簡介
煙囪效應煙囪效應亦可以是逆向的。當戶內的溫度較戶外為低(例如夏天使用空調時)，氣流可以在煙囪內向下流動，將戶外空氣從煙囪抽入室內。
煙囪效應的強度與煙囪的高度、戶內及戶外溫度差距以及戶內外空氣流通的程度有關。
在高樓大廈的環境內，煙囪效應可以是令火災猛烈加劇的原因。在低層發生的火災造成的熱空氣，因為密度較低，經電梯槽或走火通道內得以往上流動，使高熱氣體不斷在通道的頂部積聚，結果是使火勢透過這種空氣的對流在大廈的頂層製造另一個火場。不單使撲救變得更困難，更會危及前往天台逃生的人員的生命安全。
煙囪最初的套用形式就是筒狀的物體，安裝在廚房或鍋爐房等進行燃料燃燒的地方，利用熱空氣上升的原理，從上部出風口排出熱煙氣，外面的新鮮冷空氣從入口被捲入，增加了燃料燃燒所需要的氧氣，使燃料更加充分的燃燒，增強了火勢。在鍋爐房等這些地方，煙囪起到了拔火拔煙，排走煙氣，改善燃燒條件的作用。
這種利用熱空氣上升，有拔風作用的煙囪效應，在建築結構和建築設備領域裡被廣泛的套用。
在建築設計中，利用熱壓差實現自然通風就是利用的“煙囪效應”原理它是利用熱空氣上升的原理，在建築上部設排風口可將污濁的熱空氣從室內排出，而室外新鮮的冷空氣則從建築底部被吸入。熱壓作用與進、出風口的高差和室內外的溫差有關，室內外溫差和進、出風口的高差越大，則熱壓作用越明顯。在建築設計中，可利用建築物內部貫穿多層的豎向空腔———如樓梯間、中庭、拔風井等滿足進排風口的高差要求，並在頂部設定可以控制的開口，將建築各層的熱空氣排出，達到自然通風的目的。與風壓式自然通風不同，熱壓式自然通風更能適應常變的外部風環境和不良的外部風環境。
煙囪效應不僅實現了自然通風，它在雙層玻璃幕牆中的使用，還有效的阻擋了熱量的傳遞，降低建築牆體的傳熱係數，達到了節約建築能耗的作用。
效應分析
煙囪效應在煙囪效應的作用下，室內有組織的自然通風、排煙排氣得以實現，但其負面影響也是多方面的：首先，風沙通過低層部分各種孔洞、縫隙吹入室內，消耗熱量並污染室內；其次，風通過電梯井由底層廳門入口被抽到頂層的過程中，導致梯門不能正常關閉；第三，當發生火災時，隨著室內空氣溫度的急劇升高，體積迅速增大，煙囪效應更加明顯，此時，各種豎井成為拔火拔煙的垂直通道，是火災垂直蔓延的主要途徑，從而助長火勢擴大災情。有資料顯示，煙氣在豎向管井內的垂直擴散速度為3-4m/s，意味著高度為100m的高層建築，煙火由底層直接竄至頂層只需30s左右。如果燃燒條件具備，整個大樓頃刻間便可能形成一片火海。為有效減弱煙囪效
煙囪效應1.在冬季，空氣主要是通過各種外門從底層流入室內，最直接的方法是將建築通向外界的所有門，儘可能地設定成兩道門、鏇轉門、加裝門斗或在外門內側設定空氣幕等，這對於大廳門尤為必要，對於那些次要通道連同地下停車場的外門口等，在冬季也要裝門，至少應增掛厚門帘。在冬季，電梯井頂部的通風孔應適當向小調整或關閉。
2.對於已採暖的建築物，儘量不使低層部分的室內溫度高於高層部分。
3.當火災發生時，不僅在任何季節通過各類豎井產生煙囪效應，而且還可能在小範圍內通過穿越樓板的空調管道，甚至是一些不引人注意的孔隙產生煙囪效應。對此，《高層民用建築設計防火規範》（GB50045-1995）有以下明確規定∶
（1）當圍護結構採用幕牆形式時，“與每層樓板、隔牆處的縫隙，應採用不燃燒材料嚴密填實”。
