Kamineffekt

Kamineffekt oder Kamineffekt ist die Bewegung der Luft in der und aus den Gebäuden, Schornsteine , Abgasstapel oder anderen Behältern, die aus Luft Auftrieb . Auftrieb entsteht aufgrund eines Unterschieds in der Luftdichte von Innen zu Außen, der sich aus Temperatur- und Feuchtigkeitsunterschieden ergibt. Das Ergebnis ist entweder eine positive oder eine negative Auftriebskraft. Je größer die thermische Differenz und die Höhe der Struktur, desto größer die Auftriebskraft und damit die Stapelwirkung. Der Kamineffekt fördert die natürliche Belüftung , Luftinfiltration und Brände (z. B. beim Kapruner Tunnelbrand undU-Bahnstation King's Cross ).

Da Gebäude nicht vollständig abgedichtet sind (mindestens gibt es immer einen ebenerdigen Eingang), führt der Kamineffekt zu einer Luftinfiltration. Während der Heizperiode steigt die wärmere Raumluft durch das Gebäude nach oben und entweicht nach oben entweder durch offene Fenster, Lüftungsöffnungen oder ungewollte Löcher in Decken, wie Deckenventilatoren und Einbauleuchten. Die aufsteigende warme Luft reduziert den Druck im Sockel des Gebäudes und saugt kalte Luft entweder durch geöffnete Türen, Fenster oder andere Öffnungen und Leckagen an. Während der Kühlsaison kehrt sich der Kamineffekt um, ist jedoch aufgrund geringerer Temperaturunterschiede typischerweise schwächer. ^[1]

In einem modernen Hochhaus mit einer gut abgedichteten Hülle kann der Kamineffekt zu erheblichen Druckunterschieden führen, die konstruktiv berücksichtigt werden müssen und möglicherweise durch mechanische Belüftung ausgeglichen werden müssen . Treppenhäuser, Schächte, Aufzüge und dergleichen tragen tendenziell zum Kamineffekt bei, während innere Trennwände, Böden und Feuerabtrennungen ihn mildern können. Insbesondere im Brandfall muss die Kaminwirkung kontrolliert werden, um die Ausbreitung von Rauch und Feuer zu verhindern und tragfähige Bedingungen für Bewohner und Feuerwehrleute aufrechtzuerhalten. ^[2] Während natürliche Belüftungsmethoden wirksam sein können, wie z. B. die Installation von Luftauslässen näher am Boden, wird bei höheren Strukturen oder in Gebäuden mit begrenztem Platz häufig eine mechanische Belüftung bevorzugt. Die Entrauchung ist ein wichtiger Aspekt bei Neubauten und muss in der Planungsphase bewertet werden. ^[3]

Der Brand im Grenfell Tower , bei dem 71 Menschen starben, ^[4] wurde teilweise durch den Stapeleffekt verschärft. Ein Hohlraum zwischen der äußeren Aluminiumverkleidung und der inneren Isolierung bildete einen Schornstein und zog das Feuer nach oben. ^{[5] [6]}

Der Kamineffekt in Schornsteinen: Die Manometer stellen den absoluten Luftdruck dar und der Luftstrom wird mit hellgrauen Pfeilen angezeigt. Die Skalenscheiben bewegen sich mit zunehmendem Druck im Uhrzeigersinn. ^{[ zweifelhaft – diskutieren ]}

Der Schornsteineffekt in industriellen Rauchgaskaminen ähnelt dem in Gebäuden, nur dass heiße Rauchgase große Temperaturunterschiede mit der umgebenden Außenluft aufweisen. Darüber hinaus bietet ein industrieller Rauchgaskamin typischerweise eine geringe Behinderung für das Rauchgas entlang seiner Länge und ist tatsächlich normalerweise optimiert, um den Kamineffekt zu verstärken, um den Energiebedarf des Gebläses zu reduzieren.

Große Temperaturunterschiede zwischen der Außenluft und den Rauchgasen können in Schornsteinen von Gebäuden, die einen Kamin zum Heizen verwenden, einen starken Kamineffekt erzeugen .

