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        基于管道水輪機的住宅空氣凈化系統(tǒng)

        2014-08-04 19:32:37馬曉杰王健趙康成
        中國新通信 2014年10期
        關(guān)鍵詞:水勢負(fù)氧離子凈化器

        馬曉杰+王健+趙康成

        【摘要】 為應(yīng)對日益嚴(yán)重的環(huán)境污染以及能源短缺問題,系統(tǒng)利用高樓生活用水的水勢能,以及樓頂雨水采集裝置收集的雨水的水勢能為能量來源,推動水輪機帶動發(fā)電機進行發(fā)電,產(chǎn)生的電能供空氣凈化器使用,空氣凈化器一方面采用纖維狀活性炭濾網(wǎng)以及靜電濾塵網(wǎng)對空氣進行靜電集塵式凈化,能有效吸附空氣中的懸浮粒子,另一方面采用高壓放電產(chǎn)生負(fù)氧離子對空氣凈化,能有效殺菌,改善室內(nèi)環(huán)境。本系統(tǒng)開發(fā)利用了高樓住宅的水勢能,由此產(chǎn)生的電能用來凈化空氣,將對節(jié)能減排和環(huán)境凈化產(chǎn)生積極的影響。

        【關(guān)鍵詞】 PM2.5 重力勢能 水力發(fā)電 靜電集塵 負(fù)氧離子

        一、研制背景及意義

        隨著中國進入高速發(fā)展的機遇期,高新技術(shù)得到了全面的發(fā)展,人民的生活水平得到了顯著提高。然而隨之也產(chǎn)生了很多問題,最為突出的是環(huán)境污染和能源短缺問題。近年來,大氣污染日益嚴(yán)重,PM2.5引發(fā)了各種呼吸道疾病,對人體健康產(chǎn)生了巨大威脅。室外,工業(yè)生產(chǎn)、交通尾氣等成為影響大氣質(zhì)量的主要因素;室內(nèi)硫酸氣體,氯氧化物及各種有機物質(zhì)的沉淀同樣影響著人體健康。因而,空氣凈化器逐漸得到居民的青睞,然而市場上空氣凈化器價格昂貴,不適合廣泛推廣。此系統(tǒng)凈化器價格低廉,又能確保凈化功能,利用高壓進行靜電集塵,再經(jīng)過濾塵網(wǎng)吸附微粒污染物,并且能釋放出負(fù)氧離子,能有效清除空氣中的陽離子煙霧,從而保持室內(nèi)空氣干凈而新鮮。當(dāng)前,化石能源仍是主要能源,但因燃燒化石能源導(dǎo)致的全球變暖和空氣污染問題日益嚴(yán)重,為了減少對環(huán)境的破壞,本系統(tǒng)利用高樓層的水勢能發(fā)電,不僅有效地利用了能源,更減少了化石能源的燃燒,保護了環(huán)境。

        二、設(shè)計方案

        2.1 工作原理

        2.1.1 水力發(fā)電的工作原理[3]

        利用高樓層的水勢能,由水流推動水輪機,水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電,產(chǎn)生的電能由蓄電池儲蓄,存儲的電能將為空氣凈化系統(tǒng)提供電能。

        2.1.2 靜電除塵的工作原理[4]

        利用發(fā)電部分的能源,在逆變器作用下將直流電轉(zhuǎn)化為交流電,再通過高壓包產(chǎn)生6000V~8000V高壓電,使放電極金屬尖端處于高壓狀態(tài),產(chǎn)生強大的靜電場,空中微塵被靜電場極化,在電場和風(fēng)扇作用下作定向移動,再在其移動的路徑中放一薄膜,過濾被吸附的微塵,從而達到除塵作用。

        2.1.3 負(fù)氧離子凈化的工作原理[4]

        本設(shè)計利用高壓進行靜電集塵的同時,又能釋放出負(fù)氧離子,負(fù)氧離子具有十分活潑的化學(xué)特性,它能迅速與空氣中其它化合物結(jié)合,使其形成新形態(tài)的氧化物,進而使某些氣態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為晶態(tài)物達到凈化空氣目的。本產(chǎn)品在將有害臭氧轉(zhuǎn)化成陰離子氧氣的過程中能產(chǎn)生水,因而本產(chǎn)品又有調(diào)節(jié)濕度的功能。

