專利名稱：風(fēng)塔氣流發(fā)電及其在地下冷/熱源直接空調(diào)的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及普通建筑物的主動(dòng)性節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)，具體是指風(fēng)塔氣流發(fā)電及其在地下冷/熱源直接空調(diào)的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
已提出的太陽能利用技術(shù)種類繁多，廣義太陽能利用包含建筑與設(shè)施兩方面技術(shù)。被動(dòng)太陽能利用指純建筑與結(jié)構(gòu)性措施，主動(dòng)太陽能技術(shù)一般是指設(shè)備性的并且必須要有常規(guī)的電(能)源來輔助。常規(guī)電源這里指地區(qū)性電力(電網(wǎng))。太陽能冷房(夏天降溫)技術(shù)復(fù)雜，成本較高，至今國內(nèi)外尚較罕見。必須將現(xiàn)有的技術(shù)水平與當(dāng)前造價(jià)(成本)一起來評(píng)價(jià)才有現(xiàn)實(shí)意義。
1、太陽能電力太陽能光電——其核心技術(shù)組件是太陽能電池，至1998年我國已建幾座獨(dú)立式小型(4～25kW)示范電站，建設(shè)單價(jià)為6～12萬元/kW，遠(yuǎn)高于國外先進(jìn)水平。目前太陽能光電系統(tǒng)最大的問題是建設(shè)單價(jià)太高，現(xiàn)價(jià)段還沒有市場(chǎng)競爭能力。
太陽能熱電——指由專門設(shè)計(jì)的可跟蹤太陽光的光集熱器聚集到加熱器上產(chǎn)生高溫、高壓的工質(zhì)蒸汽，驅(qū)動(dòng)常規(guī)的汽輪機(jī)發(fā)電。裝機(jī)容量較大(1.3～8萬kW級(jí))，技術(shù)復(fù)雜。即使在美國，其投資和電能成本也是普通熱電站的2～3倍。
風(fēng)力發(fā)電——指以露天式風(fēng)輪機(jī)為原動(dòng)機(jī)發(fā)電。至2000年，我國已開發(fā)的風(fēng)電僅占全國電力的比例估計(jì)低于0.2％，對(duì)于小型(1kW～10kW)風(fēng)電，技術(shù)上尚算成熟，1993年已投產(chǎn)的廣東南澳風(fēng)電場(chǎng)(聯(lián)網(wǎng))單機(jī)容量為130、150KW，總裝機(jī)容量1.68MW，風(fēng)輪機(jī)由瑞典、丹麥制造，故單價(jià)較高，千瓦造價(jià)為0.89～0.94萬元，電能成本0.42～0.63(元/度)，有效風(fēng)能利用系數(shù)0.25～0.32。
自然風(fēng)力最大的問題是不穩(wěn)定(間歇性)，并要求有足夠大的風(fēng)速才能起動(dòng)風(fēng)輪機(jī)，這個(gè)問題不突破，風(fēng)電很難普遍推廣。
2、太陽能致冷-空調(diào)的現(xiàn)有設(shè)備性技術(shù)機(jī)組化是主動(dòng)太陽能致冷的重要途徑，現(xiàn)有技術(shù)主要有(1)太陽能致冷空調(diào)系統(tǒng)(熱水型溴化鋰吸收式)——美國90年代太陽能致冷空調(diào)系統(tǒng)的單價(jià)折算為人民幣約為1.6萬元/kW。香港大學(xué)1994年試驗(yàn)樓給出的年均總效率為0.082，故由于總效率低而需要相當(dāng)大的集熱器面積。
(2)熱泵制冷系統(tǒng)——熱泵基本原理是在機(jī)械功的補(bǔ)償下(壓縮機(jī)耗費(fèi)少量電能)，可迫使熱量從低溫流向高溫的物體，這意味著可以利用低品位的熱能(太陽能或余熱)。我國用作中央空調(diào)的水源式熱泵(大型系統(tǒng))單價(jià)約0.3萬元/kW。對(duì)小型系統(tǒng)，單價(jià)會(huì)遠(yuǎn)大于該值。
(3)除濕機(jī)-蒸發(fā)器冷卻系統(tǒng)——對(duì)我國南方夏天濕熱型氣候，建筑降溫必須同時(shí)考慮降低濕度問題。輪式除濕機(jī)(由少量常規(guī)電源帶動(dòng))，先除濕(去潛熱)，再由蒸發(fā)器降溫(去顯熱)，由太陽能(或余熱)再生干燥，循環(huán)工作，因而比傳統(tǒng)空調(diào)制冷節(jié)約電能。但單價(jià)高出幾倍，降溫范圍有限，較適宜于一些大面積適度降溫的工廠、醫(yī)院、學(xué)校等。
可見上述太陽能利用機(jī)組化的制冷系統(tǒng)的共同特點(diǎn)，一是都以低品位熱能(如太陽能)為主要的能源，但還必須少量常規(guī)的電能作輔助；二是總目標(biāo)都是通過機(jī)組來制造冷源，且冷效率較低，而造價(jià)較高。目前，還難以在市場(chǎng)上競爭。
3、太陽能建筑(冷房)(1)地道降溫利用大地作冷源，氣流通過地道降溫后引入室內(nèi)，地道起熱交換器作用。1988年我國廣州番禺區(qū)首次實(shí)際應(yīng)用于某二層建筑中33m2辦公室夏天降溫，由普通風(fēng)機(jī)(傳統(tǒng)電能)輸送到室內(nèi)去。平均COP＝25.6，比普通空調(diào)機(jī)節(jié)約常規(guī)電能約90％，但該工程的建筑面積太小，無代表意義。歐美多年來在小型別墅或農(nóng)畜舍中相當(dāng)廣泛地采用地道式降溫方法，也同樣存在上述問題。南韓于1998已建成一座3層991m2的細(xì)長地道式地冷降溫建筑，據(jù)稱夏天節(jié)能約25％，降溫效能系數(shù)COP＝33。
上述工程實(shí)例初步說明，在南、北方地冷降溫方式的可行性，但傳統(tǒng)模式規(guī)模效應(yīng)有限。傳統(tǒng)電能仍不可缺，并缺乏直接利用太陽能的技術(shù)措施，除濕問題沒有解決或不需要專門解決。對(duì)我國南方地區(qū)，例如廣東珠江三角區(qū)，地溫一般為20～22℃，濕度很大，因此采用地冷降溫相對(duì)不利，難度較大。
(2)吸氣風(fēng)塔是夏天由于熱壓差被動(dòng)性吸入熱空氣并降溫的空心圓柱形建筑物，古代已普遍應(yīng)用于西亞和中西亞干熱型氣候的地區(qū)。但它的降溫幅度和規(guī)模效應(yīng)有限，能否結(jié)合主動(dòng)性的設(shè)備變成新型的冷塔，值得研究。
(3)蓄熱墻與太陽能煙囪的利用蓄熱墻傳統(tǒng)上本來是用于冬天太陽能向室內(nèi)供暖，是否可以適當(dāng)設(shè)計(jì)變?yōu)椤靶顭釅?排氣囪”，用來排走夏天室內(nèi)的余熱？1995年有人提出太陽能煙囪，是否也可用來作夏天白天較高溫時(shí)排走室內(nèi)余熱的通道？這都需要進(jìn)一點(diǎn)研究。
(4)建筑“中水”作冷卻用水現(xiàn)已有建筑生活廢水處理成中水回用的技術(shù)，但在我國南方推廣仍不多，生活廢水處理成中水作為冷卻用水目前應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)還不多，將顯現(xiàn)其雙重價(jià)值，原因是目前用自來水可能更劃算。