（2）“建築高度不超過100m的高層建築，其電纜井、管道井應每隔2~3層在樓板處用相當於樓板耐火極限的不燃燒體作防火分隔；建築高度超過100m的高層建築，應在每層樓板處用相當於樓板耐火極限的不燃燒體作防火分隔”。因施工缺陷、橋架和管道根部形成的各種孔隙，必須用不燃燒材料填塞密實。
（3）“樓梯間和前室的門均為乙級防火門”，並“應具有自行關閉的功能”；各種豎向管井“井壁上的檢查門應採用丙級防火門”：“電纜井、管道井與房間、走道等相連通的孔洞，其空隙應採用不燃燒材料填塞密實”：“垂直風管與每層水平風管交接處的水平管段上應設防火閥”：“廚房、浴室、廁所等的垂直排風管道，應採取防止回流的措施或在支管上設定防火閥”，以確保火災時與走道及房間的分隔，防止各樓層之間通過豎井交叉蔓延。
實例分析
台灣汐止東方科學園區的大火，這場火在凌晨4:00由三樓開始起火，火勢一度獲得控制，但接著火勢跳躍中間的樓層，直接從十六樓又開始起火，據推測很可能就是所謂的煙囪效應造成此種延燒方式，接下來，就讓我們來了解一下，何謂煙囪效應。
當火勢在建築物內部形成時，內部空氣因受熱而密度變低，煙流因浮力效應向上流動，而在高層建築中，有樓梯間、電梯豎井及管路間等垂直通路，正好提供煙流垂直流動的管道，煙層於是向上蓄積，理想上煙層會到達樓頂後再以水平的方向漫延到樓層內部，而夾在起火層及煙層蓄積層間的樓層是不會有煙流漫延到樓層內部，一直要到煙層下降到該面的樓層，才會有煙流漫延。實際情形下，煙層是否會在樓頂蓄積要視樓層高度、外界溫度、火場溫度等決定，譬如說，大樓為30層的建築，由於上述條件的互動影響，煙層有可能到達不了樓頂，可能在樓層第20層開始蓄積，並向水平漫延，此時，20層已上的樓層不會感受到有煙流的存在。
要防止煙囪效應對生命財產的危害，最重要的就是要做好各垂直通道、管道間的防火阻絕，不要有空隙讓煙流可往水平方向流竄，就能將危害減到最小。另外也建議於垂直通道、管道間設定專用的偵測器，用以掌控藉煙囪效應流竄的煙流。
相關工程
煙囪效應澳大利亞EnviroMission公司正在準備建造一個規模龐大的太陽能風力發電站，即“太陽塔”工程。該發電裝置位於澳大利亞新南威爾斯州（NewSouthWales）溫特烏斯郡（Wentworth）的波朗格（Buronga）。
這座高達1000米的“太陽塔”發電容量達到200MW，足夠20萬戶家庭使用，相當於澳大利亞Tasmania州首府Hobart全市或者墨爾本主要郊區Geelong全市的用電量。
“太陽塔”投入運行之後，每年可以減少至少90萬噸溫室氣體CO2的產生，生命周期分析為2.5年（名詞解釋：生命周期分析主要是針對產品進行的，是對某種產品從原料採掘到生產、到產品直至其最終處置的過程，考察其對環境的影響）。
澳大利亞“太陽塔”工程共分為六個階段進行：設計最佳化（已完成）、商業可行性預測和探討（已完成）、可行性最終討論（正在進行）、設計和施工方案的最終審定、施工和調試、投入商業運作。EnviroMission還處於第三階段運作，主要包括項目協作和籌集資金。
太陽塔技術原理
“太陽塔”技術原理如下：太陽對“太陽塔”底部圓盤狀集熱器中的空氣加熱，由於“煙囪效應”，集熱區域的空氣被太陽輻射加熱後便向塔底部流去，在塔內集中並形成一股向上流動的強大空氣流，熱氣流沿著“太陽塔”這根“煙囪”繼續向上升，推動塔內特別設計的一組32台每台發電容量為6.25MW的渦輪，產生電力。塔底入口處空氣溫度為70℃，空氣流速為15m/s，塔頂空氣出口溫度為20℃。到了晚上，白天積聚在熱能存儲單元中的熱能，此時開始釋放出來，繼續推動渦輪鏇轉，因而“太陽塔”可以一年365天、一天24小時不間斷地工作。
