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建筑科学

理解堆栈效应

夏季热空气上升,冷空气下沉,而叠加效应则相反

热空气的密度比冷空气小,所以会上升。在冬天,靠近房子顶部的热空气相对于室外是加压的,而靠近房子底部的空气是减压的。高压空气从裂缝中逸出,将室外空气通过靠近房屋底部的裂缝吸入室内。这种现象被称为堆叠效应。图片由Fine Homebuilding提供

就像风一样,堆叠效应可以让大量空气穿过建筑围护结构。在冬天,加热的建筑物内的暖空气比建筑物外的冷空气轻(密度小);温暖的气泡想要上升出来。从建筑物顶部流出的气流将冷空气吸入底部的裂缝中。

夏天的情况正好相反,空调房子外面的热空气会把室内较冷的空气从天花板推到地下室的裂缝中(见图)。至少在理论上,这可能会导致顶楼的潮湿问题。

但是夏季温度和压力的差异没有冬季那么大。当外面很冷时,堆叠效应产生的压力是每层楼高4帕斯卡;热的时候,每层楼高大约1.5帕斯卡。

漏水的建筑物会消耗大量的能源。空气泄漏会导致凝结,影响室内空气的质量。对于寒冷天气下的高层住宅来说,这并不是最糟糕的情况——这是正常的情况(参见下文“为什么旋转门被发明”)。

如果堆叠效应在两层楼的房子里是一个大问题,想象一下它在高层建筑中会造成什么样的压力。事实上,这种压力是如此巨大,“当摩天大楼在世纪之交首次开发时,人们还不得不发明旋转门,因为由于堆栈效应压力,你无法打开前门,”斯特劳伯说。“冷空气带着巨大的压力冲进来,很难推开出口门。”

堆栈效应依赖于自身

“进入大楼的空气使楼下的人感到寒冷,所以他们打开了恒温器。当楼上的人得到所有的热空气时,他们打开窗户降温。这增加了离开建筑物的空气流量,从而增加了从底层上来的空气流量——所以楼下的人会插入空间加热器。

斯特劳布说:“你就像旋转木马一样,从底部吸入空气,加热,然后从顶部吹出去。”“电梯井里的气流很大,你都能浮起来!”你只要伸出手臂,就能在隆冬里漂浮在许多这样的建筑里。”

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3评论

  1. 哈尔道林||# 1

    烟囱效应
    莫里森:我为一家公司工作,该公司提供一种新风系统,该系统将爬行空间封装起来,并将空气从爬行空间中抽出,进而排出室内。我读了你的文章《堆叠效应:当建筑像烟囱一样时》,这篇文章改变了我对这一切如何运作的思考,它似乎很有逻辑。但是,有一个问题我很想听听你的意见。
    当我们在主楼层开了一个开口作为通风口时,在夏天,随着空调的循环,空气从爬行空间通过新开的开口向上冲。看了你的文章后,我认为它会往相反的方向发展,下沉。期待您的评论,谢谢

  2. GBA编辑器
    马丁Holladay||#2

    回复哈尔·多林
    哈尔
    当然,我也渴望听到丹·莫里森的回应。与此同时,我的想法是:如果你在空调大楼的地板上开了一个洞,感觉空气从爬楼空间冲上来,这意味着这个房子是减压的。

    减压的两个主要原因是排气设备的操作(例如,抽油烟机风扇,浴室风扇,全屋排气通风系统,干衣机,动力通风热水器,或中央真空吸尘器系统)或不平衡的强制空气系统(例如,位于阁楼的供应管道系统泄漏的强制空气系统)。

  3. 用户- 1055261||# 3

    堆栈效应和大气
    刚刚加入你的网站,尽管我以前在网上搜索时遇到过。这里有很多很棒的东西。
    我是一个喜欢探索事物运作原理的人。虽然你上面的文章解释了堆叠效应是如何在建筑物或房屋中发生的,但我最近一直在思考的是堆叠效应和夏季“反向”堆叠效应背后的“主要动机”可能是什么。

    我是如何看待它的,大气压力是主要的驱动力,遵循格言,大压力总是朝着小压力移动。在我们美好的互联网时代,我们可以找到美国几乎任何地方的天气趋势数据。我这样做是为了我自己,特别是在一年的时间里,气压的趋势。我看到的是,在冬天,气压趋势比夏天高。在我看来,这是一致的,在冬天,由于空气寒冷,气团下沉,而在夏天,由于空气温暖,气团上升。

    这与堆叠效应的关系是,我们为了舒适而故意抵消季节性室外条件,这导致了与大气相反的压力动态。在冬天,我们加热住宅,使内部空气团膨胀,变得不那么密集,因此上升到结构的顶部。室外的空气团变得更冷、更重,挤进房子里,以弥补由暖空气上升并在结构上部逸出所产生的压力差。

    在夏季,由于室外的空气质量上升,而室内的空调使室内空气质量下降,因此情况正好相反。不像冬天的烟囱,在最高的天花板平面(毗邻一个通风的阁楼)压力增量最大,最大的压力增量可能是在最低的楼层或露天地下室(在我住的地方,我们大多是平板级建筑),尽管与上面的文章并行的帕斯卡尔阅读每层比冬天要少。

    我提供这些并不是为了抵消上面文章中写的任何东西。我只是倾向于在这些场景中找到“最终的原动力”,我认为这有助于更好地看待所有问题。至少对我来说是这样。我想听听你的想法。

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