Άνεμος

Ο άνεμος είναι το αποτέλεσμα της ηλιακής ακτινοβολίας. Καθώς ο ήλιος λάμπει, διάφορα τμήματα του εδάφους και της θάλασσας θερμαίνονται με διαφορετικό ρυθμό. Εξαιτίας της γωνίας που σχηματίζει ο άξονας περιστροφής της γης, μεγαλύτερα ποσά θερμότητας πέφτουν στις περιοχές του ισημερινού και αρκετά λιγότερα προς τις περιοχές των πόλων.  

Ο θερμός αέρας στις περιοχές του ισημερινού σαν ελαφρύτερος ανεβαίνει προς τα υψηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας επιτρέποντας στα ψυχρά αέρια τμήματα των πόλων να κινηθούν προς τον ισημερινό.

Επομένως, ο  άνεμος είναι το αποτέλεσμα της διαφοράς ατμοσφαιρικής πίεσης. Η ταχύτητα  και η διεύθυνσή του καθορίζονται από τη διαφορά πίεσης και την απόσταση των κέντρων υψηλής και χαμηλής πίεσης.

Σε ικανοποιητικό ύψος  (περίπου 100 μέτρα) η ταχύτητα του ανέμου και η διεύθυνση είναι ίδια σε μια μεγάλη περιοχή. Όσο πλησιάζουμε στο έδαφος αυτή η εικόνα αλλάζει εξαιτίας της αντίστασης που συναντά ο άνεμος από τις ανωμαλίες του εδάφους, για να γίνει πρακτικά μηδενική (η ταχύτητα) στην επιφάνεια του εδάφους.

Ανάλογα με τη μορφολογία του εδάφους στην περιοχή του ανέμου, η ταχύτητα του ανέμου μπορεί να αυξάνεται γρήγορα ή αργά, καθώς αυξάνεται το ύψος.

Μεγέθυνση

Για παράδειγμα η  επιφάνεια του νερού ασκεί μικρή αντίσταση στον άνεμο με αποτέλεσμα ο άνεμος να γίνεται αισθητός από μικρό ύψος. Ενώ  σε κατοικημένες περιοχές ο άνεμος εμποδίζεται ιδιαίτερα από την παρουσία των κτηρίων. Παρόλο που υπάρχει μετακίνηση αέρα ανάμεσα στα κτήρια, αυτή δεν συνιστά άνεμο αλλά αναταράξεις. Μόνο υψηλότερα από το μέσο ύψος των κτηρίων η μετακίνηση του αέρα γίνεται πραγματικά άνεμος.

Οι μετρήσεις της  ταχύτητας του ανέμου πραγματοποιούνται σε ύψος 10 μέτρων πάνω από το έδαφος ή ανάγονται σε αυτό το ύψος. Με βάση τα στοιχεία της ταχύτητας του ανέμου σε αυτό το ύψος, τη μορφολογία του εδάφους και τη γεωγραφική θέση, είναι δυνατόν να υπολογισθεί η κατανομή της ταχύτητας του ανέμου για μια δεδομένη εγκατάσταση μιας ανεμογεννήτριας.

Άνεμος σε κατοικημένες περιοχές

Ο άνεμος επιλέγει το μονοπάτι της μικρότερης αντίστασης κατά την κίνησή του, περνώντας τριγύρω από τα εμπόδια. Κοντά στις ακμές των εμποδίων τόσο η ταχύτητα όσο και η πυκνότητα του ανέμου αυξάνονται. Αν μια ανεμογεννήτρια μπορούσε να αξιοποιήσει αυτού του είδος τον άνεμο, τότε η παραγωγή της θα ήταν μέχρι και δύο φορές περισσότερο από εκείνη που θα είχε στην ομαλή ροή ανέμου.

Μεγέθυνση

Όμως αν τοποθετηθεί στην υπήνεμη πλευρά ενός μεγάλου εμποδίου (π.χ. κτηρίου), η παραγωγή της μειώνεται τουλάχιστον στο μισό από την αναμενόμενη.

Επειδή οι ανεμογεννήτριες για οικιστικές περιοχές είναι μικρές σε μέγεθος, τα φαινόμενα αυτά είναι σημαντικά και καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό την απόδοσή τους.  

Η επίδραση αυτή των κτηρίων στον άνεμο φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Οι αποκλίσεις από την ομαλή ροή αρχίζουν πριν καν φτάσει ο άνεμος στο κτήριο και συνεχίζουν για πολύ μετά από αυτό.

Χαρακτηριστικό είναι επίσης ότι  ο άνεμος περνά από το όριο της κορυφής του κτηρίου με μια γωνία 300 έως 400. Σε μικρότερες γωνίες το μόνο που υπάρχει είναι αναταράξεις και όχι άνεμος. Για το λόγο αυτό μια ανεμογεννήτρια θα πρέπει να τοποθετηθεί σε ιστό ώστε να βρίσκεται πάνω από αυτές.

Αν τοποθετήσουμε την ανεμογεννήτρια λίγο πάνω από το επίπεδο τον αναταράξεων και κοντά στην ακμή του εμποδίου, τότε η ταχύτατα του ανέμου είναι 20-40% μεγαλύτερη από εκείνη που είχε πριν συναντήσει το εμπόδιο. Επειδή όμως η ισχύς του ανέμου είναι συνάρτηση του κύβου της ταχύτητάς του, αυτή η διαφορά οδηγεί σε διπλασιασμό ή και τριπλασιασμό της ισχύος σε σχέση με εκείνη της ομαλής οριζόντιας ροής.

Για να αξιοποιήσει το φαινόμενο αυτό μια ανεμογεννήτρια θα πρέπει να τοποθετηθεί όσο πιο κοντά γίνεται στην άκρη της οροφής, σε ιστό, πάνω από το επίπεδο των αναταράξεων.

Αυτή η τοποθέτηση θα είχε νόημα αν μπορούσαμε να ξέρουμε ότι ο άνεμος φυσάει κατά τον περισσότερο χρόνο από μια μόνο διεύθυνση. Όμως αυτό δεν είναι αλήθεια για τις περισσότερες περιοχές της Ευρώπης, επομένως η καλύτερη θέση είναι στο κέντρο του κτηρίου, σε ιστό, πάνω από το επίπεδο των αναταράξεων. 

Δονήσεις

Η εγκατάσταση όμως ανεμογεννητριών πάνω στα κτήρια είναι ένα θέμα μακροχρόνιας διαμάχης. Όλες οι ανεμογεννήτριες δονούνται κατά τη λειτουργία τους, διαδίδοντας αυτή τη δόνηση στο σκελετό του κτηρίου. Ανάλογα με την κατασκευή του κτηρίου, αυτή η δόνηση μπορεί να προκαλεί από ενοχλητικό θόρυβο μέχρι βλάβες στο κτήριο. Μια συστηματική μελέτη της ανεμογεννήτριας σε συνδυασμό με τη κατασκευή του κτηρίου θα πρέπει να γίνει πριν αυτή εγκατασταθεί στην οροφή του.

Συζήτηση του άρθρου στο φόρουμ. (0 δημοσιεύσεις)