DE102009033628B4

DE102009033628B4 - Gebäudebasierter, kompakter, Windgenerator im Vertikal-Axial-Betrieb

Info

Publication number: DE102009033628B4
Application number: DE102009033628.1A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-10-11
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2014-07-31
Anticipated expiration: 2029-07-18
Also published as: DE102008051309A1; DE102009033628A1

Abstract

Der gebäudebasierte, kompakte Windgenerator im Vertikal-Axial-Betrieb vermeidet die bekannten, die Umwelt optisch belastenden Nachteile des Einsatzes von vertikal-axialen Windgeneratoren in Wohngebieten und verringert die Geräusche. Erfindungsgemäß weisen Säulen und/oder Türme eines Gebäudes (10) Halterungen für Windgeneratoren (WG) auf und ein Funktionsturm (1) ist zur Aufnahme des Windfangrotors (6) mit seinen Windfangrotorblättern (19) und der elektrischen WG-Einheit (21) vorgesehen. Der Funktionsturm (1) ist mit dem Gebäude (10) und dessen Strukturstützen (11; 12) verbunden und an dessen Innenmantel (8) sind Auflager (9) für die Aufnahme des gesamten Windgenerators (WG) angeordnet. Am äußeren Turmmantel (3) sind winddurchlässige Gitterwerke (4) ausgebildet, an denen strömungsleitende Flächenteile (13) zur Durchflussakustikdämpfung angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen gebäudebasierten, kompakten Windgenerator im Vertikal-Axial-Betrieb.
Allgemein bekannt sind Windgeneratoren mit vertikaler Rotationsachse, die jedoch trotz ihrer Vorteile selten zum Einsatz kommen. Das Rotationspaket aus elektrischem Stator, elektrischem Rotor und Windfangrotor weist gegenüber herkömmlichen Windgeneratoren kompakte Abmessungen auf. Die Installation von vertikalen Windgeneratoren an Stahlmasten innerhalb geschlossener Wohngebiete wird vielerorts von der Bevölkerung als ähnliche Umweltbelastung empfunden wie die Aufstellung herkömmlicher Windgeneratoren mit Rotoren großer Abmessungen.
Aus der US 2006/0 140 748 A1 ist ein Verfahren zur Konzentration von Wind zur Erzeugung von Elektrizität bekannt. Ein Windgenerator mit Vertikal-Axial-Betrieb weist einen Windfangrotor mit Rotorblättern und eine elektrische Generator-Einheit auf, der in einem Turm angeordnet ist, der an ein Gebäudean grenzt und mit diesem verbunden sein kann. Die Gebäude sind in verschiedenen Ausführungen so angeordnet, dass diese den Wind auf den Turm mit dem Windgenerator konzentrieren.
Die Aufgabe der Erfindung ist ein gebäudebasierter, kompakter Windgenerator im Vertikal-Axial-Betrieb, der die bekannten, die Umwelt optisch belastenden Nachteile des Einsatzes von vertikal-axialen Windgeneratoren in Wohngebieten vermeidet und die Geräusche verringert.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung enthalten die abhängigen Ansprüche 2 bis 4.
Erfindungsgemäß sind bei der Gebäude-Neubauplanung Säulen und/oder Türme zur Aufnahme von vertikal betriebenen Windgeneratoren in bzw. an Gebäude-Außenseiten vorgesehen, auf die der Wind zugreifen kann. Das hat den Vorteil, dass die Umwelt von dicht besiedelten Wohngebieten nicht durch eine große Anzahl von separaten, über das Wohngebiet verstreuten Stahlmasten optisch belastet bzw. verunstaltet wird.
Eine vorteilhafte Ausführung der Art der Plazierung von vertikal-axial arbeitenden Windgeneratoren besteht darin, dass bei der Verwendung bzw. dem Anbau von äußeren Säulen bzw. Türmen an Gebäuden, wie sie beispielsweise auch für außen an die Gebäude angesetzte Treppenhäuser oder Fahrstuhlbereiche üblich sind, Betonsäulenstrukturen und/oder Funktionstürme von insbesondere runden Querschnitts oder Stahlkonstruktionen vorgesehen sind. Diese sind außer für die Strukturfunktionen für Treppenhaus- und Fahrstuhlaufbauten nach ihrer Bauart auch erfindungsgemäß in ähnlicher Weise für die gebäudeäußere Plazierung der kompakten, vertikal-axialen Windgeneratoren und deren Aufnahmelager vorgesehen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass an der Mantelinnenfläche, insbesondere des Funktionsturmes, radial umlaufende Auflagehalterungen entlang der vertikalen Achse verteilt angeordnet sind, wodurch Rotationsschwingungen der Windgeneratoreinheit gedämpft werden bzw. die Laufstabilität verbessert wird. Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausführung besteht darin, dass in einen vorgefertigten Funktionsturm die schlanke, zum vertikal-axialen Betrieb vorgesehene Windgeneratoranordnung auf einfache Weise von oben in den Funktionsturm abgesenkt und in die im Funktionsturm vorgesehenen Halterungen eingeschwenkt wird.