4、綜合評(píng)價(jià)利用太陽能致冷技術(shù)總的來說還是處在初級(jí)階段，上面已指出其存在的主要問題，已有的技術(shù)可歸納為主動(dòng)性設(shè)備和被動(dòng)性構(gòu)筑物兩類，各有其獨(dú)立的功能，如何根據(jù)具體的環(huán)境條件和實(shí)際需要，創(chuàng)造實(shí)用的整體系統(tǒng)，是開發(fā)研究太陽能利用的正確途徑。
傳統(tǒng)的太陽能建筑還存在著一些缺陷。椐報(bào)道，美國于1980年代初期建了約25萬棟被動(dòng)太陽能房，在美國建筑界的評(píng)價(jià)中提出了批評(píng)造價(jià)較高、立面不美觀和舒適性差(指室內(nèi)溫度波動(dòng)及空氣潔凈度)。法國建筑界也有過類似的爭論。英國在露天式風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展過程中，1995年亦曾引起一些批評(píng)，主要是風(fēng)輪機(jī)造成的噪音問題，也有人認(rèn)為造成風(fēng)景視覺及某些生態(tài)環(huán)境的副作用，但據(jù)民意調(diào)查，多數(shù)(約80％)居民仍樂于接受。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的綜合利用，提出一種利用廣義太陽能的風(fēng)塔氣流發(fā)電方法，其可以代替常規(guī)電源，可減少污染。
本發(fā)明的目的還在于提供實(shí)現(xiàn)上述風(fēng)塔氣流發(fā)電方法的風(fēng)塔氣流發(fā)電裝置。
本發(fā)明的目的還在于提供上述風(fēng)塔氣流發(fā)電方法與裝置的在地下冷/熱源直接空調(diào)的應(yīng)用，其適合我國現(xiàn)階段普通住宅使用。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案本風(fēng)塔氣流發(fā)電方法，是指以人工氣流、大氣熱壓差與自然風(fēng)壓共同作用下形成的機(jī)械能為原動(dòng)力，使風(fēng)塔底部的原動(dòng)機(jī)達(dá)到發(fā)電的轉(zhuǎn)速并帶動(dòng)異步發(fā)電機(jī)；通過總抽氣機(jī)使從風(fēng)塔頂部吸入的空氣從風(fēng)塔底部經(jīng)循環(huán)氣道輸送到風(fēng)塔上部而形成循環(huán)氣流，同時(shí)通過水泵將地下水抽至風(fēng)塔上部噴淋細(xì)水滴，所述人工氣流是循環(huán)氣流與噴淋細(xì)水滴共同形成的氣水混合流，總抽氣機(jī)、水泵的起動(dòng)用電通過外電網(wǎng)或系統(tǒng)內(nèi)部蓄電池提供；當(dāng)所述原動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)且異步發(fā)電機(jī)正常發(fā)電后，通過電源切換自動(dòng)控制裝置快速切換為由異步發(fā)電機(jī)輸出電力，與蓄電池共同維持系統(tǒng)內(nèi)總抽氣機(jī)、水泵及控制裝置的用電，并可對(duì)蓄電池充電或向系統(tǒng)外輸出使用。
實(shí)現(xiàn)上述風(fēng)塔氣流發(fā)電方法的風(fēng)塔氣流發(fā)電裝置，其包括風(fēng)塔、原動(dòng)機(jī)、異步發(fā)電機(jī)、總抽氣機(jī)、水泵、噴淋裝置、地下集水井、蓄電池、電源切換自動(dòng)控制裝置，原動(dòng)機(jī)為豎軸旋槳式風(fēng)輪機(jī)或渦輪機(jī)，其安裝在風(fēng)塔內(nèi)下部中央；風(fēng)塔頂部有空氣入口，風(fēng)塔旁側(cè)還設(shè)有連通其底部與上部的循環(huán)氣道，總抽氣機(jī)設(shè)在循環(huán)氣道出氣口；噴淋裝置裝在風(fēng)塔內(nèi)上部，水泵與地下集水井、噴淋裝置分別連接，地下集水井與風(fēng)塔下端設(shè)有的尾水池連通；原動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與風(fēng)塔外的異步發(fā)電機(jī)連接，電源切換自動(dòng)控制裝置輸出端分別與總抽氣機(jī)、水泵的馬達(dá)自動(dòng)起動(dòng)器連接，其輸入端分別與異步發(fā)電機(jī)、蓄電池、外電網(wǎng)連接，蓄電池與電源切換自動(dòng)控制裝置之間連接有交流/直流(AC/DC)逆變器。
所述風(fēng)塔是本氣流發(fā)電和地冷/熱直接空調(diào)的樞紐，它是一個(gè)聳立于地面上或相連于建筑物并高于建筑物頂部的特殊構(gòu)筑物，其中間段的內(nèi)截面為圓形，其主要功能是提高氣流效能；風(fēng)塔的頂部呈喇叭形，所述空氣入口呈環(huán)形，空氣入口總面積大于風(fēng)塔內(nèi)截面平均面積，以盡量利用和收集現(xiàn)成風(fēng)力，空氣入口設(shè)有可控多邊閘門，當(dāng)自然風(fēng)速達(dá)到原動(dòng)機(jī)起動(dòng)水平時(shí)對(duì)閘門進(jìn)行主風(fēng)向啟/閉自動(dòng)控制裝置，當(dāng)自然風(fēng)速未達(dá)到原動(dòng)機(jī)起動(dòng)風(fēng)速時(shí)閘門全部開啟；為了使原動(dòng)機(jī)可以在很低的自然風(fēng)速甚至零風(fēng)速下正常起動(dòng)并運(yùn)轉(zhuǎn)，所述原動(dòng)機(jī)設(shè)有氣流速度自動(dòng)控制裝置，其信號(hào)輸出端與總抽氣機(jī)、水泵的馬達(dá)自動(dòng)起動(dòng)器連接，其電源輸入端與電源切換自動(dòng)控制裝置連接，進(jìn)行負(fù)反饋閉環(huán)控制；所述循環(huán)氣道通過總抽氣機(jī)的抽氣作用，使塔內(nèi)氣溫循環(huán)降溫(夏天)或循環(huán)升溫(冬天)，其熱交換效率比傳統(tǒng)地道式高得多。
所述風(fēng)塔氣流發(fā)電方法在地下冷/熱源直接空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用，是指所述風(fēng)塔與地下冷/熱源直接空調(diào)系統(tǒng)的建筑物互相連通，循環(huán)氣流經(jīng)噴淋水冷卻后通過總抽氣機(jī)經(jīng)風(fēng)道輸送到建筑物內(nèi)各層的各空調(diào)室；所述建筑物設(shè)有向上排氣的太陽能復(fù)式煙囪與各空調(diào)室連通；各空調(diào)室內(nèi)余熱通過建筑物的太陽能蓄熱墻-排氣囪排出建筑物；所述太陽能蓄熱墻-排氣囪包括蓄熱墻及其外側(cè)的單層透光玻璃、復(fù)式排氣囪，所述單層透光玻璃與蓄熱墻之間有一通氣夾層，該通氣夾層相應(yīng)建筑物各層上部位置設(shè)有出氣口分別與所述復(fù)式排氣囪連通，蓄熱墻相應(yīng)建筑物各層下部位置設(shè)有進(jìn)氣口與所述通氣夾層連通；蓄熱墻外表面是高吸收系數(shù)的深色涂層，而蓄熱墻的內(nèi)表面(室內(nèi))設(shè)有強(qiáng)隔熱涂層或隔熱塑料層；在夏天，所述通氣夾層通過蓄熱墻下部進(jìn)氣口不斷吸出室內(nèi)的空氣，該空氣帶走室內(nèi)部分余熱，所述通氣夾層內(nèi)的空氣在太陽光或輻射的作用下蓄熱而產(chǎn)生高溫?zé)釟饬?，在煙囪效?yīng)下不斷上升，從各層相應(yīng)的通氣夾層出氣口向復(fù)式排氣囪排出，而蓄熱墻內(nèi)表面有強(qiáng)隔熱層，使夾層中傳入室內(nèi)的熱傳較小，從而排出各空調(diào)室內(nèi)的余熱；排出的余熱可用作干燥劑再生的熱能；所述各空調(diào)室還設(shè)有連通各層向上排氣的內(nèi)還設(shè)有排風(fēng)機(jī)，其與電源切換自動(dòng)控制裝置連接，當(dāng)太陽能不夠，太陽能蓄熱墻-排氣囪效果不好時(shí)，啟用排風(fēng)機(jī)排風(fēng)。
