CN107288821B - 一种集风力发电一体化的新型摩天大楼 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种集风力发电一体化的新型摩天大楼，是在纵向分布的风机室外侧对角线上对应设内为尖角外为圆角且在尖角与圆角之间流线形连接组成摩天楼且由摩天楼外形构成集扩风面，在风机室相邻两摩天楼间设固定桁架，摩天楼外侧圆角自下而上向内倾斜。它以独特外形实现全方位集扩风，成为风力发电重要组成部分，以其为支撑构架，摄取高空优质风能，并以向内倾斜调整不同高度风速，成为人造高风速风场，且明显降低高空风速下风机噪声。还可利用其长度增加风能接收面积，使风机获得更大风速，提高发电能力。解决低空小风和高空大风无以利用难题。其发明构思新颖独特、结构紧凑科学合理、模块设计组装方便、性能优良效益显著、适宜发电建筑业推广。

Description

一种集风力发电一体化的新型摩天大楼

技术领域

本发明涉及一种摩天大楼，确切地说，是涉及一种以高层建筑作为风力发电机组的支撑构架，并利用所述高层建筑的外部形状来调整改善风速，从而有效而明显提高风力发电机组的发电能力的摩天大楼。

背景技术

目前，我国乃至世界上所利用的风力发电技术，都是低空年均6 米/秒以上的风能利用技术。而对于低空4-6米/秒以及高空100米以上即年均8米/秒以上的大风风能至今尚无开发利用。其主要原因是低空风速太低，导致风能利用率低，得不偿失；而高空的风速又太大致使设备噪声太大，对周围环境带来影响。专利号2010205773342公开了一种“风力发电的全方位集扩风楼式塔架”所述的楼式塔架包括冀形立柱、盖板，还包括滑道、活动挡风板、被动轮、主动轮、正方体框架、上下固定板及顺风板，主要是通过在四个冀形立柱内纵向设置多个由正方体框架、框架内上下对应的一组封闭式滑道和主动轮带动的可在所述滑道内移动的活动挡风板构成的机架实现的。它对提高风能利用率起到良好的积极作用，但由于冀形立柱为水泥构筑的封闭立柱，且上下形状完全一致，一方面使冀形立柱本身不能得到充分利用，再一个就是上下高度不同风速也不一样，尤其对高、低空风速调节不能达到理想的集扩风效果。

发明内容

本发明在于提供一种集风力发电一体化的高效节能摩天大楼，它不仅能够使现有集扩风楼式塔架的冀形立柱得以充分利用，而且能将高、低空风速调节达到十分理想的发电效果，在提高风力发电能力的同时又能明显降低设备噪音，使现有技术存在的缺陷得到弥补。

本发明的一种集风力发电一体化的新型摩天大楼，是在纵向分布的风机室外侧对角线上对应设置内为尖角外为圆角且在尖角与圆角之间采取流线形连接组成的摩天楼，且由所述摩天楼外形构成集扩风面，在风机室外侧相邻两摩天楼之间设有固定桁架，所述风机室及摩天楼的底部是具有一定外沿的裙楼，所述摩天楼外侧圆角自下而上向内倾斜。

本发明以摩天楼独特外形设计来实现全方位集风与扩风，使摩天楼成为风力发电的一个重要组成部分，同时利用摩天楼作为风机室和风力发电机组的支撑构架，把数台风力发电机进行叠加，以摄取高空的优质风力资源，并以摩天楼由外侧向内侧的倾斜来调整不同高度风能的风速，使低风速的风场有效地成为人造的高风速风场，与此同时又能明显降低高空风速对设备的噪声，并增加抗风抗震等自然灾害的能力。不仅如此，它还可利用摩天楼楼的长度来增加风能接收面积，使风机获得更大的风速，进一步提高风力发电机组的发电能力。本发明采取了全新的设计理念，打破了常规，突破了低空小风和高空大风无以利用的难题。可靠实现了发明目的。还具有发明构思新颖独特、结构紧凑科学合理、风力发电环保节能、模块设计组装方便、性能优良效益显著、四楼一体坚固耐用、智能控制自保性强、国内独创世界领先、适宜发电建筑业推广等优点。

