Komin słoneczny

Ten artykuł dotyczy urządzenia do wentylacji. Aby zapoznać się z technologią wytwarzania energii, zobacz Wieża wstępująca energii słonecznej .

Komin słoneczny – często nazywany kominem termicznym – to sposób na poprawę naturalnej wentylacji budynków poprzez wykorzystanie konwekcji powietrza ogrzewanego pasywną energią słoneczną . Prostym opisem komina słonecznego jest opis pionowego szybu wykorzystującego energię słoneczną do poprawy naturalnej wentylacji kominowej w budynku.

Komin słoneczny był używany od wieków, zwłaszcza na Bliskim Wschodzie i na Bliskim Wschodzie przez Persów , a także w Europie przez Rzymian .

Opis

W najprostszej postaci komin słoneczny składa się z pomalowanego na czarno komina . W ciągu dnia energia słoneczna ogrzewa komin i znajdujące się w nim powietrze, tworząc wstępujący w kominie. Ssanie wytworzone u podstawy komina może być wykorzystane do wentylacji i schłodzenia budynku poniżej . W większości części świata łatwiej jest wykorzystać energię wiatru do takiej wentylacji, jak za pomocą łapacza wiatru , ale w gorące bezwietrzne dni komin słoneczny może zapewnić wentylację tam, gdzie inaczej by jej nie było.

Istnieje jednak wiele odmian kominów słonecznych. Podstawowe elementy konstrukcyjne komina słonecznego to:

  • Obszar kolektora słonecznego: Może być zlokalizowany w górnej części komina lub obejmować cały szyb. Orientacja, rodzaj przeszklenia, właściwości izolacyjne i termiczne tego elementu są kluczowe dla ujarzmienia, zatrzymania i wykorzystania zysków słonecznych.
  • Główny szyb wentylacyjny: Bardzo ważne jest również położenie, wysokość, przekrój i właściwości termiczne tej konstrukcji.
  • Otwory wlotowe i wylotowe powietrza: Istotne są również rozmiary, umiejscowienie oraz aspekty aerodynamiczne tych elementów.

Zaproponowano zasadę wytwarzania energii słonecznej , wykorzystując dużą szklarnię u podstawy, zamiast polegać wyłącznie na ogrzewaniu samego komina . (Aby uzyskać więcej informacji na ten temat, zobacz Wieża wstępująca energii słonecznej .)

Kominy słoneczne są pomalowane na czarno, aby skuteczniej pochłaniały ciepło słoneczne. Kiedy powietrze wewnątrz komina jest ogrzewane, unosi się i wyciąga zimne powietrze spod ziemi przez rurki wymiennika ciepła.

Komin słoneczny i zrównoważona architektura

Ten komin słoneczny zasysa powietrze przez geotermalną wymianę ciepła , aby zapewnić pasywne chłodzenie domu.

Kominy słoneczne, zwane również kominami grzewczymi lub kominami grzewczymi, mogą być również stosowane w ustawieniach architektonicznych w celu zmniejszenia energii zużywanej przez systemy mechaniczne (systemy, które ogrzewają i chłodzą budynek za pomocą środków mechanicznych). Od dziesięcioleci klimatyzacja i wentylacja mechaniczna są standardową metodą kontroli środowiska w wielu typach budynków, zwłaszcza biurowych, w krajach rozwiniętych. Zanieczyszczenia i realokacja dostaw energii doprowadziły do ​​nowego podejścia środowiskowego w projektowaniu budynków. Innowacyjne technologie wraz z zasadami bioklimatycznymi i tradycyjnymi strategiami projektowymi są często łączone w celu tworzenia nowych i potencjalnie udanych rozwiązań projektowych. Komin słoneczny jest jedną z tych koncepcji, które są obecnie badane przez naukowców i projektantów, głównie poprzez badania i eksperymenty.

Komin słoneczny może służyć wielu celom. Bezpośrednie światło słoneczne ogrzewa powietrze wewnątrz komina, powodując jego unoszenie się od góry i zasysanie powietrza od dołu. Ten zasysanie powietrza można wykorzystać do wentylacji domu lub biura, do zasysania powietrza przez geotermalną wymianę ciepła lub do wentylacji tylko określonego obszaru, takiego jak toaleta kompostująca.

