最常見的煙囪效應(yīng)是火爐、鍋爐運作時，產(chǎn)生的熱空氣隨著煙囪向上升，在煙囪的頂部離開。因為煙囪管道中的熱空氣散溢而造成的氣流(Draft)，將戶外的空氣抽入填補，令火爐的火更猛烈。

    煙囪效應(yīng)亦可以是逆向的。當(dāng)戶內(nèi)的溫度較戶外為低(例如夏天使用空調(diào)時)，氣流可以在煙囪內(nèi)向下流動，將戶外空氣從煙囪抽入室內(nèi)。

    煙囪效應(yīng)的強度與煙囪管道的高度，戶內(nèi)及戶外溫度差距，和戶內(nèi)外空氣流通的程度有關(guān)。

    在高樓大廈的環(huán)境內(nèi)，煙囪效應(yīng)可以是令火災(zāi)猛烈加劇的原因。在低層發(fā)生的火災(zāi)造成的熱空氣，因為密度較低，經(jīng)電梯槽或走火通道內(nèi)得以往上流動，使高熱氣體不斷在通道的頂部積聚，結(jié)果是使火勢透過這種空氣的對流在大廈的頂層制造另一個火場。不單使撲救變得更困難，更會危及前往天臺逃生的人員的生命安全。

    煙囪最初的應(yīng)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(fēng)口排出熱煙氣，外面的新鮮冷空氣從入口被卷入，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。

    目前，這種利用熱空氣上升，有拔風(fēng)作用的煙囪效應(yīng)，在建筑結(jié)構(gòu)和建筑設(shè)備領(lǐng)域里被廣泛的應(yīng)用。

    在建筑設(shè)計中，利用熱壓差實現(xiàn)自然通風(fēng)就是利用的“煙囪效應(yīng)”原理它是利用熱空氣上升的原理，在建筑上部設(shè)排風(fēng)口可將污濁的熱空氣從室內(nèi)排出,而室外新鮮的冷空氣則從建筑底部被吸入。熱壓作用與進、出風(fēng)口的高差和室內(nèi)外的溫差有關(guān),室內(nèi)外溫差和進、出風(fēng)口的高差越大,則熱壓作用越明顯。

在建筑設(shè)計中，可利用建筑物內(nèi)部貫穿多層的豎向空腔———如樓梯間、中庭、拔風(fēng)井等滿足進排風(fēng)口的高差要求，并在頂部設(shè)置可以控制的開口，將建筑各層的熱空氣排出,達到自然通風(fēng)的目的。與風(fēng)壓式自然通風(fēng)不同，熱壓式自然通風(fēng)更能適應(yīng)常變的外部風(fēng)環(huán)境和不良的外部風(fēng)環(huán)境。

    煙囪效應(yīng)不僅實現(xiàn)了自然通風(fēng)，它在雙層玻璃幕墻中的使用，還有效的阻擋了熱量的傳遞，降低建筑墻體的傳熱系數(shù)，達到了節(jié)約建筑能耗的作用。

    高層建筑煙囪效應(yīng)分析

    煙囪的主要作用是拔火拔煙，排走煙氣，改善燃燒條件。高層建筑內(nèi)部一般設(shè)置數(shù)量不等的樓梯間、排風(fēng)道、送風(fēng)道、排煙道、電梯井及管道井等豎向井道，當(dāng)室內(nèi)溫度高于室外溫度時，室內(nèi)熱空氣因密度小，便沿著這些垂直通道自然上升，透過門窗縫隙及各種孔洞從高層部分滲出，室外冷空氣因密度大，由低層滲入補充，這就形成煙囪效應(yīng)。煙囪效應(yīng)是室內(nèi)外溫差形成的熱壓及室外風(fēng)壓共同作用的結(jié)果，通常以前者為主，而熱壓值與室內(nèi)外溫差產(chǎn)生的空氣密度差及進排風(fēng)口的高度差成正比。

    這說明，室內(nèi)溫度越是高于室外溫度，建筑物越高，煙囪效應(yīng)也越明顯，同時也說明，民用建筑的煙囪效應(yīng)一般只是發(fā)生在冬季。就一棟建筑物而言，理論上視建筑物的一半高度位置為中和面，認為中和面以下房問從室外滲入空氣，中和面以上房間從室內(nèi)滲出空氣。

    在煙囪效應(yīng)的作用下，室內(nèi)有組織的自然通風(fēng)、排煙排氣得以實現(xiàn)，但其負面影響也是多方面的：首先，風(fēng)沙通過低層部分各種孔洞、縫隙吹入室內(nèi)，消耗熱量并污染室內(nèi)；其次，風(fēng)通過電梯井由底層廳門人口被抽到頂層的過程中，導(dǎo)致梯門不能正常關(guān)閉；第三，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，隨著室內(nèi)空氣溫度的急劇升高，體積迅速增大，煙囪效應(yīng)更加明顯，此時，各種豎井成為拔火拔煙的垂直通道，是火災(zāi)垂直蔓延的主要途徑，從而助長火勢擴大災(zāi)情。

