Солнечный дымоход - Solar chimney

В данной статье говорится об устройстве для вентиляции. О технологии производства электроэнергии см. Солнечная восходящая башня.

А солнечный дымоход - часто называют тепловой дымоход - способ улучшения естественного вентиляция из здания используя конвекция воздуха, нагретого пассивный солнечный энергия. Простое описание солнечного дымохода - это вертикальная шахта, использующая солнечную энергию для улучшения естественного вытяжная вентиляция через здание.

Солнечный дымоход использовался веками, особенно в Средний Восток и Ближний Восток посредством персы, а также в Европа посредством Римляне.

Описание

В простейшем виде солнечный дымоход состоит из окрашенного в черный цвет дымовая труба. Днем солнечная энергия нагревает дымоход и воздух в нем, создавая восходящий поток воздуха в дымоходе. В всасывание Созданный у основания дымохода, можно использовать для вентиляции и охлаждения здания, расположенного ниже.[1] В большинстве стран мира проще использовать ветровая энергия для такой вентиляции как с ветер, но в жаркие безветренные дни солнечный дымоход может обеспечить вентиляцию там, где в противном случае ее не было бы.

Однако существует ряд вариаций дымохода. Основными элементами конструкции солнечного дымохода являются:

  • Область солнечного коллектора: она может быть расположена в верхней части дымохода или может включать всю шахту. Ориентация, тип остекления, изоляция и тепловые свойства этого элемента имеют решающее значение для использования, сохранения и использования солнечной энергии.
  • Основная вентиляционная шахта: расположение, высота, поперечное сечение и тепловые свойства этой конструкции также очень важны.
  • Отверстия для впуска и выпуска воздуха: размеры, расположение, а также аэродинамические характеристики этих элементов также имеют большое значение.

А принцип был предложен для солнечная энергия поколение, используя большой теплица у основания, а не полагаться только на обогрев самого дымохода. (Для получения дополнительной информации по этому вопросу см. Солнечная восходящая башня.)

Солнечные дымоходы окрашены в черный цвет, чтобы они более эффективно поглощали солнечное тепло. Когда воздух внутри дымохода нагревается, он поднимается вверх и вытягивает холодный воздух из-под земли через теплообменные трубки.

Солнечный дымоход и устойчивая архитектура

Этот солнечный дымоход втягивает воздух через геотермальный теплообмен, обеспечивая пассивное охлаждение дома.[2][3]

Солнечные дымоходы, также называемые тепловыми трубами или тепловыми трубами, также могут использоваться в архитектурных условиях для уменьшения энергии, используемой механическими системами (системами, которые нагревают и охлаждают здание с помощью механических средств). Кондиционирование и механическая вентиляция на протяжении десятилетий были стандартным методом контроля окружающей среды во многих типах зданий, особенно в офисах, в развитых странах. Загрязнение и перераспределение источников энергии привели к новому экологическому подходу в проектировании зданий. Инновационные технологии наряду с биоклиматическими принципами и традиционными стратегиями проектирования часто объединяются для создания новых и потенциально успешных дизайнерских решений. Солнечный дымоход - одна из таких концепций, которые в настоящее время изучаются как учеными, так и дизайнерами, в основном посредством исследований и экспериментов.

Солнечный дымоход может служить многим целям. Прямой солнечный свет нагревает воздух внутри дымохода, заставляя его подниматься вверх и втягивая воздух снизу. Этот забор воздуха можно использовать для вентиляции дома или офиса, для втягивания воздуха посредством геотермального теплообмена или для вентиляции только определенной области, например, компостного туалета.

Естественную вентиляцию можно создать, обеспечив вентиляционные отверстия на верхнем уровне здания, чтобы теплый воздух мог подниматься вверх. конвекция и вырваться наружу. В то же время более холодный воздух может поступать через вентиляционные отверстия на нижнем уровне. На этой стороне здания можно посадить деревья, чтобы обеспечить тень для более прохладного наружного воздуха.

