和水轮发电机配合使得沿雨水立管下落后的雨水带动水轮发电机转动而将雨水的机械能转化为电能，所述蓄电池通过输出电线和水轮发电机连接。

作为优选，本发明还包括防水套管，所述防水套管固定在雨水排出管和室内雨水检查井的连接处。

作为优选，本发明所述雨水连接管和雨水立管均呈竖直状结构，所述雨水悬吊管呈水平状结构。

作为优选，本发明所述室内雨水检查井紧贴建筑墙体的内侧。

作为优选，本发明所述雨水排出管按照坡度i敷设并坡向室外，所述i≥0.003。

作为优选，本发明所述雨水立管通过水平管卡固定在建筑墙体的内侧。

作为优选，本发明所述雨水立管的上端和雨水悬吊管的连接处为圆角结构。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：（1）可充分利用屋面雨水排放过程中的机械能，转化为电能，具有较高的经济价值。（2）利用雨水机械能发电产生的电能属于清洁能源，具有正面的环境效益。（3）无需在室内雨水检查井内设置特定的消能设施，节省排水构筑物的土建造价。（4）室内雨水检查井设置于室内，可与建筑物合建，减少室外检查井的数量。（5）本发明同时达到了快速排放雨水与水资源利用这两方面的目的。

附图说明

图1是本发明实施例中实现能量回收的建筑屋面虹吸式雨水排水系统的结构示意图。

图中：1-屋面天沟；2-虹吸雨水斗；3-吊架；4-雨水连接管；5-悬吊梁；6-悬吊管卡；7-雨水悬吊管；8-雨水立管；9-水平管卡；10-建筑墙体；11-输出电线；12-蓄电池；13-活动井盖；14-室内雨水检查井；15-水轮发电机；16-雨水排出管；17-防水套管。

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。

参见图1，本实施例中实现能量回收的建筑屋面虹吸式雨水排水系统包括位于屋面天沟1内的虹吸雨水斗2，固定在屋面天沟1下方楼板上的吊架3，雨水连接管4，悬吊梁5，雨水悬吊管7，用于固定雨水悬吊管7的悬吊管卡6，雨水立管8，固定在建筑墙体10上的水平管卡9，输出电线11，蓄电池12，设置有活动井盖13的室内雨水检查井14，安装在室内雨水检查井14内的水轮发电机15，管底与室内雨水检查井14底部水平连接的雨水排出管16，以及防水套管17。

本实施例雨水连接管4的上端和虹吸雨水斗2连接，该雨水连接管4的下端和雨水悬吊管7连接，悬吊梁5和吊架3固定，悬吊管卡6和悬吊梁5固定，水平管卡9和雨水立管8固定，雨水立管8的上端和雨水悬吊管7连接，雨水立管8的下端位于室内雨水检查井14内，即雨水立管8是伸入室内雨水检查井14内的，该雨水立管8的下端和水轮发电机15配合，蓄电池12通过输出电线11和水轮发电机15连接，防水套管17固定在雨水排出管16和室内雨水检查井14的连接处。

本实施例中雨水立管8的下端和水轮发电机15配合，使得雨水沿雨水立管8下落并从雨水立管8冲出后，雨水是直接冲在水轮发电机15上的，并且带动水轮发电机15转动，从而将雨水的机械能转化为电能。

通常情况下，本实施例中的雨水连接管4和雨水立管8均呈竖直状结构，雨水悬吊管7呈水平状结构；室内雨水检查井14紧贴建筑墙体10的内侧；雨水排出管16按照坡度i敷设并坡向室外，所述i≥0.003；雨水立管8通过水平管卡9固定在建筑墙体10的内侧；雨水立管8的上端和雨水悬吊管7的连接处为圆角结构。雨水排出管16位于水轮发电机15的下方，使得室内雨水检查井14内的水能够及时排尽，防止出现积水现象。

本实施例中实现能量回收的建筑屋面虹吸式雨水排水系统针对大型屋面雨水有效排放和雨水资源化两大需求，将水轮发电系统与屋面虹吸雨水排水系统进行耦合，以虹吸式雨水排水系统作为屋面雨水的收集载体，将水轮发电机15设置于有压雨水的排出路径上，利用其将雨水的机械能转化为电能，并存储于蓄电载体内，能量回收效果显著，如采用本实施例中的实现能量回收的建筑屋面虹吸式雨水排水系统为杭州某工厂内联合厂房提供雨水排放与能量回收解决方案，屋面总汇水面积52038m²，建筑高度23m，以2013年年降雨量1490mm计，水轮发电机15效率以80%计，在不计其它能量损失的情况下，年发电量可达3884kw·h。

本实施例中的建筑屋面虹吸式雨水排水系统针对大型屋面雨水有效排放和雨水资源化两大需求，将水轮发电系统与屋面虹吸雨水排水系统进行耦合，以虹吸式雨水排水系统作为屋面雨水的收集载体，将水轮发电机15设置于有压雨水的排出路径上，利用其将雨水的机械能转化为电能，并存储于蓄电载体内。

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。