下载文档原格式
风能利用技术的发展趋势与研究进展随着气候变化和可持续发展的呼声越来越高，风能作为一种清洁、可再生的能源越来越受到关注和重视。
风能利用技术的发展趋势与研究进展不仅对能源领域具有重要意义，也关乎到人类可持续发展的未来。
近年来，风能利用技术取得了显著的进展。
以下是几个关键领域的发展趋势与研究进展：1. 风力发电机技术：风力发电机是风能利用的核心设备。
传统的水平轴风力发电机已经取得了长足的进步，但仍然存在一定的局限性，包括尺寸庞大、可靠性欠佳、噪音扰动等问题。
因此，垂直轴风力发电机被视为一种有潜力的技术，可克服传统风力发电机的一些缺点。
此外，新型风力发电机材料和制造工艺的研究也在不断推动发电机效率的提高。
2. 风能储存技术：风能的不稳定性一直是其利用的一大挑战，因为风速的波动导致风力发电机输出电力的波动。
因此，风能储存技术的发展至关重要。
目前，常用的风能储存技术包括抽水蓄能、氢气储存和风能压缩储能等。
此外，新型储能技术如热蓄能和电池储能也被广泛研究，以提高风能的可靠性和连续性。
3. 风能资源评估与预测：科学准确的风能资源评估和预测对风能利用至关重要。
风能资源评估利用测风塔、气象数据和复杂的数学模型来估算某一地区的风能潜力。
同时，风能预测借助上述数据和算法，为风力发电厂提供准确的风能预测。
近年来，基于大数据和人工智能的风能资源评估和预测技术发展迅速，为风能行业的稳定运行提供了有力的支持。
4. 风力发电场布局与优化：优化风力发电场的布局是提高风能利用效率的重要手段。
通过科学合理的布局，可以最大程度地利用风能资源，并降低发电机间的相互影响。
最新的研究表明，结合地形条件和复杂流体动力学模拟，可以实现风力发电场布局的优化。
此外，风能并网技术和智能电网技术也在风力发电场优化中发挥着重要作用。
5. 风能系统运维与监控：风力发电场的运维和监控对于保障设备安全和系统稳定运行至关重要。
利用传感器技术和远程监控系统，可以实时监测风力发电机的运行状况和性能表现，及时进行故障诊断和维护。
风能利用技术在建筑类暖通工程中的应用研究引言：随着全球能源需求的不断增长和环境问题的日益突出，可再生能源逐渐成为人们关注的热点。
其中，风能作为一种清洁、可再生的能源形式，被广泛应用于建筑类暖通工程中。
本文将探讨风能利用技术在建筑类暖通工程中的应用研究，包括风能的获取、转换和利用等方面。
1. 风能的获取风能的获取是风能利用技术的首要环节。
建筑类暖通工程中，常用的风能获取方式主要有两种：一是利用风力发电机，二是利用风能热泵。
1.1 风力发电机风力发电机是将风能转化为电能的设备。
在建筑类暖通工程中，可以将风力发电机安装在建筑物的屋顶或附近的高处，通过风力驱动发电机转子旋转，产生电能。
这种方式既可以满足建筑物自身的电力需求，又可以将多余的电能输送到电网中，实现能源的共享和利用。
1.2 风能热泵风能热泵是将风能转化为热能的设备。
它通过风能驱动热泵系统中的压缩机和换热器，从周围空气中吸收热量，再将热量传递给建筑物的暖通系统。
这种方式不仅可以提供建筑物的供暖和热水，还可以实现夏季的制冷和空调。
2. 风能的转换风能的转换是将获取到的风能转化为建筑物所需的能源形式，主要包括电能和热能两种形式。
2.1 风能转化为电能通过风力发电机将风能转化为电能是建筑类暖通工程中常用的方式之一。
风力发电机通过风力旋转转子，驱动发电机产生电能。
这种方式不仅可以满足建筑物自身的电力需求，还可以将多余的电能输送到电网中，实现能源的共享和利用。
2.2 风能转化为热能通过风能热泵将风能转化为热能是建筑类暖通工程中另一种常用的方式。
风能热泵通过风能驱动热泵系统中的压缩机和换热器，从周围空气中吸收热量，再将热量传递给建筑物的暖通系统。
