Спосіб використання вторинних джерел енергії в багатоповерхових будівлях та комплекс для його реалізації

1. Спосіб використання вторинних джерел енергії в багатоповерхових будівлях, при якому утилізують енергію вітру вітродвигуном з генератором на даху будівлі і утилізують енергію вентиляційних потоків у вентиляційному колекторі електричним мотор-генератором з робочим колесом у вигляді маточини із закріпленими на ній поворотними радіальними лопатями, який відрізняється тим, що в каналізаційному колекторі утилізують енергію каналізаційних стоків лопатевим рушієм з генератором, при цьому у вентиляційному колекторі швидкість вентиляційного потоку регулюють лопатями робочого колеса, які встановлюють з можливістю автономного збільшення кута відхилення щодо напрямку вентиляційного потоку зі зростанням його швидкісного напору, вироблену електроенергію перетворюють, накопичують і витрачають на потреби будівлі за необхідності. 2. Комплекс для використання вторинних джерел енергії в багатоповерхових будівлях, що містить мотор-генератор вентиляційного колектора і вітродвигун з генератором, який відрізняється тим, що додатково містить мотор-генератор каналізаційного колектора, при цьому мотор-генератор вентиляційного колектора і підключені або відклю C2 2 (11) 1 3 77139 4 ляційних потоків і їх енергія коливаються в широелектричну, накопичуватися і далі використовуваких межах. Відтак і потужність природної вентилятися для живлення мотор-генераторів примусової ції змінюється від практично нульової до виниквентиляції (в умовах затишку), як допоміжне дженення протягів, що створює певні незручності для рело енергії під час позаштатних ситуацій в будівлюдей в будівлях. Зрозуміло, що дарову енергію лі, для інших цілей. вентиляційного потоку доцільно ефективно викоДля оптимальної утилізації енергії вентиляційристовувати, а потужність вентиляції бажано регуних потоків, згідно з винаходом, у вентиляційному лювати. Із зростанням кількості поверхів споруд колекторі встановлюється мотор-генератор з рушіенергія вентиляційних потоків помітно зростає. єм у вигляді робочого колеса з поворотними лопаДоцільним є використання інших вторинних тями і маточиною, на які діє швидкісний напір, джерел енергії, які пов'язані з існуванням і функціобумовлений швидкістю вентиляційного потоку. онуванням будівель, а саме: вітрів, що обтікають Кожна лопать робочого колеса встановлена на будівлю, і каналізаційних стоків. Ресурси цих джерадіальній осі і здатна пружно повертатись навкорел енергії також зростають зі зростанням висоти ло неї. Для цього між лопаттю і маточиною робобудівель. чого колеса встановлений пружний елемент, який Відомо використання одного джерела енергії діє на лопать в бік зменшення кута відхилення для утилізації енергії із вентиляційного потоку за щодо потоку. Мінімальний і максимальний кути допомогою робочого колеса з радіальними лопавідхилення лопатей обмежуються упорами. тями разом з генератором, встановленим у вентиДля забезпечення автономного збільшення ляційному каналі будівлі [заявка на патент Японії опору вентиляційному потоку зі збільшенням його № 2002276532, МПК F03D3/04]. Основними недошвидкісного напору лопаті робочого колеса виколіками цього пристрою є значний аеродинамічний нані таким чином, що збільшують кут відхилення опір повітряному потоку, неможливість регулювати щодо вентиляційного потоку під дією і відповідно швидкість потоку і неможливість створювати присилі його швидкісного напору. Цю здатність лопамусову вентиляцію в умовах малих перепадів тистей робочого колеса можливо забезпечити одним ку і температур оточуючого будівлю середовища, в із двох варіантів технічного рішення. Перший варіумовах затишку. Для цього має бути передбачений ант полягає в тому, що вісь повороту кожної лопаті окремий пристрій. розташовується таким чином, щоб центр аеродиВідомий пристрій [патент Німеччини намічного тиску (ЦАТ) на неї був перед віссю по№19506946, МІЖ Н02К17/00] комбінованого осьовороту лопаті в напрямку її руху. Можливе інше вого вентилятора і генератора, який знаходиться у технічне рішення, якщо на маточині робочого ковентиляційній трубі на навітряному або завітрянолеса передбачити принаймні дві (для уникнення му боках так званого сінного поверху будівлі. Він дисбалансу робочого колеса) рухомо закріплені використовується як для примусової вентиляції інерційні маси, відцентрова сила яких зростає зі сінного поверху за відсутності вітру, так і для прозбільшенням швидкості обертання робочого коледукування електричної енергії під час помірного са під дією швидкісного напору вентиляційного або сильного вітру. В