הרהור הרוח העירונית: גבול חדש בדור כוחות האתר

ככל שהערים מתרחבות והדחף העולמי לעצימות של פחמן, השילוב של מערכות אנרגיה מתחדשות ישירות אל הסביבה הבנויה עבר מהרעיון הניסויי להכרחי מעשי.Build-intrated Wind טורבינות רוח (BIWTs) מייצג אסטרטגיה משכנעת ליצירת זרימת חשמל נקייה שבה הוא נצרך, צמצום אובדן השידור, והופכת מבנים פסיביים לתורמים פעילים לרשת האנרגיה הגדולה, הדורשת מצורות רוח גדולות ותופסות של תשתיות.

גישה זו לדור כוח באתר מיישרת עם מטרות בניית אפס נטו ומציעה לבעלי בניין גידור נגד עלויות השירות עולה.עם זאת, יישום מוצלח דורש הבנה עמוקה של אווירודינמיקה, הנדסה מבנית, ותנאי רוח מיקרו-אתריים הבאים לחקור את הממדים הטכניים, הכלכליים והעיצוביים של שדה מתפתח זה.

יתרונות של בניית אנרגיית רוח משולבת

טורבינות חודרות לתוך מבנים מניבות מערך ייחודי של הטבות על מתקנים מואצים, במיוחד בהקשרים עירוניים צפופים שבו החלל נמצא בקרן.

מקסמת מקרקעין לא מנוצלים

מבנים במרכזי העיר עולים גבוה מעל מכשולים מסביב, גישה לזרימת רוח חזקה ועקבית יותר. גגות, אבני בניין, פערים מעוצבים במיוחד או אטריות הופכים למקומות ראשוניים ללכידת אנרגיה מבלי לדרוש רכישת קרקעות נוספת.יעילות החלל הזו קריטית במטרופולין שבו כל מטר רבוע של קרקע כבר מחויב לפעילות כלכלית.

ישירות על האתר הנחה והפחתה של אובדן Transmission

אנרגיה המיוצרת על-ידי מערכות בנייה – הזרקור, HVAC, ומעליות – תוך שמירה על הרשת כולה.זה נמנע מהפסדי השידור והפצה של 5-10%, האופייניים לכוח שנוצר מרכזי.כאשר בשילוב עם אחסון סוללות, בניין יכול לשנות את ההסתמכות שלו הרחק מצמחי שיא דלק מאובן במהלך תקופות ביקוש גבוה, לתרום ליציבות הכוללת של הרשת.

שיפור נקודות התעודה

בניית מערכות דירוג כגון LEED, BREEAM, ו- Well Reward על הדור אנרגיה מתחדשת באתר. A היטבexeated BIWT ההתקנה יכולה לתרום באופן משמעותי להשגת רמות הסמכה גבוהות יותר, אשר בתורו יכול להגדיל את שווי הנכס ולמשוך דיירים מודעים לסביבה.

מותג חיובי ופרסום

בניין שמייצר אנרגיה נקייה משלו משמש כהצהרת של ניהול סביבתי.הנוכחות החזותית של טורבינות רוטטת יכול להפוך לתכונה אדריכלית איקונית, חיזוק הנרטיב של החברה או העיר סביב חדשנות וקיימות.ערך מיתוג זה, בעוד קשה יותר לכמת מאשר חיסכון של וואט, לעתים קרובות גורמים לקבלת החלטות הפרויקט.

שיקולים עיצוביים והנדסה קריטיים

הפריסה המוצלחת של BIWTs נשענת על גישה רב תחומית שמאזנת את האנרגיה בביקוש לבטיחות מבנית, בקרת רעש, ולכידות ארכיטקטונית. Rushing Past theseגורמים מובילים לכשלים בביצועים או לכשלים תפעוליים, אשר פגעו היסטורית במוניטין של טכנולוגיית רוח עירונית.

הערכה של מיקרו-Siting ו- Wind Resource Assessment

רוח עירונית מורכבת ומטרידה, שעוצבה על ידי מבנים הסובבים, קניונים רחוב ודפוסי מזג אוויר עונתיים. מפת רוח גנרית אינה מספיקה.מפתחים חייבים לקבוע דינמיקות נוזלים חישוביות מפורטות (CFD) מודלים או על אתרי Aemometer מחקרים כדי לזהות אזורים של האצה - לעתים קרובות בפינות בנייה או מעל טמפלפטים גג. טורבינס צריך להיות ממוקם באזורים שבהם מהירות הרוח הממוצעת עולה על 4-5 / סטיות גבוהות, עם אינטנסיביות נמוכה יותר, עם אינטנסיביות גבוהה.

גם את הכיוון הרוחי השורר בגובה הגג עשוי להיות שונה מהנתונים ברמה הקרקעית עקב תקשור אפקטים.מערכות OOW מכוונן יכולות לעזור, אך עיצובים קבועים תלויים במידה רבה על היישור הראשוני המדויק.