所述建筑物是包括普通住宅、公共建筑(學(xué)校、醫(yī)院等)的小型多層建筑，或者是設(shè)有電梯豎井的中高層住宅，所述小型多層建筑為3～7層，所述中高層住宅為8～10層；所述建筑物室內(nèi)總空調(diào)面積與風(fēng)塔氣流發(fā)電能力相匹配，每幢小型多層建筑的室內(nèi)總空調(diào)面積小于1000m2。
作為優(yōu)選的方案之一，當(dāng)所述建筑物為小型多層建筑時(shí)，可采用集中循環(huán)冷卻與分散除濕或干燥劑再生的組合形式所述風(fēng)塔在建筑物的一側(cè)，循環(huán)氣道與各層風(fēng)道連通，所述建筑物各層樓梯轉(zhuǎn)臺(tái)處還設(shè)有與風(fēng)道連通的分散式除濕/干燥裝置。
作為優(yōu)選的方案之二，當(dāng)風(fēng)塔同時(shí)向兩座以上小型多層建筑物供氣時(shí)，可采用風(fēng)塔加地道與集中除濕/干燥的組合形式所述風(fēng)塔位于各建筑物之間，所述建筑物的地下室通過輸氣地道與風(fēng)塔底部循環(huán)氣道的出氣口連通，輸氣地道內(nèi)設(shè)有地道抽氣機(jī)，地下室頂部通過總送風(fēng)口與各層風(fēng)道連通，總送風(fēng)口處設(shè)有總送風(fēng)機(jī)，地下室內(nèi)設(shè)有集中式除濕/干燥裝置，地下室還設(shè)有太陽能蓄熱墻-排氣囪的熱氣體總?cè)肟凇⒖偝隹诩霸O(shè)于總?cè)肟谔幍妮o助抽氣機(jī)，所述地道抽氣機(jī)、總送風(fēng)機(jī)、輔助抽氣機(jī)的馬達(dá)起動(dòng)器分別與電源切換自動(dòng)控制裝置、氣流速度自動(dòng)控制裝置連接。
作為優(yōu)選的方案之三，當(dāng)建筑物為設(shè)有電梯豎井的中高層住宅時(shí)，可采用核筒式風(fēng)塔與直接除濕/干燥的組合形式所述風(fēng)塔位于建筑物的中間，風(fēng)塔對(duì)稱設(shè)有4條循環(huán)氣道，其分別與各層風(fēng)道連通，所述太陽能蓄熱墻-排氣囪內(nèi)各層設(shè)有間歇性輪換開關(guān)閥門自動(dòng)控制的直接式除濕/干燥裝置，使空調(diào)室內(nèi)分別定時(shí)處于進(jìn)氣、排氣狀態(tài)，即進(jìn)氣時(shí)冷氣干燥，排氣時(shí)干燥劑再生。
在所述方案一～三的情形中，由于循環(huán)氣道同時(shí)又是向各空調(diào)室送風(fēng)的主通道，所以可采用定時(shí)段間歇式控制方式，在各層風(fēng)道入口處設(shè)有送風(fēng)主閥門，例如可間歇時(shí)間若干分鐘開啟送風(fēng)主閥門一次，在此時(shí)間間隔內(nèi)，一是為了保證氣流經(jīng)過幾次風(fēng)塔噴淋循環(huán)冷卻達(dá)到足夠的低溫(其極限是地下水溫)；二是保證送風(fēng)在除濕/干燥通道內(nèi)有足夠的時(shí)間除濕或干燥劑再生。
所述分散式、集中式、直接式除濕干燥裝置采用可移動(dòng)的抽屜式干燥劑。
所述建筑物還設(shè)有地下集水池，其與水泵連通，通過把建筑物排出的生活廢水集中凈化處理中水后，作為噴淋裝置使用地下水時(shí)蒸發(fā)消耗的補(bǔ)充。
以夏天降溫為例，對(duì)本發(fā)明所述風(fēng)塔氣流發(fā)電及其在地下冷/熱源直接空調(diào)的應(yīng)用的工作原理說明如下(1)風(fēng)塔底部內(nèi)安裝的原動(dòng)機(jī)為豎軸旋漿式風(fēng)輪機(jī)或渦輪機(jī)，便于人工控制與提高氣流速度及能量，并降低噪聲，旋轉(zhuǎn)葉片的離心力使氣水分離。
(2)通過風(fēng)塔內(nèi)氣流發(fā)電速度控制裝置，使異步電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)起動(dòng)器自動(dòng)起動(dòng)原動(dòng)機(jī)并達(dá)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，有傳統(tǒng)電源(電網(wǎng))時(shí)由電網(wǎng)提供起動(dòng)用電，否則由蓄電池提供(首次蓄電池充電必須由傳統(tǒng)電力預(yù)先完成)。
(3)原動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)軸帶動(dòng)小型異步發(fā)電機(jī)(一般選取異步異步發(fā)電機(jī))，正常起動(dòng)并在其理論同步轉(zhuǎn)速附近正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
(4)由本系統(tǒng)內(nèi)電源切換自動(dòng)控制裝置，快速切換成由氣流發(fā)電與蓄電池聯(lián)合供給本系統(tǒng)全部負(fù)荷。
(5)于是，在風(fēng)塔中裝設(shè)風(fēng)輪機(jī)，通過氣流發(fā)電提供地下冷/熱源直接空調(diào)系統(tǒng)中有關(guān)動(dòng)力設(shè)備及自動(dòng)控制裝置所需電力，發(fā)電后的冷/暖空氣流再用作建筑物室內(nèi)適度空調(diào)。
(6)一定深度下的大地是較穩(wěn)定的冷/熱源，夏天只需將風(fēng)塔吸入的熱空氣集中降溫處理及分散或集中除濕處理成適度的冷氣后，輸送到建筑用作空調(diào)，故采用地冷/熱/源的直接空調(diào)方式，可節(jié)約傳統(tǒng)空調(diào)設(shè)備制冷所耗費(fèi)的大量電能，(7)以地下水為天然冷媒，通過抽水噴淋冷卻循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)行風(fēng)塔內(nèi)噴淋冷卻，或結(jié)合淺埋地道或地下室的降溫方法和結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的降溫，同時(shí)還可以集中建筑生活廢水處理成合格的“中水”，直接應(yīng)用或間接用以補(bǔ)償抽取地下水噴淋時(shí)的蒸發(fā)消耗，可以節(jié)約用水。
(8)夏天時(shí)，通過太陽能蓄熱墻-排氣囪，并且多層建筑物的各個(gè)空調(diào)室可利用太陽能復(fù)式煙囪，共同排走室內(nèi)的余熱。
(9)對(duì)夏天濕熱型氣候，有必要通過除濕/干燥裝置對(duì)空氣進(jìn)行除濕處理，并可利用太陽能蓄熱墻-排氣囪的太陽熱能，間歇地使干燥劑再生。
(10)采用現(xiàn)有設(shè)備方便地組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)，如原動(dòng)機(jī)處氣流速度控制裝置、電源切換自動(dòng)控制裝置、除濕或干燥劑再生輪換控制裝置，通過簡易操作，實(shí)現(xiàn)各電氣設(shè)備開關(guān)、閥門啟閉的控制。