Этот процесс естественной вентиляции может быть дополнен солнечным дымоходом. Дымоход должен быть выше уровня крыши и располагаться на стене, обращенной в сторону солнца. Поглощение тепла от солнца можно увеличить, используя застекленный поверхность на стороне, обращенной к солнцу. На противоположной стороне можно использовать теплопоглощающий материал. Размер теплопоглощающей поверхности важнее диаметра дымохода. Большая площадь поверхности обеспечивает более эффективный теплообмен с воздухом, необходимый для нагрева солнечным излучением. Нагревание воздуха в дымоходе усиливает конвекцию и, следовательно, поток воздуха через дымоход. Отверстия в дымоходе должны быть направлены в сторону от преобладающий ветер.

Чтобы еще больше увеличить охлаждающий эффект, входящий воздух может проходить через подземные каналы до того, как ему разрешат войти в здание. Солнечный дымоход можно улучшить, интегрировав его с стена для тромба. Дополнительным преимуществом этой конструкции является то, что систему можно реверсировать в холодное время года, обеспечивая вместо этого солнечное отопление.

Вариант концепции солнечного дымохода - солнечный чердак. В жарком солнечном климате летом на чердаке очень жарко. В обычном здании это представляет проблему, поскольку приводит к необходимости увеличения кондиционер. Объединяя чердак с солнечным дымоходом, можно использовать горячий воздух на чердаке. Это может улучшить конвекцию в дымоходе и улучшить вентиляцию.[4]

Использование солнечного дымохода может принести пользу естественной вентиляции и пассивное охлаждение стратегии зданий, таким образом, помогают снизить потребление энергии, CO2 выбросы и загрязнение в целом. Потенциальные преимущества естественной вентиляции и использования солнечных дымоходов:

CAD (TAS) Модель солнечного дымохода
  • улучшенная вентиляция в тихие жаркие дни
  • снижение зависимости от ветровой и ветровой вентиляции
  • улучшенный контроль воздушного потока через здание
  • больший выбор воздухозаборника (т.е. с подветренной стороны здания)
  • улучшение качества воздуха и снижение уровня шума в городских районах
  • повышенная скорость вентиляции в ночное время
  • вентиляция узких небольших пространств с минимальным воздействием внешних элементов

Возможные преимущества пассивного охлаждения могут включать:

  • улучшенное пассивное охлаждение в теплое время года (в основном в тихие жаркие дни)
  • улучшенная скорость ночного охлаждения
  • повышенная производительность тепловой массы (охлаждение, охлаждение)
  • улучшенный тепловой комфорт (улучшенный контроль воздушного потока, уменьшение сквозняков)

Прецедентное исследование: Экологическое здание

В Строительный научно-исследовательский центр (BRE) офисное здание в Гарстоне, Уотфорд, Великобритания, включает в себя пассивные вентиляционные трубы с использованием солнечной энергии как часть своей стратегии вентиляции.

Офисы BRE, спроектированные архитекторами Фейлденом Клеггом Брэдли, направлены на снижение потребления энергии и выбросов CO.2 выбросы на 30% по сравнению с текущими рекомендациями по передовой практике и поддерживать комфортные условия окружающей среды без использования кондиционеров. Пассивные вентиляционные трубы, защита от солнца и пустотелые бетонные плиты со встроенной системой охлаждения пола являются ключевыми особенностями этого здания. Системы вентиляции и отопления контролируются системой управления зданием (BMS), в то время как пользователь может отрегулировать условия в соответствии с потребностями жильцов.

В здании используются пять вертикальных шахт как неотъемлемая часть стратегии вентиляции и охлаждения. Основными компонентами этих труб являются стена из стеклоблоков, обращенная на юг, стены из термоблоков и круглые вытяжные трубы из нержавеющей стали, возвышающиеся на несколько метров над уровнем крыши. Дымоходы соединены с изогнутыми полыми бетонными плитами перекрытия, которые охлаждаются с помощью ночной вентиляции. Трубы, проложенные в полу, могут обеспечить дополнительное охлаждение за счет использования грунтовых вод.

