探究建筑環(huán)境中的有效風能利用

金帥宇 長沙市長郡中學

探究建筑環(huán)境中的有效風能利用

金帥宇 長沙市長郡中學

風能資源是目前頗受重視的可再生能源，在如今能源短缺的背景下，風能資源的利用成為了各個國家關注的重點問題。本文主要針對建筑環(huán)境中的有效風能利用方式進行探究。

建筑環(huán)境 風能資源 有效利用

在全球經(jīng)濟水平的發(fā)展下，能源短缺問題也變得日益嚴重，如何充分利用可再生資源與綠色資源成為各個國家重點關注的問題，常見的可再生資源有風能、太陽能、水能、生物質能等。其中最具代表性的就是風能，風能資源的分布非常廣泛，在如今能源短缺的背景下，人們越來越關注風能資源的利用。

1 風能資源的應用歷史

人類對于風能的利用，最早可以追溯至西元前，但是在幾千年來，風能技術的發(fā)展速度緩慢，并未引起足夠的重視，直到石油危機發(fā)生后，風能作為一種無污染、可再生的新能源，開始受到了人們的重視，尤其是對于交通不便、沿海島嶼、草原牧場以及遠離電網(wǎng)的邊疆和農村地區(qū)，風能作為解決人們生活、生產能力的有效途徑，得到了廣泛的應用。在2010年后，風力發(fā)電的技術價值更好的彰顯出來，我國也將風力發(fā)現(xiàn)作為長期的重點發(fā)展方向。

在社會的發(fā)展與進步下，大量高層建筑出現(xiàn)在城市中，為風能發(fā)電提供了理想的環(huán)境，利用建筑中的風力發(fā)電，具有免輸送的優(yōu)勢，還可以將太陽能、風能結合起來，不僅可以降低建筑能耗，還可以以此來發(fā)展標志性建筑物，這項工作有著良好的推廣前景，已經(jīng)得到了國內外的廣泛關注。

此外，挖掘建筑環(huán)境中的風能還能夠進一步強化風能的優(yōu)勢，在建筑物繞流效應、渠道效應、越頂氣流的影響下，可以加大局部地區(qū)風速，在不影響周邊建筑物風環(huán)境的情況下，可以將其作為強化、收集風的載體，實現(xiàn)建筑物與風力機之間的有機結合。目前，具有代表性的風力集中器有三種類型，即平板型（Flat plate）、非流線體型（Bluff Body）、擴散體型（Diffuser）。

2 建筑環(huán)境中實現(xiàn)風能利用的理論基礎與具體方法

2.1 理論基礎

風能是大氣流動時產生的動能，地球的環(huán)境非常復雜，不同地區(qū)有著顯著的氣候差異，這均會對氣流的運動產生影響，因此，風能在風向、風速上的表現(xiàn)也非常復雜。同時，地表情況也會影響風能資源，研究顯示，光滑的地表會加大風速、粗糙的地表則會削弱風速，風能具有一定的隨機性，測量起來相對困難，需要經(jīng)過長期測量，才能夠推測出風速的平均值與平均功率。

此外，風能的利用還要考慮到風能密度，風能密度代表著地區(qū)風能的發(fā)展?jié)摿?，風速是時刻處于變化中的，不能以瞬時值進行計算，需要在長期的觀測中得出結果。關于風能的計算方式，包括概率計算法與直接計算法兩種類型。

2.2 城市風環(huán)境的特點分析

就我國的情況來看，城市建筑非常集中，樓群風現(xiàn)象十分明顯，這無疑會對人們的生活和生產造成不利。樓群風的存在不僅會穿過樓頂與樓兩側，還有一部分會順著樓梯吹向墻面，形成角流風，還有一部分會加大風速。在城市高層建筑的規(guī)劃過程中，必須要考慮到低樓群風造成的不利影響，充分將其利用起來，在高層建筑周邊設置風力發(fā)電機，充分利用風流風、穿堂風、逆風與下沖風。由于高層建筑會受到各類風效應的影響，因此，風環(huán)境并不穩(wěn)定，這是建筑環(huán)境風能利用中需要重點解決的問題。

2.3 風能利用的具體方法

①風洞試驗法

風洞試驗法就是通過模擬高層建筑周邊風環(huán)境，在周邊設置測量儀器來預測風環(huán)境的特點，在風洞試驗的開展過程中，需要盡可能與氣流運動保持一致。目前，風洞試驗法已經(jīng)逐步發(fā)展成熟，該種方式有著顯著的優(yōu)勢，但是對于不同的高層建筑，需要重新設置試驗模型，也無法測量出風速、時間等參數(shù)的變化。

②數(shù)值模擬法

數(shù)值模擬法就是利用計算機來估算建筑周圍的風環(huán)境，目前，這一技術已經(jīng)在工業(yè)設計、生產等領域中得到了廣泛的應用，并在建筑采暖、建筑通風、建筑結構效應、建筑火災等問題上得到了初步的應用。

③現(xiàn)場觀測法

現(xiàn)場觀測法可以直接觀測出高層建筑周邊風環(huán)境的變化，但是現(xiàn)場觀測會受到多種因素的影響，需要花費較高的人力、物力和財力，目前這一觀測方式還有待改善。

3 結語

隨著傳統(tǒng)化石能源的逐步耗竭，能源問題越來越突出的擺在了人類面前，開發(fā)可再生的綠色能源是社會可持續(xù)發(fā)展的必由之路。目前，關于建筑環(huán)境中風能的有效利用已經(jīng)取得了初步的成就，但是要實現(xiàn)建筑風能的廣泛應用，還任重道遠。

[1]楊蓉,彭興黔.高層建筑屋頂風能利用的數(shù)值模擬[J].華僑大學學報(自然科學版).2012(01)

[2]袁行飛,張玉.建筑環(huán)境中的風能利用研究進展[J].自然資源學報.2011(05)

[3]劉杰.可持續(xù)的城市設計及其單體的建筑設計—風力發(fā)電建筑設計[D].南京大學2012