Солнечный дымоход

Чтобы узнать о технологии производства электроэнергии, см. Солнечную башню с восходящим потоком воздуха .

, Солнечный дымоход называемый тепловым дымоходом , представляет собой способ улучшения естественной вентиляции зданий часто за счет конвекции воздуха, нагретого пассивной солнечной энергией. Простое описание солнечного дымохода — это вертикальная шахта, использующая солнечную энергию для улучшения естественной вентиляции дымовой трубы в здании.

Солнечный дымоход использовался на протяжении веков, особенно на и Ближнем Востоке персами . , а также в Европе римлянами Востоке Ближнем

Описание

В своей простейшей форме солнечный дымоход представляет собой дымоход, окрашенный в черный цвет . В течение дня солнечная энергия нагревает дымоход и воздух внутри него, создавая восходящий поток воздуха в дымоходе. Всасывание , создаваемое у основания дымохода, можно использовать для вентиляции и охлаждения здания, расположенного ниже. В большинстве частей мира проще использовать энергию ветра для такой вентиляции, например, с помощью ветроуловителя , но в жаркие безветренные дни солнечный дымоход может обеспечить вентиляцию там, где в противном случае ее не было бы.

Однако существует несколько вариантов солнечных дымоходов. Основными элементами конструкции солнечного дымохода являются:

• Зона солнечного коллектора: она может располагаться в верхней части дымохода или 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, сечение и тепловые свойства этой конструкции также очень важны.
• Отверстия для впуска и выпуска воздуха: размеры, расположение, а также аэродинамические аспекты этих элементов также имеют большое значение.

принцип . Был предложен производства солнечной энергии с использованием большой теплицы в основании, а не полагаться исключительно на нагрев 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 всасывает воздух через геотермальный теплообмен, обеспечивая пассивное охлаждение дома.

Солнечные дымоходы, также называемые тепловыми дымоходами или тепловыми трубами, также могут использоваться в архитектурных объектах для уменьшения энергии, используемой механическими системами (системами, которые нагревают и охлаждают здание механическими средствами). 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 окружающей среды и перераспределение энергоресурсов привели к новому экологическому подходу к проектированию 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 концепций, которые в настоящее время изучаются учеными и дизайнерами, в основном посредством исследований и экспериментов.

Солнечный дымоход может служить многим целям. Прямые солнечные лучи нагревают воздух внутри дымохода, заставляя его подниматься вверх и втягивать воздух снизу. Этот забор воздуха можно использовать для вентиляции дома или офиса, для забора воздуха посредством геотермального теплообмена или для вентиляции только определенной области, например, компостного туалета.

Естественную вентиляцию можно создать путем установки вентиляционных отверстий на верхнем уровне здания, позволяющих теплому воздуху подниматься за счет конвекции и выходить наружу. В то же время более холодный воздух может втягиваться через вентиляционные отверстия на нижнем уровне. На этой стороне здания можно посадить деревья, чтобы обеспечить тень от прохладного наружного воздуха.

Этот естественный процесс 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 застекленную поверхность на стороне, обращенной к Солнцу. На противоположной стороне можно использовать теплопоглощающий материал. Размер теплопоглощающей поверхности важнее диаметра дымохода. Большая площадь поверхности позволяет осуществлять более эффективный теплообмен с воздухом, необходимым для обогрева солнечным излучением. Нагрев воздуха внутри дымохода усилит конвекцию и, следовательно, поток воздуха через дымоход. Отверстия вентиляционных отверстий в дымоходе должны быть направлены против направления преобладающего ветра .

Чтобы еще больше увеличить эффект охлаждения, поступающий воздух может быть проведен через подземные воздуховоды, прежде чем он попадет в здание. Солнечный дымоход можно улучшить, объединив его со стеной-тромбом . Дополнительным преимуществом этой конструкции является то, что в холодное время года систему можно реверсировать, обеспечивая вместо этого солнечное отопление.