Wentylację naturalną można stworzyć, zapewniając otwory wentylacyjne na górnym poziomie budynku, aby umożliwić unoszenie się ciepłego powietrza przez konwekcję i ucieczkę na zewnątrz. Jednocześnie chłodniejsze powietrze może być zasysane przez otwory wentylacyjne na niższym poziomie. Drzewa można sadzić po tej stronie budynku, aby zapewnić cień dla chłodniejszego powietrza na zewnątrz.

Ten naturalny proces wentylacji może być wspomagany przez komin słoneczny. Komin musi być wyższy niż poziom dachu i musi być zbudowany na ścianie zwróconej w stronę słońca. Absorpcję ciepła słonecznego można zwiększyć stosując przeszkloną powierzchnię od strony skierowanej w stronę słońca. Po przeciwnej stronie można zastosować materiał pochłaniający ciepło. Wielkość powierzchni pochłaniającej ciepło jest ważniejsza niż średnica komina. Duża powierzchnia pozwala na efektywniejszą wymianę ciepła z powietrzem niezbędnym do ogrzewania za pomocą promieniowania słonecznego. Ogrzewanie powietrza w kominie zwiększy konwekcję, a tym samym przepływ powietrza przez komin. Otwory otworów wentylacyjnych w kominie powinny być skierowane w kierunku przeciwnym do kierunku panujący wiatr .

Aby jeszcze bardziej zmaksymalizować efekt chłodzenia, napływające powietrze może zostać poprowadzone podziemnymi kanałami , zanim zostanie wpuszczone do budynku. Komin słoneczny można ulepszyć, integrując go ze ścianą trombe . Dodatkową zaletą tego projektu jest to, że system można odwrócić w zimnych porach roku, zapewniając zamiast tego ogrzewanie słoneczne.

Odmianą koncepcji komina słonecznego jest poddasze słoneczne . W gorącym słonecznym klimacie przestrzeń na poddaszu jest często piekielnie gorąca latem. W konwencjonalnym budynku stanowi to problem, ponieważ prowadzi do konieczności stosowania zwiększonej klimatyzacji . Integrując przestrzeń poddasza z kominem słonecznym, można zmusić gorące powietrze na poddaszu do pracy. Może pomóc konwekcji w kominie, poprawiając wentylację.

Wykorzystanie komina słonecznego może korzystnie wpłynąć na naturalną wentylację i strategie pasywnego chłodzenia budynków, pomagając w ten sposób zmniejszyć zużycie energii, emisje CO 2 i ogólnie zanieczyszczenie. Potencjalne korzyści związane z naturalną wentylacją i wykorzystaniem kominów słonecznych to:

CAD (TAS) Model komina słonecznego
  • lepsze wskaźniki wentylacji w bezwietrzne, upalne dni
  • zmniejszona zależność od wiatru i wentylacji sterowanej wiatrem
  • lepsza kontrola przepływu powietrza przez budynek
  • większy wybór czerpni (czyli od zawietrznej strony budynku)
  • poprawa jakości powietrza i zmniejszenie poziomu hałasu na obszarach miejskich
  • zwiększone wskaźniki wentylacji nocnej
  • wentylacja wąskich, niewielkich przestrzeni przy minimalnym narażeniu na czynniki zewnętrzne

Potencjalne korzyści związane z chłodzeniem pasywnym mogą obejmować:

  • ulepszone pasywne chłodzenie w ciepłych porach roku (głównie w bezwietrzne, upalne dni)
  • ulepszone wskaźniki chłodzenia nocnego
  • zwiększona wydajność masy termicznej (chłodzenie, chłodzenie)
  • poprawa komfortu cieplnego (lepsza regulacja przepływu powietrza, redukcja przeciągów)

Badanie precedensowe: budynek środowiskowy

Building Research Establishment (BRE) w Garston, Watford, Wielka Brytania, w ramach swojej strategii wentylacyjnej wykorzystuje pasywne kominy wentylacyjne wspomagane energią słoneczną.