本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)與有益效果(1)風(fēng)塔氣流發(fā)電和傳統(tǒng)的露天式(直接驅(qū)動(dòng)式)小型獨(dú)立式風(fēng)力發(fā)電比較，具有下列優(yōu)點(diǎn)1、即使在自然風(fēng)速為零的情況下，也可正常發(fā)電；當(dāng)自然風(fēng)速不等于零時(shí)，氣流發(fā)電效能提高，人工氣流發(fā)電與自然風(fēng)力發(fā)電可以兼容?？膳c外部常規(guī)電網(wǎng)互聯(lián)供電，當(dāng)外部常規(guī)電網(wǎng)停電甚至無外部電網(wǎng)時(shí)，仍可人工氣流發(fā)電。
2、在同一地區(qū)同一地點(diǎn)處，相同風(fēng)輪機(jī)直徑的氣流發(fā)電能力(千瓦)估計(jì)可高出1個(gè)數(shù)量級(jí)，發(fā)電總效能高出幾倍(據(jù)廣州地區(qū)風(fēng)力數(shù)據(jù))。
3、風(fēng)塔氣流發(fā)電后的人工冷/暖氣流(利用地下冷/熱源)順利地結(jié)合用作建筑空調(diào)，只需增加少量的電力負(fù)荷，蓄電池設(shè)計(jì)容量也較小。
4、風(fēng)輪機(jī)裝于塔內(nèi)，可避免運(yùn)轉(zhuǎn)噪音。
風(fēng)塔氣流發(fā)電和同裝機(jī)容量的小型太陽光伏發(fā)電比較，不受當(dāng)?shù)靥柟饽茇S富程度(有開發(fā)價(jià)值)的限制，相關(guān)技術(shù)相對(duì)簡單，估計(jì)工程總造價(jià)及成本較低(現(xiàn)階段來說)，特別是，對(duì)風(fēng)塔氣流發(fā)電用于直接空調(diào)來比較，這種優(yōu)勢(shì)更為明顯。
(2)本發(fā)明提出的地冷/熱源直接空調(diào)方式和常規(guī)的獨(dú)立式空調(diào)器比較，具有下列優(yōu)點(diǎn)1、節(jié)能——因毋需制造冷(熱)源，只需輸送冷(暖)氣，故動(dòng)力設(shè)備耗能(電)量約等于常規(guī)空調(diào)的1/6～1/5；冷效能系數(shù)遠(yuǎn)高于常規(guī)空調(diào)的值；完全取代常規(guī)空調(diào)所需傳統(tǒng)電能也是可以的，這決定于氣流發(fā)電能力與空調(diào)面積的合理匹配。
2、健康——輸入室內(nèi)的是經(jīng)過噴淋凈化、除塵、加氧和除濕的完全新風(fēng)，長期使用，也不會(huì)發(fā)生常規(guī)空調(diào)的“空調(diào)綜合癥”。
3、夏涼冬暖——對(duì)夏天炎熱型(濕熱型)地區(qū)，室內(nèi)適度空調(diào)氣溫約28～30℃，相對(duì)濕度低于70％；冬天可適度升溫，使直接空調(diào)有效時(shí)間增加。這主要決定于當(dāng)?shù)氐叵滤臏囟?廣州地區(qū)地下水年平均溫度約20℃)。假如長江流域地區(qū)地下水的年平均溫度為17℃，直接空調(diào)使室內(nèi)氣溫升高或降低7℃，效果值得重視。
本發(fā)明采用循環(huán)噴淋冷卻(加熱)的方式，比傳統(tǒng)的細(xì)、長地道的被動(dòng)式熱交換效率更高；太陽能蓄熱墻-排氣囪使室內(nèi)直接空調(diào)效能進(jìn)一步提高。
(3)促進(jìn)“中水”回用，節(jié)約生活用水。
在地下水較豐富的地區(qū)，用作冷卻(加熱)的水源為合格的地下水，噴淋冷卻(加熱)時(shí)的蒸發(fā)消耗由生活廢水處理成合格的“中水”補(bǔ)償；在地下水較缺乏或地下水位過低的地方，可考慮直接以建筑小區(qū)集中處理的“中水”為水源，即預(yù)先積集于數(shù)個(gè)地下水井中進(jìn)行預(yù)冷(預(yù)熱)，輪流使用。結(jié)果不僅每戶平均可節(jié)約50％左右的生活用水，而且促進(jìn)“中水”開發(fā)，貯水于民，具有防災(zāi)備荒的戰(zhàn)略意義。
(4)環(huán)保與減少污染1、風(fēng)塔氣流發(fā)電每1萬度電(千瓦·小時(shí))代替燃油化石類發(fā)電，約可減少大氣中10噸二氧化碳和0.14噸二氧化硫。
2、風(fēng)塔內(nèi)每次噴淋冷卻，意味著對(duì)污染的大氣進(jìn)行了一次局部的過濾，減少大氣的污染(包括熱污染)。
3、生活廢水處理成中水，減少水環(huán)境污染。
(5)典型普通多層住宅的應(yīng)用效益選擇單幢6～7層的普通住宅為夏天降溫的典型建筑，每幢建筑面積約1300m2，以總空調(diào)面積約1000m2為計(jì)算單元(注指戶內(nèi)面積之和，例如12戶×90m2)，以便估計(jì)其所需增加的投資與綜合經(jīng)濟(jì)效益，包括節(jié)能、節(jié)水以及由于局部環(huán)境因素的改善帶來的直接與間接(例如稅收優(yōu)惠、作為商品房價(jià)格適當(dāng)提升等)的經(jīng)濟(jì)效益。按廣州市地區(qū)目前的價(jià)格成本指標(biāo)估計(jì)，風(fēng)塔氣流發(fā)電應(yīng)用于上述單元住宅直接空調(diào)，比常規(guī)獨(dú)立式空調(diào)增加的投資費(fèi)用，折算到總建筑面積去為每平方米增加幾百元，雖比每戶安裝太陽能熱水器附加投資高些，但投資回收年限差不多甚至較低。其綜合經(jīng)濟(jì)效益對(duì)不同產(chǎn)權(quán)身份的開發(fā)商或投資者和用戶，可獲得“三贏”的結(jié)果。
比上述單元建筑面積更大更高的單幢建筑物或建筑小區(qū)，采用本發(fā)明技術(shù)理論上和技術(shù)上說仍然可行，只是受經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的限制，需要技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比較。當(dāng)采用更高的核筒式氣流發(fā)電時(shí)，還可以進(jìn)一步考慮氣流發(fā)電應(yīng)用于8～10層住宅建筑的電梯用電的可行性。
至今已建成的傳統(tǒng)被動(dòng)式地道降溫的最大建筑面積是1998年南韓建成的一座3層991m2建筑，其夏天節(jié)能(電)率約26％，降溫效能系數(shù)COP＝33。本發(fā)明技術(shù)應(yīng)用于單幢1300m2左右的典型建筑面積和節(jié)能率已經(jīng)突破了這一紀(jì)錄。更主要的是采用循環(huán)噴淋冷卻的方法和結(jié)合南方除濕的要求，降溫?zé)嵝屎徒?jīng)濟(jì)效益更高。
(6)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效果本發(fā)明技術(shù)具有藏電于民、系統(tǒng)性節(jié)能和節(jié)約環(huán)境資源、減少污染等社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境等長遠(yuǎn)效益。