这种方式可以实现建筑物的供暖和热水，同时还可以在夏季实现制冷和空调。
3. 风能的利用风能的利用是指将转换后的风能应用于建筑物的暖通系统中，满足建筑物的供暖、热水、制冷和空调等需求。
3.1 风能供暖通过风能热泵将风能转化为热能，可以为建筑物提供供暖。
"风能利用技术在建筑中的应用"第一部分引言 (2)第二部分风能发电原理与设备介绍 (4)第三部分风能发电技术在建筑领域的应用现状 (6)第四部分风能发电技术在建筑中的设计与施工 (8)第五部分风能发电技术对建筑设计的影响 (10)第六部分风能发电技术在节能减排方面的应用 (12)第七部分风能发电技术在绿色建筑中的实践 (13)第八部分风能发电技术的发展前景与挑战 (16)第九部分风能发电技术在建筑中的案例分析 (18)第十部分结论及展望 (19)第一部分引言标题："风能利用技术在建筑中的应用"随着全球气候变化的加剧，对可再生能源的需求正在不断增加。
其中，风能作为一种清洁、无污染、可再生的能源，其利用价值日益受到人们的重视。
本文旨在探讨风能利用技术在建筑中的应用，并分析其优缺点及发展趋势。
一、引言风能是一种无尽的能源，以其环保、低碳、可持续的特点吸引了全球的目光。
随着科技的进步和政策的推动，风能利用技术已经从最初的简单风力发电机发展到今天的复杂风能系统。
这种技术不仅在电力领域有着广泛的应用，也在建筑行业找到了新的发展方向。
本文将详细介绍风能利用技术在建筑中的应用，以及其未来的发展趋势。
二、风能利用技术在建筑中的应用1.风能发电系统：传统的风能发电系统主要通过风力发电机将风能转化为电能。
这种技术已经在很多国家和地区得到了广泛应用，例如丹麦、德国和美国等国家都在大规模地利用风能发电。
在建筑中，风能发电系统可以作为独立的能源系统，为建筑提供一部分或全部的电力需求。
2.风能太阳能混合系统：为了提高能源利用效率，一些研究人员开始研究风能和太阳能的混合使用。
这种系统可以在风能不足时自动切换到太阳能供电，从而实现能源的无缝切换。
3.风能建筑设计：除了实际的能源利用外，风能也可以被用于建筑设计。
例如，风力发电机可以通过设计成建筑的一部分来融入到建筑中，形成一种独特的景观效果。
风能利用技术研究进展近年来，随着全球能源结构的不断调整和优化，风能作为一种具有可再生性、低碳环保、可持续发展的清洁能源，已经成为了全球范围内的新兴能源。
同时，在风能逐渐成为人们讨论的热点话题的同时，风能利用技术研究也在不断进展。
一、风力发电技术进步在该领域，最主要的发展是风力发电机组技术的进步，包括结构设计、材料技术、制造工艺等各个方面。
其中，最具代表性的是风力发电叶片技术。
目前，利用玻璃纤维增强树脂（GFRP）制作的叶片，已经成为了市场主流。
同时，一些新的材料，比如碳纤维，也用于制造叶片。
此外，针对风力机组中存在的一些问题，如嗡鸣声等，现在也提出了解决方案。
这给了人们更好地利用风能发电的信心和动力，未来的风力发电将进一步得到增强。
二、风能存储技术风能利用技术进展还体现在风能储存方面。
由于风力发电容易受到气候等外部因素的影响，稳定性较差，因此，风能储存技术的发展对于风力发电的可靠性和稳定性有着重要的意义。
现在，针对风能储存的问题，出现了一些新技术。
比如，可以将多个储能模块组成一个储能站，以增加储能量。
当风速充足时，可以通过液压或电动装置将储能堆叠起来，以实现储能。
而当用电量增加时，则可以通过控制电路，将储能配置和释放配置的大小，从而实现储能和发电的平衡。
三、风能管理技术风能管理技术是风能利用技术的重要组成部分。
该技术目的在于提高风力发电系统的效率和稳定性，同时优化储能和发电的平衡。
