建筑風(fēng)能研究現(xiàn)狀及分析

1、<p>　　建筑風(fēng)能研究現(xiàn)狀及分析</p><p>　　摘要：隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電力矛盾日漸突出，在現(xiàn)今能源危機(jī)日益加劇的情況下，開(kāi)發(fā)可再生綠色能源是十分必要且急迫的。本文針對(duì)城市建筑環(huán)境中的風(fēng)能利用技術(shù)，對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外建筑風(fēng)能利用的研究成果進(jìn)行了闡述，總結(jié)了建筑環(huán)境中風(fēng)能的利用形式及其存在的問(wèn)題，對(duì)之后建筑風(fēng)能利用研究具有一定意義。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：建筑風(fēng)能，

2、風(fēng)力發(fā)電，風(fēng)能利用 </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：TM614文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　隨著化石能源匱乏與生存環(huán)境惡化的日益加劇，新能源的開(kāi)發(fā)利用已刻不容緩。風(fēng)能是一種清潔無(wú)污染、取之不竭的新能源，因其利用便捷、成本低廉而受到人們的青睞；目前風(fēng)力發(fā)電是新能源利用技術(shù)中最

3、成熟的，已在很多國(guó)家和地區(qū)得到廣泛開(kāi)發(fā)。 </p><p>　　城市是人們活動(dòng)的中心，隨經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展其規(guī)模不斷擴(kuò)大，各式各樣的建筑逐步興建起來(lái)。城市風(fēng)環(huán)境由于大量建筑物的存在變得復(fù)雜，甚至帶來(lái)風(fēng)災(zāi)害，影響了人們的工作和生活，在城市規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到這個(gè)問(wèn)題。最好的選擇是利用建筑環(huán)境中的風(fēng)能，將其變害為寶，例如在建筑環(huán)境中合適的位置布置風(fēng)力機(jī)，利用風(fēng)能發(fā)電用于建筑本身，緩解了城市中電力短缺問(wèn)題的同時(shí)還降低了

4、輸配電成本。近來(lái)有不少的學(xué)者開(kāi)始對(duì)城市建筑環(huán)境中的風(fēng)能進(jìn)行研究。本文針對(duì)城市建筑環(huán)境中風(fēng)能的利用研究情況，總結(jié)了目前國(guó)內(nèi)外建筑風(fēng)能的研究成果，并提出了現(xiàn)存問(wèn)題為進(jìn)一步研究建筑風(fēng)能利用提供參考。 </p><p>　　2 建筑風(fēng)能研究現(xiàn)狀 </p><p>　　2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 </p><p>　　國(guó)外較早便對(duì)城市環(huán)境建筑風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了研究。通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，W

5、.D.Baines認(rèn)為高處的氣流會(huì)沿建筑被引到低處，使建筑周邊受到較強(qiáng)氣流的影響，同時(shí)會(huì)增大地面的風(fēng)速。Brite和Hunt[1]對(duì)兩個(gè)高度不同的建筑模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，建立了建筑間的風(fēng)速預(yù)測(cè)方法。之后對(duì)建筑風(fēng)環(huán)境研究的范圍逐漸變大，學(xué)者開(kāi)始對(duì)建筑表面的風(fēng)壓和周?chē)娘L(fēng)環(huán)境進(jìn)行研究，且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及CFD理論的成熟，研究對(duì)象逐漸從單體建筑增加到多體建筑和建筑群。通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬在研究風(fēng)環(huán)境氣流流動(dòng)上具有較大優(yōu)勢(shì)，

6、其可行性和優(yōu)良性也得到了研究學(xué)者的認(rèn)可，其中Stathopoulos等對(duì)建筑群的研究是典型代表。利用數(shù)值模擬與風(fēng)洞試驗(yàn)相結(jié)合的方法研究建筑風(fēng)能目前成為主流，取得了很多成果。英國(guó)及荷蘭的學(xué)者利用CFD數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)合的方法深入研究了擴(kuò)散體型和平板型建筑，分析得出風(fēng)能利用效果最好的建筑橫截面，并通過(guò)對(duì)平板型建筑的改進(jìn)，研究出了新的風(fēng)能建筑形式。 </p><p>　　英國(guó)和德國(guó)的兩所大學(xué)聯(lián)合承擔(dān)了一項(xiàng)的建筑風(fēng)能

7、利用研究項(xiàng)目，建造了小尺寸的建筑模型，其中安裝有風(fēng)力集中器，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了雙塔建筑模型設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@種建筑曲面的設(shè)計(jì)能將風(fēng)導(dǎo)向風(fēng)力機(jī)，從而提高了效率，實(shí)現(xiàn)了建筑與風(fēng)能利用一體化設(shè)計(jì)的節(jié)能理念。荷蘭一所大學(xué)和某研究單位聯(lián)合研究并建造了帶平板型風(fēng)力集中器模型的建筑。英國(guó)和瑞典對(duì)于城市區(qū)域的風(fēng)能利用發(fā)電進(jìn)行了聯(lián)合研究，并策劃實(shí)施了一些風(fēng)能利用工程。Sander Mertens[2]提出了一些可充分利用建筑風(fēng)能的建筑外形，并研究了在建筑物頂布置

8、風(fēng)力機(jī)的情況。Ken-ichi Abe和Yuji Ohya[3]等通過(guò)模擬分析了一種擴(kuò)散體型建筑的風(fēng)場(chǎng)分布，研究得到這種建筑形式的在風(fēng)能利用特性，并指出了風(fēng)能集結(jié)的最優(yōu)點(diǎn)。 </p><p>　　2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 </p><p>　　國(guó)內(nèi)對(duì)建筑風(fēng)能利用的研究起步較晚，20世紀(jì)90年代末，國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)始利用各種數(shù)值模擬軟件對(duì)建筑物周?chē)娘L(fēng)場(chǎng)進(jìn)行模擬并結(jié)合風(fēng)洞試驗(yàn)加以研究及驗(yàn)證。湯廣發(fā)[4

