群体建筑环境之风能利用效用概述

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1、群体建筑环境之风能利用效用概述第1章绪论1.1研究背景能源危机一直是全球共同关注的热点问题，随着世界现代化经济的迅猛发展，传统化石能源消耗量与日俱增，而且对全球气候和生存环境有很大的负面效应。面对能源储藏逐步耗竭，能源危机逐步逼近，新能源的开发刻不容缓，可再生能源的利用包括太阳能、风能、生物能、水能、地热能以及海洋能源等等。其中，风能是一种清洁无污染、取之不竭的新能源，因其利用便捷、成本低廉而受到人们的青睐；目前风力发电是新能源利用技术中最成熟的，已在很多国家和地区得到广泛开发。我国是发展中国家，对能源的需求十分迫切，加之我国幅员辽阔，海岸

2、线长，有着丰富的风力资源，因此，大力开发利用风能是解决我国能源短缺、实现可持续发展战略的重要途径之一。在我国，目前风电技术已经非常成熟⑴，但风电机组多安装于矿野、沙漠或近海等偏远区域，输送过程中电力损耗大、费用高。最好的选择是利用城市中建筑环境中的风能发电，并直接用于建筑本身，则可降低电能在输送上的投资和损耗，同时缓解城市电力紧张的问题。但是城市风环境由于.大量建筑物的存在变得复杂，空气在流动过程中与建筑物相互作用，形成了独特的建筑风场分布，因此在城市规划和建筑设计时，应考虑到这个问题，优化建筑体型，合理建筑布局，在建筑环境中合适的位置布置

3、风力机，利用风能发电用于建筑本身，缓解城市电力短缺问题的同时降低输配电成本。所以，建筑环境中的风能利用具有较大的优势，寻找合适的方法将这些风能加以充分利用，成为目前国际上学者广泛关注和探讨的前沿课題，对发展绿色建筑和低能耗建筑，实现建筑行业的可持续发展有着重大意义。1.2国内外研究现状城市建筑中的风能发电始于1998年欧洲委员会开展的ertens提出了三种基本空气动力学集中器模型：扩散体（Diffiiser)型、平板（FlatPlate)型、非流线体（BluffBody)型。英国科学家DrDerekTaylor最早提出建筑物屋顶风能系统，利

4、用屋顶对风力的强化效应在房顶安装风力机。1999年到2002年，英国及荷兰的学者分别对扩散体型和平板型建筑进行了较为深入的研究，采用CFD数值模拟和风洞试验相结合的方法，分析评价了不同形式的风能建筑风能利用效果，建造了扩散体型集中器模型和平板型集中器模型。2004年，Ken-ichiAbe、YujiOhya利用CFD软件模拟了一种具有折边的扩散体建筑形式周围的流场，进而分析了这种建筑形式对风能的集结效果。2005年GJ.ertens研究了小型风力机在建筑环境中的使用、安装的必要条件。2006年，EmmaDayan准确地阐述了建筑环境中可利用

5、的三种风力发电机，并提出了风力机发电技术的挑战与未来。2010年，在IEEEPESGeneralMeeting上，ZiyadSalameh和ChintanVinodNandu总结了当时各种形式的小型风力发电机在世界各地与建筑物相结合的成功案例，以及相应的技术特点，表明建筑风机一体化仍有很大的进步空间同年，PA.B.James和M.F.Sissons等人在英国分别选取城市、郊区、农村作为试验地点安装小型水平风力机进行实测，对比理论预测值，分析经济效益，并计算出了各个地区要符合相应成本的年平均风速[6]。第2章风能利用基本理论2.1风能基本概念

6、风能密度是描述一个地方风能潜力的最方便最有价值的量，与空气密度直接相关，而空气密度又与当地气压、温度等相关。因此，不同地方、不同条件的风能密度是不同的。空气密度大，风速大，风能潜力就比较好。但实际上风速每时每刻都在变化，瞬时值不能准确表达当地风能情况，只有长期观测才能反映其规律，因此引入平均风能密度的概念。计算平均风能密度的方法有两种：直接计算法和概率计算法。贝兹理论是风力机第一气动理论，它是利用一元定常流动的动量方程来讨论理想状态下的风力发电机的最大风能利用系数。贝兹理论的风轮理想假定：风轮流动模型简化为一个单元流管；风轮没有锥角、倾角和

7、偏角，风轮简化为一个平面桨盘；风轮叶片旋转时没有摩擦阻力；风轮前未受扰动的气流静压和风轮后的气流静压相等，作用在风轮上的推力是均匀的。由于建筑屋顶形状和周围粗植度的影响，来流风向产生了倾斜，实际风速可分解为水平方向和垂直方向两个风矢量。风能的概念不能反映风机实际可以利用到的风能，所以要考虑风速倾斜角对风能利用系数的影响。风速倾斜角对水平轴风力机和垂直轴风力机的风能利用效率是不同的。水平轴风力机的效率会随着风速倾斜角的增大而减小但是对于垂直风力机，风向的偏移在一定程度上增加了风力机的功率，如图2.1所示。不同类型的风力机其增加的因子不同（主要

8、针对升力式风力机），垂直轴风力机DarrieusVA，内後72m,地面以上26层，在23-25层（84.2-91.5m)处设有一环形封闭天桥把这6幢大楼连成一个整体，形成连体结构