Сравнительный анализ форм энергоэффективных зданий с интегрированными турбинными ветрогенераторами

Аннотация

Изучен вопрос возможности получения энергии от ветрогенераторов, установленных в городской черте, а не расположенных изолированно вдалеке от населенных пунктов. Целесообразность интегрирования ветрогенераторов в городскую среду рассмотрена на примере комплекса высотных зданий. Комплекс зданий представляет собой два вертикальных объекта, сужающихся по высоте и расположенных так, что их поверхности являются конструкциями для захвата и вовлечения ветровых потоков в энергогенерирующие установки. Выполнено численное компьютерное моделирование аэродинамических потоков, действующих на башни трех вариантов сечения: от наиболее плохообтекаемого к сечению со сглаженными углами, имеющему наиболее плавные формы. При двух характерных углах атаки проанализировано влияние формы здания на скорость потока, проходимого через ветрогенератор, а также сравнение эффективности расположения установок на различной высоте между двумя башнями. Проведено сравнение по коэффициенту увеличения скорости, как более объективному показателю, учитывающему изменение скорости на подходе к зданию и у ветрогенераторов. Показано, что наиболее эффективно использование наиболее плавных форм объектов, как сохраняющих сравнительные показатели вовлекаемых в энергогенерирующие установки потоков, при этом обладающих наименьшим аэродинамическим сопротивлением

Работа выполнена при поддержке РНФ (грант № 22-13-20009, https://rscf.ru/project/22-13-20009/ )

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Хазов П.А., Ведяйкина О.И. Сравнительный анализ форм энергоэффективных зданий с интегрированными турбинными ветрогенераторами. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2025, № 5 (122), с. 41--54. EDN: UGCCFK

Литература

[1] Stankovic S., Campbell N., Harries A. Urban wind energy. Taylor & Francis, 2009. DOI: https://doi.org/10.4324/9781849770262

[2] Наумов И.И., Моторин Д.Е., Кочубей А.Л. и др. Повышение энергоэффективности и модернизация энергетических систем в России: энергоэффективность и энергоменеджмент. Дневник науки, 2021, № 10, ст. 35. EDN: TTYKEF. DOI: https://doi.org/10.51691/2541-8327_2021_10_5

[3] Хазов П.А., Поздеев М.Л. Оптимизация форм энергоэффективных зданий с ветрогенераторами. Приволжский научный журнал, 2021, № 4, с. 55--63. EDN: UCTSNV

[4] Ерофеев В.И., Сатанов А.А., Хазов П.А. и др. Рациональная ориентация объектов с интегрированными ветрогенераторами по критерию максимизации вырабатываемой электроэнергии. Машиностроение и инженерное образование, 2023, № 4, с. 39--46. EDN: EOQUZZ

[5] Елистратов В.В., Боброва Д.М. Ветроэнергетические установки --- архитектурный элемент здания. Архитектура и современные информационные технологии, 2013, № 2, с. 8.

[6] Тебуев В.В. Выработка электроэнергии с размещением ветрогенератора в вертикальном вытяжном воздушном канале в конструкции жилого здания. Патент РФ 2369772. Заявл. 12.07.2007, опубл. 10.10.2009.

[7] Karadag I., Yuksek I. Wind turbine integration to tall buildings. Intech Open, 2020. DOI: https://doi.org/10.5772/intechopen.91650

[8] Smith R.F., Killa S. Bahrain world trade Center (BWTC): The first large-scale integration of wind turbines in a building. Struct. Des. Tall Spec. Build., 2007, vol. 16, no. 4, pp. 429--439. DOI: https://doi.org/10.1002/tal.416

[9] Li Q.S., Shu Z.R., Chen F.B. Performance assessment of tall building-integrated wind turbines for power generation. Appl. Energy, 2016, vol. 165, pp. 777--788. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.12.114

[10] Клюзко В.М. Приемы объемно-планировочных решений формирования энергоэффективных высотных полифункциональных зданий, использующих энергию ветра. Архитектура и современные информационные технологии, 2015, № 2.

[11] Юрченко И.В. Обзор рынка ветроэнергетики России. Экономические науки, 2023, № 3, c. 18--24. DOI: https://doi.org/10.14451/1.220.18

[12] Satanov A.A., Erofeev V.I., Khazov P.A. Oscillations of structures interacting in the aerodynamic medium. REEPE, 2024. DOI: https://doi.org/10.1109/REEPE60449.2024.10479722

[13] Хазов П.А., Ведяйкина О.И. Компьютерное моделирование аэродинамического обтекания и оценка пешеходной аэродинамической комфортности комплекса зданий. Омский научный вестник, 2024, № 3, с. 56--63. DOI: https://doi.org/10.25206/1813-8225-2024-191-56-63

[14] Герасимов С.И., Лобастов С.А., Сироткина А.Г. и др. Регистрация воздушных ударных волн контактным и бесконтактным методом. Датчики и системы, 2019, № 2, с. 45--49.

[15] Герасимов С.И., Сироткина А.Г., Трепалов Н.А. и др. Оценка погрешности оптико-физического метода измерения параметров воздушной ударной волны. Измерительная техника, 2019, № 4, с. 38--41. EDN: TPHYUS

[16] Gerasimov S.I., Kikeev V.A., Kuzmin V.A., et al. Shadow scheme with selective range of photoregistration in aerodynamic tests. Scientific Visualization, 2019, vol. 11, no. 2, pp. 1--10. DOI: https://doi.org/10.26583/sv.11.2.01

[17] Герасимов С.И., Одзерихо И.А., Герасимова Р.В. и др. Безопасные условия проведения исследований с баллистическими установками. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2019, № 9 (714), c. 105--114. DOI: https://doi.org/10.18698/0536-1044-2019-9-105-114

[18] Басов К.А. ANSYS для конструкторов. М., ДМК Пресс, 2016.

[19] Газаров А.Р. Применение метода конечных элементов для исследования аэродинамики зданий. Известия ТулГУ. Технические науки, 2020, № 12, с. 282--284. EDN: EAUWXV

[20] Шилов С.С., Кашкина Е.С., Хазов П.А. Численное моделирование и оптимизация ориентации высотного здания по розе ветров. Приволжский научный журнал, 2023, № 3, с. 42--50. EDN: FCMGPK