一种建筑导风模块及利用该导风模块的导风发电系统的制作方法

1.本实用新型涉及高层绿化防风技术领域，具体涉及一种建筑导风模块及利用该导风模块的导风发电系统。


背景技术：

2.高层生态建筑、建筑庭院(城市森林花园)将绿化生态与建筑结合起来，具有节约土地资源，提高城市绿化率，改善居住环境等优点，具备很好的环保、社会和经济价值。
3.但是，种植在高层建筑或敞开式高层庭院中的树木，受风力影响巨大，容易被吹倒甚至从高空坠落，造成安全事故。目前的解决方式主要有：1、加强树木的固定；2、在树木周围设置挡风结构。对于方式1，存在的弊端是：不同粗细的树木，需要不同的固定架，实际操作时的通用性有限，而且每颗树木均需要固定，劳动量大；对于方式2，目前的挡风结构主要为固定围挡式结构或固定导风板式结构，挡风结构承受风的冲击比较大，容易损坏而影响挡风、导风效果。此外，上述两种方式，都没有考虑风能的利用问题，这一定程度上偏离节能环保的理念。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种建筑导风模块及利用该导风模块的导风发电系统，一方面，可以有效地减少风力对建筑物树木的吹袭，保证挡风、导风效果，同时，避免直接与风力对抗，从而减少导风结构承受的冲击，另一方面，能对风能进行合理收集利用，达到节能环保的目的。
5.本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：
6.一种建筑导风模块，包括上安装梁、下安装梁和风轮，所述上、下安装梁分别与建筑结构的上、下平台固定连接，上、下安装梁通过连杆进行完全定位连接；所述风轮的上端通过上转动组件与上安装梁转动连接，风轮的下端通过下转动组件与下安装梁转动连接。通常来说，一组上、下安装梁之间并列安装3
‑
5个风轮。
7.进一步，所述风轮的顶部设置有清洗装置，所述清洗装置可以为通过外界供水系统供水的冲洗嘴式结构，可以随时开启，以便对风轮进行冲洗。
8.进一步，所述风轮包括两块端板以及周向均匀设置在两个端板之间的多块叶片，所述端板上设置有端轴，所述叶片外包络有斜条。一个优选地的方式是，所述风轮为长圆柱状，叶片为长条形，采用透明pc(聚碳酸酯),pp(聚丙烯)，薄不锈钢板或其他轻质复合材料制作成型，叶片为6片，沿风轮轴心圆周均匀分布。叶片两端连接圆形端板，端板和端轴均与风轮同心。所述斜条包络在叶片外侧，单个斜条为螺旋状，一个风轮有4
‑
6片斜条。垂直面投影与风轮轴呈15
‑
30度夹角，在水平面的投影为紧贴叶片的圆形。端轴为采用钢材或高分子复合材料制作，通过法兰与上轴或下轴进行定位连接。
9.进一步，所述上转动组件包括与上安装梁固定连接的上轴承座、通过轴承与上轴承座转动连接的上轴以及用于上轴与风轮的上侧端轴传动连接的法兰；所述下转动组件包
括与下安装梁固定连接的下轴承座、通过轴承与下轴承座转动连接的下轴以及用于下轴与风轮的下侧端轴传动连接的法兰。
10.一种采用上述建筑导风模块的导风发电系统，包括导风模块以及电连接的发电机、整流器、蓄电池逆变器和控制柜，通过控制柜对上述所有装置进行控制。所述发电机的转子通过联轴器与下轴传动连接，发电机安装在下安装梁上，发电机底部与下安装梁之间设置有缓冲垫，发电机的外部罩设有防护罩。一个进一步优化的方式是：所述发电机通过输出线路与整流器电连接，通过输入线路与外部市电或逆变器电连接。发电作业时，输入线路断开，输出线路连通；需要通风换气或提供风力时，输出线路断开，输入线路连通，通过蓄电池或外部市电给发电机供电，发电机作为电动机使用，带动风轮转动，为庭院进行通风换气或提供风力。