这个问题主要通过两种方式得到解决，即通过机器学习算法和智能控制技术。
通过机器学习算法，风能管理者能够对风力发电机组的预测性能进行有效掌控。
而通过智能控制技术，能够实现自动监测和维护，同时发挥风电厂的最大化功效。
这些技术的发展，无疑将进一步提升风力发电的效率和可持续性。
总之，风能利用技术的进展对于推动全球能源结构调整和优化有着重要的意义。
在这一过程中，我们需要不断探索和研究，不断提高能力和水平。
认识到并掌握这些新技术，我们才能更好地利用风能，为地球的未来作出更重要的贡献。
建筑环境中风能利用的技术探讨哎呀，说起建筑环境中风能的利用，这可真是个有意思的话题！你知道吗，有一次我去一个海边的小镇旅行，那地方风可大了。
我住的那家民宿，房东大叔就特别有想法，他在屋顶装了个小小的风力发电机。
我好奇地问他为啥这么干，大叔笑着说：“这风啊，不利用起来多可惜！”咱先来说说风力发电这一块儿。
在建筑环境中，小型的风力发电机可以为单独的建筑提供电力。
比如说一些偏远地区的小木屋，或者是那些独立的度假别墅。
想象一下，在一个宁静的森林小屋里，灯光、电视、冰箱，所有的用电都来自于屋顶呼呼转动的小风车，多酷啊！但这里面可有不少讲究。
风的速度和方向总是在变，所以选择合适的安装位置就特别重要。
得找那种风经常吹、而且吹得比较稳定的地方。
像高楼之间的狭窄通道，或者是山顶、海边，往往都是不错的选择。
还有啊，现在有一种叫做“垂直轴风力发电机”的东西。
它不像传统的那种有大大的叶片，横着转，而是竖着转。
这玩意儿在建筑环境中的适应性更强。
为啥呢？因为它不那么挑风向，不管风从哪个方向来，它都能转起来干活。
再说说建筑的外形设计。
有些聪明的建筑师会把建筑设计成能更好地利用风能的形状。
比如说，像那种流线型的建筑，风从旁边吹过的时候，就会产生一种类似“引导”的效果，让风更顺畅地流过，同时也能增加风力的作用。
我就见过一个写字楼，它的外形就像一艘帆船，不仅好看，还能有效地利用周围的风。
另外，通风系统也能借助风能。
比如说，在一些自然通风良好的建筑里，通过巧妙的窗户设计和风道布局，可以让风自然地进入房间，带走热气和湿气，让室内保持舒适。
我记得有一次去参观一个学校的图书馆，那里面没有开空调，但是特别凉快，仔细一瞧，原来是利用了风能来通风。
窗户的位置和大小都经过精心计算，风就像有了导航一样，乖乖地给每个角落都送去了清凉。
在建筑环境中风能利用的技术探讨中，可不能忘了智能控制系统。
这就像是给风能利用装上了聪明的大脑。
它可以根据风的强度和方向，自动调整风力设备的工作状态，让风能的利用更加高效和稳定。
高层建筑屋顶风能利用的数值模拟杨蓉;彭兴黔【期刊名称】《华侨大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(033)001【摘要】In order to improve the efficiency of wind energy utilization, an open storey is added on the roof, the influence of various open storey height to wind energy was analyzed by CFD numerical model. Ie's shown: the open storey can in-crease remarkably the wind speed. Installing Wind generator above or on the open storey, the influence of open storey height and wind generator height was analyzed, then the optimal heights of open storey and wind generator are obtained to achieve the maximum wind energy collection.