风能直接制热是风能利用的一种重要形式,制热器由风力机直接驱动,产生热量。可以为供热管网尚未覆盖的工业园区、中小城镇居民区及偏僻乡村提供冬季采暖热源。在有效的利用可再生能源的同时,可以有效的减少由化石能源燃烧所造成的环境污染问题。本文研究中首先依据制热原理,综合考虑各因素对制热效果的影响,设计和搭建了磁涡流制热装置与液体搅拌制热装置试验台。对制热器启动阶段不同运行工况下的温度参数进行了统计与分析。得出磁涡流制热器本体换热面及进出口工质温度的变化规律,液体搅拌制热器工质温度与温升速率的变化规律。之后通过对制热规律的分析,结合流体力学与电磁学等理论知识,对制热器结构及参数进行优化设计,提升制热装置制热效果,设计用于风洞实验的缩比制热器。其次通过风力机空气动力学原理,选择风洞实验中所需的垂直轴风力机参数。计算得出所选用机型的风能利用系数与尖速比的关系曲线。采用风力机与缩比制热器直连的结构,对缩比制热器进行风洞测试。通过对工质循环流量以及风洞风速的控制,得到制热器工质循环进出口的温度在不同风速条件下的参数。依据相关理论计算公式,对温度及换热端差进行理论计算。得出在不同风速条件下的制热器温度变化规律及制热效率,指出了实现制热系统效率最大化的运行方式。最后对选定算例中独立户型热用户的不同供暖方案经济性进行分析比较,包括初始投资成本及运行费用。通过与燃煤采暖与电采暖方案相比较,可知相比于燃煤采暖的方案,风能供热的方案在使用周期内没有燃料消耗,可以在生命周期达到一半时与燃煤采暖总成本持平。相比于电采暖的方案,无需承担使用周期内的电费成本。对于短期使用用户来说,不具备吸引力。在长期使用的情况下,可以有效的节约运行成本,实现采暖成本最小化,具有一定的实际应用价值。