[发明专利]一种提高风能利用率的寒区高层住宅的设计方法

权利要求书

1.一种提高风能利用率的寒区高层住宅的设计方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、设计楼型，在高层居民楼楼层之间建造时留有架空层，在架空层四周设置狭管聚风口，居民住宅区外墙体设置为风向导流结构，同时在相邻两幢距离适中的楼栋之间建设有竖向的交叉连接架；

步骤二、设计风能转化装置结构，设计垂直轴风叶组的风叶结构，使之风阻最大，同时设置水平轴风力发电机组的风叶结构，使之相较于传统结构重量大大降低，合理利用资源；

步骤三、风能转化装置的设置安装，在楼层之间留设的架空层中安装垂直轴风叶组，垂直轴风叶组均匀分配连接有发电机组和涡电流制热机组，然后在竖向交叉连接架中心部安装水平轴风力发电机组，并分别连接储能装置；

步骤四、将储能装置内由风能转化的能源分配到寒地高层住户家中，包括用户用电、地暖和生活用水的能源消耗。

2.根据权利要求1所述的一种提高风能利用率的寒区高层住宅的设计方法，其特征在于：所述步骤一中居民住宅区外墙体结构为向外凸起的弧面状和向外凸起的竖直方向的波浪纹状中的一种，所述架空层高度不大于居民住宅区高度的三分之一，所述架空层四面的狭管聚风口外侧设有分隔拦网，所述竖向交叉连接架为轻钢材质。

3.根据权利要求1所述的一种提高风能利用率的寒区高层住宅的设计方法，其特征在于：所述步骤一种的狭管聚风口利用了狭管效应，当横截面为A的发电机叶片承受流速为V的风力时，发电机在单位时间内产生的风能为

其中，单位时间质量流量m＝ρAV，则

实际中：

在狭管进风口风速为V₁，流经发电机叶轮后风速为V₂，进风口风速流经发电机叶轮叶片扫略面积为S₁，发电机叶轮叶片中平面的扫略面积为S，风速流经发电机叶片的扫略面积为S₂，风速产生的机械能即为风在发电机叶轮上做的功转化而来，则有V₁＞V₂，S₁＜S₂，由连续性条件得S₁V₁＝SV＝S₂V₂；

由式(3)得出流速与有效功率呈三次方关系，又由连续性条件得扫略的横截面积与流速呈比例关系，将狭管截面积缩小，则风速成倍提高，发电机功率也随之成倍提高。

4.根据权利要求1所述的一种提高风能利用率的寒区高层住宅的设计方法，其特征在于：所述步骤一中楼型设计的架空层设置于高于十层以上的居民楼楼层之间，每一组所述竖向交叉连接架设置跨度为三层楼的高度。

5.根据权利要求1所述的一种提高风能利用率的寒区高层住宅的设计方法，其特征在于：所述步骤二中垂直轴风叶组的风叶结构为截面向内凹陷的弧形板和带有勺状凹陷的风阻板，所述水平轴风力发电机组的风叶结构为两侧表面嵌入设有太阳能电池板。

6.根据权利要求1所述的一种提高风能利用率的寒区高层住宅的设计方法，其特征在于：所述步骤三中的涡电流制热机组的原理为风力机动力输出轴驱动一个转子，在转子外缘与定子间装有磁化线圈，当来自电池的微弱电流通过线圈时产生了磁力线，此时转子旋转切割磁力线而产生了涡电流，此涡电流使定子和转子外缘附近发热，定子外层设有环形冷却液套，冷却液吸收热能转变为高温液体，实现制热。

7.根据权利要求1所述的一种提高风能利用率的寒区高层住宅的设计方法，其特征在于：所述步骤三中通过涡电流制热机组将水加热传送至储能装置保温存储，使用时通过管道输送至住户家中实现地暖和热水供应，其中地暖水实现循环加热使用。

8.根据权利要求1所述的一种提高风能利用率的寒区高层住宅的设计方法，其特征在于：所述步骤三中通过垂直轴风叶组、轻质风叶的水平轴风力发电机组和太阳能电池板同时实现风能和太阳能的利用，转化的电能通过储能装置蓄电存储。