排水立管發電新技術研究

李 帥 劉利利

（重慶三峽學院，重慶 404000）

1 引言

隨著城市空間利用率的不斷提高，高層建筑和超高層建筑不斷出現，因此雙立管排水系統在建筑排水系統中的應用越來越普遍[1]。但雙立管排水系統仍存在各種各樣的問題，因此為了克服現有排水系統發電技術的缺點，能夠利用排水系統水力工況變化中的氣流動能，且不引起排水系統本身結構的改變，本文基于雙立管排水系統重新設計一種排水系統發電裝置。利用此裝置對排水系統中的氣流動能進行收集利用，充分、高效的利用排水系統的能量，而且也不引起現有排水系統結構形式的改變。最終實現建筑能耗的降低，節約能源。

圖1 發電裝置原理圖

2 傳統排水系統分析

目前建筑排水系統能量回收技術各式各樣，但是基本理念是利用排水管內的水流勢能，即在排水管道中設置水輪機，再利用水輪機驅動發電機發電，發電裝置原理如圖1所示[2]。此裝置工作包括蓄能、發電和儲能三個階段。

雖然此類發電裝置利用非常普遍，但是卻有著以下不足：

1）裝置復雜，承受壓力大。由于排水管道內多屬于非滿管流，水輪機不能被有效驅動，需設置儲水裝置，對具有勢能的管內排水進行收集，將非滿管流轉化成滿管流，此過程需控制水位定時放水發電。

2）能源利用率低。由于非滿管流轉化為滿管流的過程，會引起系統內的水力工況破壞。為了防止此種情況發生，發電裝置布置在管道底部，即先對水進行截流然后再發電。此過程消減了水的重力勢能，從而降低了能量的利用效率。

3）耐久時間短。采用水輪機發電，水輪機與排水和空氣交替接觸。排水中含有大量的有害物質，腐蝕水輪機。同時水輪機與水和空氣交替接觸加強了水輪機的腐蝕，兩者的持續作用降低了水輪機的使用年限。

對于現有排水系統發電技術的缺點，本文基于雙立管排水系統重新設計一種排水系統發電裝置，實現建筑能耗的降低，節約能源。

3 排水立管發電新技術研究基礎

已有的研究表明：在風力發電系統中，葉輪轉速、與發電機的電壓、電流、發電功率有直接聯系。經過反復論證，最終確定雙立管系統連通管的形式以及連通管與發電裝置之間的安裝位置關系。圖2為研究方案持續改進流程圖，從圖中可以看出雙立管系統連通管與發電裝置之間的安裝位置關系。

圖2 研究方案持續改進流程圖

4 排水立管發電新技術研究方案

本文中雙立管排水管與通氣管的連接形式采用“階梯型”連通管，在連通管的“平臺”處設置發電機組，雙立管排水系統發電裝置安裝系統圖如圖3所示，發電裝置包括發電機、連接軸、葉輪、軸承、電流輸出端。

圖3 發電裝置安裝系統圖

電裝置工作原理如圖4所示。選取雙立管排水系統中的某一段進行研究，通過軸流風機增壓，利用手動風閥來調節連通管兩端的壓差，模擬實際建筑排水過程中雙立管系統內部壓力的變化。由于壓差作用推動氣流運動，氣流驅動葉輪轉動，葉輪帶動軸驅動發電機 發電。

圖4 發電裝置工作原理圖

5 結語

本文對排水立管發電新技術進行了初步的研究，相對于傳統的雙立管排水系統具有一定的優勢，但仍存在一些不足之處，如聯通管和排水管與通氣管之間的連接形式對建筑空間的影響及葉輪能夠帶動發電機發電所需要的最小壓強等仍存在一定的問題，故排水立管發電新技術仍然存在許多研究進步空間。