概括來說，本發(fā)明突破了下面幾個(gè)傳統(tǒng)局限——被動(dòng)式太陽能利用技術(shù)只能應(yīng)用于太陽能豐富的地區(qū)；傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電在自然風(fēng)能密度較低的地區(qū)沒有應(yīng)用價(jià)值；常規(guī)空調(diào)完全依賴于傳統(tǒng)電源(電網(wǎng))供電；太陽能致冷-空調(diào)(吸收式)仍需少量常規(guī)電源輔助。
在評(píng)價(jià)本發(fā)明技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值時(shí)，雖然第一期開發(fā)目標(biāo)是區(qū)區(qū)不到10千瓦的發(fā)電水平，但它不是單純?yōu)榱税l(fā)電，也不是單純?yōu)榱丝照{(diào)，而是“空氣發(fā)電-空氣調(diào)節(jié)”的結(jié)合，一舉兩得，自成體系，自力更生，便于小型普通住宅應(yīng)用和民營開發(fā)，其造價(jià)及其還本年限目前就具有市場(chǎng)競爭能力?？梢栽O(shè)想，如果在常規(guī)能源(資源)缺乏而風(fēng)能較豐富的廣東沿海等地區(qū)的中小城鎮(zhèn)中成功開發(fā)推廣應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)，來取代常規(guī)空調(diào)及其所需的常規(guī)電力，設(shè)200萬戶每戶按節(jié)約2.5千瓦常規(guī)空調(diào)設(shè)備計(jì)，則可節(jié)省500萬千瓦電網(wǎng)裝機(jī)容量，這相當(dāng)于2.8個(gè)大亞灣核電站或幾個(gè)大型火電站；可取代年消耗約1200萬噸燃油的眾多小型燃油機(jī)發(fā)電，這約等于廣東省目前所有小型燃油異步發(fā)電機(jī)耗油量的50％以上；同時(shí)每年節(jié)約4.5億噸左右的生活用水，相當(dāng)于省去建設(shè)幾個(gè)大型供水水庫及相應(yīng)規(guī)模的給排水系統(tǒng)。
風(fēng)塔氣流發(fā)電減少大氣中的二氧化碳，按《京都協(xié)議書》的規(guī)章，排放超標(biāo)的二氧化碳，其抵償(“購買”)現(xiàn)價(jià)是每噸8.6歐元。


圖1是本發(fā)明風(fēng)塔氣流發(fā)電裝置應(yīng)用在地下冷/熱源直接空調(diào)的工作原理圖；圖2是本發(fā)明地下冷/熱源直接空調(diào)的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2所示地下冷/熱源直接空調(diào)的截面示意圖；圖4是本發(fā)明地下冷/熱源直接空調(diào)的第二種結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4所示地下冷/熱源直接空調(diào)的截面示意圖；圖6、7、8分別是圖4所示地下冷/熱源直接空調(diào)局部A、B、C的放大結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是圖4所示地下冷/熱源直接空調(diào)I-I截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明地下冷/熱源直接空調(diào)的第三種結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是圖6所示地下冷/熱源直接空調(diào)的截面示意圖。
圖12是圖1所示氣流速度自動(dòng)控制裝置的控制原理圖；圖13是本發(fā)明風(fēng)塔氣流發(fā)電裝置應(yīng)用在地下冷/熱源直接空調(diào)時(shí)熱能的輸入-輸出原理圖；圖14是本發(fā)明風(fēng)塔氣流發(fā)電時(shí)機(jī)械能量的輸入-輸出原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例一如圖1、2所示，本風(fēng)塔氣流發(fā)電裝置，其包括風(fēng)塔1、原動(dòng)機(jī)2、異步發(fā)電機(jī)3、總抽氣機(jī)4、水泵5、噴淋裝置6、地下集水井7、蓄電池8、電源切換自動(dòng)控制裝置，原動(dòng)機(jī)2為豎軸旋槳式風(fēng)輪機(jī)或渦輪機(jī)，其安裝在風(fēng)塔1內(nèi)下部中央；風(fēng)塔1頂部有空氣入口，風(fēng)塔1旁側(cè)還設(shè)有連通其底部與上部的循環(huán)氣道9，總抽氣機(jī)4設(shè)在循環(huán)氣道9出氣口；噴淋裝置6裝在風(fēng)塔1內(nèi)上部，水泵5與地下集水井7、噴淋裝置6分別連接，地下集水井7與風(fēng)塔1下端設(shè)有的尾水池10連通；原動(dòng)機(jī)2通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與風(fēng)塔1外的異步發(fā)電機(jī)3連接，電源切換自動(dòng)控制裝置輸出端分別與總抽氣機(jī)4、水泵5的馬達(dá)自動(dòng)起動(dòng)器連接，其輸入端分別與異步發(fā)電機(jī)3、蓄電池8、外電網(wǎng)連接，蓄電池8與電源切換自動(dòng)控制裝置之間連接有交流/直流(AC/DC)逆變器。如圖3所示，異步發(fā)電機(jī)3、水泵5、蓄電池8可設(shè)在機(jī)房11內(nèi)。
如圖2所示，風(fēng)塔1的中間段的內(nèi)截面為圓形，其主要功能是提高氣流效能；風(fēng)塔1的頂部呈喇叭形，所述空氣入口1-1呈環(huán)形，空氣入口總面積大于風(fēng)塔1內(nèi)截面平均面積，以盡量利用和收集現(xiàn)成風(fēng)力，空氣入口設(shè)有可控多邊閘門，當(dāng)自然風(fēng)速達(dá)到原動(dòng)機(jī)2起動(dòng)水平時(shí)對(duì)閘門進(jìn)行主風(fēng)向啟/閉自動(dòng)控制裝置，當(dāng)自然風(fēng)速未達(dá)到原動(dòng)機(jī)2起動(dòng)風(fēng)速時(shí)閘門全部開啟；為了使原動(dòng)機(jī)2可以在很低的自然風(fēng)速甚至零風(fēng)速下正常起動(dòng)并運(yùn)轉(zhuǎn)，原動(dòng)機(jī)2設(shè)有氣流速度自動(dòng)控制裝置，其信號(hào)輸出端與總抽氣機(jī)4、水泵5的馬達(dá)自動(dòng)起動(dòng)器連接，其電源輸入端與電源切換自動(dòng)控制裝置連接，進(jìn)行負(fù)反饋閉環(huán)控制；循環(huán)氣道9通過總抽氣機(jī)4的抽氣作用，使塔內(nèi)氣溫循環(huán)降溫(夏天)或循環(huán)升溫(冬天)，其熱交換效率比傳統(tǒng)地道式高得多。
如圖2、12所示，氣流速度自動(dòng)控制裝置進(jìn)行負(fù)反饋閉環(huán)控制時(shí)，其反饋值為風(fēng)塔1內(nèi)原動(dòng)機(jī)2處的流速或氣流動(dòng)壓力，由檢測(cè)元件26(流速儀或畢托管)檢測(cè)，該氣流速度自動(dòng)裝置隨時(shí)輸出的電操作量輸送給總抽氣機(jī)4、水泵5的馬達(dá)自動(dòng)起動(dòng)器實(shí)現(xiàn)直接控制其轉(zhuǎn)速，從而間接控制原動(dòng)機(jī)2的轉(zhuǎn)速。當(dāng)氣流速度未達(dá)到要求值時(shí)，需增加異步發(fā)電機(jī)3的電力輸入，反之，則減少電力輸入。檢測(cè)數(shù)據(jù)隨時(shí)可由監(jiān)控人員檢查。
