Vind kan användas som en förnybar energikälla som är ren, oförorenad och outtömlig. Sådana egenskaper har hjälpt vindenergitekniken att vara en viktig bidragsgivare till hållbar utveckling i samhället, vilket behövs med tanke på de ständigt ökande storlekarna och befolkningen i våra städer. Dessa urbana miljöer kan verkligen dra nytta av implementeringen av vindenergistrategier och har väckt stor uppmärksamhet de senaste åren. För hennes Ph.D. forskning, undersökte Yu-Hsuan Juan hur man kan förbättra urban vindenergipotential i en kompakt stadsmiljö. Hennes forskning visar att korrekt design av höghus kan ge upphov till spännande nya möjligheter i relation till urban vindenergi.

Ett sätt att begränsa stadsutbredningen i våra städer och samtidigt uppnå en mer hållbar stadsutveckling är att använda konceptet med den kompakta staden. Den kompakta staden hänvisar till konceptet att använda god planering för att uppnå en övergripande mer kompakt hållbar stadsbyggnadsform eller -arrangemang, inte bara med högre täthet av höghus utan också sammanlänkat av ett effektivt kollektivtrafiksystem. Med ökande stadsförtätning blir utformningen och hållbarheten av kompakta städer med höghus allt viktigare.

Mer turbulens

Byggnader med en höjd av 100 meter eller mer är nu ganska vanliga i många städer runt om i världen, med dessa byggnader utsatta för vindar på hög höjd. Det skulle vara ett enormt slöseri om vi inte utnyttjar sådana strukturer för produktion av vindkraft på hög höjd. När vinden passerar genom de trånga utrymmena mellan höghus, kan snabbare vindhastigheter resultera med potential att omvandlas till andra energiformer.

Vinden tenderar dock att vara mer turbulent och mindre förutsägbar i stadsområden på grund av terrängens komplexitet och heterogena grovhet. Därför är högupplösta och noggranna bedömningar av stadsvind avgörande för att samla in information som kan användas vid utformningen av installationer för att fullt ut utnyttja vindenergin. Som ett effektivt verktyg för stadsdesign i ett tidigt skede har simuleringar med beräkningsvätskedynamik (CFD) erkänts som ett nyckelverktyg för att analysera potentialen för urban vindenergi.

Plats, plats, plats

För hennes Ph.D. forskning, undersökte Yu-Hsuan Juan potentialen för generering av vindenergi i städer beroende på ett antal parametrar för höghus i närheten, såsom urban layout, design av byggnadshörn och täthet i städerna. CFD-valideringsresultat visar rimlig överensstämmelse för den genomsnittliga strömhastigheten och turbulensintensiteten mellan CFD-förutsägelserna och data från vindtunnelexperiment.

Yu-Hsuan noterade att avståndet mellan byggnaderna, som vanligtvis är mycket litet jämfört med bygghöjden för kompakta höghusområden, avsevärt kan öka medelvindhastigheten och vindenergipotentialen på grund av den välkända koncentrationseffekten. Därför är effekterna av byggnadsgeometri och deras arrangemang av särskilt intresse när det gäller karakterisering och förbättring av den urbana vindenergipotentialen.

Yu-Hsuans forskning har avslöjat att det kan vara mer effektivt att undersöka bredare designalternativ genom tidig stadsplanering och därigenom utforma den optimala konfigurationen av höghus i den så kallade kompakta staden för att realisera genomförbarheten av urban vindenergiskörd för hållbar stadsutveckling.