В теплые ветреные дни воздух втягивается через проходы в изогнутых полых бетонных плитах перекрытия. Вытяжная вентиляция, естественно поднимающаяся через дымоходы из нержавеющей стали, увеличивает поток воздуха через здание. Движение воздуха через верхнюю часть дымохода усиливает эффект стека. В теплые, тихие дни здание в основном полагается на эффект стека, в то время как воздух забирается из тенистой северной стороны здания. Вентиляторы с низким энергопотреблением в верхних частях стеллажа также могут использоваться для улучшения воздушного потока.

Ночью системы управления открывают вентиляционные пути через пустотелую бетонную плиту, отводя тепло, накопленное в течение дня, которое затем остается холодным на следующий день. Открытый изогнутый потолок дает большую площадь поверхности, чем плоский потолок, действуя как радиатор Исследования, основанные на реальных измерениях производительности пассивных стеков, показали, что они улучшают охлаждающую вентиляцию помещения в теплые и тихие дни, а также могут способствовать охлаждению в ночное время благодаря своей массивной термической структуре.[5]

Пассивная градирня с пониженной тягой

Градирня в туристическом центре национального парка Зайон обеспечивает прохладный воздух

Технология, тесно связанная с солнечным дымоходом, - испарительная градирня с нисходящим потоком. В районах с жарким и засушливым климатом этот подход может способствовать устойчивому способу обеспечения кондиционер для зданий.

Принцип заключается в том, чтобы позволить воде испаряться в верхней части градирни либо с помощью испарительных охлаждающих подушек, либо путем распыления воды. Испарение охлаждает поступающий воздух, вызывая нисходящий поток прохладного воздуха, который снизит температуру внутри здания.[6] Воздушный поток можно увеличить, используя солнечный дымоход на противоположной стороне здания, чтобы помочь отвести горячий воздух наружу.[7] Эта концепция была использована для Центра посетителей Национальный парк Зайон. Центр посетителей был спроектирован Исследовательским центром High Performance Buildings Research Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL).

Принцип работы градирни с нисходящим потоком был предложен также для производства солнечной энергии. (Видеть Энергетическая башня для дополнительной информации.)

Испарение влаги с подушек на крышах зданий тогуна, построенных догонами из Мали, Африка, способствует ощущению прохлады, которую испытывают мужчины, отдыхающие под ними. Женские дома на окраине города функционируют как более традиционные солнечные трубы.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Кондиционер на солнечной энергии». Получено 2007-03-10.
  2. ^ "Теория власти" ISBN  0-595-33030-4
  3. ^ Вейл, Джефф (2005-06-28). "Пассивная солнечная энергия и независимость". Получено 2007-03-10.
  4. ^ Мурти Нугрохо, Агунг; Мохд Хамдан бин Ахмад; Макмал Саин Бангунан. «Возможность использования солнечной вентиляции в тропических условиях с помощью компьютерного моделирования динамики жидкости» (PDF). Получено 2007-03-10.
  5. ^ Ní Riain, C .; М. Колокотрони; М. Дэвис; Дж. Фишер; М. Уайт; Дж. Литтлер (1999). «Эффективность охлаждения пассивных дымовых труб южного фасада в офисном здании с естественной вентиляцией - пример из практики». Внутренняя и искусственная среда. 8 (5): 309–321. Дои:10.1159/000024659.
  6. ^ Торчеллини, Пол А .; Рон Джадкофф; Шейла Дж. Хейтер (23 августа 2002 г.). «Центр посетителей национального парка Зайон: значительная экономия энергии благодаря процессу проектирования всего здания» (PDF). Управление научно-технической информации]. Получено 2007-03-10.
  7. ^ Эллиот, Том. «Пассивное кондиционирование». Институт соответствующих технологий. Архивировано из оригинал на 2007-03-09. Получено 2007-03-10.

Источники

внешняя ссылка