附图说明

图1是本发明的整体结构主视示意图；

图2是本发明的整体结构的俯视示意图；

图3是本发明的整体结构示意图；

图4是本发明的整体结构示意图；

图5、图6、图7、图8分别是来风角度为0°、15°、30°、 45°时电脑数值模拟试验效果图。

具体实施方式

本发明的一种集风力发电一体化的新型摩天大楼，是在现有技术基础上设计的一种集风力发电与高层建筑一体化的前所未有的新型发电与建筑模式。它的底部是裙楼1，在裙楼1顶部是摩天楼2。所述的摩天楼2共有四栋呈对角线分布，四栋摩天楼2对角线中心是多个纵向布置的风机室(即机架)3。摩天楼2是在风机室3外侧对角线上对应设置内为尖角外为圆角且在尖角与圆角之间采取流线形连接组成，并由该摩天楼2外形构成集扩风面。同时摩天楼2外侧圆角自下而上向内倾斜。所述倾角为70-80°。摩天楼2底部的裙楼1高 20米，裙楼1与摩天楼2高度比是1：9.5-10；外形可设置成与摩天楼2相似(如图4)，周边有凸出于摩天楼2的外沿。也可设置成正方体(如图3所示)。另外为了增加整体强度还可在风机室3外侧相邻的两摩天楼2之间设置固定桁架4。所述固定桁架4由内部构架及外部包附板组成的角形结构，并置于上、下两风机室3之间水平位置。固定桁架4除增加整体强度而外，还具有导风作用。所述摩天楼2长 115米，高178米，整个楼高度是198米。可架设六组固定桁架(相当于25米一组)4。裙楼1为商用楼，裙楼1顶部的摩天楼2可作为居住楼。楼墙体采用“板楼建设”,窗户、门均采用隔音窗户、隔音门，可使室内噪音降到30分贝,相当于室内基本听不到什么声音。整栋楼内装有中央空调系统和自动通风系统，保证室内空气新鲜，舒适。

本发明的风机室3外部边长30米、高25米，结构与已公开的风力发电的全方位集扩风楼式塔架中的机架相同，每个风机室3内置一发电机组，风机与发电机同轴连接。风机室3与内部发电机组采取模块设计安装，将已安装了风力发电机组的七个风机室3自下而上进行整体吊装，四角通过固定连接件分别与四个摩天楼2固定形成一体。顶部中心固定有盖板5。

本发明由摩天楼2的流线化外形构成集扩风面，形成人为制造的高风速风场，再加上风机室3的活动挡风板和顺风板的有机配合，更加充分地发挥集扩风作用，使风机达到最佳的供风效果。显著提高风能利用率。通过中国空气动力气动中心低风速的风洞试验(见以下表 1-表4，其来风角度为β＝0°、β＝15°、β＝30°、β＝45°时的加速效果分别是1.73、1.95、2.07、2.15)和计算机仿真数值计算试验(详见图5-图8)，是四幅摩天大楼模型收缩比是8∶1时不同风攻角下的数值计算结果。其在来风角度为β＝0°、β＝15°、β＝30°、β＝45°时最大加速比分别为1.86、2.08、2.014、2.067)，所述试验结果表明，摩天楼流线化的外形可以显著提高加速效果，可以直接利用大角度范围内的来流风速；在很大角度范围内，加速效果随角度增加而越来越好,在45°时风加速效果最好。收缩比10∶1时平均加速效果为2.21倍。而且摩天大楼的二维数值计算试验结果，也达到了预期全方位平均提高风速一倍的目标。可见风洞试验和电脑数值模拟的两个结论相吻合，都是提高最大风速2.21倍，平均提高风速2倍，从而使功率提高8倍，缩小风机尺寸8倍。并明显扩大了对风能的接收面积，试验还进一步表明：本发明的摩天大楼是个高风速人造风电场，实际尺寸的摩天楼的风加速效能甚至比模型更好。达到本发明的预期效果。

表1 β＝0°时模型2的加速效果

表2 β＝15°时模型2的加速效果

表3 β＝30°时模型2的加速效果

表4 β＝45°时模型2的加速效果

本发明可形成2万多平方米接风面积的摩天大楼，可装机8兆瓦以上，供1千多住户5000人用电还有剩余,同时节省宅基地并减少粉尘与二氧化碳排放环保节能，具有抗风灾、抗水灾、抗震灾、抗火灾能力。可誉为大风刮来的能居住能发电的高楼大厦。

Claims (1)

1.一种集风力发电一体化的摩天大楼，其特征在于：所述摩天楼（2）的底部是裙楼（1），在裙楼（1）顶部是摩天楼，所述摩天楼共有四栋呈对角线分布，四栋摩天楼对角线中心是多个纵向布置的风机室（3），风机室（3）四角通过固定连接件分别与四个摩天楼固定形成一体，裙楼（1）为商用楼，裙楼（1）顶部的摩天楼（2）可作为居住楼，在纵向分布的风机室（3）外侧对角线上对应设置内为尖角外为圆角且在尖角与圆角之间采取流线形连接组成的摩天楼（2），且由所述摩天楼（2）外形构成集扩风面，在风机室（3）外侧相邻两摩天楼（2）之间设有固定桁架（4），固定桁架具有导风作用，所述风机室（3）及摩天楼（2）的底部是具有一定外沿的裙楼（1），所述摩天楼（2）外侧圆角自下而上向内倾斜；所述摩天楼（2）外侧圆角的倾角为70-80°；所述裙楼（1）与摩天楼（2）高度比是1：9.5-10；摩天大楼收缩比是8:1；所述固定桁架（4）由内部构架及外部包附板组成的角形结构，并置于上、下两风机室（3）之间水平位置。