金帥宇 長(zhǎng)沙市長(zhǎng)郡中學(xué)

探究建筑環(huán)境中的有效風(fēng)能利用

金帥宇 長(zhǎng)沙市長(zhǎng)郡中學(xué)

風(fēng)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(fēng)能資源的利用成為了各個(gè)國(guó)家關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。本文主要針對(duì)建筑環(huán)境中的有效風(fēng)能利用方式進(jìn)行探究。

建筑環(huán)境 風(fēng)能資源 有效利用

在全球經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展下，能源短缺問(wèn)題也變得日益嚴(yán)重，如何充分利用可再生資源與綠色資源成為各個(gè)國(guó)家重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，常見的可再生資源有風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能、生物質(zhì)能等。其中最具代表性的就是風(fēng)能，風(fēng)能資源的分布非常廣泛，在如今能源短缺的背景下，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注風(fēng)能資源的利用。

1 風(fēng)能資源的應(yīng)用歷史

人類對(duì)于風(fēng)能的利用，最早可以追溯至西元前，但是在幾千年來(lái)，風(fēng)能技術(shù)的發(fā)展速度緩慢，并未引起足夠的重視，直到石油危機(jī)發(fā)生后，風(fēng)能作為一種無(wú)污染、可再生的新能源，開始受到了人們的重視，尤其是對(duì)于交通不便、沿海島嶼、草原牧場(chǎng)以及遠(yuǎn)離電網(wǎng)的邊疆和農(nóng)村地區(qū)，風(fēng)能作為解決人們生活、生產(chǎn)能力的有效途徑，得到了廣泛的應(yīng)用。在2010年后，風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)價(jià)值更好的彰顯出來(lái)，我國(guó)也將風(fēng)力發(fā)現(xiàn)作為長(zhǎng)期的重點(diǎn)發(fā)展方向。

在社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步下，大量高層建筑出現(xiàn)在城市中，為風(fēng)能發(fā)電提供了理想的環(huán)境，利用建筑中的風(fēng)力發(fā)電，具有免輸送的優(yōu)勢(shì)，還可以將太陽(yáng)能、風(fēng)能結(jié)合起來(lái)，不僅可以降低建筑能耗，還可以以此來(lái)發(fā)展標(biāo)志性建筑物，這項(xiàng)工作有著良好的推廣前景，已經(jīng)得到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。

此外，挖掘建筑環(huán)境中的風(fēng)能還能夠進(jìn)一步強(qiáng)化風(fēng)能的優(yōu)勢(shì)，在建筑物繞流效應(yīng)、渠道效應(yīng)、越頂氣流的影響下，可以加大局部地區(qū)風(fēng)速，在不影響周邊建筑物風(fēng)環(huán)境的情況下，可以將其作為強(qiáng)化、收集風(fēng)的載體，實(shí)現(xiàn)建筑物與風(fēng)力機(jī)之間的有機(jī)結(jié)合。目前，具有代表性的風(fēng)力集中器有三種類型，即平板型（Flat plate）、非流線體型（Bluff Body）、擴(kuò)散體型（Diffuser）。

2 建筑環(huán)境中實(shí)現(xiàn)風(fēng)能利用的理論基礎(chǔ)與具體方法

2.1 理論基礎(chǔ)

風(fēng)能是大氣流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能，地球的環(huán)境非常復(fù)雜，不同地區(qū)有著顯著的氣候差異，這均會(huì)對(duì)氣流的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，因此，風(fēng)能在風(fēng)向、風(fēng)速上的表現(xiàn)也非常復(fù)雜。同時(shí)，地表情況也會(huì)影響風(fēng)能資源，研究顯示，光滑的地表會(huì)加大風(fēng)速、粗糙的地表則會(huì)削弱風(fēng)速，風(fēng)能具有一定的隨機(jī)性，測(cè)量起來(lái)相對(duì)困難，需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期測(cè)量，才能夠推測(cè)出風(fēng)速的平均值與平均功率。