中試樣機
為了確保澳大利亞“太陽塔”發電的成功，德國的設計者和建造工程公司SchlaichBergermannandPartner聯同西班牙政府，在西班牙的Manzanares建造了一個小型的樣板裝置進行中試。中試樣機在1982至1989間的7年運行中產生了50KW的電能。中試的研究結果驗證了這種風道式太陽能發電的構想是可行的，過程中取得的數據為下一步擴大規模的設計提供了依據。
設計者
“太陽塔”之設計出自於德國著名建築工程師J?rgSchlaich教授的手筆。J?rgSchlaich教授是建造慕尼黑奧運場的德國公司SchlaichBergermannandPartner的始創合伙人之一，這德國公司曾建造香港的汀九橋（TingKauBridge）及加拿大蒙特婁奧運場。
套用實驗
解決高大平房倉死角問題試驗
煙囪效應阻礙救援甘肅蘭州小西坪國家糧食儲備庫是2001年國家第三批投資擴建高大平房倉,2002年6月建成,新增倉容27500T,受西北乾燥氣候環境充分乾燥半年後投入使用.於12月至2003年5月先是在17號倉房分兩批入國產混合小麥5500T.2004年10月我們發現倉房四角糧情均有返潮現象,西南角猶為嚴重.經抽樣化驗,倉房四角小麥水份由入庫時13.2%-14%,增至14%-14.5%.糧溫達18℃,較之其它部位高5℃.隨即採用離心風機地上籠壓入式通風72小時,其它部位糧溫明顯降低,但四角部位降溫不明顯.於是,我們在通風效果上作文章。
分析原因,一是四角糧層阻力大;二是經測定糧面風速,四角明顯較小;三是氣流在糧堆中非線性運動,四角比其它部位有較長通風路徑,因此,形成了糧堆通風死角。
如何解決高大平房倉通風死角問題,我們在摸索中尋求答案.由於本試驗小組二十多年來一直從事糧油儲藏工作,對遇到的新問題,邊學習,邊試驗,邊總結.曾記得十多年前蘭州甘草糧庫3個2500T半地下倉,先後幾次裝糧,糧堆發熱問題非常棘手,最後採取了打開半地下倉底門和倉頂側門,氣流受"煙囪效應"起到了作用,同時在半地下倉內增設了3個直徑為1m的鋼筋支架裹沙網圓柱形檢查井一直插到糧堆底層,二者相互作用,其結果倉溫比地上平房倉溫有明顯差異,長年處於準低溫倉,改善了儲糧環境.受甘草糧庫啟迪,我庫在解決高大平房倉通風死角問題上,變檢查井為導風管,安裝在倉房四角,(靠牆一側中間可增設一個),在地上籠機械通風中導風管同樣發揮著“煙囪效應”。
通過在17號倉房試驗,在消除高大平房倉通風死角問題上收到了較好成效.在此基礎上,我們對現有8個高大平房倉全部配製了導風管.2005年2月,13號,14號,15號倉房在接收2萬T進口加麥時,四角全面安裝導風管,一年多來,無論在地上籠通風和環流熏蒸中,沒有形成死角,減輕了保管難度,使儲糧環境得到了改善,儲糧一直處於安全狀態。
材料與方法
“煙囪效應”示意圖1.1.1供試倉房:供試倉房17號和13號,14號,15號倉均為2001年新建的倉房,倉型為高大平房倉,設計倉容5500T,倉長54m,跨度24m,檐高9m,糧堆高度6m,頂內高11m,倉牆厚度37cm。