Вариантом концепции солнечного дымохода является солнечный чердак . В жарком солнечном климате летом на чердаке зачастую бывает невыносимо жарко. В обычном здании это представляет собой проблему, поскольку приводит к необходимости более интенсивного кондиционирования воздуха . Объединив чердачное пространство с солнечным дымоходом, можно заставить работать горячий воздух на чердаке. Это может помочь конвекции в дымоходе, улучшая вентиляцию.

Использование солнечного дымохода может принести пользу естественной вентиляции и стратегии пассивного охлаждения зданий, тем самым помогая снизить потребление энергии, выбросы CO ₂ и загрязнение окружающей среды в целом. Потенциальные преимущества естественной вентиляции и использования солнечных дымоходов:

CAD (TAS) Модель солнечного дымохода

• улучшенная скорость вентиляции в тихие, жаркие дни
• снижение зависимости от ветра и ветровой вентиляции
• улучшенный контроль потока воздуха через здание
• больший выбор воздухозаборника (т.е. подветренная сторона здания)
• улучшение качества воздуха и снижение уровня шума в городских районах
• повышенная скорость вентиляции в ночное время
• вентиляция узких, небольших помещений с минимальным воздействием внешних элементов

Потенциальные преимущества пассивного охлаждения могут включать:

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

Прецедентное исследование: Экологическое здание

В офисном здании Building Research Institute (BRE) в Гарстоне, Уотфорд, Великобритания, в рамках своей стратегии вентиляции используются пассивные вентиляционные трубы, работающие на солнечной энергии.

Офисы BRE, спроектированные архитектором Фейлденом Клеггом Брэдли, направлены на снижение энергопотребления и выбросов CO ₂ на 30% по сравнению с текущими рекомендациями по передовой практике и поддержание комфортных условий окружающей среды без использования кондиционирования воздуха. Пассивные вентиляционные трубы, солнечная защита и полые бетонные плиты со встроенным охлаждением пола являются ключевыми особенностями этого здания. Системы вентиляции и отопления контролируются системой управления зданием (BMS), при этом пользователь может регулировать условия в соответствии с потребностями жильцов.

В здании используются пять вертикальных шахт как неотъемлемая часть стратегии вентиляции и охлаждения. Основными компонентами этих дымоходов являются стена из стеклянных блоков, обращенная на юг, стены из термомассы и круглые выхлопные трубы из нержавеющей стали, возвышающиеся на несколько метров над уровнем крыши. Дымоходы соединены с изогнутыми полыми бетонными плитами перекрытия, которые охлаждаются ночной вентиляцией. Трубы, встроенные в пол, могут обеспечить дополнительное охлаждение с использованием грунтовых вод.

В теплые ветреные дни воздух засасывается через проходы в изогнутых полых бетонных плитах перекрытия. Вентиляция дымохода, естественным образом поднимающаяся через дымоходы из нержавеющей стали, увеличивает поток воздуха через здание. Движение воздуха по верхушкам дымохода усиливает эффект дымохода.В теплые и безветренные дни здание в основном опирается на эффект дымовой трубы, тогда как воздух забирается из тенистой северной стороны здания. Для улучшения воздушного потока также можно использовать энергосберегающие вентиляторы в верхней части стоек.

Ночью системы управления обеспечивают вентиляцию через пустотелую бетонную плиту, отводя накопленное в течение дня тепло, которое затем остается холодным на следующий день. Открытый изогнутый потолок дает большую площадь поверхности, чем плоский потолок, действуя как радиатор , 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 потенциально способствовать охлаждению в ночное время благодаря своей термически массивной конструкции.

Пассивная градирня с нисходящей тягой

Холодильная башня в Центре для посетителей национального парка Зайон обеспечивает прохладный воздух.

Технология, тесно связанная с солнечными дымоходами, — это испарительная градирня с нисходящей тягой. В районах с жарким и засушливым климатом этот подход может способствовать устойчивому обеспечению кондиционирования воздуха в зданиях.

