烟囱效应简介

烟囱效应

压力表:绝对气压和气流

烟囱效应(Stack effect)是指户内空气沿著有垂直坡度的空间向上升或下降，造成空气加犟对流的现象。最常见的烟囱效应是火炉、锅炉运作时，产生的热空气随著烟囱向上昇，在烟囱的顶部离开。因为烟囱中的热空气散溢而造成的气流(Draft)，将户外的空气抽入填补，令火炉的火更猛烈。

烟囱效应亦可以是逆向的。当户内的温度较户外为低(例如夏天使用空调时)，气流可以在烟囱内向下流动，将户-{外}-空气从烟囱抽入室内。烟囱效应的犟度与烟囱的高度，户内及户外温度差距，和户内外空气流通的程度有关。

当火势在建筑物内部形成时，内部空气因受热而密度变低，烟流因浮力效应向上流动，而在高层建筑中，有楼梯间、电梯竖井及管路间等垂直通路，正好提供烟流垂直流动的管道，烟层于是向上蓄积，理想上烟层会到达楼顶后再以水平的方向漫延到楼层内部，而夹在起火层及烟层蓄积层间的楼层是不会有烟流漫延到楼层内部，一直要到烟层下降到该面的楼层，才会有烟流漫延。实际情形下，烟层是否会在楼顶蓄积要视楼层高度、外界温度、火场温度等决定，譬如说，大楼为30层的建筑，由于上述条件的交互影响，烟层有可能到达不了楼顶，可能在楼层第20层开始蓄积，并向水平漫延，此时，20层已上的楼层不会感受到有烟流的存在。

要防止烟囱效应对生命财产的危害，最重要的就是要做好各垂直通道、管道间的防火阻绝，不要有空隙让烟流可往水平方向流窜，就能将危害减到最小。另外也建议于垂直通道、管道间设置专用的侦测器，用以掌控藉烟囱效应流窜的烟流。

在高楼大厦的环境内，烟囱效应可以是令火灾猛烈加剧的原因。在低层发生的火灾造成的热空气，因为密度较低，经电梯槽或走火通道内得以往上流动，使高热气体不断在通道的顶部积聚，结果是使火势透过这种空气的对流在大厦的顶层制造另一个火场。不单使扑救变得更困难，更会危及前往天台逃生的人员的生命安全。

幕墙在夏季利用“烟囱效应”

烟囱最初的应用形式就是筒状的物体，安装在厨房或锅炉房等进行燃料燃烧的地方，利用热空气上升的原理，从上部出风口排出热烟气，外面的新鲜冷空气从入口被卷入，增加了燃料燃烧所需要的氧气，使燃料更加充分的燃烧，增强了火势。在锅炉房等这些地方，烟囱起到了拔火拔烟，排走烟气，改善燃烧条件的作用。

这种利用热空气上升，有拔风作用的烟囱效应，在建筑结构和建筑设备领域里被广泛的应用。在建筑设计中，利用热压差实现自然通风就是利用的“烟囱效应”原理它是利用热空气上升的原理，在建筑上部设排风口可将污浊的热空气从室内排出,而室外新鲜的冷空气则从建筑底部被吸入。热压作用与进、出风口的高差和室内外的温差有关,室内外温差和进、出风口的高差越大,则热压作用越明显。在建筑设计中，可利用建筑物内部贯穿多层的竖向空腔———如楼梯间、中庭、拔风井等满足进排风口的高差要求，并在顶部设置可以控制的开口，将建筑各层的热空气排出,达到自然通风的目的。与风压式自然通风不同，热压式自然通风更能适应常变的外部风环境和不良的外部风环境。

烟囱效应不仅实现了自然通风，它在双层玻璃幕墙中的使用，还有效的阻挡了热量的传递，降低建筑墙体的传热系数，达到了节约建筑能耗的作用。

烟囱效应 - 造电应用

烟囱效应造电：澳大利亚千米“太阳塔

澳大利亚EnviroMission公司正在准备建造一个规模庞大的太阳能风力发电站，即“太阳塔”工程。该发电装置位于澳大利亚新南威尔士州（New South Wales）温特乌斯郡（Wentworth）的波朗格（Buronga）。这座高达1000米的“太阳塔”发电容量达到200MW，足够20万户家庭使用，相当于澳大利亚Tasmania州首府Hobart全市或者墨尔本主要郊区Geelong全市的用电量。