עומסים מבניים וניהול Vibration

כל טורבינות מוסיפה גם עומסים מתים סטטיים ועומסי חיים דינמיים – בעיקר רטט וסרקה – למסגרת הבניין.עבור מבנים קיימים, מהנדס מבני חייב להעריך האם הגג או החזית יכולים להתמודד עם הלחצים הנוספים הללו ללא רטרופיטינג.בניה חדשה יכולה לשלב פלדה או לתמוך קונקרטית בשלב העיצוב, להפיץ כוחות באמצעות הליבה והעמודות.

בידוד Vibration הוא קריטי באותה מידה. Unchecked, רטט טורבינות מועבר דרך המסגרת המבנית, גורם אי נוחות הדיירים ושחרר פוטנציאלי של קשרים לאורך זמן. â € ¢ â € ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ביצועים אקוסטיים ו-Occupant Comfort

רעש נשאר המקור הנפוץ ביותר של תלונות בהתקנה BIWT. רעש Aeroדינמית מטיפים להב ורעש מכני מהגנרטור ותיבת הילוכים יכול להסתנן ליחידות מגורים, חללי משרדים או שכנים סמוכים.

  • בחירת טורבינות עם יחס מהירות טיפ נמוך (סיבוב איטי יותר) כדי להפחית רעש אווירודינמיקה.
  • משיכת טורבינות הרחק מצריכת אוורור וחלונות אופרות.
  • תיבות הילוכים של קול-אבינג דיור.
  • קביעת רפידות מבצעיות בשעות הלילה באזורי שימוש מעורבים.

מודלים אקוסטיים של תורו במהלך שלב העיצוב, אשר אושר על ידי ניטור לאחר ההתקנה, מסייע להימנע רטרופורפיטים יקרים או חסימה כפויה.

שילוב אדריכלי ואיתטיטיסות

ההשפעה החזותית יכולה להיות גורם מכריע בהיתר וקבלת הקהילה. Turbines כי התנגשות עם השפה האדריכלית של הבניין עשוי להתמודד עם התנגדות של לוחות ביקורת עיצוב או רשויות שימור היסטורי.

  • עיצובים Helical או אנכיים-axis אשר משלבים עם קירות וילונות מודרניים.
  • טורבינס משולבים בתוך המתחם הקיים של מגדל קירור או מעליות מעלית.
  • להבים וצבעי תא שמשלמים חומרים חזיתיים.

המטרה היא להפוך את מערכת האנרגיה לקרוא כתכונה ארכיטקטונית מכוונת ולא לאחר מכן תקוע על הגג.

אפשרויות טכנולוגיות: Horizontal vs. Verticalציר

הבחירה של תצורה טורבינה משפיעה באופן משמעותי על הביצועים, תחזוקה ובניית תאימות. Horizontal-axis Wind טורבינות רוח (HAWTs) לשלוט בשוק בקנה מידה השירות, אבל טורבינות רוח אנכית-אקסילס (VAWTs) מציעים יתרונות ייחודיים בסביבה הבנויה.

Horizontal-Axis Turbines (HAWTs)

אלה הם העיצובים המסורתיים שלושה להבים המוכרים מחוות רוח.בבניית יישומים, הם יעילים ביותר כאשר הם רכובים על מגדלים גבוהים או בשוליים גג שבהם זרימה לחמנדר (לא מטרידה) זמינה. HAWTs להשיג יעילות גבוהה יותר ברוח יציבה, אך דורשים מנגנונים של yaw לעמוד מול הרוח. הגודל שלהם ופרופיל הראייה שלהם יכול לשלוט צללית הבניין, ובדרך כלל הם מציגים רמות גבוהות יותר של דירוגים דומים של VAWT.

Vertical-Axis Turbines (VAWTs)

VAWTs, כולל Darrieus וסובוניוס סוגים, לקבל רוח מכל כיוון ללא מערכת yaw, לפשט את ההתקנה וצמצום החלקים הנעים.יחס המהירות התחתון שלהם גורם בפעולה שקטה יותר ופחות תנועה חזותית - גורמים חשובים באזורים עירוניים צפופים. VAWTs גם לסבול מהפרעות רוח סוערות ועצבניות יותר מאשר HAWTs.

עיצובים היברידיים המתפתחים משלבים את היכולת של רוטורס של Savonius עם יעילות של להבים דארריוס, המציע פתרון מאוזן עבור יישומים ממוחזרים גג.

מחקרים עולמיים: מה עובד ומה לא

בחינת התקנות בעולם האמיתי מגלה את החשיבות של עקרונות העיצוב המתוארים לעיל.יש פרויקטים שהפכו לציוני דרך חגגו; אחרים משמשים כסיפורים זהירים.