        2.2 系統(tǒng)方案

        2.2.1 系統(tǒng)流程圖,如圖1所示

        2.2.2 空氣凈化器原理圖[1,2],如圖2所示

        2.3 理論計算

        2.3.1 前述

        北京的降水量: (1)北京的氣候為典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候,夏季炎熱多雨,冬季寒冷干燥,春、秋短促。年平均降雨量644毫米,日均1.82毫米,為華北地區(qū)降雨最多的地區(qū)之一,山前迎風(fēng)坡可達700毫米以上。(2)降水季節(jié)分配很不均勻,全年降水的集中在夏季,7、8月常有暴雨。北京夏季(6-8月)降水量最大,占全年的70%~75%以上,冬季雨雪很少,降水量占全年2%,春季次少,占到8%~10%,秋季占全年的13%~16%。

        2.3.2 統(tǒng)計數(shù)據(jù)部分

        以北京為例,以下是對北京各小區(qū)用水量以及降水量的調(diào)查表[5]:

        表1反映了小區(qū)性質(zhì)和小區(qū)戶數(shù)。

        表2反映了人們在不同時期用水量的差異,根據(jù)此差異可調(diào)整發(fā)電機工作時間,使發(fā)電機的工作效率達到最大,達到充分利用水勢能產(chǎn)生的電能。

        表3反映了小區(qū)內(nèi)人均用水量,也反映了北京的人均用水量,根據(jù)此表可大致算出高樓內(nèi)生活剩水的總勢能,以及其產(chǎn)生的電能。

        表4反映了從1988年到2005年北京年降水量數(shù)據(jù)表,可由此計算出降水的質(zhì)量。

        2.3.3 計算

        由數(shù)據(jù)統(tǒng)計部分的表格可知,小區(qū)居民日均用水量為0.32T每天每戶。調(diào)查住宅樓平均為9層,則樓高的一半為15m。

        那么,每天生活用水可產(chǎn)生的重力勢能為:

        W重=m×g×h=47040J

        按每棟樓2*9戶人家計算,則整棟樓的總的水勢能為:

        W總=W重×18=846720J

        則一年可產(chǎn)生的總能量為:

        W年=W總×365=309052800J

        又從上可知,北京日降雨量為1.82mm,北京居民樓一層平均為400m2,則降水的體積和質(zhì)量分別為:

        V=L×S=546L

        M=0.546T

        雨水總勢能為:

        W雨水重=m雨水×g×h=16024J

        一年雨水產(chǎn)生的能量為

        W雨水年=W雨水重×365=5848760J

        總能量為

        W總=W雨水年+W年=314901560J

        忽略其他能量損耗,總能量可讓20W,效率為0.8一年中工作的時間為

        t=■=3498.9h

        三、總結(jié)

        該系統(tǒng)開發(fā)利用了高樓生活用水以及樓頂雨水的重力勢能來發(fā)電,體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理念,并對空氣凈化器進行了必要的改進,使其能夠高效的凈化空氣。若能將該系統(tǒng)應(yīng)用于更高樓層,增大發(fā)電機的功率,將獲得可觀的電能,本系統(tǒng)的深入研究將為可持續(xù)發(fā)展和空氣凈化探索一條革新之路。

        【摘要】 為應(yīng)對日益嚴(yán)重的環(huán)境污染以及能源短缺問題,系統(tǒng)利用高樓生活用水的水勢能,以及樓頂雨水采集裝置收集的雨水的水勢能為能量來源,推動水輪機帶動發(fā)電機進行發(fā)電,產(chǎn)生的電能供空氣凈化器使用,空氣凈化器一方面采用纖維狀活性炭濾網(wǎng)以及靜電濾塵網(wǎng)對空氣進行靜電集塵式凈化,能有效吸附空氣中的懸浮粒子,另一方面采用高壓放電產(chǎn)生負(fù)氧離子對空氣凈化,能有效殺菌,改善室內(nèi)環(huán)境。本系統(tǒng)開發(fā)利用了高樓住宅的水勢能,由此產(chǎn)生的電能用來凈化空氣,將對節(jié)能減排和環(huán)境凈化產(chǎn)生積極的影響。