якості мотор-генератора випотоку. Ця сила передається на лопаті через пекористовується асинхронний короткозамкнений редаточні ланки і діє в бік збільшення їх кута віделектродвигун з незалежним збудженням. Для хилення. створення оптимальних умов утилізації енергії із Утилізація енергії каналізаційних стоків відбувентиляційного потоку, що проходить через венвається за допомогою генератора або мотортиляційну трубу, лопаті робочого колеса вентилягенератора із лопатевим рушієм, який працює за тора виконані поворотними, а кут відхилення лопринципом водяного колеса. патей змінюється за допомогою системи Утилізація енергії повітряних потоків, що утвокерування з урахуванням їх аеродинамічних власрюються навколо будівлі під дією перепадів тиску, тивостей. Цей пристрій є найближчим аналогом здійснюється генератором, який приводиться в дію винаходу, що пропонується. вітродвигуном, встановленим на даху будівлі. Недоліками цього пристрою є неможливість Енергія, генерована мотор-генератором венвикористання потенційної енергії каналізаційних тиляційного колектора, мотор-генератором або стоків та відсутність автономного регулювання генератором каналізаційного колектора і генерапотужності вентиляції відповідно до зміни швидкотором вітродвигуна, перетворюється у відповідних сті вентиляційного потоку. перетворювачах електроенергії і накопичується в Задача винаходу - підвищення ефективності акумуляторі. Перетворювачі електроенергії від використання вторинних джерел енергії в багатовентиляційного і каналізаційного колекторів здатні поверхових будівлях за рахунок збільшення кільдо двостороннього перетворення електроенергії, кості джерел - утилізації енергії каналізаційних що забезпечує не тільки заряджання акумулятора, стоків, - та вдосконалення конструкції відомих приа й, за потреби, живлення мотор-генераторів. Пестроїв по утилізації енергії вентиляційних потоків. ретворювач електроенергії від генератора вітродЦе дозволяє збільшити кількість отриманої електвигуна здійснює одностороннє перетворення елекроенергії і забезпечити автономне (без системи троенергії, що забезпечує тільки заряджання керування) регулювання інтенсивності вентиляційакумулятора від нього. Керування напрямком підкного потоку в умовах від затишку до максимально лючення перетворювачів і їх відключенням здійсможливих в конкретній місцевості вітрів і тим нює перший комутатор. Акумулятор може бути сприяти комфортності приміщень будівлі. Утилізопідключеним до енергоспоживачів будівлі через вана енергія вентиляційного і повітряного потоків узгоджувальний пристрій і другий комутатор. Друта каналізаційних стоків має перетворюватися в гий комутатор забезпечує відключення зовнішньої 5 77139 6 мережі від енергоспоживачів будівлі в той час, підключеним до енергоспоживачів будівлі 1 через коли вони підключені до акумулятора через узгоузгоджувальний пристрій 18 і другий комутатор 19. джувальний пристрій, і навпаки. Другий комутатор 19 забезпечує відключення зовДетально комплекс пристроїв представлено нішньої мережі 20 від енергоспоживачів будівлі 1 в на фігурах: той час, коли вони підключені до акумулятора 13 Фіг.1 - загальний вигляд комплексу пристроїв через узгоджувальний пристрій 18, і навпаки. будівлі для утилізації енергії; Робота пристроїв комплексу представлена по Фіг.2 - пристрій для утилізації енергії вентилячерзі, а потім разом. ційного потоку; Пристрій для утилізації енергії вентиляційних Фіг.3 - робоче колесо вентилятора; потоків і для регулювання потужності вентиляції Фіг.4 - вид А на Фіг.3; приміщень працює наступним чином. При взаємоФіг.5 - пристрій для утилізації енергії каналізадії природних зовнішніх чинників і будівлі у вентиційних стоків; ляційному колекторі 2 виникає перепад тиску між Фіг.6 - блок-схема використання електроенернижньою і верхньою частинами, який збуджує венгії, отриманої від вторинних джерел енергії будівлі. тиляційний потік. Слабий потік слабо діє на підпУ вентиляційному колекторі 2 (Фіг.1) будівлі 1 ружинені лопаті робочого колеса. Вони повільно встановлений мотор-генератор 5, рушій якого обертаються або стоять, сила пружності притискає складається з лопатей 6 і маточини 7 (Фіг.2). Лолопаті до упору (не показаний), який обмежує міпать 6 робочого колеса встановлена на радіальній німальний кут відхилення. Лопаті робочого колеса осі 8 і здатна пружно повертатись відносно неї чинять мінімальний аеродинамічний опір вентиля(Фіг.3, 4). Швидкісний напір вентиляційного потоку ційному потоку, що проходить скрізь нього, і потуобумовлений швидкістю потоку Vпот (Фіг.4). Мпр жність вентиляції майже не відрізняється від примомент сил