%为了进一步有效提高屋顶风能利用的效率,在屋面之上加设一架空层,运用CFD数值模拟分析不同高度架空层对风能收集产生的影响,探讨其可行性并得出架空高度和风机安装高度最优值.研究表明:架空层的设置对增大屋顶风速有显著效果；在架空层顶板之上或之下的空间安装风力发电机,并控制架空层高度,比较分析得出合理的架空层高度和风力机的安装高度,以求达到最理想的风能利用效果.【总页数】5页(P69-73)【作者】杨蓉;彭兴黔【作者单位】华侨大学土木工程学院,福建厦门 361021;南华大学环境保护与安全工程学院,湖南衡阳421001;华侨大学土木工程学院,福建厦门 361021【正文语种】中文【中图分类】TM614【相关文献】1.长方体建筑屋顶风能利用效能研究 [J], 袁行飞;张玉2.住宅布局对城市风能利用影响的数值模拟研究 [J], 梁春峰;郭春梅;李伟;由玉文;陈颖3.城市高层建筑形态优化与风能利用的融合研究 [J], 孙晓铭4.高层建筑物屋顶风能利用的数值模拟 [J], 张东方;陈宝明;云和明5.用Nataf变换的超高层建筑屋顶结构风荷载预测 [J], 鹿维丹;郝燃因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
风能在建筑环境中的利用研究嘿，咱今天来聊聊风能在建筑环境里的利用，这事儿可有意思啦！先说说我自己的一个小经历。
有一回我去一个海边的小镇旅行，那里风可大了。
我住的那个小旅馆，它的外形就特别独特，不是那种方方正正的，而是有点像个大帆船的形状。
我当时就好奇，问了老板，这才知道原来这独特的外形设计是为了更好地利用风能。
风能在建筑环境中的利用，那可不是随便说说的。
比如说在建筑的选址上就得好好琢磨。
要是在一个风资源丰富的地方盖房子，那可就占了大便宜啦。
就像那个海边小镇，常年有风，要是能把这风利用好，那能省不少能源呢！再来说说建筑的外形设计。
像前面提到的那个像帆船的旅馆，它的流线型设计能让风更顺畅地流过，减少风的阻力。
还有一些建筑会设计成螺旋状或者有弧度的，也是为了跟风更好地“打交道”。
通风系统也是风能利用的一个重要方面。
有的建筑会在顶部设置一些通风口，风一吹进来，就能把室内的陈旧空气给换出去，让房间里始终保持清新。
这就好比咱们在闷热的夏天，突然吹来一阵凉风，那感觉，爽！还有啊，现在不少高楼大厦都会安装风力发电设备。
想象一下，在大楼的顶部或者外墙上，一排排的小风车呼呼地转，发出来的电能供楼里使用。
这不仅节能，还成了一道独特的风景线。
不过，风能在建筑环境中的利用也不是一帆风顺的。
比如说，风有时候不稳定，一会儿大一会儿小，这就给能源的储存和利用带来了难题。
还有，要是建筑设计不合理，风可能会在某些地方形成漩涡或者乱流，不仅不能利用好风能，还可能会影响建筑的结构安全。
但是，办法总比困难多。
科学家和建筑师们一直在努力，不断地研究和改进。
他们通过更精确的风洞实验，模拟不同的风况，来优化建筑的设计。
还有的利用智能控制系统，根据风的大小和方向，自动调整建筑的通风和发电设备。
未来，我相信风能在建筑环境中的利用会越来越成熟。
说不定以后咱们住的房子，不仅能自己发电，还能根据风的情况自动调节室内的温度和湿度，那得多舒服啊！就像我在那个海边小镇的旅馆里，晚上伴着轻柔的海风入睡，早上被清新的空气唤醒，这种与自然和谐共处的感觉，真的太棒啦！总之，风能在建筑环境中的利用有着巨大的潜力和前景。
