建筑环境中的有效风能利用研究
随着传统化石能源的逐步耗竭，能源问题越来越突出的摆在了人类面前，开发可再生的绿色能源是社会可持续发展的必由之路。风能作为一种清洁、无污染的可再生能源，已受到世界各国的高度关注。在建筑环境中利用风能具有免于输送的优点，所得风能可直接用于建筑本身和所在小区。本文以建筑环境中的风能利用为背景，采用理论分析、CFD数值模拟和风洞试验相结合的方法，分析建筑周围空气流动的基本状况，研究了在建筑环境中将建筑物作为风力强化与集中的载体时风速增强、风力集结的效果。
本文主要对非流线体建筑、平板型建筑、扩散体建筑周围如何利用风能进行了详尽地讨论与分析。对于非流线体建筑，首先对加集风墙的建筑进行了模拟分析，得到了强化集风效果和风能利用效果最佳的集风墙形式，并对集风墙的位置做出优化，此外还对建筑物的长度，高度和宽度对风能利用效果的影响进行了分析，并分析了香港，广州，上海，济南各地最高楼并结合当地的气象条件的楼顶发电情况；对于平板型建筑，对平板型式建筑设通道形式进行了优化分析，得到了有利于风能利用的通道型式。在对流线体形建筑物周围的风场进行数值计算的基础上，并分别对由相同尺寸的扩散体建筑组成的两个和六个建筑物的不同排列形式进行了模拟分析，得到了有效利用风能的布局方式。
在理论分析和数值模拟的基础上，建立了建筑风能风洞试验台，对立方柱双体、半圆柱扩散体和设集风墙的非流线体建筑模型进行了多工况的风洞试验测试与研究。试验结果表明，建筑物屋顶加集风墙有强化风效应，立方柱双体、半圆柱扩散体建筑在对称轴成22.5度时风力集结效果最好。通过对试验数据与模拟数据的比较和分析看出，风洞试验得到的数据与模拟结果较为吻合，试验验证了数值模拟结果的准确性，为建筑环境中风能利用的研究奠定了可靠的基础。
本文采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法较为系统地研究了在建筑环境中不同的建筑形式利用风能的相关规律，对工程实践具有一定的指导意义。
建筑环境;风能利用;风速增大系数;数值模拟;风洞试验
山东建筑大学
硕士
工程热物理
陈宝明
2010
中文
TU834.33;TU834.35
135
2010-11-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）