安中大楼风环境模拟及风能利用

介绍建筑环境中的风能利用基本形式及风能利用可行性评价指标.针对安中大楼所处的特定位置,运用计算流体力学方法对周围的风环境进行数值模拟|对可能利用风能的位置即风速明显增大区域,如夹道、洞口及屋顶处进行详细的分析,利用风速增大系数指标评价风能利用的可行性,对合理布置风力机提出建议.研究结果表明：在夹道处、大楼边角处风速加大,可以安装小型风力发电机,综合考虑经济性和有效性,可以沿塔架高度布置多台水平轴风力机|建筑物开洞区域的风速增大,风向平行于洞口径深时效果显著,适合在洞口前沿布置水平轴风力机|安中大楼屋顶风速较大,集结效果明显,可以根据屋顶尺寸安装多排风力机.     

面向生态环境的光电建筑一体化的研究与应用

光电建筑一体化作为一种利用可再生能源、节能减排的新型建筑形式,得到了发达国家的普遍重视.笔者对面向生态环境的光电建筑一体化的设计与实施进行研究与分析,根据实际的建筑类型和特点,结合当地气候条件,采用光伏发电系统与建筑屋顶花园相结合的方式进行设计与安装.经实际运行,这种设计方案实现了生态化、光电建筑一体化、雨水回收利用,起到了明显的节能效果.为我国中部地区太阳能光伏建筑的规模化应用提供参考.     

能耗模拟在建筑围护结构节能改造中的应用

以上海地区某宾馆建筑为研究对象,为降低能耗拟对建筑围护结构进行改造,有外墙加保温层、屋顶加保温层和外窗贴隔热膜3种改造方案.利用建筑能耗模拟软件对原有建筑及3种改造方案实施后的建筑进行了全年空调能耗模拟,并给出了经济性分析,由分析结果可以看出,采用外窗节能改造方案的经济性最好.     

坡屋顶在建筑工程设计中的应用

随着经济社会的发展,人们对住宅的要求不仅仅局限于住宅内部的舒适,而且对外部美观也提出了更高的要求.坡屋顶是我国古代建筑的主要屋面形式,它不仅防潮、隔热、保温,而且建筑造型美观、大方.文中分析了坡屋顶的形式、坡度、承重形式、设计原则及不同屋面形式的造价,研究坡屋顶在不同地区的建筑工程设计中的应用,阐述了坡屋顶在应用过程中应注意的关键技术问题.     

建筑外墙传热系数对能耗的影响

选择典型的居住建筑,通过改变其外墙的构造形式,形成不同的建筑方案,利用DOE-2IN软件计算不同方案的能耗情况,由此分析了外墙传热系数与建筑能耗之间的关系.     

几种屋顶绿化形式的隔热及节能效果研究

作为建筑围护结构的屋顶是建筑节能重点关注的部位之一,它的隔热性能对建筑的节能效果至关重要。除了常用的建筑屋顶保温隔热材料之外,屋顶绿化可以起到一定的遮阳、隔热效果。该文研究了种植槽绿化、爬藤绿化和架空爬藤绿化3种不同的屋顶绿化形式对建筑隔热及节能效果的影响。通过测定和比较3种屋顶绿化形式与无绿化裸屋面的4个不同条件下的房间屋顶上下表面热流、屋顶内表面温度等数据,研究夏天典型气象条件下屋顶绿化的遮阳、隔热、节能效果。研究结果表明:屋顶绿化可以明显降低屋顶内表面温度,从而有效降低房间得热,进一步降低夏季的空调能耗,具有良好的节能效果。比较得出3种不同的屋顶绿化方式中种植槽屋顶绿化的隔热、节能效果最佳。     

夏热冬冷地区不同屋顶形式节能效果分析

随着世界能源危机的出现以及环境污染越来越严重,人们越来越重视建筑节能,坚持走可持续发展道路,建立生态文明社会。屋顶作为建筑围护结构的重要组成部分,对建筑节能影响很大。屋顶处于气候变化最激烈的部位,是左右顶层空间的舒适度和空调耗能的关键,尤其是低层建筑或大空间建筑的屋顶,更应该重视屋顶节能。本文基于合肥市气候条件,运用ECOTECT软件对采用普通屋顶、一般坡屋顶和保温隔热屋顶这三种不同屋顶形式的建筑进行能耗模拟,将模拟结果进行对比分析可得:保温隔热屋顶的节能效果明显,一般坡屋顶的节能效果一般,对于屋顶节能,要优先选用保温隔热屋顶。若采用坡屋顶形式,应增设老虎窗通风,节能效果更佳。     