Ein weiterer Vorteil bei der Anordnung eines vertikal-axial betriebenen Windgenerators in einem Funktionsturm besteht darin, dass das gesamte Volumen des über der Erdoberfläche errichteten Funktionsturmes komplett zur Aufnahme des gegen den Wind gestellten Windfangrotors vorgesehen ist und der elektrische Stator und elektrische Rotor des Windgenerators unterirdisch plaziert sind. Dadurch werden große Windfangflächen mit optimaler Erzeugung von Windkraftenergie geschaffen. Vorteilhaft ist erfindungsgemäß dabei auch, dass der elektrische Teil des Windgenerators bei Neubauten zunächst unterirdisch plaziert wird anschließend der Windgenerator und das Gehäuse des Funktionsturmes darauf installiert werden.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführung besteht darin, an den Außenfassaden des Funktionsturmes winddurchlässige Gitterwerke auszubilden, wodurch der Wind einerseits einfach ohne Widerstände durchtreten kann und andererseits der Winddurchlass in kontrollierten Bahnen ohne akustische Störungen von Hausbewohnern verläuft. Außerdem stellt jeder Windgenerator-Funktionsturm optisch-architektonisch ein umweltmäßig ähnlich angepasstes Bild dar, wie etwa die Funktionstürme von Treppenhäusern oder Fahrstühlen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass bei architektonischer Planung von mehreren Hochhäusern oder Parkhäusern auf einer eingeschränkten Bodenfläche die Hochhäuser sternförmig zueinander ausgerichtet sind. Die Anordnung der Häuser weist in der Draufsicht z. B. ein ellipsenartiges Profil auf und der Windgenerator-Funktionsturm ist im Sternzentrum zwischen den Hoch-/Parkhäusern plaziert. Dadurch werden die ortsüblichen, in das Sterngebilde eintretenden Windströmungen in Richtung auf den Windfanggenerator komprimiert und damit der Druck auf die Rotorblätter des Windfanggenerators erhöht, was zu einer Leistungssteigerung führt.
Ein weiterer Vorteil gemäß der Erfindung besteht darin, dass die schweren elektrischen Stator- und Rotorteile des vertikal-axial betriebenen Windgenerators unterirdisch unter dem Gebäude plaziert werden, auf die eine senkrechte Welle die Windkraft von einem auf dem Gebäudedach plazierten Windfangrotor überträgt. Der gebäudedachseitig plazierte Windfangrotor ist entweder in der bekannten schlanken Säulenform mit senkrecht übereinander gestaffelten Rotorblättern auf dem Dach installiert oder aber in einer alternativen flachen Form radial gestreckt über den gesamten Umfang über der Gebäudedachoberfläche ausgebildet. Die alternative Lösung bietet eine einfache architektonisch-optische Anpassung an das Gebäude mit gleichzeitig wegen der kürzeren Rotationsachse des Windfangrotors geringeren Betriebsschwingungen.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung 1a zeigt den schematischen Aufbau eines Funktionsturmes.
Der Funktionsturm 1 des Windgenerators WG weist einen äußeren Turmmantel 3, daran ausgebildete Gitterwerke 4 zwecks Luftdurchlaß und Luftströmungssteuerung und einen Windfangrotor 6 mit seiner senkrechten Rotationsachse 5 und den darin angeordneten Windfangrotorblättern 19 auf. Unterhalb der Erdoberfläche 20 des Funktionsturmes 1 ist erfindungsgemäß die elektrische Windgeneratoreinheit 21 installiert. Bei Neubauplanungsprojekten wird die elektrische Windgeneratoreinheit 21 zunächst unterirdisch installiert. Danach wird der Funktionsturm 1 für den Windgenerator mit seinem äußeren Turmmantel 3 an der unteren Schale 22 befestigt. Der Windfangrotor 6 mit den Windfangrotorblätteren 19 wird durch die Dachöffnung 2 des Funktionsturmes 1 auf Auflager 7 im Innenmantel des Funktionsturmes 1 herabgesenkt und an die elektrische Windgeneratoreinheit 21 angekoppelt. Der Funktionsturm 1 ist über eine senkrechte Strecke fest mit einem benachbarten größeren Gebäude 10 verbunden. Diese Verbindung, insbesondere die extra starken Träger 11, 12 des Gebäudes 10 geben dem Funktionsturm 1 eine strukturelle Festigkeit, was gleichzeitig zur Begrenzung des Schwingungsniveaus des Windgenerators WG im Betriebszustand beiträgt.