Принцип заключается в том, чтобы позволить воде испаряться наверху башни либо с помощью испарительных охлаждающих подставок, либо путем распыления воды. Испарение охлаждает поступающий воздух, вызывая нисходящий поток прохладного воздуха, который снижает температуру внутри здания. Воздушный поток можно увеличить, используя солнечный дымоход на противоположной стороне здания, чтобы помочь отводить горячий воздух наружу. Эта концепция была использована для Туристического центра национального парка Зайон . Центр для посетителей был спроектирован отделом исследований высокоэффективных зданий Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL).

Принцип градирни с нисходящим потоком был также предложен для производства солнечной энергии. (Для получения дополнительной информации см. Энергетическую башню .)

Испарение влаги с подушечек на крышах зданий тогуна, построенных народом догонов в Мали, Африка, способствует прохладе, ощущаемой мужчинами, отдыхающими под ними. Женские постройки на окраине города функционируют как традиционные солнечные дымоходы.

См. также

• Из Анбара
• Автономное здание
• Трубы охлаждения земли
• Испарительное охлаждение
• ОВК
• Манитоба Гидро Плейс
• Естественная вентиляция
• Пассивный дом
• Эффект стека
• тогуна
• Вентиляция (архитектура)
• Яхчал

Источники

• Афонсу, Клито; Оливейра, Армандо (июнь 2000 г.). «Солнечные дымоходы: моделирование и эксперимент». Энергия и здания . 32 (1). IOP Publishing Limited: 71–79. Бибкод : 2000EneBu..32...71A . дои : 10.1016/S0378-7788(99)00038-9 .
• Тромбе, А.; Серрес, Л. (1994). «Исследование воздухо-земляного теплообменника в условиях реальных экспериментов и моделирования». Энергия и здания . 21 (2): 155–162. Бибкод : 1994EneBu..21..155T . дои : 10.1016/0378-7788(94)90008-6 .
• Шикра, Чаба (апрель 2004 г.). «Гибридные системы вентиляции» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 18 августа 2006 г. Проверено 10 марта 2007 г.
• Перлмуттер, Д.; Э. Эрелл; Ю. Эцион; И.А. Меир; Х. Ди (март 1996 г.). «Уточнение использования испарения в экспериментальной градирне с нисходящей тягой» . Энергия и здания . 23 (3). Эльзевир: 191–197. Бибкод : 1996EneBu..23..191P . дои : 10.1016/0378-7788(95)00944-2 . Архивировано из оригинала 9 апреля 2007 г. Проверено 13 марта 2007 г.
• Дай, YJ; К. Сумати; Р.З. Ван; Ю.Г. Ли (январь 2003 г.). «Улучшение естественной вентиляции в солнечном доме с солнечным дымоходом и твердой адсорбционной охлаждающей полостью». Солнечная энергия . 74 (1). Elsevier Science BV: 65–75. Бибкод : 2003SoEn...74...65D . дои : 10.1016/S0038-092X(03)00106-3 .

Внешние ссылки

• Солнечный Дымоход – «Солнечный дымоход» . Солнечные инновации . Проверено 28 ноября 2017 г.
• Идеи солнечных инноваций – Викторианская инициатива солнечных инноваций «Системы вентиляции – солнечный дымоход» (PDF) . Устойчивое развитие Виктория. Архивировано из оригинала (PDF) 27 сентября 2007 г. Проверено 10 марта 2007 г.
• Архитектурный экологический анализ - Руководство по экологическому дизайну «Вентиляция» . Экоисследования. Архивировано из оригинала 7 апреля 2007 г. Проверено 10 марта 2007 г.
• Руководство по пассивному солнечному отоплению и охлаждению «Естественное охлаждение» . Солнечный центр Аризоны. Архивировано из оригинала 17 февраля 2004 г. Проверено 10 марта 2007 г.