Zaprojektowane przez architektów Feildena Clegga Bradleya biura BRE mają na celu zmniejszenie zużycia energii i emisji CO 2 o 30% w stosunku do aktualnych wytycznych dotyczących najlepszych praktyk oraz utrzymanie komfortowych warunków środowiskowych bez użycia klimatyzacji. Pasywne kominy wentylacyjne, osłony przeciwsłoneczne i pustaki betonowe z wbudowanym chłodzeniem podłogowym to kluczowe cechy tego budynku. Systemy wentylacji i ogrzewania są sterowane przez system zarządzania budynkiem (BMS), podczas gdy użytkownik może w pewnym stopniu dostosować warunki do potrzeb użytkowników.

Budynek wykorzystuje pięć pionowych szybów jako integralną część strategii wentylacji i chłodzenia. Głównymi elementami tych kominów są ściana z pustaków szklanych skierowana na południe, ściany z masy termicznej i okrągłe wyloty ze stali nierdzewnej wznoszące się kilka metrów nad poziomem dachu. Kominy są połączone z zakrzywionymi pustymi betonowymi płytami podłogowymi, które są chłodzone przez wentylację nocną. Rury osadzone w podłodze mogą zapewnić dodatkowe chłodzenie z wykorzystaniem wody gruntowej.

W ciepłe, wietrzne dni powietrze jest zasysane przez kanały w zakrzywionych, pustych betonowych płytach stropowych. Wentylacja pionowa naturalnie wychodząca przez kominy ze stali nierdzewnej poprawia przepływ powietrza przez budynek. Ruch powietrza w poprzek szczytów komina wzmacnia efekt komina. Podczas ciepłych, bezwietrznych dni budynek opiera się głównie na efekcie komina, podczas gdy powietrze jest pobierane z zacienionej północnej strony budynku. Energooszczędne wentylatory na szczytach kominów można również wykorzystać do poprawy przepływu powietrza.

W ciągu nocy systemy sterowania umożliwiają prowadzenie kanałów wentylacyjnych przez pustak betonowy, usuwając ciepło zmagazynowane w ciągu dnia, które pozostaje zimne przez następny dzień. Odsłonięty zakrzywiony sufit zapewnia większą powierzchnię niż płaski sufit, działając jak radiator , ponownie zapewniając letnie chłodzenie. Badania oparte na rzeczywistych pomiarach wydajności kominów pasywnych wykazały, że poprawiają one wentylację chłodzącą przestrzeni podczas ciepłych i bezwietrznych dni, a także mogą potencjalnie wspomagać chłodzenie w nocy ze względu na swoją termicznie masywną strukturę.

Chłodna wieża z pasywnym ciągiem w dół

Chłodna wieża w centrum dla zwiedzających Parku Narodowego Zion zapewnia chłodne powietrze

Technologią blisko spokrewnioną z kominem słonecznym jest wyparna wieża chłodnicza z dolnym ciągiem. Na obszarach o gorącym, suchym klimacie podejście to może przyczynić się do zrównoważonego sposobu zapewniania klimatyzacji budynków.

Zasadą jest umożliwienie odparowania wody na szczycie wieży, albo za pomocą wyparnych podkładek chłodzących, albo przez rozpylanie wody. Parowanie schładza napływające powietrze, powodując przepływ chłodnego powietrza, które obniży temperaturę wewnątrz budynku. Przepływ powietrza można zwiększyć, stosując komin słoneczny po przeciwnej stronie budynku, aby pomóc w odprowadzaniu gorącego powietrza na zewnątrz. Ta koncepcja została wykorzystana w Centrum dla Zwiedzających Parku Narodowego Zion . Centrum dla zwiedzających zostało zaprojektowane przez High Performance Buildings Research of the National Renewable Energy Laboratory (NREL).

Zasada działania wieży chłodniczej z prądem zstępującym została zaproponowana również do wytwarzania energii słonecznej. (Zobacz Wieża energetyczna, aby uzyskać więcej informacji).

Parowanie wilgoci z podkładek na dachach budynków Toguna zbudowanych przez Dogonów z Mali w Afryce przyczynia się do chłodu odczuwanego przez odpoczywających pod nimi mężczyzn. Budynki dla kobiet na obrzeżach miasta funkcjonują jak bardziej konwencjonalne kominy słoneczne.

Zobacz też

Źródła

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Solar_chimney&oldid=1129035194 ”