    有資料顯示，煙氣在豎向管井內(nèi)的垂直擴散速度為3-4m/s，意味著高度為100m的高層建筑，煙火由底層直接竄至頂層只需30s左右。如果燃燒條件具備，整個大樓頃刻問便可能形成一片火海。為有效減弱煙囪效應(yīng)產(chǎn)生的負面影響，可采取以下一些措施∶

    1.在冬季，空氣主要是通過各種外門從底層流入室內(nèi)，最直接的方法是將建筑通向外界的所有門，盡可能地設(shè)置成兩道門、旋轉(zhuǎn)門、加裝門斗或在外門內(nèi)側(cè)設(shè)置空氣幕等，這對于大廳門尤為必要，對于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(yīng)增掛厚門簾。在冬季，電梯井頂部的通風(fēng)孔應(yīng)適當(dāng)向小調(diào)整或關(guān)閉。

    2.對于已采暖的建筑物，盡量不使低層部分的室內(nèi)溫度高于高層部分。

    3.當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，不僅在任何季節(jié)通過各類豎井產(chǎn)生煙囪效應(yīng)，而且還可能在小范圍內(nèi)通過穿越樓板的空調(diào)管道，甚至是一些不引人注意的孔隙產(chǎn)生煙囪效應(yīng)。對此，《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50045-1995）有以下明確規(guī)定∶

    （1）當(dāng)圍護結(jié)構(gòu)采用幕墻形式時，“與每層樓板、隔墻處的縫隙，應(yīng)采用不燃燒材料嚴密填實”。

    （2）“建筑高度不超過100m的高層建筑，其電纜井、管道井應(yīng)每隔2~3層在樓板處用相當(dāng)于樓板耐火極限的不燃燒體作防火分隔；建筑高度超過100m的高層建筑，應(yīng)在每層樓板處用相當(dāng)于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”，并“應(yīng)具有自行關(guān)閉的功能”；各種豎向管井“井壁上的檢查門應(yīng)采用丙級防火門”：“電纜井、管道井與房間、走道等相連通的孔洞，其空隙應(yīng)采用不燃燒材料填塞密實”：“垂直風(fēng)管與每層水平風(fēng)管交接處的水平管段上應(yīng)設(shè)防火閥”：“廚房、浴室、廁所等的垂直排風(fēng)管道，應(yīng)采取防止回流的措施或在支管上設(shè)置防火閥”，以確�；馂�(zāi)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

    臺灣汐止東方科學(xué)園區(qū)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(jù)推測很可能就是所謂的煙囪效應(yīng)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(yīng)。

    當(dāng)火勢在建筑物內(nèi)部形成時，內(nèi)部空氣因受熱而密度變低，煙流因浮力效應(yīng)向上流動，而在高層建筑中，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，煙層于是向上蓄積，理想上煙層會到達樓頂后再以水平的方向漫延到樓層內(nèi)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(nèi)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層的建筑，由于上述條件的交互影響，煙層有可能到達不了樓頂，可能在樓層第20層開始蓄積，并向水平漫延，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(yīng)對生命財產(chǎn)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。另外也建議于垂直通道、管道間設(shè)置專用的偵測器，用以掌控藉煙囪效應(yīng)流竄的煙流。

    簡介

    煙囪效應(yīng)造電:澳大利亞千米“太陽塔”工程。

    澳大利亞EnviroMission公司正在準備建造一個規(guī)模龐大的太陽能風(fēng)力發(fā)電站，即“太陽塔”工程。該發(fā)電裝置位于澳大利亞新南威爾士州（NewSouthWales）溫特烏斯郡（Wentworth）的波朗格（Buronga）。

    這座高達1000米的“太陽塔”發(fā)電容量達到200MW，足夠20萬戶家庭使用，相當(dāng)于澳大利亞Tasmania州首府Hobart全市或者墨爾本主要郊區(qū)Geelong全市的用電量。

    “太陽塔”投入運行之后，每年可以減少至少90萬噸溫室氣體CO2的產(chǎn)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(chǎn)品進行的，是對某種產(chǎn)品從原料采掘到生產(chǎn)、到產(chǎn)品直至其最終處置的過程，考察其對環(huán)境的影響）。

