Солнечный дымоход - Solar chimney

В данной статье говорится об устройстве для вентиляции. Чтобы узнать о технологии производства электроэнергии, см. Солнечная восходящая башня .

Солнечный дымоход  - часто называют тепловой трубой  - это способ улучшения естественной вентиляции в зданиях с помощью конвекции воздуха , нагретого пассивной солнечной энергии. Простое описание солнечного дымохода - это вертикальная шахта, использующая солнечную энергию для улучшения естественной вытяжной вентиляции через здание.

Солнечный дымоход используется уже в течение многих столетий, в частности , на Ближнем Востоке и на Ближнем Востоке со стороны персов , а также в Европе со стороны римлян .

Описание

В простейшем виде солнечный дымоход представляет собой дымоход, выкрашенный в черный цвет . В течение дня солнечная энергия нагревает дымоход и воздух в нем, создавая восходящий поток воздуха в дымоходе. Всасывания создается у основания дымохода может быть использована для проветривания и охлаждения здания ниже. В большинстве стран мира легче использовать энергию ветра для такой вентиляции, как с помощью ветроуловителя , но в жаркие безветренные дни солнечный дымоход может обеспечить вентиляцию там, где в противном случае ее не было бы.

Однако существует ряд разновидностей солнечных дымоходов. 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.

Для выработки солнечной энергии был предложен принцип использования большой теплицы в основании, а не полагаться только на нагревание 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 забирает воздух через геотермальный теплообменник, обеспечивая пассивное охлаждение дома.

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). На протяжении десятилетий кондиционирование воздуха и механическая вентиляция 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 за счет 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 поднимался за счет конвекции и выходил 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 можно дополнить солнечным дымоходом. Дымоход должен быть выше уровня крыши и располагаться на стене, обращенной к солнцу. Поглощение тепла от солнца может быть увеличено за счет использования застекленной поверхности 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 противоположную сторону от преобладающего ветра .

Чтобы еще больше увеличить охлаждающий эффект, входящий воздух может проходить через подземные воздуховоды, прежде чем он попадет в здание. Солнечный дымоход можно улучшить, интегрировав его со стеной тромба . Дополнительным преимуществом этой конструкции является то, что систему можно реверсировать в холодное время года, вместо этого обеспечивая солнечное отопление.

Вариантом концепции солнечного дымохода является солнечный чердак . В жарком солнечном климате летом на чердаке очень жарко. В обычном здании это представляет проблему, поскольку приводит к необходимости усиленного кондиционирования воздуха . Объединяя чердак с солнечным дымоходом, можно задействовать горячий воздух на чердаке. Это может улучшить конвекцию в дымоходе и улучшить вентиляцию.

Использование солнечного дымохода может принести пользу естественной вентиляции и стратегиям пассивного охлаждения зданий, что поможет снизить потребление энергии, выбросы CO 2 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

Потенциальные 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, холодное хранение)
  • улучшенный тепловой комфорт (улучшенный контроль воздушного потока, уменьшение сквозняков)

Прецедентное исследование: Экологическое здание

Здание Research Establishment (BRE) офисное здание в Гарстоне, Уотфорде, Великобритания, включает в себя солнечную при содействии пассивной вентиляции стеки в рамках своей стратегии вентиляции.

Офисы BRE, спроектированные архитекторами Фейлденом Клеггом Брэдли, стремятся снизить потребление энергии и выбросы CO 2 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 под полом 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, естественным образом поднимающаяся через дымоходы из нержавеющей стали, усиливает воздушный поток через здание. Движение воздуха через верхнюю часть дымохода усиливает эффект дымохода. 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 верхней части штабелей 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 теплоотвод , снова обеспечивая летнее охлаждение. 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 из-за их массивной термической структуры.

Пассивная градирня с пониженной тягой

Градирня в туристическом центре национального парка Зайон обеспечивает прохладный воздух

Технология, тесно связанная с солнечным дымоходом, - испарительная градирня с нисходящей тягой. В районах с жарким и засушливым климатом такой подход может способствовать устойчивому кондиционированию 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 входящий воздух, вызывая нисходящий поток холодного воздуха, который снижает температуру внутри здания. Воздушный поток можно увеличить, используя солнечный дымоход на противоположной стороне здания, чтобы помочь отвести горячий воздух наружу. Эта концепция была использована для Центра посетителей национального парка Зайон . Центр для посетителей был спроектирован Исследовательским отделом высокоэффективных зданий Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL).

Принцип работы градирни с нисходящим потоком был предложен также для производства солнечной энергии. (См. Дополнительную информацию в Энергетической башне .)

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

Смотрите также

использованная литература

Источники

внешние ссылки