Claims

Gebäudebasierter, kompakter Windgenerator im Vertikal-Axial-Betrieb, der einen Windfangrotor mit Windfangrotorblättern in einem Turm aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Säulen und/oder Türme eines Gebäudes (10) Halterungen für Windgeneratoren (WG) aufweisen und ein Funktionsturm (1) zur Aufnahme des Windfangrotors (6) mit seinen Windfangrotorblättern (19) und einer elektrischen WG-Einheit (21) vorgesehen ist, der Funktionsturm (1) mit dem Gebäude (10) und dessen Strukturstützen (11; 12) verbunden ist und an dessen Innenmantel (8) Auflager (9) für die Aufnahme des gesamten Windgenerators (WG) angeordnet sind und am äußeren Turmmantel (3) winddurchlässige Gitterwerke (4) ausgebildet sind, an denen strömungsleitende Flächenteile (13) zur Durchflussakustikdämpfung angebracht sind.
Gebäudebasierter, kompakter Windgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische WG-Einheit (21) in eine unter Grund errichtete Bauschale (22) eingelassen ist, wobei der überirdisch plazierte Funktionsturm (1) mit dem Windfangrotor (6) auf der unterirdischen Bauschale (22) angeordnet ist.
Gebäudebasierter, kompakter Windgenerator nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine sternförmige Anordnung von Hochhäusern und/oder Parkhäusern mit einem Funktionsturm (1) im Sternzentrum, wobei die im Draufsichtquerschnitt ellipsenformähnlichen Gebäude eine strömungstechnisch sich verengende Passage für die in Hauptwindrichtung anströmende, auf den Windfangrotor (6) treffende Windkraft bilden und die durch die Einschnürung eine komprimierende Energiedichte aufbauen.
Gebäudebasierter, kompakter Windgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische WG-Einheit (21) in einer Bauschale (22) unter einem Gebäude (10) eingebaut ist und mit einem auf dem Gebäudedach flach angeordneten Windfangrotor (6) mit einer kurzen Rotationsachse (5) über eine Welle verbunden ist, wobei die Windfangrotorblätter (19) radial gestreckt den gesamten Umfang der Dachoberfläche überstreichen.