建筑设计中的风能利用方案随着全球能源问题日益突出，可再生能源的开发和利用成为了当前的热点话题。
在建筑设计领域，风能被广泛看作是一种潜在的、清洁的能源来源，能够为建筑带来可持续的能源供应。
因此，在建筑设计中，如何合理利用风能成为了一个重要的研究方向。
本文将探讨建筑设计中的风能利用方案，并提出建议。
一、风能利用的原理和方法风能利用的原理是将风的动能转化为机械能或者电能，从而实现能源的转换和利用。
在建筑设计中，主要的风能利用方法包括风力发电和自然通风系统两种。
风力发电是将风的动能通过风力发电机转换成电能。
建筑设计中，可以在高层建筑物的顶部或者周围设置风力发电装置，通过捕捉到的风力转化为电力。
这种技术在一些高层建筑和新建的绿色建筑中已经得到了应用，并取得了一定的成效。
自然通风系统是通过建筑物内外的气压差，利用风的作用来实现室内温度和湿度的调节，减少对人工能源的需求。
在建筑设计中，可以通过合理设置建筑物的窗户、门、通风口等来实现自然通风系统的运作。
这种方法不仅能够降低能源的消耗，还能够提供舒适的室内环境。
二、风能利用方案的设计原则在建筑设计中，要合理利用风能，需根据具体情况制定相应的风能利用方案。
以下是一些设计原则可以供参考：1. 充分利用地形和气候条件：建筑所处的地形和气候条件会直接影响风的强度和方向，因此在设计中应充分考虑这些因素，选择合适的位置进行风能利用设施的设置。
2. 合理选择风能利用技术：根据建筑的需求和可行性，选择合适的风能利用技术。
对于高层建筑，风力发电可能是一种较为有效的途径，而对于低层建筑，自然通风系统可能更为适合。
3. 考虑与其他能源系统的协调与整合：风能利用方案应与其他能源系统相协调，避免冲突和浪费。
在设计中要充分考虑风能与电力供应系统的配套，确保风能的稳定供应和可靠利用。
三、建筑设计中的成功案例在建筑设计中，已经涌现出一些成功的风能利用项目，以下是其中的两个典型案例：1. 迪拜豪华酒店的风能利用方案：位于阿拉伯联合酋长国迪拜的迪拜豪华酒店是一个兼具奢华和环保的建筑典范。
装配式建筑施工中的屋顶风能利用技术研究一、引言随着全球对可再生能源的需求不断增长，人们对于风能的利用也越来越关注。
屋顶作为建筑物的重要部分，具有潜在的风能资源利用价值。
本文将探讨装配式建筑施工中屋顶风能利用技术的研究进展和应用前景。
二、屋顶风能利用技术的意义1. 能源利用效益提高：通过屋顶上搭建风力发电设备，可以有效地将自然界中存在的风能转化为电能，减少传统非可再生能源消耗。
2. 可持续发展：使用屋顶作为风力发电场地，不占据额外土地资源。
同时，该技术具有良好的可持续性和环保性质。
3. 综合运营成本降低：与传统单一功能建筑相比，采用屋顶风能利用技术可以实现多功能集成，在满足建筑需求的同时节省其他范畴出资。
三、装配式建筑施工中的屋顶风能利用技术1. 屋顶风力发电设备的选择在装配式建筑施工中，需要考虑适应不同建筑结构和气候条件的屋顶风力发电设备。
可以选择垂直轴和水平轴类型的风机。
垂直轴风机可以方便安装于较小空间，而水平轴风机则适合于较大型屋顶。
2. 效益分析和经济性评估为了确定装配式建筑施工中屋顶风能利用技术的经济可行性，需要进行效益分析和成本评估。
利用传感器实时监控和数据采集系统来获取各项数据，并结合相关模型对经济收益进行预测和评估。
3. 结构设计与安全考虑在装配式建筑施工中使用屋顶风能利用技术时，需充分考虑结构设计和安全问题。
对于较大风力发电设备，需要合理设计支撑架以确保稳定性，并在施工过程中严格遵守安全要求。