    澳大利亞“太陽塔”工程共分為六個階段進行：設(shè)計優(yōu)化（已完成）、商業(yè)可行性預(yù)測和探討（已完成）、可行性最終討論（正在進行）、設(shè)計和施工方案的最終審定、施工和調(diào)試、投入商業(yè)運作。EnviroMission目前還處于第三階段運作，主要包括項目協(xié)作和籌集資金。

    技術(shù)原理

    “太陽塔”技術(shù)原理如下：太陽對“太陽塔”底部圓盤狀集熱器中的空氣加熱，由于“煙囪效應(yīng)”，集熱區(qū)域的空氣被太陽輻射加熱后便向塔底部流去，在塔內(nèi)集中并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(xù)向上升，推動塔內(nèi)特別設(shè)計的一組32臺每臺發(fā)電容量為6.25MW的渦輪，產(chǎn)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(xù)推動渦輪旋轉(zhuǎn)，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(fā)電的成功，德國的設(shè)計者和建造工程公司SchlaichBergermannandPartner聯(lián)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(chǎn)生了50KW的電能。中試的研究結(jié)果驗證了這種風(fēng)道式太陽能發(fā)電的構(gòu)想是可行的，過程中取得的數(shù)據(jù)為下一步擴大規(guī)模的設(shè)計提供了依據(jù)。

    設(shè)計者

    “太陽塔”之設(shè)計出自于德國著名建筑工程師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(chuàng)合伙人之一，這德國公司曾建造香港的汀九橋（TingKauBridge）及加拿大蒙特利爾奧運場。

    應(yīng)用實驗

    簡介

    解決高大平房倉死角問題試驗

    (郭玉成,程進安,張永強,趙改記,李彥榮)

    隨著國家三批1000億斤新型糧庫建成和投產(chǎn)使用,高大平房倉在我國現(xiàn)役糧庫中已經(jīng)占有很大比重,逐步提高倉儲科學(xué)保糧水平,是我們保糧人員面臨的一項重要任務(wù).近年來,通過廣泛應(yīng)用四項儲糧新技術(shù),有力地促進了倉儲技術(shù)的進步,規(guī)范化,精細化的管理,標志著我國倉儲工作邁上了一個新臺階.但是,科學(xué)無止境,倉儲工作及科學(xué)保糧同樣面臨新問題,高大平房倉在機械通風(fēng)和環(huán)流熏蒸中死角就是我們遇到新課題.

    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,受西北干燥氣候環(huán)境充分干燥半年后投入使用.于12月至2003年5月先是在17號倉房分兩批入國產(chǎn)混合小麥5500T.2004年10月我們發(fā)現(xiàn)倉房四角糧情均有返潮現(xiàn)象,西南角猶為嚴重.經(jīng)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℃.隨即采用離心風(fēng)機地上籠壓入式通風(fēng)72小時,其它部位糧溫明顯降低,但四角部位降溫不明顯.于是,我們在通風(fēng)效果上作文章.

    分析原因,一是四角糧層阻力大;二是經(jīng)測定糧面風(fēng)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(fēng)路徑,因此,形成了糧堆通風(fēng)死角.

    如何解決高大平房倉通風(fēng)死角問題,我們在摸索中尋求答案.由于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(xué)習(xí),邊試驗,邊總結(jié).曾記得十多年前蘭州甘草糧庫3個2500T半地下倉,先后幾次裝糧,糧堆發(fā)熱問題非常棘手,最后采取了打開半地下倉底門和倉頂側(cè)門,氣流受"煙囪效應(yīng)"起到了作用,同時在半地下倉內(nèi)增設(shè)了3個直徑為1m的鋼筋支架裹沙網(wǎng)圓柱形檢查井一直插到糧堆底層,二者相互作用,其結(jié)果倉溫比地上平房倉溫有明顯差異,長年處于準低溫倉,改善了儲糧環(huán)境.受甘草糧庫啟迪,我?guī)煸诮鉀Q高大平房倉通風(fēng)死角問題上,變檢查井為導(dǎo)風(fēng)管,安裝在倉房四角,(靠墻一側(cè)中間可增設(shè)一個),在地上籠機械通風(fēng)中導(dǎo)風(fēng)管同樣發(fā)揮著"煙囪效應(yīng)".

    通過在17號倉房試驗,在消除高大平房倉通風(fēng)死角問題上收到了較好成效.在此基礎(chǔ)上,我們對現(xiàn)有8個高大平房倉全部配制了導(dǎo)風(fēng)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(dǎo)風(fēng)管,一年多來,無論在地上籠通風(fēng)和環(huán)流熏蒸中,沒有形成死角,減輕了保管難度,使儲糧環(huán)境得到了改善,儲糧一直處于安全狀態(tài).

