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风能与建筑一体化设计 Integration of Wind Energy and Building Design 图1 奥克尼岛Westry的一座风轮机 撰文 牛盛楠 天津大学建筑学院 赵炳蔺 中国城市建设研究院山东分院 杨现国 山东三箭置业有限公司 摘 要 风能作为一种新能源有着巨大的发展潜力，但当前的风能技术都是依靠在地广人稀的地区建立大规模的风力 发电场，安置大型的风力涡轮发电机，在占用大量土地的同时又增加了电力输送成本，限制了风能技术在城 市公共建筑和民用建筑中应用的发展。因此，风能与建筑一体化设计势在必行。本文介绍了国外的风能与建 筑一体化设计的实例，为风能的利用和建筑节能提供了新思路，具有一定的参考和借鉴价值。 关键词 新能源 风能 风能与建筑一体化 节能 1 风能概述 风能是地球上重要的可再生能源之一。风能具有蕴量巨大、可以再生、分布广泛、没有污染的优点。 风能特别是对沿海岛屿，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义。在远离电网的地 区，独立供电系统成为人们最需要的动力源。 即使在发达国家，风能作为一种高效清洁的能源也日益受到 重视。 风能目前主要用于以下几个方面：风力提水、风力发电、风帆助航和风力制热。其中利用风力发电已 越来越成为风能利用的主要形式，受到各国的高度重视，而且发展速度最快。 98 图2 预建的迪拜旋转大厦的风力涡轮机安置图 图3 预建的迪拜旋转大厦效果图 图4 巴林世贸中心 风能的价值取决于如果应用风能和其他能源来完成相同任务所要付出的代价。从经济效益角度来看， 风力并网发电的价值可被定义为利用风能可以节省燃料，节省容量，减少废物排放，节省燃料、容量、运 转、维修和排放费用。 2 风能建筑一体化(BIWE) 风能建筑一体化即风能组件可以融入建筑本体中。在低层建筑中，风能发电组件可在建筑前规划选择 在比较空旷的位置安装（图1），既不影响美观又不影响风能的利用，而且还可以根据用户的多少确定风机 组件的容量。考虑到风能资源随着高度的增加而增加，可以考虑将风力发电机安放在房顶。在建筑楼群之 间，可以根据风场的分布情况，在风道的垂直方向设置多台风电机组。所以一体化设计的完成从一开始就 要在建筑平面设计、剖面设计、结构选择以及建筑材料的使用方面融人新能源利用技术的理念，进一步确 定建筑能量的获取方式和建筑能量流线的概念，再结合经济、造价以及其他生态因素的分析，最终得到一 个综合多个生态因素的最优化的建筑设计。 开发风能会引起环境问题，如污染排放、噪音、伤害鸟类、干扰通信、安全问题和影响视觉景观。视 觉影响在实际规划时成为一种制约因素，对那些风景秀丽、经济发达和人口稠密的地区更是如此。据研究 调查发现，人们喜欢以直线排列的风机，而不喜欢以矩形网状排列的风机。要想让人们的视觉接受风机， 不仅可采用对风机进行整齐排列的办法，而且还可通过采用统一的尺寸和设计来增加美感。比如国外著名 的旅游胜地迪拜、巴林的风能与建筑一体化设计中便考虑了人们的视觉感受。 3 风能与建筑一体化设计实例介绍 3.1 迪拜预建的旋转大厦 迪拜计划建造世界上第一座旋转大厦，旋转大厦让人在不同时间看到的大厦外观不一样，每时每刻让 人有一种新鲜感。该大厦高420米，共80层，每一层都能自由旋转从而改变大厦的整体外观，这座大厦预计 在2010年之前落成。 旋转大厦的中央为柱状结构，材料大部分采用特殊钢质构造，具有很低的硬度，又有很好的韧性。在 建造这种旋转建筑时以一个核心结构为基础，大厦内部的每一楼板是由单独的片状结构组成，并在大厦的 每两层地板之间都设有能够发电的风力涡轮机（图2），是地板能够独立旋转的主要动力来源，并不会给当 地的能源问题带来压力。一座80层的大楼将拥有多达79个风力涡轮机，依靠风力旋转。大厦的另一亮点是 它将以海湾地区充沛的太阳能作为旋转动力，同时还有20个小型电动机辅助大厦每小时旋转一定度数。这 将让大楼成为真正绿色的发电厂，不仅可以实现自我供电，并且还能给大楼的用户和周围的其他建筑物提 图5 垂直排列的涡轮机