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1、建筑風能特點及其利用研究摘要：隨著經濟發展和社會進步，城市規模逐漸擴大，大規模和高 層建筑出現的越來越多，電力矛盾也日漸突出，在建筑環境中利用風能發 電具有獨特的優勢。本文通過介紹建筑環境中風能的特點，闡述了建筑環 境中風能利用的優勢；并分析了目前利用建筑環境中風力發電技術存在的 問題，對城市建筑中的風能利用提供重要參考。關鍵詞：建筑風能，風環境，風能利用中圖分類號：TK81文獻標識碼：A文章編號：1建筑風能利用優勢及城市風環境的特點1. 1建筑環境中風能利用優勢隨著傳統能源逐漸消耗殆盡、生活環境日益惡化等問題的出現，可再 生能源的開發利用已成為世界各國的共識。作為一種清潔而無污染的可再 生能2、源，風能因其開發利用便捷，成本低廉受到了廣泛關注。在我國，S 前風電技術已經非常成熟，但風電機組多安裝于曠野、沙漠或近海等偏遠 區域，輸送過程中電力損耗大、費用高。若利用城市中建筑環境的風能發 電并直接用于建筑本身，則可降低電能在輸送上的投資和損耗，同時緩解 城市電力緊張的問題，是一種一舉兩得的選擇。而隨著社會的發展，越來 越多的高層建筑群在城市中出現，這為建筑風能的利用創造了條件。空氣 在流動過程中與建筑物相互作用，形成了獨特的建筑風場分布，尋找合適 的方法將這些風能加以充分利用，有利于發展綠色建筑和低能耗建筑，實 現建筑行業的可持續發展。所以，建筑環境中的風能利用具有較人的優勢, 引起了國3、內外學者的廣泛關注，成為能源開發利用的熱點。1. 2城市風環境的特點高層建筑群是現代城市的主耍組成，它們高度、規模不等而布局集中, 對城市風環境影響很大。山于建筑物的存在，空氣流動時的阻力增加，所 以相比郊區和偏遠地區，城市風能具有風速較小，紊流大等特點。但城市 也能在局部產生岀較大的風力，例如，當建筑群高度較大時，空氣流動受 到高樓的阻擋，大部分氣流從建筑上部和兩側流過，還有一部分沿建筑向 下被帶到地面，并分向左右兩側，這樣建筑頂部的氣流沿建筑被引到地面 上來，加大了建筑周圍的風速。同時城市街區類似地形復雜的山區，街道 及建筑物之間就會像山中的風口，流線較密，風速加大，從而在無風的情 況下制4、造出局部大風1。如果兩棟建筑物之間的距離不合理，風通過中 間的巷道時，由于受到兩棟樓之間的通道擠壓，會形成強大的風，產生“夾 道效應”。這種空間風量較集中，能量較大。若建筑物的迎風面有開洞， 則山于迎風面與背風面壓差的存在，會形成明顯的穿堂風。2城市建筑風能利用的研究根據前面分析，城市建筑環境中的氣流具有湍流增強和風速減緩的特 點。為提高建筑風能的利用效率，需要構建風能利用建筑的風場，再以此 為基礎進行建筑外形優化，從而使風力得到強化和集中。2. 1建筑風環境的研究方法為構建風能利用建筑的風場，首先需進行建筑風環境研究，目前建筑風環境的研究方法主要有三種：現場實測、風洞試驗以及計算機仿真模擬。5、 現場實測法無疑是最有效、最直接的方法，但此方法存在嚴重的缺陷，一 是在建筑建成之前，其無法為設計者提供參考；二是対于高層建筑，其測 量的成本非常昂貴；所以現場實測法多作為驗證手段進行。風洞試驗法首 先按一定比例制作實際建筑物的模型，然后將其放置在風洞中，并利用相 似準則在風洞中產生類似于實際建筑周圍的風場，并將測試儀器放置在模 型外表及其附近測得風速、風壓等實驗數據，分析建筑對風環境的影響； 計算機仿真模擬法，又稱為數值風洞實驗方法，是利用數值手段對建筑風 壞境進行再現模擬的方法，其具冇模擬真實和理想條件的能力，可以構建 建筑原型的計算模型，并模擬實際的建筑風環境，彌補了風洞試驗只能進 行縮6、小模型實驗的不足，而且具有成本低、周期短等優點；存在的缺點是 需要風洞試驗或現場實測的實驗數據進行驗證。R前，關于建筑風環境的研究主要是通過計算機仿真模擬來分析模擬 建筑環境屮的空氣流動及相關的流體動力學問題，并結合風洞試驗數據研 究建筑周圍的風場。2.2風力集中器研究高效利用建筑風能的關鍵是找出安裝風力機的合適位置。由于建筑物 存在，城市風環境具有紊流加劇、局部風速增強的特點，可通過將建筑外 形設計成風力集屮器的方法得到最佳氣流組織。國內外學者已經對各種建 筑對風能的聚集效果進行了分析，提出了多種可使風能強化和集聚的模 型，其中最具有代表性的是Sander. Mertens根據建筑中風力機的7、安裝位 置提出的三種基本集中器模型2：擴散體(Diffuser)型、平板(Plate) 型、非流線體(Bluff Body)型。其中，擴散體風力集中器是利用建筑間 的風道聚集風能，并安裝風力機進行發電；平板型風力集中器是利用平板 型建筑物中間的空洞聚集加強風，驅動風力機發電；非流線體風力集中器 是利用建筑頂部較大的風速，將風力機放置在建筑物頂部，進行風力發電; 基于這三種基木模型可以從不同方面研究建筑風能的利用，分析不同的建 筑外形的空氣流動的情況。3存在問題3國內外學者對風能利用的研究正在逐步深入，但目前城市中的風能利 用情況并不是很理想。尚存在如下問題：目前的風力集屮器多是三種基本 型式形8、狀，很少有研究在此基礎上進行完善，這樣的集風建筑往往有較人 局限性；另外針對建筑環境中風特點而提出的風力集中器，在良好的條件 時確實能起到風能強化和集結的效果。但城市中的風紊流性強，具有隨機 性和間歇性，在這種情況下如何盡量多的收集風能還需深入研究；在利用 建筑物增強風能以提高發電效率時，也遇到了一些問題，例如風速越大風 能的利用效率顯然越高，但建筑物結構有一定的抗風要求，在兩者矛盾的 情況下，如何平衡才能使總體效率達到最優；風力機葉輪轉動一定會存在 噪音及一些安全隱患，與在野外環境風力發電相比，建筑環境中的風能利 用對人們工作生活的影響更大，怎樣在保證人們安全、舒適的基礎上合理 開發建筑風能9、也是冇待解決的問題；建筑的朝向對城市環境的風能利用冇 很大影響,也對采光遮陽具有決定性作用，如何在滿足釆光、遮陽要求的 前提下，充分發展建筑風力發電技術。以上這些問題都是在城市風能利用 時需要考慮的因素。逐步解決以上這些問題，可使建筑風能得到廣泛充分 利用，實現城市的可持續發展。參考文獻:1 潘雷，陳寶明，王奎之.城市樓群風及其風能利用的探討山東 暖通空調，2007, 2:608-6132 Sander Metens. Wind Energy Conversion in the Built Environme nt. 1st SWH In ternational Conf erence on Renewable En ergies 7th 10th . Segovia. 20033 楊蓉.高層建筑屋頂風能利用研究D廈門：華僑大學,2011