技术原理：“太阳塔”技术原理如下：太阳对“太阳塔”底部圆盘状集热器中的空气加热，由于“烟囱效应”，集热区域的空气被太阳辐射加热后便向塔底部流去，在塔内集中并形成一股向上流动的强大空气流，热气流沿着“太阳塔”这根“烟囱”继续向上升，推动塔内特别设计的一组32台每台发电容量为6.25MW的涡轮，产生电力。塔底入口处空气温度为70℃，空气流速为15m/s，塔顶空气出口温度为20℃。到了晚上，白天积聚在热能存储单元中的热能，此时开始释放出来，继续推动涡轮旋转，因而“太阳塔”可以一年365天、一天24小时不间断地工作。

烟囱效应 - 成因分析

玻璃与外墙有1米距离，形成烟囱效应

烟囱的主要作用是拔火拔烟，排走烟气，改善燃烧条件。高层建筑内部一般设置数量不等的楼梯间、排风道、送风道、排烟道、电梯井及管道井等竖向井道，当室内温度高于室外温度时，室内热空气因密度小，便沿着这些垂直通道自然上升，透过门窗缝隙及各种孔洞从高层部分渗出，室外冷空气因密度大，由低层渗入补充，这就形成烟囱效应。烟囱效应是室内外温差形成的热压及室外风压共同作用的结果，通常以前者为主，而热压值与室内外温差产生的空气密度差及进排风口的高度差成正比。这说明，室内温度越是高于室外温度，建筑物越高，烟囱效应也越明显，同时也说明，民用建筑的烟囱效应一般只是发生在冬季。就一栋建筑物而言，理论上视建筑物的一半高度位置为中和面，认为中和面以下房问从室外渗入空气，中和面以上房间从室内渗出空气。

在烟囱效应的作用下，室内有组织的自然通风、排烟排气得以实现，但其负面影响也是多方面的：首先，风沙通过低层部分各种孔洞、缝隙吹入室内，消耗热量并污染室内；其次，风

通过电梯井由底层厅门人口被抽到顶层的过程中，导致梯门不能正常关闭；第三，当发生火灾时，随着室内空气温度的急剧升高，体积迅速增大，烟囱效应更加明显，此时，各种竖井成为拔火拔烟的垂直通道，是火灾垂直蔓延的主要途径，从而助长火势扩大灾情。有资料显示，烟气在竖向管井内的垂直扩散速度为3-4m／s，意味着高度为100m的高层建筑，烟火由底层直接窜至顶层只需30s左右。如果燃烧条件具备，整个大楼顷刻问便可能形成一片火海。为有效减弱烟囱效应产生的负面影响，可采取以下一些措施∶

1.在冬季，空气主要是通过各种外门从底层流入室内，最直接的方法是将建筑通向外界的所有门，尽可能地设置成两道门、旋转门、加装门斗或在外门内侧设置空气幕等，这对于大厅门尤为必要，对于那些次要通道连同地下停车场的外门口等，在冬季也要装门，至少应增挂厚门帘。在冬季，电梯井顶部的通风孔应适当向小调整或关闭。

2.对于已采暖的建筑物，尽量不使低层部分的室内温度高于高层部分。

3.当火灾发生时，不仅在任何季节通过各类竖井产生烟囱效应，而且还可能在小范围内通过穿越楼板的空调管道，甚至是一些不引人注意的孔隙产生烟囱效应。对此，《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-1995）有以下明确规定∶

（1）当围护结构采用幕墙形式时，“与每层楼板、隔墙处的缝隙，应采用不燃烧材料严密填实”。

（2）“建筑高度不超过100m的高层建筑，其电缆井、管道井应每隔2~3层在楼板处用相当于楼板耐火极限的不燃烧体作防火分隔；建筑高度超过100m的高层建筑，应在每层楼板处用相当于楼板耐火极限的不燃烧体作防火分隔”。因施工缺陷、桥架和管道根部形成的各种孔隙，必须用不燃烧材料填塞密实。

（3）“楼梯间和前室的门均为乙级防火门”，并“应具有自行关闭的功能”；各种竖向管井“井壁上的检查门应采用丙级防火门”：“电缆井、管道井与房间、走道等相连通的孔洞，其空隙应采用不燃烧材料填塞密实”：“垂直风管与每层水平风管交接处的水平管段上应设防火阀”：“厨房、浴室、厕所等的垂直排风管道，应采取防止回流的措施或在支管上设置防火阀”，以确保火灾时与走道及房间的分隔，防止各楼层之间通过竖井交叉蔓延。