水力驱动通风装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114562403A(43)申请公布日2022.05.31(21)申请号202210211506.1(22)申请日2022.03.05(71)申请人池方爱地址311300浙江省杭州市临安区锦城街道武肃街666号浙江农林大学东湖校区学4-409（1）申请人徐颖(72)发明人池方爱徐颖(51)Int.Cl.F03B13/00(2006.01)F04D25/04(2006.01)F04D25/08(2006.01)F24F7/007(2006.01)E03B3/02(2006.01)权利要求书2页说明书3页附图4页(54)发明名称水力驱动通风装置(57)摘要本发明公开了一种水力驱动装置，主要部件由雨水管、雨水收集箱、水轮、连杆和风扇组成；以往的室内被动式通风策略普遍依赖于太阳能和风能，却对屋顶雨水势能的关注较少；屋顶空间承载着巨大的雨水容量，特别是位于中国长江中、下游居住建筑密度较高的城市。因此该装置可以利用屋顶收集的雨水势能以促进室内空气的流动，同时结合室内进风口与出风口在空间中的设置，最大限度利用室外新风与实现室内自然通风效果。通过实验测试和软件模拟分析，发现水力驱动通风装置在实现室内通风方面具有良好的性能，并具有改善梅雨季节室内热舒适度以及提高夏季建筑节能的潜力。CN114562403ACN114562403A权利要求书1/2页1.一种水力驱动通风装置，主要部件由雨水管、雨水收集箱、水轮、连杆和风扇组成。2.根据权利要求1所述的水力驱动通风装置，其特征在于：屋顶收集的雨水沿雨水管流入雨水收集箱中，雨水的重力势能转化为动能，以带动水轮转动，并通过连杆，使风扇也被同时带动转动，同时因风扇转动所产生的风，将室外的新鲜空气引入室内，促进室内空气流通。3.根据权利要求1所述的水力驱动通风装置，其特征在于：还包括在室内设置的进风口与出风口，该进风口与出风口设置在风扇与其垂直的墙体一侧（与雨水收集箱墙体所垂直的墙体），并成对角线布置，使被引进来的气流可以在大部分室内空间中流通。4.根据权利要求1所述的水力驱动通风装置，其特征在于：所述雨水收集箱可安装在与每个楼层等高的墙体外侧，假设研究建筑一层高3.6m，二层高3.3m，雨水集水箱的尺寸为0.6m(长)×6m(宽)×0.6m(高)，雨水管道的长度为一层为3m(即3.6m(层高)‑0.6m(水箱高度))，二层为2.4m(即3.3m(层高)‑0.6m(水箱高度)‑0.3m(排水沟深度))。5.根据权利要求2所述的水力驱动通风装置，其特征在于：根据能量守恒定律，可将上层的雨水势能继续引到下一层进行利用，使各个楼层均拥有足够的雨水势能，对室内空气热环境进行改善，并达到雨水势能的重复利用的目标。6.根据权利要求1所述的水力驱动通风装置，其特征在于：所述水轮的尺寸有三种规格，分别为300mm，400mm和500m，由于测试采用的雨水管直径为110mm，因此试验中使用的水轮直径需要大于220mm。7.根据权利要求6所述的水力驱动通风装置，其特征在于：通过实验结果得知，一层和二层室内最大空气流速均在300mm直径的装置中产生，主要是因为小型水轮的重量和半径均最小，雨水作用到水轮上时产生的平均动能最大。8.根据权利要求7所述的水力驱动通风装置，其特征在于：小型水轮的轮廓周长最短，在相同的外力和作用时间下，由于转动次数最多，因此产生的风能最大。9.根据权利要求7所述的水力驱动通风装置，其特征在于：为了减少设备组件的重量，水轮和风扇均采用轻质塑料。10.根据权利要求4所述的水力驱动通风装置，其特征在于：所述的雨水收集箱被安装于墙体上，墙体与雨水收集箱之间填充橡胶隔振材料，以减轻水力驱动通风装置在工作时的震动影响，同时在外部包裹一层吸声材料，以减小雨水箱运转时的噪声。11.根据权利要求1所述的水力驱动通风装置，其特征在于：所述装置的通风性能用数学模型表达，如下所述：3雨水在雨水管口的流速(ν0，m／s)与流量速率(Q0,m／s)为式(1)与式(2)(1)(2)2其中，g代表重力加速度(单位：m／s)；H1代表收集的雨水从屋顶到雨水管底部的高度2CN114562403A权利要求书2/2页(单位：m)；λ代表水头损失的摩擦因数，指雨水在流经管道过程中由于固体管道的阻力和摩擦而造成的动能损失；w代表雨水管的长度(单位：m)；d代表雨水管直径(单位：m)；ηd代表排水孔局部损失系数；ηbe代表雨水管转折处局部损失系数；SP代表雨水管截面积(单位：m²)(当雨水管充满水时)；SP代表雨水管内水柱的截面积(单位：m²)(当雨水管未充满水的时)；m代表水的质量(单位：kg)；由此推导出雨水从雨水管流出时对水轮叶片的总冲击力(Ft，N)为式(3)（3）(4)(5)33