此外，風(fēng)能的利用還要考慮到風(fēng)能密度，風(fēng)能密度代表著地區(qū)風(fēng)能的發(fā)展?jié)摿ΓL(fēng)速是時(shí)刻處于變化中的，不能以瞬時(shí)值進(jìn)行計(jì)算，需要在長(zhǎng)期的觀測(cè)中得出結(jié)果。關(guān)于風(fēng)能的計(jì)算方式，包括概率計(jì)算法與直接計(jì)算法兩種類型。

2.2 城市風(fēng)環(huán)境的特點(diǎn)分析

就我國(guó)的情況來(lái)看，城市建筑非常集中，樓群風(fēng)現(xiàn)象十分明顯，這無(wú)疑會(huì)對(duì)人們的生活和生產(chǎn)造成不利。樓群風(fēng)的存在不僅會(huì)穿過(guò)樓頂與樓兩側(cè)，還有一部分會(huì)順著樓梯吹向墻面，形成角流風(fēng)，還有一部分會(huì)加大風(fēng)速。在城市高層建筑的規(guī)劃過(guò)程中，必須要考慮到低樓群風(fēng)造成的不利影響，充分將其利用起來(lái)，在高層建筑周邊設(shè)置風(fēng)力發(fā)電機(jī)，充分利用風(fēng)流風(fēng)、穿堂風(fēng)、逆風(fēng)與下沖風(fēng)。由于高層建筑會(huì)受到各類風(fēng)效應(yīng)的影響，因此，風(fēng)環(huán)境并不穩(wěn)定，這是建筑環(huán)境風(fēng)能利用中需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。

2.3 風(fēng)能利用的具體方法

①風(fēng)洞試驗(yàn)法

風(fēng)洞試驗(yàn)法就是通過(guò)模擬高層建筑周邊風(fēng)環(huán)境，在周邊設(shè)置測(cè)量?jī)x器來(lái)預(yù)測(cè)風(fēng)環(huán)境的特點(diǎn)，在風(fēng)洞試驗(yàn)的開展過(guò)程中，需要盡可能與氣流運(yùn)動(dòng)保持一致。目前，風(fēng)洞試驗(yàn)法已經(jīng)逐步發(fā)展成熟，該種方式有著顯著的優(yōu)勢(shì)，但是對(duì)于不同的高層建筑，需要重新設(shè)置試驗(yàn)?zāi)Ｐ停矡o(wú)法測(cè)量出風(fēng)速、時(shí)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(jì)算機(jī)來(lái)估算建筑周圍的風(fēng)環(huán)境，目前，這一技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，并在建筑采暖、建筑通風(fēng)、建筑結(jié)構(gòu)效應(yīng)、建筑火災(zāi)等問(wèn)題上得到了初步的應(yīng)用。

③現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)法

現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)法可以直接觀測(cè)出高層建筑周邊風(fēng)環(huán)境的變化，但是現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)會(huì)受到多種因素的影響，需要花費(fèi)較高的人力、物力和財(cái)力，目前這一觀測(cè)方式還有待改善。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著傳統(tǒng)化石能源的逐步耗竭，能源問(wèn)題越來(lái)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(huì)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。目前，關(guān)于建筑環(huán)境中風(fēng)能的有效利用已經(jīng)取得了初步的成就，但是要實(shí)現(xiàn)建筑風(fēng)能的廣泛應(yīng)用，還任重道遠(yuǎn)。

[1]楊蓉,彭興黔.高層建筑屋頂風(fēng)能利用的數(shù)值模擬[J].華僑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2012(01)

[2]袁行飛,張玉.建筑環(huán)境中的風(fēng)能利用研究進(jìn)展[J].自然資源學(xué)報(bào).2011(05)

[3]劉杰.可持續(xù)的城市設(shè)計(jì)及其單體的建筑設(shè)計(jì)—風(fēng)力發(fā)電建筑設(shè)計(jì)[D].南京大學(xué)2012