Efekt stosu
Efekt komina lub efekt komina to ruch powietrza do iz budynków przez niezamknięte otwory, kominy , kominy spalinowe lub inne pojemniki, wynikający z wyporu powietrza . Pływalność występuje z powodu różnicy w gęstości powietrza wewnątrz i na zewnątrz, wynikającej z różnic temperatur i wilgotności. Rezultatem jest dodatnia lub ujemna siła wyporu. Im większa różnica temperatur i wysokość konstrukcji, tym większa siła wyporu, a tym samym efekt stosu. Efekt stosu pomaga prowadzić naturalna wentylacja , infiltracja powietrza i pożary (np. pożar tunelu Kaprun , pożar stacji metra King's Cross i pożar Grenfell Tower ).
Efekt stosu w budynkach
Ponieważ budynki nie są całkowicie uszczelnione (co najmniej zawsze jest wejście z poziomu gruntu), efekt stosu spowoduje infiltrację powietrza. W sezonie grzewczym cieplejsze powietrze w pomieszczeniu unosi się w górę przez budynek i ucieka górą przez otwarte okna, otwory wentylacyjne lub niezamierzone otwory w suficie, takie jak wentylatory sufitowe i wbudowane lampy. Unoszące się ciepłe powietrze zmniejsza ciśnienie w podstawie budynku, zasysając zimne powietrze przez otwarte drzwi, okna lub inne otwory i nieszczelność. W sezonie chłodniczym efekt stosu jest odwrotny, ale zwykle jest słabszy ze względu na mniejsze różnice temperatur.
W nowoczesnym wieżowcu z dobrze uszczelnioną obudową efekt komina może powodować znaczne różnice ciśnień, które należy wziąć pod uwagę projektowo i być może trzeba będzie rozwiązać je za pomocą wentylacji mechanicznej . Klatki schodowe, szyby, windy itp. zwykle przyczyniają się do efektu komina, podczas gdy przegrody wewnętrzne, podłogi i oddzielenia przeciwpożarowe mogą go złagodzić. Zwłaszcza w przypadku pożaru efekt komina musi być kontrolowany, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się dymu i ognia oraz aby utrzymać możliwe do utrzymania warunki dla mieszkańców i strażaków. Podczas gdy naturalne metody wentylacji mogą być skuteczne, takie jak wyloty powietrza instalowane bliżej gruntu, wentylacja mechaniczna jest często preferowana w przypadku wyższych konstrukcji lub budynków o ograniczonej przestrzeni. Oddymianie jest kluczowym czynnikiem w nowych konstrukcjach i musi być oceniane na etapach projektowania.
Pożar Grenfell Tower , w wyniku którego zginęły 72 osoby, został częściowo zaostrzony przez efekt komina. Wnęka między zewnętrzną okładziną aluminiową a wewnętrzną izolacją utworzyła komin i skierowała ogień w górę.
Normalny i odwrócony efekt stosu
W budynkach mogą istnieć dwa reżimy efektu stosu: normalny i odwrócony. Normalny efekt komina występuje w budynkach, w których temperatura jest wyższa niż na zewnątrz. Ciepłe powietrze w budynku ma małą gęstość (lub dużą objętość właściwą) i wykazuje większą siłę wyporu. W konsekwencji wznosi się z poziomów niższych na wyższe poprzez przejścia między piętrami. Przedstawia to sytuację, w której podłogi pod osią neutralną budynku mają podciśnienie netto, podczas gdy podłogi powyżej osi neutralnej mają nadciśnienie netto. Podciśnienie netto na niższych piętrach może powodować infiltrację powietrza zewnętrznego do budynku przez drzwi, okna lub kanały bez przepustnic wstecznych. Ciepłe powietrze będzie próbowało wydostać się z przegród budowlanych przez stropy powyżej osi neutralnej.
Mechaniczne urządzenia chłodnicze zapewniają odczuwalne i utajone chłodzenie w miesiącach letnich. Zmniejsza to temperaturę termometru suchego powietrza w budynku w stosunku do otaczającego powietrza na zewnątrz. Zmniejsza również objętość właściwą powietrza zawartego w budynku, zmniejszając w ten sposób siłę wyporu. W rezultacie chłodne powietrze będzie przemieszczać się pionowo w dół budynku przez szyby wind, klatki schodowe i nieuszczelnione przejścia instalacji (np . , piony elektryczne i wodne). Gdy uzdatnione powietrze dotrze do najniższych pięter pod osią neutralną, wydostaje się na zewnątrz budynków przez nieuszczelnione otwory, takie jak przepustnice, ściany osłonowe itp. Eksfiltrowane powietrze na piętrach pod osią neutralną powoduje infiltrację powietrza z zewnątrz przez nieuszczelnione otwory w przegrodach budynku. otwory.