11.本实用新型的有益效果：本技术的建筑导风模块及利用该导风模块的导风发电系统，该导风模块，包括上安装梁、下安装梁和转动安装在上、下安装梁之间的风轮；该导风发电系统，采用该导风模块的转动给发电机发电。具体应用时，风轮不仅可以有效减少风力对庭院以及庭院中树木的吹袭，而且其转动能通过发电机转化产生电能，供用户使用，达到节能的目的；再者，通过风轮的转动导风、抗风，避免了直接与风力对抗，风轮承受弯矩很小；此外，由于有风轮的阻挡，也提高了庭院的安全性和私密性；当需要空气流通或气温较高时，通过蓄电池或市电对所述发电机供电，发电机作为电动机使用，带动风轮，为庭院进行通风换气，为庭院内提供风力。
12.补充来说，本技术的创新点还体现在如下方面：
13.1、系统包括导风模块、发电机、整流器、蓄电池、逆变器和控制柜。
14.2、多个风轮的上、下端分别通过对应端轴上的法兰与上、下轴定位连接；上、下轴分别安装在上、下安装梁的轴承座内，上、下安装梁通过连杆进行完全定位连接，制作成安装模块，可以在现场进行快速拼装。
15.3、所述风轮中部为竖向叶片，两端为端板和端轴；在叶片外侧包络斜条，单个斜条为螺旋状，一个风轮有4
‑
6片斜条。斜条的垂直面投影与风轮轴呈15
‑
30度夹角，在水平面的投影为紧贴叶片的圆形。采用斜条后，可以对所有叶片进行连接，使风轮有更好的整体性，同时可以使风轮转动速度更均匀，更具有连续性。
16.4、风轮的叶片为透明材质，减少了对太阳光的阻挡，同时具有安全防护和美化装饰的作用。
17.5、所述风轮安装模块轴向与水平面垂直方向安装；安装模块沿庭院平台外沿布置。
18.6、风轮的通过下轴和联轴器与发电机的转子连接。
19.7、所述风轮被风吹到后产生转动，从而能对风力进行连续阻挡，同时将风力转化为转动动能，最终通过带动发电机转换为电能。
20.8、所有发电机的电能通过整流后汇流到蓄电池储存，通过逆变后，提供给用电设备，并通过控制柜对上述所有装置的运行进行监测控制，系统产生的电能主要用于提供绿化浇灌、室内通风及热水能源。
21.9、所述发电机同时设有输入线路连接的上述蓄电池和逆变器，或者外部市电，发电作业时，输入线路断开，输出线路连通；需要通风换气或提供风力时，输出线路断开，输入
线路连通，发电机作为电动机使用，带动风轮转动，为庭院进行通风换气或提供风力。
附图说明
22.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
23.图1为实施方式1的导风模块的平面布置示意图；
24.图2为实施方式1的导风模块的安装立面示意图；
25.图3为导风模块的结构示意图；
26.图4为风轮的结构示意图；
27.图5为电气连接示意图；
28.图6为实施方式2的导风模块的安装示意图；
29.图7为实施方式3的导风模块的安装示意图；
30.图8为实施方式4的导风模块的安装示意图。
具体实施方式
31.以下将结合附图对本实用新型进行详细说明。
32.如图3
‑
4所示，本实施例的建筑导风模块，包括上安装梁2、下安装梁12和风轮5，所述上、下安装梁分别与建筑结构的上平台1、下平台13固定连接，上、下安装梁通过连杆6进行完全定位连接。
33.所述风轮5的上端通过上转动组件与上安装梁2转动连接，风轮5的下端通过下转动组件与下安装梁12转动连接。通常来说，一组上、下安装梁之间并列安装3
‑
5个风轮5。所述上转动组件包括与上安装梁固定连接的上轴承座3、通过轴承与上轴承座3转动连接的上轴4以及用于上轴4与风轮的上侧端轴5
‑
1传动连接的法兰；所述下转动组件包括与下安装梁12固定连接的下轴承座9、通过轴承与下轴承座9转动连接的下轴7以及用于下轴7与风轮的下侧端轴传动连接的法兰。