    材料與方法

    1.1材料:

    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(shè)計倉容5500T,倉長54m,跨度24m,檐高9m,糧堆高度6m,頂內(nèi)高11m,倉墻厚度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(chǎn)二等混合小麥5500T,容重775g/l,水分13.2%-14%,雜質(zhì)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(diào)入進口加西紅春小麥6000T,容重808g/l,水分13.6%,雜質(zhì)0.8%,不完善粒4.2%.

    1.1.3設(shè)備:

    1.1.3.1通風(fēng)機:離心式通風(fēng)機,陜西華翼產(chǎn),型號4-72,風(fēng)量13008m3/n,風(fēng)壓1542pa,主軸轉(zhuǎn)速為1800r/min功率7.5kw.軸流風(fēng)機,河北衡水產(chǎn),型號Y80m2-4,轉(zhuǎn)速1390r/min功率0.75kw.

    1.1.3.2地上籠通風(fēng)道1機3道,每個倉房共3機9道地上籠風(fēng)道.

    1.1.3.3糧食多功能深層扦樣器:成都糧科所產(chǎn);

    1.1.3.4糧情測控:糧情測控采用河南產(chǎn)TS-1糧情測控系統(tǒng),每倉房設(shè)12組分線器,每組分線器設(shè)6個測溫點,每測溫點設(shè)垂直傳感器4個,全倉共288個糧情檢測點.

    1.1.3.5導(dǎo)風(fēng)管:采用地上籠材料,度鋅薄鋼板沖孔,卷曲成φ33cm長1.2m柱體,兩頭5cm處起棱制作成大小頭,便于相互聯(lián)結(jié).每節(jié)體積為0.1m3.(1.2m×0.1652×3.14=0.10258m3),風(fēng)道及導(dǎo)風(fēng)管布置見圖1.

    1.2方法:

    1.2.1確定降溫,降水通風(fēng)方式:按照《機械通風(fēng)儲糧技術(shù)規(guī)程》規(guī)定中允許通風(fēng)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(dǎo)風(fēng)管,在倉房西南角安裝6m深導(dǎo)風(fēng)管,直插倉底,不能同地上籠連結(jié),二者相距2m,倉房北部西北角,東北角未安裝.然后開展機械通風(fēng)南,北部對比試驗,采用北京市檢測儀器廠生產(chǎn)的ZRQF系列智能熱球式風(fēng)速計檢測

    2.1引流死角效果:

    2.1.1安裝了導(dǎo)風(fēng)管倉房的墻角,由于導(dǎo)風(fēng)管"煙囪效應(yīng)"產(chǎn)生負壓作用,機械通風(fēng)時,達到了引導(dǎo)氣流向死角部位運動的目的.

    2.1.2在環(huán)流熏蒸中同樣發(fā)揮引流作用,通過對13號,14號,15號,17號倉房環(huán)流熏蒸后效果檢查,沒有產(chǎn)生死角,殺蟲效果明顯.

    2.1.3地上籠機械通風(fēng)配合軸流風(fēng)機通風(fēng),正負壓同時存在,通風(fēng)效果更佳.

    2.2四角導(dǎo)風(fēng)管及糧面各點風(fēng)速檢測分析:

    2.2.1風(fēng)速檢測數(shù)據(jù)表明,西南角安裝了6m深導(dǎo)風(fēng)管直插倉底,風(fēng)速明顯大于沒有安裝導(dǎo)風(fēng)管的西北角,東北角;東南角安裝了3m深導(dǎo)風(fēng)管,風(fēng)速小于西南角,但比東北角,西北角要大.

    2.2.2新入庫糧風(fēng)速檢測數(shù)據(jù)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(fēng)速比新入庫糧堆要小.

    2.2.3導(dǎo)風(fēng)管引導(dǎo)氣流在死角部位運動,不會對其它部位造成風(fēng)力截流.

    效能作用

    通過試驗,導(dǎo)風(fēng)管通風(fēng)引流死角作用有三:一是在倉房四角增加了氣流出口,產(chǎn)生了負壓,減小了糧層阻力;二是導(dǎo)風(fēng)管加工"煙囪效應(yīng)"引導(dǎo)氣流向四角線性運動,增加了風(fēng)量;三是縮短了通風(fēng)路徑.

    結(jié)論

    4.1利用導(dǎo)風(fēng)管"煙囪效應(yīng)"解決高大平房倉通風(fēng)死角試驗是成功的,能夠達到引導(dǎo)氣流向線性運動,解決死角問題,降溫,降水,環(huán)流熏蒸效果比較顯著.

    4.2導(dǎo)風(fēng)管體積小,一個墻角需5節(jié),每節(jié)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制作簡易,成本低,1.2m導(dǎo)風(fēng)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(fā)生部位臨時采用多功能扦樣器安裝,可靈活使用.

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