如圖1、2所示，本風(fēng)塔氣流發(fā)電裝置是這樣工作的以人工氣流、大氣熱壓差與自然風(fēng)壓共同作用下形成的機(jī)械能為原動(dòng)力，使風(fēng)塔1底部的原動(dòng)機(jī)2達(dá)到發(fā)電的轉(zhuǎn)速并帶動(dòng)異步發(fā)電機(jī)3；通過總抽氣機(jī)4使從風(fēng)塔1頂部吸入的空氣從風(fēng)塔1底部經(jīng)循環(huán)氣道9輸送到風(fēng)塔1上部而形成循環(huán)氣流，同時(shí)通過水泵5將地下水抽至風(fēng)塔上部噴淋裝置6噴淋細(xì)水滴，人工氣流是循環(huán)氣流與噴淋細(xì)水滴共同形成的氣水混合流，總抽氣機(jī)4、水泵5的起動(dòng)用電通過外電網(wǎng)或系統(tǒng)內(nèi)部蓄電池8提供；當(dāng)原動(dòng)機(jī)2正常運(yùn)轉(zhuǎn)且異步發(fā)電機(jī)3正常發(fā)電后，通過電源切換自動(dòng)控制裝置快速切換為由異步發(fā)電機(jī)3輸出電力，與蓄電池8共同維持系統(tǒng)內(nèi)總抽氣機(jī)4、水泵5及控制裝置的用電，并可對(duì)蓄電池8充電或向系統(tǒng)外輸出使用。
如圖2～7所示，風(fēng)塔氣流發(fā)電方法與裝置應(yīng)用在地下冷/熱源直接空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，風(fēng)塔1與地下冷/熱源直接空調(diào)系統(tǒng)的建筑物12互相連通，循環(huán)氣流經(jīng)噴淋水冷卻后通過總抽氣機(jī)4經(jīng)風(fēng)道輸送到建筑物12內(nèi)各層的各空調(diào)室13；建筑物12設(shè)有向上排氣的太陽能復(fù)式煙囪14與各空調(diào)室13連通；各空調(diào)室13內(nèi)余熱.通過建筑物12的太陽能蓄熱墻-排氣囪15排出建筑物12；如圖8～12所示，太陽能蓄熱墻-排氣囪15包括蓄熱墻15-1及其外側(cè)的單層透光玻璃15-2、復(fù)式排氣囪15-3，單層透光玻璃15-2與蓄熱墻15-1之間有一通氣夾層，該通氣夾層相應(yīng)建筑物12各層上部位置設(shè)有出氣口15-4分別與復(fù)式排氣囪15-3連通，蓄熱墻15-1相應(yīng)建筑物12各層下部位置設(shè)有進(jìn)氣口15-5與通氣夾層連通；蓄熱墻15-1外表面是高吸收系數(shù)的深色涂層，而蓄熱墻15-1的內(nèi)表面(室內(nèi))設(shè)有強(qiáng)隔熱涂層或隔熱塑料層；在夏天，通氣夾層通過蓄熱墻15-1下部進(jìn)氣口15-5不斷吸出室內(nèi)的空氣，該空氣帶走室內(nèi)部分余熱，通氣夾層內(nèi)的空氣在太陽光或輻射的作用下蓄熱而產(chǎn)生高溫?zé)釟饬?，在煙囪效?yīng)下不斷上升，從各層相應(yīng)的通氣夾層出氣口15-4向復(fù)式排氣囪排出，而蓄熱墻15-1內(nèi)表面有強(qiáng)隔熱層，使夾層中傳入室內(nèi)的熱傳較小，從而排出各空調(diào)室13內(nèi)的余熱；排出的余熱可用作干燥劑再生的熱能；各空調(diào)室13內(nèi)還設(shè)有排風(fēng)機(jī)，其與電源切換自動(dòng)控制裝置連接，當(dāng)太陽能不夠，太陽能蓄熱墻-排氣囪15效果不好時(shí)，啟用排風(fēng)機(jī)排風(fēng)。
建筑物12是包括普通住宅、公共建筑(學(xué)校、醫(yī)院等)的小型多層建筑，或者是設(shè)有電梯豎井的中高層住宅，小型多層建筑為3～7層，中高層住宅為8～10層；建筑物室內(nèi)總空調(diào)面積與風(fēng)塔氣流發(fā)電能力相匹配，每幢小型多層建筑的室內(nèi)總空調(diào)面積小于1000m/2。
如圖2、3所示，當(dāng)建筑物12為小型多層建筑時(shí)，可采用集中循環(huán)冷卻與分散除濕或干燥劑再生的組合形式風(fēng)塔1在建筑物12的一側(cè)，循環(huán)氣道9與各層風(fēng)道連通，建筑物12各層樓梯轉(zhuǎn)臺(tái)處還設(shè)有與風(fēng)道連通的分散式除濕/干燥裝置16。
實(shí)施例二如圖4～9所示，當(dāng)風(fēng)塔1同時(shí)向兩座以上小型多層建筑物12供氣時(shí)，可采用風(fēng)塔加地道與集中除濕/干燥的組合形式風(fēng)塔1位于各建筑物12之間，建筑物12的地下室17通過輸氣地道18與風(fēng)塔1底部循環(huán)氣道9的出氣口連通，輸氣地道18內(nèi)設(shè)有地道抽氣機(jī)19，地下室17頂部通過總送風(fēng)口與各層風(fēng)道連通，總送風(fēng)口處設(shè)有總送風(fēng)機(jī)20，地下室17內(nèi)設(shè)有集中式除濕/干燥裝置21，地下室17還設(shè)有太陽能蓄熱墻-排氣囪的熱氣體總?cè)肟?2、總出口23及設(shè)于總?cè)肟谔幍妮o助抽氣機(jī)24，地道抽氣機(jī)19、總送風(fēng)機(jī)20、輔助抽氣機(jī)24的馬達(dá)起動(dòng)器分別與電源切換自動(dòng)控制裝置、氣流速度自動(dòng)控制裝置連接。
本實(shí)施例的其他部分類同于實(shí)施例一。
實(shí)施例三如圖10～11所示，當(dāng)建筑物12為設(shè)有電梯豎井27的中高層住宅時(shí)，可采用核筒式風(fēng)塔與直接除濕/干燥的組合形式風(fēng)塔1位于建筑物12的中間，風(fēng)塔1對(duì)稱設(shè)有4條循環(huán)氣道9，其分別與各層風(fēng)道連通，太陽能蓄熱墻-排氣囪內(nèi)各層設(shè)有間歇性輪換開關(guān)閥門自動(dòng)控制的直接式除濕/干燥裝置25，使空調(diào)室13內(nèi)分別定時(shí)處于進(jìn)氣、排氣狀態(tài)，即進(jìn)氣時(shí)冷氣干燥，排氣時(shí)干燥劑再生。
本實(shí)施例的其他部分類同于實(shí)施例一。
在實(shí)施例一～三的情形中，由于循環(huán)氣道9同時(shí)又是向各空調(diào)室13送風(fēng)的主通道，所以可采用定時(shí)段間歇式控制方式，在各層風(fēng)道入口處設(shè)有送風(fēng)主閥門，例如可間歇時(shí)間若干分鐘開啟送風(fēng)主閥門一次，在此時(shí)間間隔內(nèi)，一是為了保證氣流經(jīng)過幾次風(fēng)塔噴淋循環(huán)冷卻達(dá)到足夠的低溫(其極限是地下水溫)；二是保證送風(fēng)在除濕/干燥通道內(nèi)有足夠的時(shí)間除濕或干燥劑再生。分散式、集中式、直接式除濕干燥裝置16、21、25采用可移動(dòng)的抽屜式干燥劑。建筑物12還設(shè)有地下集水池，其與水泵5連通，通過把建筑物12排出的生活廢水集中凈化處理中水后，作為噴淋裝置6使用地下水時(shí)蒸發(fā)消耗的補(bǔ)充。