пружності, спрямований в бік зменродної. Більший перепад тиску збуджує більш шення кута відхилення лопаті від напрямку Vпот. сильний вентиляційний потік. Під дією цього потоПружний елемент між лопаттю 6 і маточиною року лопаті 6 робочого колеса розкручують вал мобочого колеса 7 діє на лопаті в бік зменшення кута тор-генератора 5. Збільшення швидкісного напору відхилення щодо потоку і умовно не показаний. вентиляційного потоку призводить до відхилення Можливий варіант наявності одного пружного лопатів робочого колеса в бік збільшення кута віделемента, який одночасно діє на всі лопаті за дохилення (і збільшення кута атаки ) і більш енерпомогою механізму синхронізації. Можливий також гійного, ніж при сталому куті відхилення лопатів, варіант пружного елемента у вигляді торсіона по розкручування робочого колеса. Це призводить з осі повороту лопаті. Лопаті можуть бути з геометодного боку до збільшення аеродинамічного опору ричною або аеродинамічною круткою, що сприяє робочого колеса, що має наслідком ефективне підвищенню ККД. Мінімальний і максимальний гальмування вентиляційного потоку. З другого бокути відхилення лопатей обмежуються відповідку швидкість робочого колеса збільшується, що ними упорами (не показані). збільшує потужність генерованої електроенергії. Vлоп - швидкість обертання лопаті. Кожна лоДля того, щоб корпус мотор-генератора 5 не пать має ЦАТ 9 (Фіг.3), розташований перед радістворював локального звуження вентиляційного альною віссю 8 повороту лопаті в напрямку її руху. потоку, в місці його монтажу можливе локальне Принаймні дві інерційні маси 10 рухомо закріплені розширення вентиляційного колектора 2 (пунктирна маточині симетрично осі обертання робочого на лінія на Фіг.2). колеса, що забезпечує балансування механізму в Автономне відхилення лопатей робочого коцілому. Відцентрова сила від них передається на леса відповідно до змін швидкісного напору венлопаті через передаточні ланки (наприклад, через тиляційного потоку здійснюється за допомогою важіль і тягу) і створює момент Мвс, який діє в бік одного з двох механізмів повороту лопатей. При збільшення їх кутів відхилення щодо Vпот (і кутів максимально можливому вентиляційному потоці атаки ). Відхилення всіх лопатей також може бути експериментально або шляхом розрахунку визнасинхронізоване, наприклад, синхронізатором у чають діючий на лопать 6 аеродинамічний момент вигляді кільця, яке шарнірно приєднано до передМад повороту навколо радіальної осі, який обумоніх або задніх кромок лопатей біля маточини і завлений рівнодіючою аеродинамічною силою, прикбезпечує їх одночасне переміщення. ладеною до ЦАТ, і плечем цієї сили відносно радіГенератор або мотор-генератор 11 у каналізаальної осі 8 повороту лопаті. При цьому Мад має ційному колекторі 3, призначений для утилізації дорівнювати моменту Мпр пружного відхилення енергії каналізаційних стоків (Фіг.5). Генератор 12 лопаті на максимальний (до упору) кут відхилення на даху 4 (Фіг.1) призначений для утилізації енергії (Фіг.4). потоків, що утворюються навколо будівлі під дією Для механізму повороту лопаті відцентровою перепаду тиску. силою (Фіг.3 і 4) також при максимально можливоДо складу електричної схеми використання му вентиляційному потоці експериментально або електроенергії, отриманої від вторинних джерел шляхом розрахунку визначають діючий на лопать енергії будівлі (Фіг.6), входять: мотор-генератор 5 6 момент повороту Мвс, що обумовлений відцентвентиляційного колектора, мотор-генератор або ровою силою на інерційні маси 10 і має дорівнювагенератор 11 каналізаційного колектора, генератор ти моменту пружного відхилення Мпр лопаті на 12 вітродвигуна, акумулятор електричної енергії максимальний кут відхилення. Упор (не показаний) 13, перетворювачі 14, 15, 16. Напрямок підклюобмежує кут максимального відхилення лопаті. чення перетворювачів і їх відключення забезпечує В стані максимального відхилення лопаті роперший комутатор 17. Акумулятор 13 може бути бочого колеса чинять максимально можливий опір 7 77139 8 максимально можливому вентиляційному потоку, пазону напруги зарядки акумулятора 13 (наприщо сприяє його ефективному гальмуванню і, відклад, 55-60Вольт). В якості перетворювачів можповідно, усуненню дискомфорту від протягів в ливо використати такі відомі пристрої, як автотраприміщеннях. Потужність генерованої електроененсформатор з випрямлячем, умформер, ргії також є максимальною. електронні перетворювачі тощо. При цьому перетПри зменшенні швидкісного напору вентиляворювачі 14 і 15 виконані з можливістю перетвоційного потоку зменшується момент, що діє в бік рювати електроенергію як в прямому (від