建筑风能利用

风能利用---自然通风
建筑单体
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当风吹向建筑物是，空气的直线运动受到阻碍而围绕着建筑物向上方及两侧偏转。迎风侧的气压就高于大气气压 （正压区），而背风侧的气压则降低（负压区）。这就使整个建筑产生了压力差。
用风压来实现建筑自然通风首先要求建筑有较理想的外部风环境(平均风速一般不小于3 - 4m/s)。其次建筑应面向 夏季主导风向，房间进深较浅(一般以小于4m为宜，以便易于形成穿堂风）。此外由于自然风变化幅度较大，在不 同季节不同风速、风向的情况下，建筑应采取相应措施(如适宜的构造形式可开合旷气窗、百口等)来调节室内气流 状况。例如冬季在保证基本换气次数的前提下应尽量降低通风量以减小热损失。
英国建筑师设计顶端风能发电大厦
风能利用---自然通风
利用热压进行通风：自然通风的另一种方式是利用建筑内部的热压，即烟囱效应，热空气（比重小）上 升，从建筑上部风口排除，室外新鲜的冷空气（比重大）从建筑底部被吸入。 案例 德国法兰克福的商业银行大楼。该大楼具有“生态之塔”、”带有空中花园能量搅拌器”的美称。49层高的塔楼采用弧 线围成的三角形平面，三个核（由电梯间和卫生间组成）构成的三个巨型柱布置在三个角上，巨型柱之间架设空腹拱梁， 形成三条无柱办公空间，其间围合出的三角形中庭，如同一个大烟囱。为了发挥其烟囱效应，组织好办公空间的自然通 风，经过风洞试验后，在三条办公空间中分别设置了多个空中花园。这些空中花园分布在三个方向、不同标高上，成为” 烟囱“的进、出风口，有效的组织了办公空间自然通风。据测算，该楼的自然通风量可达60%。三角形平面又能最大限 度地接纳阳光，创造良好的视野，同时又可减少对北邻建筑的遮挡。
可再生能源的利用 -----风能
风能的利用方式 建筑风能的特点 自然通风 风力发电
建筑自身 建筑群规划
风力发电的原理 高层建筑之间的风力发电 建筑物楼顶风力发电
风能的利用方式
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在建筑中利用风力发电通常是对高层或者超高层建筑来说的。通常，风机在风速2.7m/s的情况下能够产生电能，在 25m/s时达到额定功率，保证持续发电的风速为40m/s。高层建筑离地面高，顶部的风力资源相对于底部来说十分 充足，提供了一个利用风力发电的很好条件。因此在高层或者超高层建筑中利用风能不是不可能，但必须对当地的 平均年风速，风向，风力资源进行充分了解。因此高层建筑顶部修建风力发电机组具有一定的可行性。但在设计高 层建筑时，应该把顶部风力发电机组的荷载给考虑进去，否则会对高层建筑造成结构上的损坏，甚至倒塌。
风能利用---自然通风
案例 利用风压进行自然通风的典范作品属伦佐·皮亚诺设计的特吉巴奥Tjibaou文化中心。新卡里多尼亚是位于澳大利不东 侧的南大平洋热带岛国气候炎热潮湿常年多风，因此最大限度地利用自然通风来降温、降湿便成为了适应当地气侯.注重 生态环境的核心技术。文化中心是由9个被皮亚诺称为“容器’( cases )的棚屋状单元组成棚屋一字排开形成三个‘村 落’。每个棚屋大小不同，最高的达28m，外部材料均使用当地出产的木材。贝壳状的棚屋背向夏季主导风向在下风向 处产生强大的吸力(形成负压区)而在棚屋背面开口处形成正压从而使建筑内部产生空气流动。针对不同风速和风向，设 计者通过调节百叶的开合和不同方向的百叶配合来控制室内气流，从而实现完全被动式的自然通风，达到节约能源、减 少污染的目的。
风能利用—风力发电
建筑物楼顶风力发电
垂直轴风力发电机低风速启动，无噪音，为静音式风力发电机，比同类型风力发电机效率高10%～30%。安全性 相对较高(破坏半径小)，抗台风能力强，不受风向改变的影响，维护较简单。正是由于它和水平轴存在着这些差 异，使得采用风力发电建筑一体化成为可能。 垂直轴风力发电机所占空间较小，风向改变时无需对风，一般安装在建筑的楼顶。小型风力发电系统一般作为独 立的电源为建筑物供电。由于电压的不稳定性，其发出的电能一般用于小区的公共照明和地下车库的照明等。它 所发出的电能首先经过蓄电池贮存起来，然后再由蓄电池向用电器供电。垂直轴风力发电机还可以用于风能条件 好、远离电网或电网不正常的地区，供给照明、电视机、探照灯、放像、通讯设备和电动工具用电。
风能利用—风力发电
案例
巴林世贸中心便采取这种风力发电方式，它是世界同类建筑中首座利用风能作为电力来源的建筑。巴林世贸中心采 用双塔式设计，两个独立主塔自身呈变形的三角锥造型，单独来看，每个主塔都像一面张起的风帆。而两塔之间呈 开放式的“喇叭口”形状，在双塔之间的 16 层、25 层、35 层处分别有 1 座重达 75 t的跨越桥梁，3 个直径为 29 m 的水平轴风力发电涡轮机，与其相连的发电机被固定在这 3 座桥梁之上。建成后的巴林世贸中心将利用海湾的 风力通过巨大的风力涡轮机来发电。建筑本身“翅膀”状的外形有助于气流穿过涡轮机，提高效率和电流输出。3 座涡轮机和发电机连接给大厦供电。叶片进入完全运转后，预计会给两座大楼提供相当于11%～15%的电力，即1 100～1 300 MW ·h，这些电能足以满足巴林 300 个家庭一年的用电量。这将减少额外的电力供应，对大厦的用户 来说也减轻了经济负担。巴林世贸中心开创了大型风电机集成到建筑中的先河，这个项目也真正拓宽了环保型建筑 的界线。
