Solární komín - Solar chimney

Tento článek se týká ventilačního zařízení. Informace o technologii generování energie najdete v článku Solar updraft tower .

Solární komín  - často označované jako tepelné komína  - je způsob, jak zlepšit přirozené větrání a budov pomocí proudění vzduchu ohřívaného pasivní solární energie. Jednoduchý popis solárního komína je vertikální šachty využívající sluneční energii k posílení přirozeného větrání komínu budovou.

Solární komín byl v použití po celá staletí, a to zejména na Středním východě a Blízkém východě ze strany Peršanů , stejně jako v Evropě ze strany Římanů .

Popis

Ve své nejjednodušší podobě se solární komín skládá z černě natřeného komína . Během dne sluneční energie ohřívá komín a vzduch v něm, čímž v komíně vytváří proud vzduchu. Sání vytvořen na základně komína lze použít k větrání a chlazení budovy níže. Ve většině částí světa je snazší využít větrnou energii k takovému větrání jako u větrného lapače , ale v horkých bezvětrných dnech může větrání zajistit solární komín tam, kde by jinak nebyl.

Existuje však řada variant solárního komína. Základní konstrukční prvky solárního komína jsou:

  • Oblast solárního kolektoru: Může být umístěna v horní části komína nebo může zahrnovat celou šachtu. Orientace, typ zasklení, izolační a tepelné vlastnosti tohoto prvku jsou zásadní pro využití, udržení a využití solárních zisků.
  • Hlavní větrací šachta: Poloha, výška, průřez a tepelné vlastnosti této struktury jsou také velmi důležité.
  • Vstupní a výstupní vzduchové otvory: Velikosti, umístění a aerodynamické aspekty těchto prvků jsou také významné.

Pro výrobu solární energie byl navržen princip , který využívá velký skleník na základně, než aby spoléhal pouze na ohřev samotného komína. (Další informace o tomto problému najdete v článku Solar updraft tower .)

Solární komíny jsou natřeny černou barvou, aby účinněji absorbovaly sluneční teplo. Když se vzduch uvnitř komína ohřívá, stoupá a přes trubice pro výměnu tepla vytahuje studený vzduch zpod země.

Solární komín a udržitelná architektura

Image
Tento solární komín nasává vzduch geotermální výměnou tepla a zajišťuje pasivní domácí chlazení.

Solární komíny, nazývané také tepelné komíny nebo tepelné komíny, lze také použít v architektonickém prostředí ke snížení energie používané mechanickými systémy (systémy, které ohřívají a ochlazují budovu mechanickými prostředky). Po desetiletí je klimatizace a mechanické větrání standardní metodou kontroly prostředí v mnoha typech budov, zejména v kancelářích, ve vyspělých zemích. Znečištění a přerozdělení dodávek energie vedlo k novému environmentálnímu přístupu v projektování budov. Inovativní technologie spolu s bioklimatickými principy a tradičními strategiemi návrhu jsou často kombinovány za účelem vytvoření nových a potenciálně úspěšných návrhových řešení. Solární komín je jedním z těchto konceptů, které v současné době zkoumají vědci i designéři, většinou prostřednictvím výzkumu a experimentování.

Solární komín může sloužit mnoha účelům. Přímé sluneční světlo ohřívá vzduch uvnitř komína, což způsobuje, že stoupá nahoru a nasává vzduch zespodu. Tuto kresbu vzduchu lze použít k větrání domu nebo kanceláře, k nasávání vzduchu geotermální výměnou tepla nebo k větrání pouze určité oblasti, jako je kompostovací toaleta.

Přirozené větrání lze vytvořit poskytnutím větracích otvorů v horní úrovni budovy, které umožní proudění teplého vzduchu prouděním a unikání ven. Současně lze chladnější vzduch nasávat otvory na spodní úrovni. Na té straně budovy mohou být vysazeny stromy, aby poskytovaly stín pro chladnější venkovní vzduch.

Tento přirozený proces větrání může být doplněn solárním komínem. Komín musí být vyšší než úroveň střechy a musí být postaven na stěně směřující ke slunci. Absorpci tepla ze slunce lze zvýšit použitím prosklené plochy na straně obrácené ke slunci. Na opačné straně lze použít materiál absorbující teplo. Velikost povrchu absorbujícího teplo je důležitější než průměr komína. Velká plocha umožňuje efektivnější výměnu tepla se vzduchem nezbytným pro ohřev slunečním zářením. Ohřev vzduchu v komíně zlepší proudění, a tím i proudění vzduchu komínem. Otvory otvorů v komíně by měly směřovat pryč od směru převládajícího větru .

Pro další maximalizaci chladicího účinku může být přiváděný vzduch veden podzemními kanály, než bude umožněn vstup do budovy. Solární komín lze vylepšit integrací se stěnou pozounu . Další výhodou této konstrukce je, že systém lze v chladném období obrátit a místo toho zajistit solární ohřev.

Variací konceptu solárního komína je solární podkroví . V horkém slunečném podnebí je v podkroví často v létě horké teplo. V běžné budově to představuje problém, protože to vede k potřebě zvýšené klimatizace . Integrací půdního prostoru se solárním komínem může být horký vzduch v podkroví uveden do provozu. Může pomoci proudění v komíně a zlepšit ventilaci.