基于空间结构视角的屋顶分布式光伏发电系统分析

以屋顶分布式光伏发电系统为研究对象,构建了考虑建筑容积率和建筑密度影响的电力供需模型。针对不同类型建筑的数值进行分析,结果表明,对任一建筑密度,减小建筑容积率可提高屋顶光伏发电系统的发电量;对任一特定建筑,存在某临界容积率,使得光伏发电系统发电量大于需求侧电负荷。     

建筑整合式双焦点微型聚光器的设计与性能分析

设计了一种建筑整合式双焦点微型聚光器。光学模拟结果显示,在双焦点无交错式镜场布局下,聚光器的光学效率最高,外墙安装和屋顶安装的光学效率分别为62.5%和63.6%。集热性能测试结果显示,聚光器凭借追踪阳光和散热面积小的优势,相比平板集热器具有更高的集热效率。聚光器安装在屋顶时的日均集热效率为24.3%,安装在外墙时为22.0%,均比平板集热器高10%以上。在满足冬季用水温度的条件下,所设计的聚光器安装在外墙或屋顶时的集热效率均优于平板集热器。     

建筑增强型垂直轴风力机气动特性数值研究

为捕获建筑环境中蕴藏丰富的高品质风能,结合高耸建筑的高度优势与建筑扩散体强化风速效应,将垂直轴风力机放置于不同建筑扩散体之间,通过数值模拟的方法研究建筑增强型垂直轴风力机在具有不同实度与不同翼型时的气动特性.结果表明:建筑扩散体可大幅提升风力机获能效率,建筑增强型垂直轴风力机较原始垂直轴风力机最大风能利用系数提升4.47倍,其最佳尖速比位置向右偏移,但其载荷波动较剧烈,且对建筑外廓敏感,其中圆弧形截面建筑可有效减小建筑分离涡造成的影响.随着实度的增加,建筑增强型垂直轴风力机风能利用系数先增大后因叶片间干扰而减小,其载荷波动和自启动性在多叶片时得到明显改善.对于不同系列的翼型,FXLV152翼型有助于减小疲劳累积损伤,最大厚度较大的NACA0021翼型有利于提高风力机的获能效率,S809非对称翼型则不适用于建筑增强型垂直轴风力机.数值结果为建筑增强型垂直轴风力机的工程应用提供部分参考依据.     

Assessment of green roof performance for sustainable buildings under winter weather conditions

A green roof is a specialized roof system that supports vegetation growth on rooftops. This technology is rapidly gaining popularity as a sustainable design option for buildings. In order to contribute to an understanding of green roof in regions with cold winters and snow, an on-site experimental investigation was present with a focus on the assessment of green roof performance during the winter. This field experiment took place on a six small buildings during the winter of 2010–2011. The work monitored three buildings with green roofs, two buildings with reference roofs and one building with a bare soil coverage for the roof. These six buildings were identically constructed and instrumented with sensor networks to provide heat flux data through the roofs. The 15 min averaged data were statistically analyzed for a week under the two separate periods, first without a snow cover and second with a snow cover. The results show that the roof type is a significant factor in affecting the thermal performance of these buildings. Most importantly, green roofs reduce heat flow through the roof and thus reduce the heating energy demand during the winter. However, the energy savings for buildings with the green roofs are reduced under snow conditions because the snow diminishes thermal resistance of the roof and increases the heat transfer process through the roofs.     

薄膜结构抗风性能概率评估方法

为研究薄膜屋盖结构不同抗风需求的超越概率评估方法,以重庆地区为例,借鉴PEER基于性能的抗震设计方法,考虑风场随机性,统计重庆地区近十年每月最大风速样本概率分布特征,获得由多项式拟合的设计风速危险性曲线.用Davenport谱表示水平风速谱,推导出风速谱危险性曲线,并用五次多项式进行拟合.考虑薄膜屋盖结构的非线性特征,近似将屋盖结构抗风需求(竖向位移限值)的平均值与风速谱值关系采用幂函数表示,推导出薄膜屋盖结构风载下不同法向变形需求值的年平均超越概率表达式.以平坦薄膜屋盖为例,采用自回归模型的线性滤波器法(AR法)模拟生成30条对应不同风压的脉动风速时程,对屋盖进行动力响应分析,通过计算,获得不同变形需求下薄膜屋盖风振响应的超越概率及最大响应重现期.结果表明:多项式拟合对于薄膜屋盖抗风需求的年平均超越概率表达式推导有较好的简化效果;基于性能的薄膜屋盖结构抗风概率评估方法通过少量结构分析可以得到结构不同位移需求的超越概率评估值.     