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另一个利用风能的方式就是自然通风，让室内的空气流通，同时在夏天的时候，可以带走室内的热量，有助于降温。 这种方式我们平时生活中经常在使用，也就不会很机械地想到这也是一种风能利用方式。因为，自然通风比利用电 器设备通风产生的效果好，同时，电器设备还会消耗电脑，间接产生污染。
建筑中风能的特点
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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 。 城市风能具有风速较小，紊流大等特点。 由于建筑物的影响 ，城市也能制造局部的大风 。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 。
风能利用—风力发电
风力发电的过程是首先把风的动能转变成机械能，再把机械能转化 为电能，这就是风力发电。
风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。
风力发电机组，一般包括风轮、发电机(包括装置)、调向器(尾翼)、 塔架、限速安全机构和储能装置等部件，如图 1 所示。 风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，把风的动能转变 成风轮轴的机械能，发电机在风轮轴的带动下旋转发电. 由于自然界的风速是极不稳定的，风力发电机的输出功率也极不稳 定。所以其发出的电能一般不能直接用在电器上，先要用储能装置 储存起来
风能利用—风力发电
案例
国内首个风力发电建筑一体化项目：上海天山路3 kW 垂直轴风力发电机项目， 在 2009 年 9 月中旬正式发电应用。风电机组实测启动风速 2.2 m/s，优于设计 标准，发电稳定，并与太阳能光伏电池共同供电，开创了上海市区建筑采用风 光互补供电的先例。垂直轴风力发电机安装在建筑上，开启了我国风电建筑一 体化的先河，也使得我国在风力发电建筑一体化领域走在了世界的前列。
风能利用---自然通风
从立面设计的角度来分析，应使建筑单体间高低有序。要使气流通过小区时不形成漩涡、下冲气流等不良高 速气流。 在建筑群体组合时，当一栋建筑远远高于其他建筑或楼间距相近的建筑群体中有两栋建筑间距突然加大，这 时下冲气流加大，形成高速风，造成热损失加大和居住者的不舒适。
在设计时尽量避免建筑之间风的遮挡。建筑群的布局尽可能沿夏季主导风向，临近主导风向建筑宜为低层和 多层，处于小区边缘，远离主导风向的建筑宜采用小高层和高层，这样一方面可以把自然风引入小区内，一 方面又起到阻隔冬季东北风的作用。
风能利用—风力发电
高层建筑之间的风力发电
科学家发现，在高层建筑之间有着较强的气流，如果装上涡轮发电机和风电设备同样也能发出电来。为了 捕获更多的风能，可将两建筑建成开放式的“喇叭口”形状。其实这种原理并不复杂，人们只要站在楼群 之间便会感觉到一股股风的吸力。两楼之间墙体垂直，风到这里不会被吹散，且直接“全力”吹入涡轮机， 风向固定，且比空旷地带的风更集中，加上电机的吸力，可以使瞬时功率加倍。根据计算，用这种方法可 比普通风力发电机多发出25%的电能。但因为楼群是固定的，不会随风转向，只要风的入射角达到 50°就可 以发出与普通发电机等同的电能。从理论上说，30°～50°的入射角也是最佳角度。并且这种方法对楼顶、 墙面均无特殊要求。
风能利用---自然通风
建筑群体
建筑群的布置和自然通风的关系， 可以从平面和空间两个方面来考 虑。
从平面规划的角度来分析，建筑群的布局有行列式、周边式和散点式。 行列式是最基本的建筑群布局，是条式单元住宅或联排式住宅按一定朝向和合理间距成排布置的方式，其布局包含并列式， 错列式和斜列式；并列式布局发生错动，从而形成错列式和斜列式以及周边式的布局。 并列式的建筑布局虽然由于建筑群 内部的流场因风向投射角不同而有很大变化，但总体说来受风面较小；错列和斜列可使风从斜向 导入建筑群内部，下风向 的建筑受风面大一些，风场分布较合理,所以通风好。 周边式住宅建筑沿街坊或院落周边布置的形式，这种布置形式形成封闭或半封闭的内院空间，风的投射面非常小，风很难 导入，这种布置方式只适于冬季寒冷地区； 散点式住宅布局包括低层独院式住宅，多层点式及高层塔式住宅布局，散点式住宅自成组团或围绕住宅组 团中心建 筑、 公共绿地、水面有规律地或自由布置，通风效果好。