генеразбільшення кута відхилення лопатей робочого торів до акумулятора), так і в зворотному колеса, і вони зменшують кут відхилення під дією напрямках. Перетворювач 16 електрики від генепружного елемента. Це призводить до зменшення ратора 12 вітродвигуна працює тільки в прямому аеродинамічного опору робочого колеса. Таким напрямку (стрілки на блоках 14, 15 і 16 на Фіг.6). чином забезпечується автономний (без системи Роздільне перемикання перетворювачів 14 і 15 з керування) вплив лопатей робочого колеса на прямого на зворотний режим роботи або їх вимиефективність вентиляції в режимі гальмування кання здійснюється вручну або автоматично перпотоку і генерації електроенергії, яка далі може шим комутатором 17 в залежності від погодних накопичуватися в акумуляторі. умов і режиму роботи каналізації. Вмикання або Слід зауважити, що аеродинамічний і відцентвимикання перетворювача 16 також здійснюється ровий механізми відхилення лопатей на Фіг.3 і 4 першим комутатором 17. умовно показані разом, але зрозуміло, що кожний Накопичена в акумуляторі 13 електроенергія із них сам по собі здатний забезпечити досягнення постійної напруги може бути використана на внуттехнічного результату. Бажано щоб у механізмі з рішні потреби будівлі для чого до акумулятора 13 інерційними масами ЦАТ був на радіальній осі 8 через другий комутатор 19 підключають узгоджуповороту лопаті (але не обов'язково). вальний пристрій 18. На виході пристрою 18 у В умовах затишку відсутність або недостатня включеному стані параметри напруги і частоти потужність вентиляції також викликає відчуття дивідповідають показникам зовнішньої електромескомфорту в приміщеннях. В цьому випадку прирежі. Таким чином узгоджуються показники напрустрій забезпечує примусову вентиляцію будівлі за ги на виході узгоджувального пристрою 18 з показдопомогою лопатей робочого колеса шляхом підниками споживачів електроенергії в будівлі. ведення накопиченої електроенергії від акумуляПриєднання або від'єднання узгоджувального притора 13 через комутатор 17 і перетворювач 14 до строю 18 до акумулятора 14 і до електромережі мотор-генератора 5, який в даному випадку прабудівлі здійснюється одночасно за допомогою друцює як електродвигун вентилятора. гого комутатора 19, і одночасно відповідно здійсВ каналізаційному колекторі потенційна енернюється від'єднання або приєднання до електрогія стоків перетворюється в кінетичну. Остання діє мережі будівлі зовнішньої електромережі 20. на лопаті робочого колеса мотор-генератора 12 Акумульована електроенергія може слугувати (Фіг.5) і приводить його в дію. Він генерує електрозапасом на випадок аварії, періодично витрачатиенергію, яка далі може накопичуватися в акумуляся на потреби будівлі з метою економії електроеторі. Для того, щоб мотор-генератор не звужував нергії, використовуватись як автономне джерело прохідний переріз колектору, його доцільно встаживлення малопотужних споживачів, зокрема роновлювати у відповідній ніші (Фіг.5). Додатковою бочого колеса з мотор-генератором 5 для примуперевагою цього пристрою є можливість створюсової вентиляції будівлі під час затишку, робочого вати надлишковий тиск в бік руху стоків, якщо до колеса з мотор-генератором 11 для примусового мотор-генератора подати електроенергію і він прокачування каналізаційних стоків, а також для здійснюватиме примусове обертання робочого систем сигналізації, чергового освітлення, охорони колеса. будівлі тощо. Генерація електроенергії генератором 12 вітОтже, запропонований для підвищення ефекродвигуна здійснюється за відомими правилами. тивності використання вторинних джерел енергії Накопичення і використання генерованої елеккомплекс пристроїв забезпечує: троенергії здійснюється таким чином (Фіг.6). - накопичення і використання більшої кількості Змінна за амплітудою (від генераторів постійелектроенергії за рахунок утилізації енергії каналіного струму) або за амплітудою і частотою (від заційних стоків і удосконалення конструкції робогенераторів змінного струму) електрична енергія чого колеса пристрою у вентиляційній шахті; від мотор-генератора 5, а також від мотор- більш різноманітне використання утилізовагенератора 11 і генератора 12 разом або в різних ної енергії за рахунок досягнення можливості авкомбінаціях перетворюється у відповідних переттономного і примусового регулювання потужності ворювачах 14, 15, 16 в струм з постійною напрувентиляції приміщень, а також, за потреби, примугою, величина якої відповідає оптимальному діасового прискорення каналізаційних стоків. 9 77139 10 11 Комп’ютерна верстка М. Мацело 77139 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601