Wind kan worden gebruikt als een hernieuwbare energiebron die schoon, onbesmet en onuitputtelijk is. Dergelijke kenmerken hebben ertoe bijgedragen dat windenergietechnologieën een belangrijke bijdrage hebben geleverd aan duurzame ontwikkeling in de samenleving, wat nodig is gezien de steeds groter wordende omvang en bevolking van onze steden. Deze stedelijke omgevingen kunnen zeker profiteren van de implementatie van windenergiestrategieën en hebben de afgelopen jaren veel aandacht getrokken. Voor haar Ph.D. onderzoek onderzocht Yu-Hsuan Juan hoe het potentieel van stedelijke windenergie in een compacte stadsomgeving kan worden vergroot. Uit haar onderzoek blijkt dat een goed ontwerp van hoogbouw tot spannende nieuwe mogelijkheden kan leiden met betrekking tot stedelijke windenergie.

Een manier om de stadsuitbreiding in onze steden te beperken en tegelijkertijd te komen tot een meer duurzame stedelijke ontwikkeling, is door het concept van de compacte stad te hanteren. De compacte stad verwijst naar het concept van het toepassen van een goede planning om een ​​algeheel compactere duurzame stedelijke bouwvorm of inrichting te bereiken, niet alleen met hogere dichtheden van hoogbouw, maar ook met elkaar verbonden door een efficiënt openbaar vervoersysteem. Met de toenemende stedelijke verdichting wordt het ontwerp en de duurzaamheid van compacte steden met hoogbouw belangrijker.

Meer turbulentie

Gebouwen met een hoogte van 100 meter of meer zijn nu vrij gebruikelijk in veel steden over de hele wereld, waarbij deze gebouwen onderhevig zijn aan wind op grote hoogte. Het zou een enorme verspilling zijn als we dergelijke constructies niet benutten voor de productie van windenergie op grote hoogte. Als de wind door de nauwe ruimtes tussen hoogbouw waait, kunnen er snellere windsnelheden ontstaan ​​met het potentieel om te worden omgezet in andere vormen van energie.

Wind is echter meestal turbulenter en minder voorspelbaar in stedelijke gebieden vanwege de complexiteit en heterogene ruwheid van het terrein. Daarom zijn nauwkeurige beoordelingen van stedelijke wind met hoge resolutie cruciaal voor het verzamelen van informatie die kan worden gebruikt bij het ontwerp van installaties om windenergie volledig te benutten. Simulaties met behulp van computationele vloeistofdynamica (CFD) zijn een effectief hulpmiddel voor stadsontwerp in een vroeg stadium en worden erkend als een belangrijk hulpmiddel voor het analyseren van het potentieel van stedelijke windenergie.

Locatie, locatie, locatie

Voor haar Ph.D. onderzoek onderzocht Yu-Hsuan Juan het potentieel voor stedelijke windenergieopwekking, afhankelijk van een aantal parameters voor hoogbouw in de buurt, zoals stedelijke lay-out, hoekontwerp van gebouwen en stedelijke dichtheid. CFD-validatieresultaten laten een redelijke overeenkomst zien voor de gemiddelde stroomsnelheid en turbulentie-intensiteit tussen de CFD-voorspellingen en gegevens van windtunnelexperimenten.

Yu-Hsuan merkte op dat de afstand tussen de gebouwen, die meestal erg klein is in vergelijking met de bouwhoogte voor compacte hoogbouwgebieden, de gemiddelde windsnelheid en het windenergiepotentieel aanzienlijk kan verhogen vanwege het bekende concentratie-effect. Daarom zijn de impact van de geometrie van gebouwen en hun opstelling van bijzonder belang als het gaat om karakterisering en verbetering van het potentieel voor stedelijke windenergie.

Het onderzoek van Yu-Hsuan heeft aangetoond dat het effectiever kan zijn om bredere ontwerpalternatieven te onderzoeken door middel van vroege stedenbouwkundige planning, en daardoor de optimale configuratie van hoogbouw in de zogenaamde compacte stad te bedenken om de haalbaarheid van het oogsten van stedelijke windenergie te realiseren. voor duurzame stadsontwikkeling.