מרכז הסחר העולמי של בחריין (Manama,בחריין)

מתחם התאומים-לwer כולל שלוש מילימטר-דמטר HAWTs על גשרים המשתרעים בין המגדלים. רוח המשפך העיצוב המבנית דרך הפער, מאיצה את זרימת הטורבינות.הההתקנה מייצרת כ-11-15% מהביקוש לאנרגיה של המגדל - תרומה בולטת למבנה מסחרי גדול.

Strata SE1 (לונדון, בריטניה)

בתחילה, כאשר ה-eco-tower הראשון של לונדון, סטרטה SE1 משלב שלושה 9 מטר HAWTs משולבים במבנה הגג.הפרויקט נתקל באתגרים תפעוליים: טורבינות תחת תת-התעלמות בשל דפוסים מורכבים, סוערים סביב הבניין, והתברר שקשה לשמור על תלונות מתושבים נוספים לחבק.

The Edge (Amsterdam, הולנד)

בעוד ה- Edge ידוע בעיקר בזכות מערך השמש ומערכות פיתוח חכמות, החזית הדרומית שלה משלבת שורה של VAWTs קטנים יותר כגורם גלוי של אסטרטגיית הקיימות שלה.הטורפות לתרום תערובת האנרגיה הכוללת של הבניין ומשמשות בעיקר כתכונה חינוכית ומגלמת.פרויקט זה מדגים כיצד אפילו תרומות רוח צנועות יכולות להיות משמעותיות כאשר משולבות לתוך רחב יותר, מגוונת על תיקו.

לקריאה נוספת על הפרמטרים עיצוביים, ה-FLT:0U.S. National Renewable Energy Laboratory (NREL)FLT:1 שומרת על ספרייה נרחבת של מחקרים הערכת משאבי רוח עירוניים.בנוסף, ה-FLT:2Council על בניינים גבוהים ועירוניים (CTBU) 3) מפרסם מאמרים טכניים על שילוב של מבנים מתחדשים בפרויקטים גבוהים.

אתגרים עקביים וכיצד התעשייה מגיבה

אימוץ של BIWTs היה איטי יותר מאשר השמש על גג בשל כמה מחסומים מבניים ושוקיים.

עלויות הון גבוהות

Per קילוואט מותקנת, מערכות BIWT נשארות יקרות יותר ממערך פוטו-וולטאי, בעיקר בשל רטרופורפיטים מבניים, מערכות גידול מותאמות אישית, ונפחי ייצור נמוכים יותר.עם זאת, עלויות יורדות ככל שהספקים מפתחים עיצובים סטנדרטיים של בנייה. כאשר בשילוב עם השמש, BIWTs יכולים לשפר את צפיפות האנרגיה של גג ולהרחיב את שעות של דור באתר לשעות הלילה וחודשי החורף.

אנרגיה משתנה ובלתי-בטוחה

רוח עירונית היא בלתי צפויה פחות מאשר רוח פתוחה-שדה ייצור אנרגיה שנתי יכול להשתנות על ידי 30-50% בהתאם לשינויים בבנייה הסובבים - בניין חדש ליד הדלת יכול לשנות באופן דרסטי את דפוסי זרימת הדם. ערבויות ביצועים מיצרנים היו נדירים, מה שהופך מימון מורכב יותר.חוסר ודאות זה מטופל בהדרגה על ידי כלים מודלים טובים יותר.פלטפורמות כמו FLT:0 Global WindFLT:1 עכשיו כוללים מורכבות עירונית כי מוקדם שיפור יכולת ההקרנה.

גישה ובטיחות

התקנת טורבינות על בניינים גבוהים מסבך תחזוקה שגרתית. קריין עשוי להיות נדרש עבור להב או החלפת תיבת הילוכים, ובמקרים מסוימים, עלות גג helipads או hoists זמני חייב להיות משולב לתוך העיצוב.פרוטוקולים בטיחות לעובדים בגובה להוסיף עלויות ניטור מצב מרחוק - שימוש חיישנים רטט ונתונים ביצועים בזמן אמת - יכול להפחית את הצורך על-ידי זיהוי תקלות מוקדם.

סליחות ו- Permitting Hurdles

טורבינות רוח אינן מטופלות במפורש בבניית קודים, מה שגורם למפתחים לנווט בתיקון סמכות התעופה (להגבלות גובה ותאורה), דירקטוריון התכנון, ואישורי שימור היסטוריים.עיריות שאימצו היתרים להתחדשות בקנה מידה קטן, כפי שנראה בשווקים מובילים כמו גרמניה ויפן, רואים שיעורי אימוץ של BIWT גבוה יותר לשפת הקוד המעודכנת הם עדיפות מתמשכת לתעשיית התעשיות.