强风作用下群体民居围护结构破坏特征

为了模拟强风对低矮民居围护结构的破坏,采用蒙特卡洛模拟方法,考虑了群体民居围护结构中不同构件之间的相互作用,各构件的物理属性以及不同风向下群体建筑表面风压系数的变化等影响因素,研究了群体民居在不同风向、不同风速强风作用下的损失程度,分析了建筑面积密度及建筑位置的变化对建筑损失程度和分布的影响.结果表明,强风风向垂直或者平行于屋脊时,建筑损失较小;建筑面积密度越大,屋面瓦及屋面板损失越轻,下游房屋门窗破坏越严重.     

大跨悬挑屋盖结构形式对抗风性能的影响

以两个援外大型体育场主看台悬挑屋盖为工程背景,基于风洞试验刚性模型风压测试数据,从振型、频率以及在风荷载作用下的平均风压系数和脉动风荷载谱密度诸方面,分析和比较了有拱和无拱两种结构形式的大跨悬挑屋盖结构的抗风性能,得出悬挑屋盖挑蓬前沿拱可以明显改善屋盖结构抗风性能的结论,并且通过运用随机振动理论对两体育场悬挑屋盖进行风振响应计算验证了上述结论,总结出前沿拱有利于大跨度悬挑屋盖结构抗风的几点原因。     

Analysis on nonlinear wind-induced dynamic response of membrane roofs with aerodynamic effects

Based on the characteristics of membrane structures and the air influence factors, this paper presented a method to simulate the air aerodynamic force effects including the added air mass, the acoustic radiation damping and the pneumatic stiffness. The infinite air was modeled using the acoustic fluid element of commercial FE software and the finite element membrane roof models were coupled with fluid models. A comparison between the results obtained by FE computation and those obtained by the vibration experiment for a cable-membrane verified the validity of the method. Furthermore, applying the method to a flat membrane roof structure and using its wind tunnel test results, the analysis of nonlinear wind-induced dynamic responses for such geometrically nonlinear roofs, including the roof-air coupled model was performed. The result shows that the air has large influence on vibrating membrane roofs according to results of comparing the nodal time-history displacements, accelerations and stress of the two different cases. Meantime, numerical studies show that the method developed can successfully solve the nonlinear wind-induced dynamic response of the membrane roof with aerodynamic effects.     

大跨开孔结构屋盖风致响应分析的多模态精细时程积分法

大跨空间结构在灾害天气时，风从孔口处涌入，屋盖容易在内、外压共同作用下产生破坏.结合模态解耦原理和精细时程积分法，提出了多模态精细时程积分法，并推导了大跨屋盖风致响应与风效应系数的计算公式.通过大跨屋盖刚性和气弹模型风洞试验，计算了屋盖的风致动力响应时程，其结果与有限元分析吻合，验证了多模态精细时程积分法的正确性.分析了大跨屋盖跨中位移平均值、位移均方根值和加速度均方根值的分布，得出了大跨屋盖风致破坏的机理，指出高阶振型对大跨屋盖结构的风致响应的贡献不可忽略.计算比较了在四周封闭和突然开孔2种情况下的荷载风效应系数和位移风效应系数，结果表明多模态精细时程积分法是一种高效、快速、准确的大跨屋盖风致响应计算方法.     

新型抗风耗能装置在低矮房屋中布置方式的风洞试验研究

针对低矮房屋受台风作用极易损坏的问题,提出一种在低矮房屋上安装新型抗风耗能装置的防护方法。为寻求新型耗能装置的最优布置方式,使耗能装置效用最大化,针对将装置安装在双坡屋盖边缘、屋脊以及联合导流板工作等6种安装工况,通过风洞试验,研究抗风装置系统对屋面峰值风压和平均风压的影响,并对6种工况进行数值模拟分析,数值模拟结果与风洞试验一致。进行了耗能装置几何参数的优化研究,探讨了叶尖速比、叶轮根部安装角和叶根对叶尖扭角对耗能系数的影响。研究表明：安装耗能装置能有效预防屋面受风损坏;在迎风侧屋檐上部,结合导流板与抗风装置联合工作的方式能显著降低负风压对屋面结构的不利影响,这种安装方式在任一风向角下都显著降低了屋面平均风压系数极值（包括迎、背风面）,降低幅度可达40%。     

含双馈感应电机风电场的动态等值

实际风电场包括多台风电机组,对其机械和机电特性动态建模,需要引入大量微分方程,计算量较大。文章提出并实现了一种双馈感应风机机电暂态过程的等值算法。对风力机、传动系统、感应发电机、变流器及控制系统分别进行合并。考虑了风速在额定值以下或以上时,风力机采取速度控制和功率控制策略,分两种情况等值风速和风能利用系数。分别考虑电网故障和风力机风速扰动,比较等值前后风电场出口电压和功率,以及电网中同步发电机功角和频率。仿真结果表明,所提等值算法误差小,计算效率高,对风电系统暂态稳定分析具有良好的应用效果。