摘要：超高层建筑的能耗问题成为限制其发展的重要因素。建筑师们在实践中逐渐发现以超高层建筑在风能利用方面具有天然的优势，对风能技术的研究和应用成为超高层建筑设计中的重要一环。本文将同时结合理论与实践，从两个方面来阐述风能技术的优势特点以及超高层建筑设计中的运用。
关键词：风能；超高层建筑；建筑设计
随着科技的进步和人类日益增长的物质空间需求，建筑也呈现出竖向发展的趋势。超高层建筑就是在当代科技与人文背景下诞生出的一种建筑类型。超高层建筑在给人们提供了更广阔的生存空间的同时也存在一些问题，其中超高层建筑极高的能耗就是其中的一个重要问题。据统计，目前我国建筑能耗占总能耗的30%，在环境污染和能源危机的双重压力下，建筑师们已将节能减排作为建筑设计的重要指导思想和目标，尽可能地通过利用太阳能、风能等清洁能源，设计中主动节能技术措施等措施来达到建筑节能的效果。
1 风能的特点与优势
风能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源。风力发电系统在适宜的条件下使用，可以达到减小投资成本，缩短传输距离，提高工作效率等目的。超高层建筑以其高度优势，可以得到充沛的风力资源，几乎任何地区的超高层建筑都将风能技术列为主要的建筑节能手段之一，因此随着风电技术的进步，风力发电与建筑一体化以及众多新型的能能利用形式已经越来越多的出现在超高层建筑的设计中。
2 风能技术在超高层建筑中的应用
2.1 风机与建筑一体化
风机是风能资源收集系统的核心装置，也是决定风能发电功率和效率的关键。风机与建筑一体化设计是一种基于有效利用风能的建筑设计方法。它不仅要保证建筑的功能完整和造型美观，还要考虑空气动力学因素，要求建筑的各方面设计都要考虑对风能的捕捉，以增加风能发电效率。
在风机位置的选择上，主要是根据建筑风环境特点和建筑本身条件的综合考虑。通常有三种结合方式：在建筑物屋顶上安装风扇；在两栋建筑物之间安装风扇；或在建筑物空洞处安装风扇。建筑物屋顶位置风阻较小比较适合布置风机；建筑洞口或夹缝易于汇集被强化的穿堂风，因此风力较强，适合定向式风机的安装；而两栋建筑物之间的空隙易产生峡谷风，适合布置垂直轴或水平轴风力发电机。
案例一：大连星海湾君悦酒店
大连星海湾君悦酒店位于大连星海广场南侧，主要功能为酒店和公寓，塔楼高210。
建筑师设计时充分结合了大连四季海风的特点，建筑塔楼周身程弧线形，使风在通过建筑时在东北和西北角被加速，最后通过东北和西北外墙转角处的21 个垂直轴的风力涡轮机时风速达到最高，极大地提高了风能利用效率。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆据估算，君悦酒店的风力系统95％的时间在转动，80％的时间在发电，每年可以生产约 2.4×106千瓦时的电量，占建筑所需能量的3%。
2.2 风机—光伏建筑一体化
太阳能光伏一体化是目前太阳能与建筑设计结合主要的发展方向之一，具有造型美观，适用性强的特点。但由于其发电效率较低，虽应用广泛但无法完全满足建筑的能量需要。因此在超高层建筑设计中，常常将风力发电与太阳能发电联合起来组合使用，进而形成“风机—光伏建筑一体化”，最大限度的挖掘太阳能和风能资源利用的潜力。
案例二：广州珠江城大厦
广州珠江城大厦位于广州天河区，设计高度309 米，71 层，由美国 SOM 公司设计。被国外媒体誉为“世界最节能环保的摩天大厦”。大楼设计将气候技术、太阳能、风能方面的创新性方案融合起来，可自行生产其所需要的能源。
珠江城大厦是国内首次实际应用风力发电的超高层建筑。大厦 24 层和 50 层设有两个凹口，内部安装风力发电系统，当风穿过建筑时，在凹口处会被加速至三倍，通过发电系统转化为可用于内部供给的电能。此外，建筑在大厦的屋顶和东西两侧幕墙都设计了太阳能光伏系统。，即可起到遮阳作用，又能充分利用广州丰富的太阳能资源。
2.3 创新型风能利用形式
随着科技的进步和人们审美情趣的变化，不乏有建筑师在设计中提出创新型的风能利用形式。这些创新形式与传统风能技术的思路截然不同，通过全新的设备与建筑的结合形式和节能原理，给建筑以超凡脱俗的造型形式或突破性的节能效果。虽然这个类型的超高层建筑往往还停留于图纸之中，但依然丰富了建筑形式，刷新了人们的建筑观念，为未来建筑发展提供了新的思路和方向。
案例三：稻草摩天楼
稻草摩天楼位于瑞典斯德哥尔摩，由 BelatchewLab Architecture’s 设计。大楼设计是一个旧建筑改造方案，建筑师通过运用新设计和新技术，赋予建筑崭新的外观。
稻草摩天楼的建筑外表皮覆盖了一层细密的纤维杆件，使其看起来犹如一个巨大的稻草棒亦或是建筑上带了个假发。实际上这是一种新型的风力发电技术——压电效应的发电系统。当风吹过巨量的纤维时，纤维的摆动通过风压发电系统转化为电能，理论上只要纤维发生运动，就会源源不断的产生电能，相比传统的风机发电，这种风压发电系统具有使用方便、使用限制少、安全性高等优点，为将来超高层建筑节能技术的发展提供了新的潜力和思路。
3 结语
超高层建筑的发展，但其所带来的社会问题、环境问题和能耗问题也成为建筑设计师以及人类共同关心话题。对于超高层这一建筑类型，风能利用具有天然优势，建筑师们从设备与建筑结合设计的思路出发提出“风机建筑一体话”和“风机—光伏建筑一体化”等风能技术理论，并在应用于国内外超高层建筑设计实践之中，得到了十分良好的节能效果。此外，随着尖端科技的发展，建筑师们也提出了各种新型的风能利用方式，为建筑节能理论和实践提供了新鲜的思想和发展的方向。
参考文献
[1]顾锷，高层建筑的生态设计策略[D].南京：东南大学，2005.
[2]刘蕾，超高层建筑的绿色设计策略研究[D].天津：天津大学，2013.
[3]尹楠，基于生态准则的高层建筑设计方法研究[D].天津：天津大学，2009.
论文作者:徐燕萍
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第12期
论文发表时间:2018/9/17
标签：风能论文; 建筑论文; 高层建筑论文; 风机论文; 建筑设计论文; 建筑师论文; 系统论文; 《建筑学研究前沿》2018年第12期论文;