תחזית טכנולוגיות ו-Market Momentum

למרות ההוורדים, המסלול של הרוח המתוכננת בבנייה הוא למעלה, מונע על ידי שילוב מגמות במדעי החומרים, בקרה דיגיטלית ומדיניות.

משקל אור וחומרים

התקדמות בלהבות פחמן-פיבר וביו-קופוביות להפחית את משקל טורבינות, להקל על דרישות מבניות על בניינים והורדת עלות האנרגיה הטפילטית של ביצוע המערכת. רכיבי אור גם מפשטים את ההתקנה ולהפחית את הסיכון הביטחוני במהלך תחזוקה.

בקרה חכמה ושילוב גריידי

טורבינות מודרניות באים מצוידות עם מיקרו-מטור ואלקטרוניקה כוח המאפשרים להם לאי בצורה חלקה עם מערכות סוללות בניין או כלי רכב חשמליים טעינה תשתיות.בקרי למידת מכונה יכולים לצפות גורים ולהתאים את תיבת הלהב או מומנט גנרטור כדי חלקה כוח, הגנה הן הרשת והן מערכות החשמל של הבניין מפני תנודות מתח.

עיצוב משולב Kits

דור חדש של מוצרים מציע מערכות טורבינות טרום-מנועיות, מודולריות כי למחוץ על דליפות גג פלדה סטנדרטיות או חזיונות חזיתיות. ערכות אלה להפחית עלויות הנדסיות מותאם אישית ולהאיץ על ידי שימוש ב Assemblies טרום-certified. כמה יצרנים אירופיים מציעים כעת יחידות VAWT מותקנות באופן ספציפי לפרויקטים רטרוfit עירוניים.

תמיכה במדיניות ומחירי פחמן

בעוד ערים לאמץ תוכניות פעולה אקלים אגרסיביות יותר - כולל גבולות פחמן מגולמים וחובה על שבריריים מתחדשים באתר -BIWTs להפוך כלי ציות אטרקטיבי יותר. Feed-in מכס, מדיניות מדמינג נטו הכולל רוח, ודהמה מואצת עבור בניית מבנים מתחדשים מתוחכמים משפרת את המקרה העסקי.התיקון של האיחוד האירופי של ביצועי האנרגיה של הנחיית מבנים (EPD) מעודד במפורש מסגרות מבוזרות כדי לספק תמיכה שיתופית.

עבור צוותים הפרויקט שוקלים את BIWT, שיתוף פעולה עם יועצים מנוסים אנרגיית רוח בשלב העיצוב הסכימטי הוא הגורם היחיד החשוב ביותר להצלחה. מחקר מעמיק של יכולת מחקר - גילוי משאבי רוח, ניתוח מבני, מודלים אקוסטיים ופרות פיננסים - פרויקטים של פירענים המספקים החזרי אנרגיה אמיתיים מאלה שהופכים להיות ציוני דרך underperforming.

צעדים מעשיים לצוותי פרויקטים

כדי לעבור מהרעיון ועד גיוס, בעלי בניין וצוותי עיצוב צריך לעקוב אחר תהליך מובנה:

  1. (FLT:0) בדיקת יעילות: 1FLT (FLT:1) השתמש במחקרי רוח מבוססי LIDAR כדי להעריך את התשואה השנתית באתר הספציפי. Reject אתרים שבהם רוח ממוצעת יורדת מתחת ל-4 מ"ר / s בגובה טורבינות.
  2. (FLT:0) מודלים עצביים ואקוסטיים: קיד 1 (אנ') פיתחו מהנדס מבני ויועץ אקוסטי מוקדם לזהות השלכות עלות ומגבלות עיצוב.
  3. בחירת:0Technology: FLT:1 בחר בין HAWT ו VAWT מבוסס על סובלנות סוערת, גבולות רעש, והעדפה חזותית.בקש נתונים ביצועים מיצרנים מרובים בתנאי רוח עירוניים.
  4. (FLT:0) קבלת מעורבות בעלי העניין: FIRLT:1) מציג מחקר השפעה רעש, ניתוח צלי צל, וסימולציות חזותיות לתכנון רשויות ובנייה.
  5. (FLT:0) הקצאה ובקרה: FLT:1IRTERS AND Powerמטר כדי לאמת ביצועים נגד מודלים.

רוח מגובשת בניין נשארת טכנולוגיה נישה אך מתבגרת.כאשר היא מיושמת עם ציפיות קשיחות ומציאותיות, היא מציעה דרך מוחשית להפחתת פחמן באתר שמש, גיאוותרמית וסוללת אחסון.הבניינים של העשור הבא לא רק יחסנו את הדיירים שלהם - הם ישתתפו באופן פעיל במערכת האנרגיה. Turbines המשולבים לתוך הבד שלהם יהיה אחד הכלים שגורמים להשתתפות אפשרית.