排水立管发电新技术研究

李 帅 刘利利

（重庆三峡学院，重庆 404000）

1 引言

随着城市空间利用率的不断提高，高层建筑和超高层建筑不断出现，因此双立管排水系统在建筑排水系统中的应用越来越普遍[1]。但双立管排水系统仍存在各种各样的问题，因此为了克服现有排水系统发电技术的缺点，能够利用排水系统水力工况变化中的气流动能，且不引起排水系统本身结构的改变，本文基于双立管排水系统重新设计一种排水系统发电装置。利用此装置对排水系统中的气流动能进行收集利用，充分、高效的利用排水系统的能量，而且也不引起现有排水系统结构形式的改变。最终实现建筑能耗的降低，节约能源。

图1 发电装置原理图

2 传统排水系统分析

目前建筑排水系统能量回收技术各式各样，但是基本理念是利用排水管内的水流势能，即在排水管道中设置水轮机，再利用水轮机驱动发电机发电，发电装置原理如图1所示[2]。此装置工作包括蓄能、发电和储能三个阶段。

虽然此类发电装置利用非常普遍，但是却有着以下不足：

1）装置复杂，承受压力大。由于排水管道内多属于非满管流，水轮机不能被有效驱动，需设置储水装置，对具有势能的管内排水进行收集，将非满管流转化成满管流，此过程需控制水位定时放水发电。

2）能源利用率低。由于非满管流转化为满管流的过程，会引起系统内的水力工况破坏。为了防止此种情况发生，发电装置布置在管道底部，即先对水进行截流然后再发电。此过程消减了水的重力势能，从而降低了能量的利用效率。

3）耐久时间短。采用水轮机发电，水轮机与排水和空气交替接触。排水中含有大量的有害物质，腐蚀水轮机。同时水轮机与水和空气交替接触加强了水轮机的腐蚀，两者的持续作用降低了水轮机的使用年限。

对于现有排水系统发电技术的缺点，本文基于双立管排水系统重新设计一种排水系统发电装置，实现建筑能耗的降低，节约能源。

3 排水立管发电新技术研究基础

已有的研究表明：在风力发电系统中，叶轮转速、与发电机的电压、电流、发电功率有直接联系。经过反复论证，最终确定双立管系统连通管的形式以及连通管与发电装置之间的安装位置关系。图2为研究方案持续改进流程图，从图中可以看出双立管系统连通管与发电装置之间的安装位置关系。

图2 研究方案持续改进流程图

4 排水立管发电新技术研究方案

本文中双立管排水管与通气管的连接形式采用“阶梯型”连通管，在连通管的“平台”处设置发电机组，双立管排水系统发电装置安装系统图如图3所示，发电装置包括发电机、连接轴、叶轮、轴承、电流输出端。

图3 发电装置安装系统图

电装置工作原理如图4所示。选取双立管排水系统中的某一段进行研究，通过轴流风机增压，利用手动风阀来调节连通管两端的压差，模拟实际建筑排水过程中双立管系统内部压力的变化。由于压差作用推动气流运动，气流驱动叶轮转动，叶轮带动轴驱动发电机 发电。

图4 发电装置工作原理图

5 结语

本文对排水立管发电新技术进行了初步的研究，相对于传统的双立管排水系统具有一定的优势，但仍存在一些不足之处，如联通管和排水管与通气管之间的连接形式对建筑空间的影响及叶轮能够带动发电机发电所需要的最小压强等仍存在一定的问题，故排水立管发电新技术仍然存在许多研究进步空间。