34.所述风轮5的顶部设置有清洗装置，所述清洗装置可以为通过外界供水系统供水的冲洗嘴式结构，可以随时开启，以便对风轮进行冲洗。
35.如图4所示，所述风轮包括两块端板5
‑
2以及周向均匀设置在两个端板之间的多块叶片5
‑
3，所述端板上设置有端轴5
‑
1，所述叶片外部包络有斜条5
‑
4。一个优选地的方式是，所述风轮5为长圆柱状，叶片5
‑
3为长条形，采用透明pc(聚碳酸酯),pp(聚丙烯)，薄不锈钢板或其他轻质复合材料制作成型，叶片为6片，沿风轮轴心圆周均匀分布。叶片两端连接圆形端板，端板和端轴均与风轮同心。所述斜条包络在叶片外侧，单个斜条为螺旋状，一个风轮有4
‑
6片斜条。垂直面投影与风轮轴呈15
‑
30度夹角，在水平面的投影为紧贴叶片的圆形。端轴为采用钢材或高分子复合材料制作，通过法兰与上轴或下轴进行定位连接。
36.如图5所示，本实施例还提供了一种采用上述建筑导风模块的导风发电系统，包括导风模块100以及电连接的发电机11、整流器200、蓄电池400、逆变器500和控制柜300，通过控制柜对上述所有装置进行控制，此为现有技术，这里不做详细说明。所述发电机的转子通过联轴器10与下轴传动连接，发电机11安装在下安装梁12上，发电机底部与下安装梁之间设置有缓冲垫，发电机的外部罩设有防护罩8。一个进一步优化的方式是：所述发电机通过输出线路与整流器电连接，通过输入线路与外部市电或逆变器电连接。发电作业时，输入线
路断开，输出线路连通；需要通风换气或提供风力时，输出线路断开，输入线路连通，通过蓄电池或外部市电给发电机供电，发电机作为电动机使用，带动风轮转动，为庭院进行通风换气或提供风力。
37.为进一步说明本本技术的优点，下面以具体实施方式进一步说明：
38.实施方式1：
39.如图1
‑
2所示，将本技术的导风发电系统用于高层建筑庭院，所述庭院位于高层建筑南侧，底部采用斜筋支撑，庭院里面种植有灌木和乔木。上下相邻两层庭院高差为6米，所述导风发电系统的多组导风模块安装在庭院的外侧三面。风轮直径为250mm，高度为4700mm，所有风轮平行且轴向与地面垂直。每个导风模块包含四个风轮，运输到现场后采用膨胀螺栓安装在庭院外围的混凝土圈梁上(相当于建筑结构的上平台和下平台)，钢制安装梁与混凝土圈梁之间的缝隙填充聚氨酯泡沫胶。
40.所述庭院朝南，当有风朝向庭院吹动，(南侧从西到东180度范围内的风向)时，均会被风轮阻挡，从而吹动风轮的叶片，使风轮产生一定速度的转动。同时，由于风轮的阻挡，庭院内风力大大降低。每个转动的风轮带动所连接的底部小型发电机转子也产生转动，切割磁力线，产生一定的电流。每个发电机产生的电流分别通过整流器整流后对蓄电池充电，蓄电池的电能通过逆变器供给外部用电设备(如庭院照明系统及家庭热水系统等)。
41.当风力为3级，风速4m/s,风轮转速为5r/s，平均风压0.01kn/
㎡
，叶片面积0.4平方米，每个风轮产生的功率约为10w,同时约有15个风轮发电，总功率150w，每天产生的电量约为3.6kw
·
h，每月理论发电量约为108kw
·
h考虑风力风向变化等因素，实际发电量为理论发电量的50％，为54kw
·
h,基本可以满足一个家庭当月用电量。
42.当夏天气温较高，或外部风力小或无风状态，庭院内比较闷热，需要进行通风换气，同时为庭院内给风。此时，发电机输出线路断开，输入线路连通，发电机作为电动机使用。通过外接家用市电经过变压器和电流分布设备，为发电机进行供电，带动风轮，为庭院供风。
43.实施方式2：
44.如图6所示，将本技术的导风发电系统用于高层办公楼外墙防护及美化。所述墙体前方较远距离没有遮挡物，且墙体下方有较大安全距离，墙体外装设有用于固定安装导风发电系统的钢架。导风系统的导风模块安装于墙体外的钢架上，且装设有多层。所有风轮平行且轴向与地面垂直安装。每个导风模块包括5个风轮，运输到现场后进行多块拼装，全部安装在上述钢架上。
