探析城市中風力發電與建筑一體化設計

王鵬

摘 要：在當前城市化發展的進程中，我國正面臨著嚴峻的能源危機以及環境問題，隨著風能以及新能源的出現，環境的破壞得到一定的緩解，因此需要相關研究人員進一步對這方面的問題加以研究，探討風能發電的重要意義，只有這樣才能對環境起到有效的維護作用。在我國現階段的風能發電過程中，相關企業主要集中在三北地區以及東南沿海的一些城市，如果要想將其輸送到其他地區，就會帶來一定的損失，運輸成本也會相對較高，為了解決這一難題，就需要將建筑與風力發電有機地結合在一起，以此實現風力發電的進一步發展，本文以此為出發點展開了進一步的闡述。

關鍵詞：風能發電；建筑；一體化；設計

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A

通過將風能發電與建筑有機地結合在一起，這一想法已經得到了實踐，可以說是具有十分重要的現實意義。但是這一設計理念也并不是十全十美的，例如在風能發電的過程中難以避免的會出現一些噪音的現象，在這種情況下就需要進一步開展降低噪音的措施，否則就會對人們的正常生活帶來不必要的損失，這也是城市風能發電與建筑一體化設計實現比較緩慢的主要原因。但是這一形式的建造是具有顯著意義的，不但在經濟方面可以帶來很大的效益，其發展前景也十分顯著，我國應該充分認識到這一發展趨勢，并且加以進一步的完善，為了更好地實現這一目標而做出應有的貢獻。

1.風力發電與建筑一體化設計的特點

在時代發展的過程中，風能發電不同于太陽能的發電，二者之間的顯著差別在于風能發電沒有時間的限制，隨時隨地就能為人們的生活帶來能量。并且風能發電是具有顯著意義的，其并不是一個獨立的系統，既可以單獨使用，同時也能與其他的發電系統結合在一起使用，促進效能的進一步提升。在建筑風能應用的過程中，首要的前提條件就是風環境，如果可以在這方面得到滿足，那么就可以得到正常的工作，在城市中，風速與郊區相比是相對較小的，或者是在高大建筑物周圍，會出現一定的阻礙，也會在不同程度造成風速受到影響，產生狹管效應，這是在使用風能的過程中需要注意的問題。

2.城市中風場對建筑的影響

在城市的發展建設過程中，風速的變化與高度的增加有著十分密切的聯系，城市規模呈現出不斷擴大的趨勢，建筑物在布置的過程中也呈現出集中化的發展，所以樓群風的現象是十分明顯的，一旦受到建筑物的阻擋，就會從左右兩側穿過，產生漩渦風，還有一部分風會引向地面，這樣就會在無形之中增大地面的風速，產生了穿堂風以及漩渦風等，在城市的建筑設計中應該充分考慮到這方面的影響，所以在對其進行布置的過程中，需要防止以下幾種風效應，由此降低風害對人們造成的影響。例如逆風、分流風以及下沖風等，這樣才能有效的控制城市中風場對建筑帶來的影響。

3.風力機與建筑結合的形式

在現代化的發展建設過程中，主要朝著建筑與風力發電相結合的方式發展，在進行設計的過程中，主要體現在三個方面。一是在建筑屋頂上安裝風機，二是在建筑物中間設置風機，三是在建筑物的空洞中安裝風機，在這三種形式的基礎上，形成了二者相互結合的形式。但是在實際應用的過程中，不同的形式具有各自的優勢與缺點。以第一種形式來看，其具有較大的風力，對于環境造成的干擾也相對較小，是獲得風力的最佳位置，但是在安裝的過程中應該注意的問題是需要在高出屋面一定距離的基礎上安裝風機，這樣才能對渦流區產生劈開的效果。在建筑物中間安裝風機，那么產生的是峽谷風，建筑物的體積越大，風力也就越強，在安裝的過程中，以垂直軸風力機以及水平軸風力機為宜。剩下的一種設計在建筑物空洞中的風機能夠將風力匯聚在一起，起到強化的作用，這種風主要是穿堂風，在這種環境下則主要是安裝定向式的風力機。選擇上述三種形式還是應該從實際情況入手選擇最為合適的一種，這樣才能將風力的效果得到最大化的發揮。

4.風電建筑一體化設計的建筑平面布局形式

在對風電建筑進行布置的過程中，是具有特殊工作原理以及外觀設計要求的，所以這種建筑形式與一般的建筑具有一定的差異性，在對其進行設計的過程中，除了要保證功能與美學的效果外，還應該注意滿足空氣動力學的要求，通常情況下也可以稱之為是“形式隨風”的原則，需要以周圍的環境為首要前提條件，滿足環境的要求，建筑物的體積還需要滿足對風力的引導作用，這樣風力發電機的功能才能得到最大化的發揮。滿足風力發電的要求。在現有經驗的基礎上，筆者認為在實際設計的過程中，應該從以下幾個方面的原則作為出發點，以實現預期的目標。

首先是在布局的過程中，應該滿足風電建筑的位置要求，盡量保證空曠，減少周圍建筑對風力的阻礙，這樣風力才能最大化。其次是在建筑的整體面積方面，需要盡量保證其處于迎風面的位置，并且與主導風向相互一致，角度應該在30°以內。第三，如果風電建筑是以雙子塔的類型為主，那么在設計的過程中就應該保證單塔表面的光滑性，而背面則主要以腎形或者是飛鏢形為主，這樣可以達到效果的最優。這兩種類型的建筑可以保證處于40°以及50°之間的氣流達到最為理想的效果。

5.案例介紹

迪拜計劃建造一座隨風旋轉的大廈。整個建筑外墻面都作為受風體，最大程度地利用高空風能。在旋轉樓層之間安裝48臺風力發電機，每臺電機裝機容量0.3MW。迪拜全年可利用風時超過4000h，一臺電機全年可發電60～120萬kWh。

結語

截至目前，城市中的風能利用并不理想，但是面對城市化程度越來越高的現實，城市風能利用應綜合考慮其長遠的生態因素，改進目前存在的缺陷，逐步擺脫對常規能源的依賴，以減少對環境進一步的破壞，使城市得以可持續發展。

參考文獻

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