如圖13、14中所示，整系統(tǒng)是有多種外部能量(風(fēng)力能、氣流重力能、大氣壓力能、空氣熱能、地?zé)崮堋⑻栞椛淠艿?交換的開放性復(fù)雜系統(tǒng)，當(dāng)采取某些人工控制措施(這里主要是抽氣、噴淋、除濕/干燥、送氣、排氣)，就會(huì)使系統(tǒng)內(nèi)部能量的變化朝有利于氣流發(fā)電和空調(diào)方向發(fā)展。于是，以風(fēng)塔與管道的氣流狀態(tài)為功能主體，使氣流“發(fā)電”與“空調(diào)”兩者緊密聯(lián)系起來，構(gòu)成一個(gè)整體系統(tǒng)。
整系統(tǒng)的狀態(tài)可分為機(jī)械能(發(fā)電)與熱能(空調(diào))兩種基本形式來描述，人工系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)也可適當(dāng)優(yōu)化。系統(tǒng)的能量平衡也分兩方面來評(píng)價(jià)，其輸入-輸出基本關(guān)系和參數(shù)簡介如下如圖13所示的熱能開環(huán)輸-輸出，整系統(tǒng)冷空調(diào)的總熱工效率為 夏天，Q冷為向冷房中(總戶數(shù))輸出的總冷量(kW)；Ei為有關(guān)的各種熱/冷能量輸入(kW)。
冷房的冷效能系數(shù)為 (當(dāng)Nr＞0)如圖14所示的氣流發(fā)電能量閉環(huán)輸入-輸出，整系統(tǒng)的總機(jī)械能(氣流發(fā)電)效率為 其中N(氣電)——?dú)饬靼l(fā)電功率(kW)；N(氣流)——由于外界氣溫與因地下水噴淋使原動(dòng)機(jī)2處氣溫下降而造成的氣流熱壓差，并由于抽氣及重力加速度(g)在原動(dòng)機(jī)2(前截面)處產(chǎn)生的人工氣水混合氣流的功率，kW；N(風(fēng)力)——由于在風(fēng)塔1頂部的自然風(fēng)力(風(fēng)速)壓入風(fēng)塔1，對(duì)原動(dòng)機(jī)2產(chǎn)生的有效風(fēng)能功率(當(dāng)自然風(fēng)速為零時(shí)，N(風(fēng)力)＝0)，kW。
Nr——常規(guī)電力(電網(wǎng))供應(yīng)的電能要求值，由圖15的負(fù)反饋確定Nr＝Nn-N(氣電)Nn＝N(抽)+N(泵)+N(控)Nn為氣流發(fā)電系統(tǒng)中的輔助動(dòng)力設(shè)備需要耗費(fèi)的總電力，kW；N(抽)、N(泵)、N(控)分別為抽氣機(jī)、水泵和系統(tǒng)內(nèi)全部自動(dòng)控制設(shè)備(例如電磁開/關(guān)閥)所需的電力負(fù)荷，kW。分三種情況當(dāng)Nr＞0，表示需要外部提供常規(guī)電網(wǎng)電力，此時(shí)用節(jié)電率度量；當(dāng)Nr＜0，表示氣流發(fā)電有盈余，可以蓄電或作他用，此時(shí)用盈電率度量；當(dāng)Nr＝0，表示毋需系統(tǒng)外部傳統(tǒng)電源，說明氣流發(fā)電能力與該項(xiàng)目需要基本平衡。
當(dāng)由蓄電池8起動(dòng)并運(yùn)行(Nr＝0)時(shí)氣流發(fā)電節(jié)電率/盈電率為節(jié)電率(當(dāng)Nn＞N(氣電))， 盈電率(當(dāng)Nn＜N(氣電))， 當(dāng)達(dá)到正常發(fā)電并快速切換成由“氣電”供應(yīng)動(dòng)力時(shí)，Nr＝0，此時(shí)系統(tǒng)中蓄電池8需釋放/貯蓄的電力為Ns＝N(氣電)-Nn-ΔN這里Ns＜0為釋電，Ms＞0為蓄電；Nn＞0，ΔN＞0。ΔN為要求由蓄電池8補(bǔ)償?shù)母郊与娏p耗，由蓄電池8輸出的局部閉環(huán)補(bǔ)償(圖14)，亦可以按額定Nn值近似預(yù)估其開環(huán)補(bǔ)償。
通過小型多層住宅的初步設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)字例說明，本“氣電-空調(diào)”和太陽能致冷-空調(diào)(吸收式)系統(tǒng)比較，在零自然風(fēng)速下，本系統(tǒng)發(fā)電效率ηS(氣流發(fā)電)和后者的年均總效率的一般值差不多，但冷效能系數(shù)COP(冷)高得多。
如上所述，便可以較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.風(fēng)塔氣流發(fā)電方法，其特征在于以人工氣流、大氣熱壓差與自然風(fēng)壓共同作用下形成的機(jī)械能為原動(dòng)力，使風(fēng)塔底部的原動(dòng)機(jī)達(dá)到發(fā)電的轉(zhuǎn)速并帶動(dòng)異步發(fā)電機(jī)；通過總抽氣機(jī)使從風(fēng)塔頂部吸入的空氣從風(fēng)塔底部經(jīng)循環(huán)氣道輸送到風(fēng)塔上部而形成循環(huán)氣流，同時(shí)通過水泵將地下水抽至風(fēng)塔上部噴淋細(xì)水滴，所述人工氣流是循環(huán)氣流與噴淋細(xì)水滴共同形成的氣水混合流，總抽氣機(jī)、水泵的起動(dòng)用電通過外電網(wǎng)或系統(tǒng)內(nèi)部蓄電池提供；當(dāng)所述原動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)且異步發(fā)電機(jī)正常發(fā)電后，通過電源切換自動(dòng)控制裝置快速切換為由異步發(fā)電機(jī)輸出電力，與蓄電池共同維持系統(tǒng)內(nèi)總抽氣機(jī)、水泵及控制裝置的用電，并可對(duì)蓄電池充電或向系統(tǒng)外輸出使用。
2.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述風(fēng)塔氣流發(fā)電方法的風(fēng)塔氣流發(fā)電裝置，其特征在于包括風(fēng)塔、原動(dòng)機(jī)、異步發(fā)電機(jī)、總抽氣機(jī)、水泵、噴淋裝置、地下集水井、蓄電池、電源切換自動(dòng)控制裝置，原動(dòng)機(jī)為豎軸旋槳式風(fēng)輪機(jī)或渦輪機(jī)，其安裝在風(fēng)塔內(nèi)下部中央；風(fēng)塔頂部有空氣入口，風(fēng)塔旁側(cè)還設(shè)有連通其底部與上部的循環(huán)氣道，總抽氣機(jī)設(shè)在循環(huán)氣道出氣口；噴淋裝置裝在風(fēng)塔內(nèi)上部，水泵與地下集水井、噴淋裝置分別連接，地下集水井與風(fēng)塔下端設(shè)有的尾水池連通；原動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與風(fēng)塔外的異步發(fā)電機(jī)連接，電源切換自動(dòng)控制裝置輸出端分別與總抽氣機(jī)、水泵的馬達(dá)自動(dòng)起動(dòng)器連接，其輸入端分別與異步發(fā)電機(jī)、蓄電池、外電網(wǎng)連接，蓄電池與電源切換自動(dòng)控制裝置之間連接有交流/直流逆變器。
3.按權(quán)利要求2所述風(fēng)塔氣流發(fā)電裝置，其特征在于所述風(fēng)塔的中間段的內(nèi)截面為圓形，風(fēng)塔的頂部呈喇叭形，所述空氣入口呈環(huán)形，空氣入口總面積大于風(fēng)塔內(nèi)截面平均面積，空氣入口設(shè)有可控多邊閘門；所述原動(dòng)機(jī)設(shè)有氣流速度自動(dòng)控制裝置，其信號(hào)輸出端與總抽氣機(jī)、水泵的馬達(dá)自動(dòng)起動(dòng)器連接，其電源輸入端與電源切換自動(dòng)控制裝置連接。