四、装配式建筑施工中屋顶风能利用技术研究案例近年来，一些研究机构和企业致力于装配式建筑施工中屋顶风能利用技术的研究和应用。
以下是几个有代表性的案例：1. 瑞典维肯市屋顶风力发电项目该项目是将建筑物的屋顶作为风力发电场地，在保持建筑美观的同时，有效地利用了空间资源。
通过垂直轴风机的安装与运行，为周围社区提供了清洁可再生能源。
2. 德国柏林海鸥公寓楼柏林海鸥公寓楼采用了水平轴风机技术，并结合高效节能设备，实现了自给自足的能源供应。
第26卷 第5期自 然 资 源 学 报V o l.26N o.5 2011年5月J O U R N A LO F N A T U R A L R E S O U R C E S M a y,2011 建筑环境中的风能利用研究进展袁行飞,张 玉(浙江大学空间结构研究中心,杭州310058)摘要:从分析建筑环境中的风能特点出发,阐述了建筑环境中风能利用的可能性,介绍了建筑环境中风能利用的主要方式为自然通风排气和风力发电。
针对风力发电形式,从建筑风环境的模拟、建筑强化和集结风能的性能研究、适宜建筑环境的风力机研究以及建筑环境中的风力发电效益评估四个方面,系统总结了建筑环境中风能利用的研究现状及应用实例。
在此基础上,提出了若干有待进一步研究解决的问题,为建筑环境中风能利用技术的推广应用提供参考。
关 键 词:建筑环境;风力发电;C F D数值分析;风洞试验中图分类号:T U023;T K89 文献标志码:A 文章编号:1000-3037(2011)05-0891-08随着全球能源、环境危机的日益加剧,可再生、绿色能源如太阳能、风能的开发势在必行[1]。
风能是一种无污染、可再生的清洁能源。
风能利用则是将风运动时所具有的动能转化为其他形式的能。
由于其具有无环境污染、开发利用便捷、成本低等优点,风能的开发利用受到了世界各国普遍关注[2]。
风力发电是风能利用的重要形式[3]。
自1890年丹麦政府制订风力发电计划,并于1891年建成世界上第一台风力发电机以来,风力发电技术经历了一个多世纪的发展,已逐步走向成熟并得以广泛推广[4]。
世界上很多国家,尤其是发达国家对风电的开发给予了高度重视。
我国从上世纪80年代起就一直积极发展风电,并把大力开发风电列入了国家“十一五”规划。
目前,安装风力发电机组的地区多位于旷野、沙漠或近海等区域,发出的电能经能源公司输送到市中心,增加了电成本。
随着现代化和城市化的发展,一方面,城市的建筑越来越多,越来越高,建筑环境中的风能越来越大,另一方面,城市和建筑所需消耗的能源越来越多,环境危机、电力紧缺问题日益严重,开发新的可再生清洁能源势在必行,这使得研究建筑环境中的风能发电利用技术成为必要和可能。
与传统的风能利用形式相比,建筑环境中的风能利用具有免于输送的优点,所产生的电能可以直接用于建筑本身,为绿色建筑的发展提供了一种新思路。
国内外科技人员围绕这一新思路进行了许多研究和工程尝试,并取得了初步成果。
本文在介绍建筑环境中的风能特点和利用方式的基础上,总结了建筑环境中风能利用的研究成果,并提出了有待进一步研究解决的问题,旨在为建筑风能利用技术的推广应用提供参考。
1 建筑环境中的风能特点和利用形式1.1 建筑环境中的风能特点大气边界层中的自然风遇到地面建筑物时,一部分被建筑物阻挡而绕行,从而使建筑物收稿日期:2010-04-23;修订日期:2011-01-12。
基金项目:浙江省杰出青年团队项目(R1080363)。
第一作者简介:袁行飞(1972-),女,浙江舟山人,教授,博导,主要从事大跨空间结构的研究。
E-m a i l:y u a n x f@z j u.e d u.c n892 自 然 资 源 学 报26卷周围的风场产生了很大的变化。
随着现代化和城市化的发展,建筑环境中的风场变化越来越大。