Použití solárního komína může být prospěšné pro strategie přirozeného větrání a pasivního chlazení budov, což pomůže snížit spotřebu energie, emise CO 2 a znečištění obecně. Potenciální výhody týkající se přirozeného větrání a používání solárních komínů jsou:

Image
Model solárního komínu CAD (TAS)
  • lepší větrání v horkých dnech
  • snížená závislost na větru a větrání poháněném větrem
  • vylepšené ovládání proudění vzduchu budovou
  • větší výběr sání vzduchu (tj. závětrná strana budovy)
  • zlepšená kvalita vzduchu a snížená hladina hluku v městských oblastech
  • zvýšené noční větrání
  • větrání úzkých, malých prostor s minimálním působením vnějších prvků

Potenciální výhody týkající se pasivního chlazení mohou zahrnovat:

  • vylepšené pasivní chlazení v teplém období (většinou v parných, horkých dnech)
  • vylepšené rychlosti nočního chlazení
  • vylepšený výkon tepelné hmoty (chlazení, chlazení)
  • lepší tepelný komfort (lepší regulace proudění vzduchu, menší průvan)

Precedentní studie: Budova životního prostředí

Kancelářská budova Building Research Establishment (BRE) v Garstonu ve Watfordu ve Velké Británii obsahuje v rámci své ventilační strategie komíny pasivní ventilace podporované solární energií.

Kanceláře BRE, které navrhli architekti Feilden Clegg Bradley, si kladou za cíl snížit spotřebu energie a emise CO 2 o 30% podle současných doporučených postupů a udržet příjemné prostředí bez použití klimatizace. Klíčovými prvky této budovy jsou pasivní větrací komíny, sluneční clony a duté betonové desky s vestavěným podlahovým chlazením. Ventilační a topné systémy jsou řízeny systémem managementu budovy (BMS), přičemž je zajištěna určitá míra potlačení uživatele za účelem přizpůsobení podmínek potřebám obyvatel.

Budova využívá pět svislých šachet jako nedílnou součást strategie větrání a chlazení. Hlavními součástmi těchto komínů jsou jižně orientovaná zeď ze skleněných tvárnic, stěny s tepelnou hmotou a kulaté výfuky z nerezové oceli stoupající několik metrů nad úroveň střechy. Komíny jsou napojeny na zakřivené duté betonové podlahové desky, které jsou chlazeny nočním větráním. Trubky zabudované v podlaze mohou poskytovat další chlazení využívající podzemní vody.

V teplých větrných dnech je vzduch nasáván průchody v zakřivených dutých betonových podlahových deskách. Větrání komínů přirozeně stoupající ven z nerezových komínů zlepšuje proudění vzduchu budovou. Pohyb vzduchu přes komínové vrcholy zvyšuje efekt komínu. Během teplých, klidných dnů se budova spoléhá hlavně na efekt komína, zatímco vzduch je odebírán ze stinné severní strany budovy. Ke zlepšení proudění vzduchu lze také použít nízkoenergetické ventilátory v horní části komínů.

Přes noc umožňují řídicí systémy ventilační cesty přes dutou betonovou desku a odebírají teplo uložené během dne, které pak zůstává chladné následující den. Odkrytý zakřivený strop poskytuje větší plochu než plochý strop, který by fungoval jako chladič a opět zajišťoval letní chlazení. Výzkum založený na skutečných měřeních výkonu pasivních komínů zjistil, že zlepšují ventilaci chlazení v teplých a klidných dnech a díky své tepelně masivní struktuře mohou mít také potenciál pomáhat nočnímu chlazení.

Pasivní chladicí věž s dolním tahem

Image
Chladicí věž v návštěvnickém centru národního parku Zion poskytuje chladný vzduch

Technologie úzce související se solárním komínem je odpařovací chladicí věž s dolním tahem. V oblastech s horkým a suchým podnebím může tento přístup přispět k udržitelnému způsobu poskytování klimatizace pro budovy.

Principem je nechat vodu odpařit se na vrcholu věže, a to buď pomocí odpařovacích chladicích podložek, nebo stříkáním vody. Odpařování ochlazuje přiváděný vzduch, což způsobuje downdraft chladného vzduchu, který přinese snižovat teplotu uvnitř budovy. Proudění vzduchu lze zvýšit použitím solárního komína na opačné straně budovy, který pomáhá odvádět horký vzduch ven. Tento koncept byl použit pro návštěvnické centrum národního parku Zion . Návštěvnické centrum bylo navrženo výzkumem vysoce výkonných budov Národní laboratoře pro obnovitelné zdroje energie (NREL).

Princip chladicí věže downdraft byl navržen také pro výrobu solární energie. ( Další informace viz Energetická věž .)

Odpařování vlhkosti z podložek na vrcholcích budov Toguna postavených lidmi Dogonů z Mali v Africe přispívá k chladu, který cítí muži, kteří odpočívají pod nimi. Dámské budovy na okraji města fungují jako konvenční solární komíny.

Viz také

Reference

Prameny

externí odkazy