4.權(quán)利要求1所述風(fēng)塔氣流發(fā)電方法在地下冷/熱源直接空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于所述風(fēng)塔與地下冷/熱源直接空調(diào)系統(tǒng)的建筑物互相連通，循環(huán)氣流經(jīng)噴淋水冷卻后通過總抽氣機(jī)經(jīng)風(fēng)道輸送到建筑物內(nèi)各層的各空調(diào)室；所述建筑物設(shè)有向上排氣的太陽能復(fù)式煙囪與各空調(diào)室連通；各空調(diào)室內(nèi)余熱通過建筑物的太陽能蓄熱墻-排氣囪排出建筑物；所述太陽能蓄熱墻-排氣囪包括蓄熱墻及其外側(cè)的單層透光玻璃、復(fù)式排氣囪，所述普通玻璃與蓄熱墻之間有一通氣夾層，該通氣夾層相應(yīng)建筑物各層上部位置設(shè)有出氣口分別與所述復(fù)式排氣囪連通，蓄熱墻相應(yīng)建筑物各層下部位置設(shè)有進(jìn)氣口與所述通氣夾層連通；蓄熱墻外表面是高吸收系數(shù)的深色涂層，而蓄熱墻的內(nèi)表面設(shè)有強(qiáng)隔熱涂層或隔熱塑料層；在夏天，所述通氣夾層通過蓄熱墻下部進(jìn)氣口不斷吸出室內(nèi)的空氣，該空氣帶走室內(nèi)部分余熱，所述通氣夾層內(nèi)的空氣在太陽光或輻射的作用下蓄熱而產(chǎn)生高溫?zé)釟饬?，在煙囪效?yīng)下不斷上升，從各層相應(yīng)的通氣夾層出氣口向復(fù)式排氣囪排出，而蓄熱墻內(nèi)表面有強(qiáng)隔熱層，使夾層中傳入室內(nèi)的熱傳較小，從而排出各空調(diào)室內(nèi)的余熱；排出的余熱可用作干燥劑再生的熱能；所述各空調(diào)室還設(shè)有連通各層向上排氣的內(nèi)還設(shè)有排風(fēng)機(jī)，其與電源切換自動(dòng)控制裝置連接，當(dāng)太陽能不夠，太陽能蓄熱墻-排氣囪效果不好時(shí)，啟用排風(fēng)機(jī)排風(fēng)。
5.按權(quán)利要求3所述風(fēng)塔氣流發(fā)電方法在地下冷/熱源直接空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于所述建筑物是包括普通住宅、公共建筑的小型多層建筑，或者是設(shè)有電梯豎井的中高層住宅，所述小型多層建筑為3～7層，所述中高層住宅為8～10層；所述建筑物室內(nèi)總空調(diào)面積與風(fēng)塔氣流發(fā)電能力相匹配，每幢小型多層建筑的室內(nèi)總空調(diào)面積小于1000m2。
6.按權(quán)利要求4所述風(fēng)塔氣流發(fā)電方法在地下冷/熱源直接空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于所述建筑物是小型多層建筑，所述風(fēng)塔在建筑物的一側(cè)，循環(huán)氣道與各層風(fēng)道連通，所述建筑物各層樓梯轉(zhuǎn)臺(tái)處還設(shè)有與風(fēng)道連通的分散式除濕/干燥裝置。
7.按權(quán)利要求4所述風(fēng)塔氣流發(fā)電方法在地下冷/熱源直接空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于所述風(fēng)塔同時(shí)向兩座以上小型多層建筑物供氣，所述風(fēng)塔位于各建筑物之間，所述建筑物的地下室通過輸氣地道與風(fēng)塔底部循環(huán)氣道的出氣口連通，輸氣地道內(nèi)設(shè)有地道抽氣機(jī)，地下室頂部通過總送風(fēng)口與各層風(fēng)道連通，總送風(fēng)口處設(shè)有總送風(fēng)機(jī)，地下室內(nèi)設(shè)有集中式除濕/干燥裝置，地下室還設(shè)有太陽能蓄熱墻-排氣囪的熱氣體總?cè)肟?、總出口及設(shè)于總?cè)肟谔幍妮o助抽氣機(jī)，所述地道抽氣機(jī)、總送風(fēng)機(jī)、輔助抽氣機(jī)的馬達(dá)起動(dòng)器分別與電源切換自動(dòng)控制裝置、氣流速度自動(dòng)控制裝置連接。
8.按權(quán)利要求4所述風(fēng)塔氣流發(fā)電方法在地下冷/熱源直接空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于所述建筑物為設(shè)有電梯豎井的中高層住宅，所述風(fēng)塔位于建筑物的中間，風(fēng)塔對(duì)稱設(shè)有4條循環(huán)氣道，其分別與各層風(fēng)道連通，所述太陽能蓄熱墻-排氣囪內(nèi)各層設(shè)有間歇性輪換開關(guān)閥門自動(dòng)控制的直接式除濕/干燥裝置，使空調(diào)室內(nèi)分別定時(shí)處于進(jìn)氣、排氣狀態(tài)，即進(jìn)氣時(shí)冷氣干燥，排氣時(shí)干燥劑再生。
9.按權(quán)利要求6～8任一項(xiàng)所述風(fēng)塔氣流發(fā)電方法在地下冷/熱源直接空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于所述各層風(fēng)道入口處設(shè)有定時(shí)段間歇式控制的送風(fēng)主閥門；所述分散式、集中式、直接式除濕干燥裝置采用可移動(dòng)的抽屜式干燥劑；所述建筑物還設(shè)有中水地下集水池，其與水泵連通。
全文摘要
本發(fā)明提供風(fēng)塔氣流發(fā)電方法及其在地下冷/熱源直接空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用，風(fēng)塔氣流發(fā)電方法是指以人工氣流、大氣熱壓差與自然風(fēng)壓共同作用下形成的機(jī)械能為原動(dòng)力，使風(fēng)塔底部的風(fēng)輪機(jī)達(dá)到發(fā)電的轉(zhuǎn)速并帶動(dòng)異步發(fā)電機(jī)；通過總抽氣機(jī)使從風(fēng)塔頂部吸入的空氣從風(fēng)塔底部經(jīng)循環(huán)氣道輸送到風(fēng)塔上部而形成循環(huán)氣流，同時(shí)通過水泵將地下水抽至風(fēng)塔上部噴淋細(xì)水滴，人工氣流是循環(huán)氣流與噴淋細(xì)水滴共同形成的氣水混合流，總抽氣機(jī)、水泵的起動(dòng)用電通過外電網(wǎng)或系統(tǒng)內(nèi)部蓄電池提供；當(dāng)風(fēng)輪機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)且異步發(fā)電機(jī)正常發(fā)電后，通過電源切換自動(dòng)控制裝置快速切換為由異步發(fā)電機(jī)輸出電力，與蓄電池共同維持系統(tǒng)內(nèi)用電，并可對(duì)蓄電池充電或向系統(tǒng)外輸出使用。
文檔編號(hào)F03D1/00GK1975156SQ200610123050
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月27日
發(fā)明者黃杰民 申請(qǐng)人:黃杰民