9、]等用數(shù)值方法模擬了長(zhǎng)方形和立方體建筑的風(fēng)速以及風(fēng)壓分布。吳義章[5]等針對(duì)建筑風(fēng)環(huán)境問(wèn)題提出了幾種模擬研究方法。近些年國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)建筑風(fēng)能利用技術(shù)進(jìn)行了一系列研究，這些表明我國(guó)對(duì)建筑環(huán)境中風(fēng)能研究更進(jìn)了一步。 </p><p>　　苑安民、田思進(jìn)[6]研究了建筑群增強(qiáng)風(fēng)能的效果，并提出了風(fēng)壩等一些概念。潘雷[7]等以幾種擴(kuò)散體風(fēng)能建筑為基礎(chǔ)，數(shù)值模擬了其對(duì)風(fēng)能的聚集和強(qiáng)化效果。馮茺蔚[8]對(duì)平板建筑布置風(fēng)通道的集

10、風(fēng)效果進(jìn)行了分析，并通過(guò)建筑群周?chē)L(fēng)場(chǎng)的模擬得出布局形式對(duì)風(fēng)場(chǎng)特性的具體影響。針對(duì)建筑密集區(qū)內(nèi)的風(fēng)能利用，李太祿[9]分析了幾種基本建筑形式的風(fēng)能強(qiáng)化效果和利用特點(diǎn)，并對(duì)濟(jì)南地區(qū)典型建筑的風(fēng)力發(fā)電效率進(jìn)行了分析。郝文蘭[10]研究了高層建筑的幾種特定屋頂形式對(duì)風(fēng)能強(qiáng)化的影響，并設(shè)計(jì)了專(zhuān)用于屋頂?shù)募L(fēng)器，提高了風(fēng)能強(qiáng)化效果，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)能建筑一體化。香港學(xué)者[11]對(duì)單體建筑、兩個(gè)及多個(gè)建筑的風(fēng)能利用情況進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了頂部對(duì)建筑風(fēng)能利

11、用的影響。陳寶明等研究了非流線(xiàn)形和平板型建筑開(kāi)設(shè)風(fēng)通道進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電，并分析了其風(fēng)能的集結(jié)和強(qiáng)化效果；并針對(duì)濟(jì)南市的氣候特征，采用數(shù)值模擬與風(fēng)洞試驗(yàn)相結(jié)合的方式，以三種基本建筑集中器型式為基礎(chǔ)，對(duì)不同建筑對(duì)風(fēng)能的聚集效果和影響因素進(jìn)行了研究。 </p><p><b>　　3 結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　綜合國(guó)內(nèi)外的研究狀況，建筑風(fēng)能的利用共有四種形式：建筑頂部

12、風(fēng)能利用、建筑間或建筑群巷道的風(fēng)能利用、建筑風(fēng)道的風(fēng)能利用，以及旋轉(zhuǎn)建筑的風(fēng)能利用。在建筑頂部的風(fēng)能利用方面，可將樓頂風(fēng)能進(jìn)一步強(qiáng)化，形成二次強(qiáng)化風(fēng)能作用，例如在樓頂上加集風(fēng)墻；在建筑風(fēng)道的風(fēng)能利用方面，應(yīng)該注意雖然建筑物的風(fēng)道具有強(qiáng)化風(fēng)能作用，但建筑物會(huì)對(duì)風(fēng)道入口形成邊界層而減小風(fēng)速，為減少風(fēng)道入口邊界層，應(yīng)避免在建筑物上開(kāi)風(fēng)道，而將風(fēng)道放在巷道或樓頂上；目前對(duì)建筑群排列影響巷道風(fēng)能利用的研究很少，應(yīng)加強(qiáng)此方面研究。 </p&g

13、t;<p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]Baker,C,J. The theory of flow between two building-experimental verification of the assumption of Britter and Hunt’s theory [J]. Journal of wind engineeri

14、ng and industrial aerodynamics, 1980, 6:169-174 </p><p>　　[2] S.Mertens. The energy yield of roof mounted wind turbines. Wind engineering, 2003, 27(6):507-517 </p><p>　　[3]Ken-ichi Abe, Yuji Ohy

15、a. An investigation of flow fields around flanged diffusers using CFD. Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2004, 315-330 </p><p>　　[4]張維,湯廣發(fā).風(fēng)對(duì)建筑繞流流動(dòng)的數(shù)值方法[J].空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào),1990,8(4):437-444 </p>&

16、lt;p>　　[5]吳義章,李陽(yáng),齊常生.建筑風(fēng)環(huán)境模擬及其舒適性判斷[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001,3(133):1 </p><p>　　[6]苑安民,田思進(jìn).城市高層建筑群風(fēng)能利用的研究[J].能源技術(shù),2005,26:154-157 </p><p>　　[7]潘雷.建筑環(huán)境中風(fēng)能利用的研究[D].濟(jì)南:山東建筑人學(xué),2006 </p><p

17、>　　[8]馮茺蔚.建筑環(huán)境中風(fēng)能利用的研究[D].濟(jì)南:山東建筑大學(xué),2008 </p><p>　　[9]李太祿.風(fēng)能在建筑環(huán)境中的利用研究[D].濟(jì)南:山東建筑大學(xué),2009 </p><p>　　[10]郝文蘭.建筑物對(duì)風(fēng)能集結(jié)強(qiáng)化的研究[D].濟(jì)南:山東建筑大學(xué),2011 </p><p>　　[11]Lin Lu, Ka Yan Ip. Inves