45.当有风朝向所述墙体吹来时，均会被上述风轮阻挡，从而吹动上述风轮叶片，使风轮产生一定速度的转动。每个转动的风轮带动所连接的底部小型发电机转子转动，产生电流。每个发电机产生的电流分别通过整流器整流后对蓄电池串联充电，蓄电池的电能通过逆变器供给外部用电设备(如室内通风净化系统等)。
46.实施方式3：
47.如图7所示，将本技术的导风发电系统用于屋顶防护、美化及供能。所述导风发电系统的多组导风模块安装设置在建筑物屋顶外围四周。考虑到建筑安全及工程造价，风轮高度为1.5米，直径300mm，所述屋顶先装设钢制安装架，所有风轮平行且轴向垂直安装在安装架上。每个风轮间距离为400mm，每五个风轮为一组，与底座和顶部安装架预制成分体安
装模块，模块长2米，高2米，运输到现场后安装在安装架上，屋顶设有专用房，用于存放整流装置、蓄电池以及控制柜。
48.当有风吹过所述屋顶(所有方向)时，均会被上述装设在屋顶四周的风轮阻挡，从而吹动上述风轮叶片，使风轮产生一定速度的转动。每个转动的风轮带动所连接的底部小型发电机转动，产生电流。发电机产生的电流分别通过整流器整流后对蓄电池充电。蓄电池的电能通过逆变器供给外部用电设备(如屋顶亮化以及安防监控等)。
49.实施例方式4：
50.如图8所示，将本技术的导风发电系统用于高速公路以及城市快速路两侧。所述导风发电系统的导风模块安装设置在道路两侧。道路两侧埋设钢制安装架，钢制安装架采用热浸锌防腐。所有风轮平行且轴向与地面垂直安装在安装架上。风轮高度为2米，直径300mm。风轮下部连接旋转防撞筒，每个风轮间距离为400mm，每五个风轮为一组，与底座和顶部安装架预制成分体安装模块，模块长2米，高2.5米，运输到现场后安装在安装架上，屋顶设有专用房，用于存放整流器、蓄电池以及控制柜。
51.除自然风外，道路上车辆高速行驶产生的风力也较大，当有风吹过时，绝大部分均会被道路两侧的风轮阻挡，从而吹动上述风轮叶片，使风轮产生一定速度的转动。每个转动的风轮带动所连接的底部小型发电机转子也产生转动，产生一定的电流。每个发电机产生的电流分别通过整流器整流后对蓄电池充电。蓄电池的电能通过逆变器供给安防监视系统，也可以汇入充电桩，或与充电公路配合通过有线或无线为电动汽车充电。
52.同时由于风轮的阻挡和转化，道路两侧噪音将大幅度降低，可以替代现有的声屏障。
53.所述风轮安装后具有较好的牢固度和自身强度，下部安装旋转式防撞筒，当有车辆撞击风轮后，风轮也将会产生转动使撞击方向偏移，使能量发生转化和吸收，因此，采用改进强化后的风轮也可以代替现有的隔离栏杆。
54.高速公路平均车速80km/h，折合22m/s，平均车距100米，预估传递到风轮风速10m/s,与5级风相当，风轮转速为12r/s，平均风压0.05kn/
㎡
，叶片面积0.1平方米，每个风轮产生的功率约为20w,每公里同时约有5000个风轮，同时受车辆影响转动的约200个，总功率4kw，每天理论产生的电量约为96kw
·
h，每月理论发电量约为2880kw
·
h考虑车流波动等因素，实际发电量假设为理论发电量的50％，为1440kw
·
h,非常可观。现在市面上一辆电动汽车电池容量为30～50kw
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h，每公里导风发电系统每天能为2辆电动汽车提供完全充电。
55.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。