尤其是建筑物高度和密度比较大的城市,由于其下垫面具有较大的粗糙度,可引起更强的机械湍流,其局部风场的变化也将明显加强[4]。
与郊区和偏远地区相比,城区的来流风具有速度低、紊流度大等特点,且风力相对较小。
然而,由于建筑物的影响,城市也能制造局部的大风[5]。
如图1所示,高层建筑屋顶上经常会出现一个较大的风速区,即“屋顶小急流”,建筑物的开洞部位也会有明显的穿堂风;城市街道中以及两栋大楼之间的通道,由于“夹道效应”,在无大风时可制造局部大风,如图2。
同时需要注意的是,风在爬升高层建筑顶部和穿越两侧以后,在建筑物的周围会形成涡流区。
涡流区风场不均匀,又无规则,还随机变化,有时甚至会造成风害。
因此,要利用建筑环境中的风能,准确了解其风力分布特点是首要条件。
图1 屋顶小急流和穿堂风F i g.1 L i t t l e j e t f l o wo nt h e r o o f a n dt h r o u g hf l o wi n s i d e t h e b u i l d i n g 图2 夹道效应F i g.2 S t r e n g t h e n e df l o wb e t w e e nt w o b u i l d i n g s1.2 建筑环境中的风能利用形式建筑环境中的风能利用形式可分为:以适应地域风环境为主的被动式利用———自然通风和排气;以转换地域风能为其他能源形式的主动式利用———风力发电[6]。
本文主要研究建筑环境中的风力发电,即在建筑物上安装风力发电机,所产生的电能直接供给建筑本身,这样可减少电能在输配线路上的投资与损耗,有利于发展绿色建筑或者零能耗建筑。
建筑环境中风力发电的供电模式有[7]:独立运行模式———风力发电机输出的电能经蓄电池储能,再供应用户使用;与其它发电方式互补运行模式———风力-柴油机组互补发电方式,风力-太阳能光伏发电方式,风力-燃料电池发电方式;与电网联合供电模式———采用小型风力发电机供电,以满足建筑的用电需求,电网作为备用电源供电。
当风力机在发电高峰时,产生的多余电量送到电网出售,使得用户有一定的收益。
当风力机发电量不足时,可从电网取电。
这种模式免去了蓄电池等设备,后期的维修费用也相对比较少,使得系统成本大幅度下调,经济性远大于其他两种模式。
2 建筑环境中的风能利用研究1998年,欧洲委员会开展了“W i n d E n e r g y i n t h e B u i l t E n v i r o n m e n t”(W E B E)的研究项目,第一次将风能发电引进城市建筑中。
之后,国内外学者对建筑环境中风能的利用技术进行了研究。
研究主要着眼于建筑风环境模拟、建筑风力集中器研究、适宜建筑环境的风力发电机研究以及建筑环境风力发电效益评估等方面。
2.1 建筑风环境模拟建筑风环境的研究是建筑风能利用技术的一个重要环节。
建筑风环境的研究方法主要5期袁行飞等:建筑环境中的风能利用研究进展893 有:现场实测、风洞试验和C F D(C o m p u t a t i o n a l F l u i d D y n a m i c s )数值模拟。
由于现场实测无法在建筑建造之前进行,也就无法为设计者提供参考,因此局限性很大,一般作为评定其他方法准确与否的标准。
目前,建筑风环境的研究主要是通过C F D 数值模拟和风洞试验相结合的方法进行。
早在20世纪70年代,就有学者利用风洞试验对建筑的风环境进行了研究。
风环境中C F D 数值模拟方法兴起于20世纪80年代。
起初的研究多为单体建筑,采用的湍流模型也是比较简单的标准k -ε双方程模型的R A N S 方法。