        【關(guān)鍵詞】 PM2.5 重力勢能 水力發(fā)電 靜電集塵 負(fù)氧離子

        一、研制背景及意義

        隨著中國進入高速發(fā)展的機遇期,高新技術(shù)得到了全面的發(fā)展,人民的生活水平得到了顯著提高。然而隨之也產(chǎn)生了很多問題,最為突出的是環(huán)境污染和能源短缺問題。近年來,大氣污染日益嚴(yán)重,PM2.5引發(fā)了各種呼吸道疾病,對人體健康產(chǎn)生了巨大威脅。室外,工業(yè)生產(chǎn)、交通尾氣等成為影響大氣質(zhì)量的主要因素;室內(nèi)硫酸氣體,氯氧化物及各種有機物質(zhì)的沉淀同樣影響著人體健康。因而,空氣凈化器逐漸得到居民的青睞,然而市場上空氣凈化器價格昂貴,不適合廣泛推廣。此系統(tǒng)凈化器價格低廉,又能確保凈化功能,利用高壓進行靜電集塵,再經(jīng)過濾塵網(wǎng)吸附微粒污染物,并且能釋放出負(fù)氧離子,能有效清除空氣中的陽離子煙霧,從而保持室內(nèi)空氣干凈而新鮮。當(dāng)前,化石能源仍是主要能源,但因燃燒化石能源導(dǎo)致的全球變暖和空氣污染問題日益嚴(yán)重,為了減少對環(huán)境的破壞,本系統(tǒng)利用高樓層的水勢能發(fā)電,不僅有效地利用了能源,更減少了化石能源的燃燒,保護了環(huán)境。

        二、設(shè)計方案

        2.1 工作原理

        2.1.1 水力發(fā)電的工作原理[3]

        利用高樓層的水勢能,由水流推動水輪機,水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電,產(chǎn)生的電能由蓄電池儲蓄,存儲的電能將為空氣凈化系統(tǒng)提供電能。

        2.1.2 靜電除塵的工作原理[4]

        利用發(fā)電部分的能源,在逆變器作用下將直流電轉(zhuǎn)化為交流電,再通過高壓包產(chǎn)生6000V~8000V高壓電,使放電極金屬尖端處于高壓狀態(tài),產(chǎn)生強大的靜電場,空中微塵被靜電場極化,在電場和風(fēng)扇作用下作定向移動,再在其移動的路徑中放一薄膜,過濾被吸附的微塵,從而達到除塵作用。

        2.1.3 負(fù)氧離子凈化的工作原理[4]

        本設(shè)計利用高壓進行靜電集塵的同時,又能釋放出負(fù)氧離子,負(fù)氧離子具有十分活潑的化學(xué)特性,它能迅速與空氣中其它化合物結(jié)合,使其形成新形態(tài)的氧化物,進而使某些氣態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為晶態(tài)物達到凈化空氣目的。本產(chǎn)品在將有害臭氧轉(zhuǎn)化成陰離子氧氣的過程中能產(chǎn)生水,因而本產(chǎn)品又有調(diào)節(jié)濕度的功能。

        2.2 系統(tǒng)方案

        2.2.1 系統(tǒng)流程圖,如圖1所示

        2.2.2 空氣凈化器原理圖[1,2],如圖2所示

        2.3 理論計算

        2.3.1 前述

        北京的降水量: (1)北京的氣候為典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候,夏季炎熱多雨,冬季寒冷干燥,春、秋短促。年平均降雨量644毫米,日均1.82毫米,為華北地區(qū)降雨最多的地區(qū)之一,山前迎風(fēng)坡可達700毫米以上。(2)降水季節(jié)分配很不均勻,全年降水的集中在夏季,7、8月常有暴雨。北京夏季(6-8月)降水量最大,占全年的70%~75%以上,冬季雨雪很少,降水量占全年2%,春季次少,占到8%~10%,秋季占全年的13%~16%。

        2.3.2 統(tǒng)計數(shù)據(jù)部分

        以北京為例,以下是對北京各小區(qū)用水量以及降水量的調(diào)查表[5]:

        表1反映了小區(qū)性質(zhì)和小區(qū)戶數(shù)。

        表2反映了人們在不同時期用水量的差異,根據(jù)此差異可調(diào)整發(fā)電機工作時間,使發(fā)電機的工作效率達到最大,達到充分利用水勢能產(chǎn)生的電能。

        表3反映了小區(qū)內(nèi)人均用水量,也反映了北京的人均用水量,根據(jù)此表可大致算出高樓內(nèi)生活剩水的總勢能,以及其產(chǎn)生的電能。