Efekt kominowy w kominach i kominach spalinowych
Efekt kominowy w przemysłowych kominach spalinowych jest podobny do tego w budynkach, z tą różnicą, że obejmuje gorące spaliny o dużych różnicach temperatur z otaczającym powietrzem zewnętrznym. Ponadto przemysłowy komin gazów spalinowych zazwyczaj zapewnia niewielką przeszkodę dla gazów spalinowych na całej swojej długości iw rzeczywistości jest zwykle optymalizowany w celu zwiększenia efektu komina w celu zmniejszenia zapotrzebowania na energię wentylatora.
Duże różnice temperatur między powietrzem zewnętrznym a spalinami mogą powodować silny efekt komina w kominach budynków wykorzystujących kominek do ogrzewania.
Przed opracowaniem wentylatorów o dużej objętości kopalnie były wentylowane za pomocą efektu komina. Opuszczony szyb wpuszczał powietrze do kopalni. U podnóża szybu wyciągowego stale palił się piec. Szyb (zwykle głęboki na kilkaset metrów) zachowywał się jak komin, a powietrze unosiło się przez niego, zasysając świeże powietrze w dół opuszczonego komina i wokół kopalni.
Przyczyna efektu stosu
Istnieje różnica ciśnień między powietrzem zewnętrznym a powietrzem wewnątrz budynku, spowodowana różnicą temperatur między powietrzem zewnętrznym a powietrzem wewnętrznym. Ta różnica ciśnień ( ΔP ) jest siłą napędową efektu komina i można ją obliczyć za pomocą poniższych równań. Równania dotyczą tylko budynków, w których powietrze znajduje się zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz budynków. W przypadku budynków jedno- lub dwukondygnacyjnych h to wysokość budynku. Dla budynków wielokondygnacyjnych, wysokościowych, h to odległość od otworów na poziomie ciśnienia neutralnego (NPL) budynku do otworów najwyżej położonych lub otworów najniższych. Odniesienie wyjaśnia, w jaki sposób NPL wpływa na efekt stosu w wieżowcach.
W przypadku kominów i kominów spalinowych, w których powietrze znajduje się na zewnątrz, a gazy spalinowe wewnątrz, równania dadzą jedynie przybliżenie, a h to wysokość komina lub komina spalinowego.
Gdzie: ΔP = dostępna różnica ciśnień, w Pa C = 0,0342, w K / m A = ciśnienie atmosferyczne, w Pa H = wysokość lub odległość, w metrach T o = bezwzględna temperatura zewnętrzna, w K T ja = bezwzględna temperatura wewnętrzna, w K
Gdzie: ΔP = dostępna różnica ciśnień, w psi C = 0,0188, w °R / stopę A = ciśnienie atmosferyczne, w psi H = wysokość lub odległość, w stopach T o = bezwzględna temperatura zewnętrzna, w °R T ja = bezwzględna temperatura wewnętrzna, w °R
Przepływ indukowany
zanurzenia (w języku angielskim brytyjskim ) wywołane efektem komina można obliczyć za pomocą równania przedstawionego poniżej. Równanie dotyczy tylko budynków, w których powietrze znajduje się zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz budynków. W przypadku budynków jedno- lub dwukondygnacyjnych h to wysokość budynku, a A to powierzchnia przepływu otworów. W wielokondygnacyjnych, wysokich budynkach A to powierzchnia przepływu otworów, a h to odległość od otworów na poziomie ciśnienia neutralnego (NPL) budynku do otworów najwyżej położonych lub otworów najniższych. Odniesienie wyjaśnia, w jaki sposób NPL wpływa na efekt stosu w wieżowcach.
W przypadku kominów lub kominów spalinowych, w których powietrze znajduje się na zewnątrz, a spaliny wewnątrz, równanie będzie stanowić jedynie przybliżenie. Ponadto A to pole przekroju poprzecznego przepływu, a h to wysokość komina lub komina spalinowego.
Gdzie: Q = efekt komina zanurzenia (przeciąg w brytyjskim angielskim) natężenie przepływu, m 3 /s A = powierzchnia przepływu, m 2 C = współczynnik rozładowania (zwykle przyjmuje się, że wynosi od 0,65 do 0,70) G = przyspieszenie grawitacyjne , 9,81 m/s 2 H = wysokość lub odległość, m T ja = średnia temperatura wewnętrzna, K T o = temperatura powietrza na zewnątrz, K
Gdzie: Q = Natężenie przepływu ciągu w wyniku efektu komina, stopy 3 /s A = powierzchnia, stopy 2 C = współczynnik rozładowania (zwykle przyjmuje się, że wynosi od 0,65 do 0,70) G = przyspieszenie grawitacyjne, 32,17 ft/s 2 H = wysokość lub odległość, stopy T ja = średnia temperatura wewnętrzna, °R T o = temperatura powietrza na zewnątrz, °R
Równanie to zakłada, że opory przepływu ciągu są podobne do oporów przepływu przez otwór scharakteryzowany współczynnikiem wypływu C .
Zobacz też
- HVAC (ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja)
- Szyb wentylacyjny
- Komin słoneczny
- Słoneczna wieża wstępująca
- Ciąg (kocioł)
- Inco Superstack
- Elektrownia Ekibastuz GRES-2
- Łapacz wiatru
- Wentylacja poprzeczna