建筑风能
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早在1968年，KC.White就对一高层建筑所引起的建筑群风环境问题进行了实地考察分
1982年，MiceleG Melaragno总结了影响城市建成区街道风速的因素，指出建筑高度和宽
度、街道的朝向是控制城区街道风速的关键因素。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，可引来更强的机械湍流，其局部风场的变化也将明显加强。
基于此，城市建筑尤其是高层建筑的风能利用就是大可研究的了。
利用高层建筑屋顶上的较大的风速区“屋顶小急流”是很有必要的。目前国内外已有了一
些风能利用在高层建筑中的实际例子。例如2007年，巴林这个海湾国家在两栋超高层建筑
中间安装三个直径为29m的风机来充分利用风能发电，还有很多研究者也进行了适用于建筑
的风机.
这是世界上第一座大型的结合风力涡轮的建筑，它由两座50层高240m风帆一般的塔楼
组成，并支撑者三座直径29m的水平轴风力涡轮，预计能满足大厦每年耗电量的11%-15%。
此外还有大卫·费希尔设计的全球首个旋转摩天大楼——“动态城堡”将在迪拜建成，大
楼高约420，共80层 ，每 层 可360°旋转。通过安装在旋转楼板之间的79个风力涡轮机，
大楼可实现自我供电。由乍得·奥本海默设计的the COR Buikling坐落于美国迈阿密，风力机与建
筑有机结合，成为当地设计区的又一地标。
我国广州正在建造一座69层高303m的零能源大楼——珠江大厦。它由SOM设计事务所
设计，完全采用风力、太阳能供电。垂直风力涡轮机将安装在用于紧急避险的设备层，不占
用任何办公空间。据数据表明，其通道内风速最大可达到10m/s能有效进行风力发电。2008
年11月，一座实用型生态建筑“生态大厦”在青岛市崂山区落成。大厦使用了光伏发电、
风力发电等10多项新技术新工艺。其中，由太阳能电池阵列、风力发电机、智能管理系统、
并网逆变器和交流配电柜组成的“风光互补发电系统”，实现了太阳能、风能与建筑一体化。
2010年上海世博会充分发回了环保理念，出现了许多“零排放”场馆。其中，印度馆屋顶
就安放了一个小型垂直型风力发电机。
风能还可以用于城市公共建筑如公园等的基础照明设施。
除了比较大型的建筑用风机，建筑使用风机更多的是需要小型或微型风力发电设备。对于
城市的公共建筑如公园景区、广场等在夜间不需要大量的电力消耗，只需要维持基本的照明，
所以可以在公园景区内安放小型的风机发电维持局部照明。而公园等公共建筑周围风速较小，
且需要考虑噪声污染问题，需要设计在低风速启动并且具有静音效果的小型风机来实现城市
风力发电。
考虑到建筑环境中风能的特点，大型风机发电机的运用受到了一定限制。开发研究适宜建
筑环境的小型风力发电机成为当前的一个热门话题。建筑环境中风力发电机的研究主要着眼
于增大发电功率、减小噪音和振动以及安全美观性等几个方面。风力机的发电功率与风速的
三次方和风力发电机的风能利用效率成正比，因此增大风速和提高风力发电机的风能利用效
率成为了关键技术。
目前，可用于建筑环境中的风力机有水平轴风力机（HAWT）、垂直轴风力机（VAWT）和建
筑增强型风力机（BAWT）。其中，水平轴风力机的应用最广泛。相比于水平轴风力机，垂直
轴风力机具有安装维修方便、叶片设计简单、造价成本低等特点，任何方向来风都能利用发
电，且噪音也比较小。建筑增强型风力机是将风力机与建筑结合，利用建筑对风能的强化和
集结作用，从而提高发电效率。Sander Merlens等通过研究得出：安装在建筑中的风力机，
只有当期转子的直径不大于建筑直径的15%或者有垂直轴时，才能充分利用风能。同时分析
了不同类型的风力机在建筑中的特性，并从提高风力机发电性能及减少风力机噪音和振动等
方面，对建筑中的风力机进行了优化设计，针对顶部安装形式，提出了若干种可行的建筑环
境中的风力发电机模型。
现在国际上已经有了一些小的新型的风机。日本已经在近年研制出可用于办公楼、住宅楼
的“小型微风力风力发电机”并大力推广，其工作的最低风速为2m/s。新式风机具体如日
本公司生产的Airdolphin Mark-Zero风机属于超轻量、新一代小型风机，其外形参见图4。
Z-1000风机具有重量轻（叶片采用新型叶型并使用碳纤维做材料，但造价较高）、发电风
速范围大、叶片表面仿造鸟类羽毛具有静音效果、可旋转的方向舵、新型电源辅助与电源管
理系统等待点。
另外，近些年垂直轴风机也已取得了长足进步。由于它具有低风速启动、安全可靠、公园
等场所，很受人们关注。已形成产品的垂直轴风机有升力型、阻力型、混合型；有H型、Φ
型、S型、灯笼型、螺旋型叶片等，图5是3S型垂直轴风机。
还有经过分析研究制造出来的太阳能与风能集合发电的路灯。它的出现不仅成为城市道路
上一道亮丽的风景，还节能环保，为城市生活添增新意。如今海南省已有许多这种路灯投入
了使用。
随着风机的快速发展，一些因特有环境气候条件引起的故障问题随之而生。为了使风机安
全运行，同时为了更好的利用风能，需设计适合当地环境、风况、地形、气候条件的风机。
针对民用建筑，开发相适应的风力电动机才能使风能真正应用在民用建筑中，也才可能实现
风力发电12%的可能。
近年来，适合于民用住宅的小型风力发电机的开发也是逐渐提上了日程。中国小型风力发
电机组的生产应用已有较长的历史，主要用于农村、牧区、海岛等电网不及地区（使用非并
网风力发电），除满足国内需要还出口国外，曾经在世界上有一定影响，但如与近年来崛起
的新型小型风机相比，技术上有极大的差距，已不能适应国内外市场需求，需加紧研发新型
现代小型风力发电机组。
对于风能在民用住宅中应用，我国也将风力发电机直接应用于了住宅建筑。在偏远山区或
是不通电网的地方将风力机安装于屋顶之上，利用当地丰富的风能资源进行发电。
现在风能在民用住宅中实例应用还很少，尤其是对已建成建筑安装风力发电机更是少之又
少。但风能走入民用住宅的先河已经开启，未来风能在住宅小区的大力推广将是可以预见到
的。
目前对建筑环境中的风能利用在我国起步不久，此类研究尚未成熟。为推广建筑环境中的
风力发电技术，对于风场的模拟、建筑风环境的舒适性、结构安全与可靠性等都还有待进一
步的研究。而当研究有所成果的时候，也就是风能走向城市建筑的时候。到2020年，实现
风电生产量占全球电力需求12%这一目标也必然需要风能在城市建筑中大放光彩。预计未来，
风能在城市建筑节能这一领域必然拥有一席之地。