随着计算机的发展,很多更准确的模型被提出,模拟的建筑也从单体建筑发展到多体建筑和群体建筑。
2.2 建筑风力集中器研究建筑风力集中器主要研究建筑对风能的强化和集结效应。
与郊外、近海相比,建筑环境中的风场有紊流加剧、风速降低的特点,为提高建筑环境中的风能利用效率,对建筑环境进行规划,对建筑进行特定的形体和结构设计,解决风场构筑、风力强化和集中是该研究的关键问题。
国内外学者结合本地的气候特征和建筑类型,分析了各类建筑对风能的集结效果及其 图3 三种基本的建筑集中器模型 F i g .3 T h r e e b a s i ca r c h i t e c t u r a l m o d e l s o f c o n c e n t r a t o r 影响因素,提出了许多有利于风能强化和集中的模型,其中最有代表性的是S a n d e rM e r t e n s [8]根据建筑中安装风力机位置提出的3种基本空气动力学集中器模型:D i f f u s e r型、F l a t p l a t e 型、B l u f f B o d y 型,我国学者分别称之为扩散体型、平板型和非流线体型[4],如图3。
其中非流线体型风力集中器建筑型式是将风力涡轮机放置在建筑物屋顶上,利用建筑物屋顶较大的风速,进行风力发电;平板型风力集中器建筑型式是在一个平板型建筑物中间的空洞内放置风力涡轮机,利用空洞聚集加强的风,驱动风力发电机;扩散体型风力集中器建筑型式则是在两个建筑之间的风道内放置一个或多个风力涡轮机,利用风道内聚集的风进行风力发电。
此外,英国科学家D e r e k T a y l o r 建造了屋顶风能系统,利用屋顶对风力的强化效应在房顶上安装垂直或水平轴风力机[9]。
1999年到2001年,在W E B E 的资助下,英国学者[10]对扩散体型进行了较为深入的研究,利用C F D 数值模拟和风洞试验相结合的方法,分析评价了不同建筑形式的风能利用效果。
最后指出,横截面为肾形和回飞棒形的扩散型建筑物,其风通道内风能利用效果最好,并建造了扩散型集中器模型。
2001年到2002年,荷兰D e l f t 技术大学和荷兰能源研究中心开展了“W i n d e n e r g y s o l u t i o n s f o r t h e b u i l t e n v i r o n m e n t ”的研究项目,建造了平板型集中器模型建筑[11]。
2003年,S a n d e r M e r t e n s 利用C F D 数值模拟的方法,详细分析了非流线体型集结风能的效率,并指出风力机的最佳安装位置[12]。
2004年,K e n -i c h i A b e 、Y u j i O h y a 使用C F D 软件模拟分析了一种具有折边的扩散体建筑周围的流场,分析研究了此种建筑形式对风能强化和集结效果,并指出其最佳风能集结位置[13]。
我国有关建筑环境中风能利用的研究才刚刚起步。
苑安民、田思进介绍了高层建筑群的“风能增大效应”及计算方法,提出了建筑“风洞”和“风坝”概念,为城市如何提高风能利用的建筑设计和改造,提供了一种新思路[14]。
香港学者L i nL u 、K a Y a n I p 利用数值分析的方法,研究了单个建筑、两个建筑和多个建筑的风环境,分析了建筑屋顶形状对风894 自 然 资 源 学 报26卷能利用的影响[15]。
2006年至今,以陈宝明为代表的山东建筑大学的学者们[4,16-21],结合我国济南市的气候特征,利用C F D和风洞试验相结合的方式,以3种基本建筑集中器型式为基础,研究分析了多种建筑形式的风能集结效果及其影响因素,并指出了风能集结的最佳位置。