        表4反映了從1988年到2005年北京年降水量數(shù)據(jù)表,可由此計算出降水的質(zhì)量。

        2.3.3 計算

        由數(shù)據(jù)統(tǒng)計部分的表格可知,小區(qū)居民日均用水量為0.32T每天每戶。調(diào)查住宅樓平均為9層,則樓高的一半為15m。

        那么,每天生活用水可產(chǎn)生的重力勢能為:

        W重=m×g×h=47040J

        按每棟樓2*9戶人家計算,則整棟樓的總的水勢能為:

        W總=W重×18=846720J

        則一年可產(chǎn)生的總能量為:

        W年=W總×365=309052800J

        又從上可知,北京日降雨量為1.82mm,北京居民樓一層平均為400m2,則降水的體積和質(zhì)量分別為:

        V=L×S=546L

        M=0.546T

        雨水總勢能為:

        W雨水重=m雨水×g×h=16024J

        一年雨水產(chǎn)生的能量為

        W雨水年=W雨水重×365=5848760J

        總能量為

        W總=W雨水年+W年=314901560J

        忽略其他能量損耗,總能量可讓20W,效率為0.8一年中工作的時間為

        t=■=3498.9h

        三、總結(jié)

        該系統(tǒng)開發(fā)利用了高樓生活用水以及樓頂雨水的重力勢能來發(fā)電,體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理念,并對空氣凈化器進行了必要的改進,使其能夠高效的凈化空氣。若能將該系統(tǒng)應(yīng)用于更高樓層,增大發(fā)電機的功率,將獲得可觀的電能,本系統(tǒng)的深入研究將為可持續(xù)發(fā)展和空氣凈化探索一條革新之路。

        【摘要】 為應(yīng)對日益嚴(yán)重的環(huán)境污染以及能源短缺問題,系統(tǒng)利用高樓生活用水的水勢能,以及樓頂雨水采集裝置收集的雨水的水勢能為能量來源,推動水輪機帶動發(fā)電機進行發(fā)電,產(chǎn)生的電能供空氣凈化器使用,空氣凈化器一方面采用纖維狀活性炭濾網(wǎng)以及靜電濾塵網(wǎng)對空氣進行靜電集塵式凈化,能有效吸附空氣中的懸浮粒子,另一方面采用高壓放電產(chǎn)生負(fù)氧離子對空氣凈化,能有效殺菌,改善室內(nèi)環(huán)境。本系統(tǒng)開發(fā)利用了高樓住宅的水勢能,由此產(chǎn)生的電能用來凈化空氣,將對節(jié)能減排和環(huán)境凈化產(chǎn)生積極的影響。

        【關(guān)鍵詞】 PM2.5 重力勢能 水力發(fā)電 靜電集塵 負(fù)氧離子

        一、研制背景及意義

        隨著中國進入高速發(fā)展的機遇期,高新技術(shù)得到了全面的發(fā)展,人民的生活水平得到了顯著提高。然而隨之也產(chǎn)生了很多問題,最為突出的是環(huán)境污染和能源短缺問題。近年來,大氣污染日益嚴(yán)重,PM2.5引發(fā)了各種呼吸道疾病,對人體健康產(chǎn)生了巨大威脅。室外,工業(yè)生產(chǎn)、交通尾氣等成為影響大氣質(zhì)量的主要因素;室內(nèi)硫酸氣體,氯氧化物及各種有機物質(zhì)的沉淀同樣影響著人體健康。因而,空氣凈化器逐漸得到居民的青睞,然而市場上空氣凈化器價格昂貴,不適合廣泛推廣。此系統(tǒng)凈化器價格低廉,又能確保凈化功能,利用高壓進行靜電集塵,再經(jīng)過濾塵網(wǎng)吸附微粒污染物,并且能釋放出負(fù)氧離子,能有效清除空氣中的陽離子煙霧,從而保持室內(nèi)空氣干凈而新鮮。當(dāng)前,化石能源仍是主要能源,但因燃燒化石能源導(dǎo)致的全球變暖和空氣污染問題日益嚴(yán)重,為了減少對環(huán)境的破壞,本系統(tǒng)利用高樓層的水勢能發(fā)電,不僅有效地利用了能源,更減少了化石能源的燃燒,保護了環(huán)境。

        二、設(shè)計方案

        2.1 工作原理

        2.1.1 水力發(fā)電的工作原理[3]

        利用高樓層的水勢能,由水流推動水輪機,水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電,產(chǎn)生的電能由蓄電池儲蓄,存儲的電能將為空氣凈化系統(tǒng)提供電能。