1.1.2儲糧基本情況:17號倉儲存2002年12月至2003年5月入庫的國產二等混合小麥5500T,容重775g/l,水分13.2%-14%,雜質0.8%,不完善粒4.8%;13號,14號,15號倉分別儲存2005年2月至4月調入進口加西紅春小麥6000T,容重808g/l,水分13.6%,雜質0.8%,不完善粒4.2%。
1.1.3設備:
1.1.3.1通風機:離心式通風機,陝西華翼產,型號4-72,風量13008m3/n,風壓1542pa,主軸轉速為1800r/min功率7.5kw.軸流風機,河北衡水產,型號Y80m2-4,轉速1390r/min功率0.75kw。
1.1.3.2地上籠通風道1機3道,每個倉房共3機9道地上籠風道。
1.1.3.3糧食多功能深層扦樣器:成都糧科所產；
1.1.3.4糧情測控:糧情測控採用河南產TS-1糧情測控系統,每倉房設12組分線器,每組分線器設6個測溫點,每測溫點設垂直感測器4個,全倉共288個糧情檢測點。
1.1.3.5導風管:採用地上籠材料,度鋅薄鋼板沖孔,捲曲成φ33cm長1.2m柱體,兩頭5cm處起棱製作成大小頭,便於相互聯結.每節體積為0.1m3.(1.2m×0.1652×3.14=0.10258m3),風道及導風管布置。
1.2方法:
1.2.1確定降溫,降水通風方式:按照《機械通風儲糧技術規程》規定中允許通風的溫度條件:ps11.2.2具體做法:在17號倉房試驗時,這個倉房東西朝向,堆高6米,我們在倉房南部,東南角安裝了3m深導風管,在倉房西南角安裝6m深導風管,直插倉底,不能同地上籠連結,二者相距2m,倉房北部西北角,東北角未安裝.然後開展機械通風南,北部對比試驗,採用北京市檢測儀器廠生產的ZRQF系列智慧型熱球式風速計檢測。
結果與分析
2.1引流死角效果:
煙囪爆破拆除中動荷效應的影響分析2.1.2在環流熏蒸中同樣發揮引流作用,通過對13號,14號,15號,17號倉房環流熏蒸後效果檢查,沒有產生死角,殺蟲效果明顯。
2.1.3地上籠機械通風配合軸流風機通風,正負壓同時存在,通風效果更佳。
2.2四角導風管及糧面各點風速檢測分析:
2.2.1風速檢測數據表明,西南角安裝了6m深導風管直插倉底,風速明顯大於沒有安裝導風管的西北角,東北角;東南角安裝了3m深導風管,風速小於西南角,但比東北角,西北角要大。
2.2.2新入庫糧風速檢測數據相對大一些,而隨著保管時間延長,糧堆重力作用,糧堆進一步沉落,風速比新入庫糧堆要小.
2.2.3導風管引導氣流在死角部位運動,不會對其它部位造成風力截流。
效能作用
通過試驗,導風管通風引流死角作用有三:一是在倉房四角增加了氣流出口,產生了負壓,減小了糧層阻力;二是導風管"煙囪效應"引導氣流向四角線性運動,增加了風量;三是縮短了通風路徑。
結論
4.1利用導風管"煙囪效應"解決高大平房倉通風死角試驗是成功的,能夠達到引導氣流向線性運動,解決死角問題,降溫,降水,環流熏蒸效果比較顯著.
4.2導風管體積小,一個牆角需5節,每節1.2m,共6m,體積只有0.6m3,全倉四角2.45m3,不會影響倉容量.
4.3製作簡易,成本低,1.2m導風管130多元,全倉四角安裝只需2800元左右.一次投資,長期使用.
4.4安裝容易,可移位.入倉時一次性在四角安裝,即使裝滿糧倉房,也可在發生部位臨時採用多功能扦樣器安裝,可靈活使用。
氣候效應
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