建筑风能研究现状及分析

建筑风能研究现状及分析

建筑风能研究现状及分析

摘要：随着城市规模的不断扩大，电力矛盾日渐突出，在现今能源危机日益加剧的情况下，开发可再生绿色能源是十分必要且急迫的。本文针对城市建筑环境中的风能利用技术，对当前国内外建筑风能利用的研究成果进行了阐述，总结了建筑环境中风能的利用形式及其存在的问题，对之后建筑风能利用研究具有一定意义。

关键词：建筑风能，风力发电，风能利用

中图分类号：TM614文献标识码： A 文章编号：

1 引言

随着化石能源匮乏与生存环境恶化的日益加剧，新能源的开发利用已刻不容缓。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。

城市是人们活动的中心，随经济文化发展其规模不断扩大，各式各样的建筑逐步兴建起来。城市风环境由于大量建筑物的存在变得复杂，甚至带来风灾害，影响了人们的工作和生活，在城市规划和建筑设计时，应考虑到这个问题。最好的选择是利用建筑环境中的风能，将其变害为宝，例如在建筑环境中合适的位置布置风力机，利用风能发电用于建筑本身，缓解了城市中电力短缺问题的同时还降低了输配电成本。近来有不少的学者开始对城市建筑环境中的风能进行研究。本文针对城市建筑环境中风能的利用研究情况，总结了目前国内外建筑风能的研究成果，并提出了现存问题为进一步研究建筑风能利用提供参考。

2 建筑风能研究现状

2.1国外研究现状

国外较早便对城市环境建筑风场进行了研究。通过风洞试验和现场观测，W.D.Baines认为高处的气流会沿建筑被引到低处，使建筑周边受到较强气流的影响，同时会增大地面的风速。Brite和Hunt[1]

对两个高度不同的建筑模型进行风洞试验，建立了建筑间的风速预测方法。之后对建筑风环境研究的范围逐渐变大，学者开始对建筑表面的风压和周围的风环境进行研究，且随着计算机技术的发展及CFD理论的成熟，研究对象逐渐从单体建筑增加到多体建筑和建筑群。通过风洞试验结果的验证，发现数值模拟在研究风环境气流流动上具有较大优势，其可行性和优良性也得到了研究学者的认可，其中Stathopoulos等对建筑群的研究是典型代表。利用数值模拟与风洞试验相结合的方法研究建筑风能目前成为主流，取得了很多成果。英国及荷兰的学者利用CFD数值模拟和风洞试验结合的方法深入研究

了扩散体型和平板型建筑，分析得出风能利用效果最好的建筑横截面，并通过对平板型建筑的改进，研究出了新的风能建筑形式。

英国和德国的两所大学联合承担了一项的建筑风能利用研究项目，建造了小尺寸的建筑模型，其中安装有风力集中器，以此为基础进行了双塔建筑模型设计，因为这种建筑曲面的设计能将风导向风力机，从而提高了效率，实现了建筑与风能利用一体化设计的节能理念。荷兰一所大学和某研究单位联合研究并建造了带平板型风力集中器

模型的建筑。英国和瑞典对于城市区域的风能利用发电进行了联合研究，并策划实施了一些风能利用工程。Sander Mertens[2]提出了一些可充分利用建筑风能的建筑外形，并研究了在建筑物顶布置风力机的情况。Ken-ichi Abe和Yuji Ohya[3]等通过模拟分析了一种扩散体型建筑的风场分布，研究得到这种建筑形式的在风能利用特性，并指出了风能集结的最优点。

2.2 国内研究现状

国内对建筑风能利用的研究起步较晚，20世纪90年代末，国内学者开始利用各种数值模拟软件对建筑物周围的风场进行模拟并结

合风洞试验加以研究及验证。汤广发[4]等用数值方法模拟了长方形和立方体建筑的风速以及风压分布。吴义章[5]等针对建筑风环境问题提出了几种模拟研究方法。近些年国内学者对建筑风能利用技术进行了一系列研究，这些表明我国对建筑环境中风能研究更进了一步。

苑安民、田思进[6]研究了建筑群增强风能的效果，并提出了风坝等一些概念。潘雷[7]等以几种扩散体风能建筑为基础，数值模拟

了其对风能的聚集和强化效果。冯茺蔚[8]对平板建筑布置风通道的集风效果进行了分析，并通过建筑群周围风场的模拟得出布局形式对风场特性的具体影响。针对建筑密集区内的风能利用，李太禄[9]分析了几种基本建筑形式的风能强化效果和利用特点，并对济南地区典型建筑的风力发电效率进行了分析。郝文兰[10]研究了高层建筑的几种特定屋顶形式对风能强化的影响，并设计了专用于屋顶的集风器，提高了风能强化效果，实现了风能建筑一体化。香港学者[11]对单体建筑、两个及多个建筑的风能利用情况进行了数值模拟，分析了顶部对建筑风能利用的影响。陈宝明等研究了非流线形和平板型建筑开设风通道进行风力发电，并分析了其风能的集结和强化效果；并针对济南市的气候特征，采用数值模拟与风洞试验相结合的方式，以三种基本建筑集中器型式为基础，对不同建筑对风能的聚集效果和影响因素进行了研究。

3 结语

综合国内外的研究状况，建筑风能的利用共有四种形式：建筑顶部风能利用、建筑间或建筑群巷道的风能利用、建筑风道的风能利用，以及旋转建筑的风能利用。在建筑顶部的风能利用方面，可将楼顶风能进一步强化，形成二次强化风能作用，例如在楼顶上加集风墙；在建筑风道的风能利用方面，应该注意虽然建筑物的风道具有强化风能作用，但建筑物会对风道入口形成边界层而减小风速，为减少风道入口边界层，应避免在建筑物上开风道，而将风道放在巷道或楼顶上；目前对建筑群排列影响巷道风能利用的研究很少，应加强此方面研究。

参考文献：

[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 engineering and industrial aerodynamics, 1980, 6:169-174

[2] S.Mertens. The energy yield of roof mounted wind turbines. Wind engineering, 2003, 27(6):507-517