探究建筑環(huán)境中的有效風(fēng)能利用

金帥宇 長沙市長郡中學(xué)

探究建筑環(huán)境中的有效風(fēng)能利用

金帥宇 長沙市長郡中學(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國家關(guān)注的重點問題。本文主要針對建筑環(huán)境中的有效風(fēng)能利用方式進行探究。

建筑環(huán)境 風(fēng)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(guān)注的問題，常見的可再生資源有風(fēng)能、太陽能、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，人們越來越關(guān)注風(fēng)能資源的利用。

1 風(fēng)能資源的應(yīng)用歷史

人類對于風(fēng)能的利用，最早可以追溯至西元前，但是在幾千年來，風(fēng)能技術(shù)的發(fā)展速度緩慢，并未引起足夠的重視，直到石油危機發(fā)生后，風(fēng)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(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)價值更好的彰顯出來，我國也將風(fēng)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(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，還可以將太陽能、風(fēng)能結(jié)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(nèi)外的廣泛關(guān)注。

此外，挖掘建筑環(huán)境中的風(fēng)能還能夠進一步強化風(fēng)能的優(yōu)勢，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，可以將其作為強化、收集風(fēng)的載體，實現(xiàn)建筑物與風(fēng)力機之間的有機結(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）、擴散體型（Diffuser）。

2 建筑環(huán)境中實現(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)能是大氣流動時產(chǎn)生的動能，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，這均會對氣流的運動產(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，地表情況也會影響風(fēng)能資源，研究顯示，光滑的地表會加大風(fēng)速、粗糙的地表則會削弱風(fēng)速，風(fēng)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(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(jié)果。關(guān)于風(fēng)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(fēng)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(fēng)現(xiàn)象十分明顯，這無疑會對人們的生活和生產(chǎn)造成不利。樓群風(fēng)的存在不僅會穿過樓頂與樓兩側(cè)，還有一部分會順著樓梯吹向墻面，形成角流風(fēng)，還有一部分會加大風(fēng)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(fēng)造成的不利影響，充分將其利用起來，在高層建筑周邊設(shè)置風(fēng)力發(fā)電機，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)能利用中需要重點解決的問題。

2.3 風(fēng)能利用的具體方法

①風(fēng)洞試驗法

風(fēng)洞試驗法就是通過模擬高層建筑周邊風(fēng)環(huán)境，在周邊設(shè)置測量儀器來預(yù)測風(fēng)環(huán)境的特點，在風(fēng)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(fēng)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(shè)置試驗?zāi)Ｐ停矡o法測量出風(fēng)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(fēng)環(huán)境，目前，這一技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)設(shè)計、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)等問題上得到了初步的應(yīng)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(fēng)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(jié)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(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，但是要實現(xiàn)建筑風(fēng)能的廣泛應(yīng)用，還任重道遠。

[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(自然科學(xué)版).2012(01)

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

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