高层建筑屋顶风能利用研究

发布时间：2020-05-13 03:44

【摘要】：全国各地城市化的进程逐步加快,然而城市化带来的将是能源的巨大消耗。传统能源已经出现危机,除此之外,全球环境恶化带来的极端气候增加也给人类敲响了警钟。挖掘新能源,采用洁净、可再生的绿色能源是顺应节能减排号召的重要举措。风能正是具有这些特点而逐渐被各国重视。我国风力发电场主要设置在偏远人烟稀少的地区,而城市人口密度高耗能巨大,为了缓解这一问题考虑利用建筑对风流场的影响,将风力发电机置于屋顶,采取不同措施有效提高屋顶处风速以增加可利用风能。这一方法突破了传统风力集中器对建筑体型的高要求及严重的资源浪费,不仅大大节约成本,更为将来彻底实现风能发电进入千家万户奠定了基础。本文运用CFD数值模拟技术采用SSTk ?ω模型及相关理论,做出以下工作: 分析建筑屋顶处风场的特点,整理总结前人已有研究成果,得到单个建筑和两个建筑时各种因素对绕流的影响,为研究如何在屋顶处提高风速利用风能做铺垫。在一规则高层建筑屋顶两侧增加同样尺寸的突出部分,称之为塔楼;分析其存在对屋顶处风速和风能利用的影响。此外,改变塔楼的外部尺寸如迎风面长度、高度、风向角等分别研究各因素对风能利用的优劣,并得出最佳风能利用高度。无法改变建筑形状时,考虑在建筑屋顶上方加设一水平顶板,顶板使得风场发生明显改变。通过调整顶板离屋面的高度来提炼出最好的风力机安装方式。最后本文还对一个行列式排列的建筑群进行了分析,研究在有建筑干扰情况下采取以上措施后屋顶风能的利用情况,结果显示可利用风能有相当显著的提高。这些研究更具普遍性和实用性,可为今后建筑风能利用以及风力机的技术发展作参考。
【图文】：

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风能密度、平均有效风能密度、风力机可利用率等。山东建筑大等人以 Sander Mertens 提出的三种风力集中器为基础进行了一系筑形式的研究，包括平板型建筑风通道形状的研究、建筑体型对、扩散通道式建筑的集结效果等[28-32]，取得了较多成果，为风能下基础。Chittaranjan,Govindanrian A 运用 CFD 数值模拟描绘出在层流和紊流区域，指出安装风能转换设备不利的位置，还以一 5例计算出能源收益，同时评价了由于安装位置不当造成的能源减0年Salameh Ziyad和Nandu Chintan Vinod在IEEE PES General M表对当前世界各地建筑与风电系统结合利用的总结及各种技术了城市中小型风电机的巨大应用潜能[34]。比较，国外在风能利用方面要远远领先中国。有的已经在实际中年，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 2分利用风能发电，如图 1。还有很多研究者进行了适用于建筑的

风力机,扩散体,风能,风能利用

图 1-2 风力机应用形式1.4 目前建筑风能利用研究的不足及本文所做主要工作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。既有研究的重点集中在对三种基本风力集中器本身形状或尺寸的单一改进（即所谓的平板型、非流线体型和扩散体型）提高风速进而增加可利用风能，诸如对平板型建筑风通道的尺寸形状设计，非流线体型建筑尺寸对置于顶部风机高度影响，扩散体型建筑的形状间距对风速影响等，且甚少考虑在基础形状之上加以完善，，所研究出的集风建筑往往具有很大的局限性。这种局限性突出体现在城市建设无法为收集风能而出现较多极具特殊性的建筑样式和尺寸，如扩散体型风力集中器，各项研究都是以增大风能为目的从而改变建筑形式，结果却使得研究本身脱离了实用范畴；另一方面开发商总是以投资成本为主要考虑对象，尽可能避免过多的资
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TU18;TK89

【参考文献】