        2.1.2 靜電除塵的工作原理[4]

        利用發(fā)電部分的能源,在逆變器作用下將直流電轉(zhuǎn)化為交流電,再通過高壓包產(chǎn)生6000V~8000V高壓電,使放電極金屬尖端處于高壓狀態(tài),產(chǎn)生強大的靜電場,空中微塵被靜電場極化,在電場和風(fēng)扇作用下作定向移動,再在其移動的路徑中放一薄膜,過濾被吸附的微塵,從而達到除塵作用。

        2.1.3 負(fù)氧離子凈化的工作原理[4]

        本設(shè)計利用高壓進行靜電集塵的同時,又能釋放出負(fù)氧離子,負(fù)氧離子具有十分活潑的化學(xué)特性,它能迅速與空氣中其它化合物結(jié)合,使其形成新形態(tài)的氧化物,進而使某些氣態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為晶態(tài)物達到凈化空氣目的。本產(chǎn)品在將有害臭氧轉(zhuǎn)化成陰離子氧氣的過程中能產(chǎn)生水,因而本產(chǎn)品又有調(diào)節(jié)濕度的功能。

        2.2 系統(tǒng)方案

        2.2.1 系統(tǒng)流程圖,如圖1所示

        2.2.2 空氣凈化器原理圖[1,2],如圖2所示

        2.3 理論計算

        2.3.1 前述

        北京的降水量: (1)北京的氣候為典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候,夏季炎熱多雨,冬季寒冷干燥,春、秋短促。年平均降雨量644毫米,日均1.82毫米,為華北地區(qū)降雨最多的地區(qū)之一,山前迎風(fēng)坡可達700毫米以上。(2)降水季節(jié)分配很不均勻,全年降水的集中在夏季,7、8月常有暴雨。北京夏季(6-8月)降水量最大,占全年的70%~75%以上,冬季雨雪很少,降水量占全年2%,春季次少,占到8%~10%,秋季占全年的13%~16%。

        2.3.2 統(tǒng)計數(shù)據(jù)部分

        以北京為例,以下是對北京各小區(qū)用水量以及降水量的調(diào)查表[5]:

        表1反映了小區(qū)性質(zhì)和小區(qū)戶數(shù)。

        表2反映了人們在不同時期用水量的差異,根據(jù)此差異可調(diào)整發(fā)電機工作時間,使發(fā)電機的工作效率達到最大,達到充分利用水勢能產(chǎn)生的電能。

        表3反映了小區(qū)內(nèi)人均用水量,也反映了北京的人均用水量,根據(jù)此表可大致算出高樓內(nèi)生活剩水的總勢能,以及其產(chǎn)生的電能。

        表4反映了從1988年到2005年北京年降水量數(shù)據(jù)表,可由此計算出降水的質(zhì)量。

        2.3.3 計算

        由數(shù)據(jù)統(tǒng)計部分的表格可知,小區(qū)居民日均用水量為0.32T每天每戶。調(diào)查住宅樓平均為9層,則樓高的一半為15m。

        那么,每天生活用水可產(chǎn)生的重力勢能為:

        W重=m×g×h=47040J

        按每棟樓2*9戶人家計算,則整棟樓的總的水勢能為:

        W總=W重×18=846720J

        則一年可產(chǎn)生的總能量為:

        W年=W總×365=309052800J

        又從上可知,北京日降雨量為1.82mm,北京居民樓一層平均為400m2,則降水的體積和質(zhì)量分別為:

        V=L×S=546L

        M=0.546T

        雨水總勢能為:

        W雨水重=m雨水×g×h=16024J

        一年雨水產(chǎn)生的能量為

        W雨水年=W雨水重×365=5848760J

        總能量為

        W總=W雨水年+W年=314901560J

        忽略其他能量損耗,總能量可讓20W,效率為0.8一年中工作的時間為

        t=■=3498.9h

        三、總結(jié)

        該系統(tǒng)開發(fā)利用了高樓生活用水以及樓頂雨水的重力勢能來發(fā)電,體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理念,并對空氣凈化器進行了必要的改進,使其能夠高效的凈化空氣。若能將該系統(tǒng)應(yīng)用于更高樓層,增大發(fā)電機的功率,將獲得可觀的電能,本系統(tǒng)的深入研究將為可持續(xù)發(fā)展和空氣凈化探索一條革新之路。

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