Vor der Entwicklung großvolumiger Ventilatoren wurden Bergwerke mit dem Kamineffekt belüftet. Ein nach unten gerichteter Schacht ließ Luft in die Mine. Am Fuße des vergossenen Schachtes wurde ein Ofen ununterbrochen brennend gehalten. Der Schacht (üblicherweise mehrere hundert Meter tief) verhielt sich wie ein Schornstein, und Luft stieg durch ihn auf und saugte frische Luft durch den abgestürzten Schornstein und um die Mine herum.

Durch den Temperaturunterschied zwischen der Außenluft und der Innenluft entsteht ein Druckunterschied zwischen der Außenluft und der Luft im Inneren des Gebäudes. Diese Druckdifferenz ( ΔP ) ist die treibende Kraft für den Kamineffekt und kann mit den unten angegebenen Gleichungen berechnet werden. ^{[7] [8]} Die Gleichungen gelten nur für Gebäude, in denen sich Luft sowohl innerhalb als auch außerhalb der Gebäude befindet. Bei Gebäuden mit einem oder zwei Stockwerken ist h die Gebäudehöhe. Bei mehrstöckigen Hochhäusern ist h der Abstand von den Öffnungen auf dem neutralen Druckniveau (NPL) des Gebäudes entweder zu den obersten Öffnungen oder zu den niedrigsten Öffnungen. Referenz ^[7] erklärt, wie sich der NPL auf den Kamineffekt in Hochhäusern auswirkt.

Bei Rauchgaskaminen und Schornsteinen, bei denen Luft außen und Verbrennungsabgase innen sind, liefern die Gleichungen nur eine Näherung und h ist die Höhe des Rauchgaskamins oder Schornsteins.

${\displaystyle \Delta P=Cah{\bigg (}{\frac {1}{T_{o}}}-{\frac {1}{T_{i}}}{\bigg )}}$

SI-Einheiten :

wo:
P	= verfügbare Druckdifferenz, in Pa
C	= 0,0342, in K / m
ein	= Atmosphärendruck, in Pa
ha	= Höhe oder Entfernung, in m
T o	= absolute Außentemperatur, in K
T i	= absolute Innentemperatur, in K

US-übliche Einheiten :

wo:
P	= verfügbare Druckdifferenz, in psi
C	= 0,0188, in °R / ft
ein	= Atmosphärendruck, in psi
ha	= Höhe oder Entfernung, in ft
T o	= absolute Außentemperatur, in °R
T i	= absolute Innentemperatur, in °R

Die durch den Schornsteineffekt induzierte Strömungsgeschwindigkeit (Tiefgang in britischem Englisch ) kann mit der unten angegebenen Gleichung berechnet werden. ^{[9] [10]} Die Gleichung gilt nur für Gebäude, in denen sich Luft sowohl innerhalb als auch außerhalb der Gebäude befindet. Bei ein- oder zweigeschossigen Gebäuden ist h die Gebäudehöhe und A die Durchflussfläche der Öffnungen. Bei mehrstöckigen Hochhäusern ist A der Durchflussquerschnitt der Öffnungen und h der Abstand von den Öffnungen auf dem neutralen Druckniveau (NPL) des Gebäudes entweder zu den obersten Öffnungen oder zu den niedrigsten Öffnungen. Referenz ^[7] erklärt, wie sich der NPL auf den Kamineffekt in Hochhäusern auswirkt.

Bei Rauchgaskaminen oder Schornsteinen, bei denen sich die Luft außen und die Verbrennungsabgase innen befinden, liefert die Gleichung nur eine Näherung. Außerdem ist A der Strömungsquerschnitt und h die Höhe des Rauchgaskamins oder Schornsteins.

${\displaystyle Q=CA{\sqrt {2gh{\frac {T_{i}-T_{o}}{T_{i}}}}}}}$

SI-Einheiten :

wo:
Q	= Schornsteineffekt (Entwurf in britischem Englisch) Durchflussmenge, m 3 /s
EIN	= Durchflussfläche, m 2
C	= Abflusskoeffizient (normalerweise von 0,65 bis 0,70)
G	= Erdbeschleunigung , 9,81 m/s 2
ha	= Höhe oder Entfernung, m
T i	= mittlere Innentemperatur, K
T o	= Außenlufttemperatur, K

US-übliche Einheiten :

wo:
Q	= Strömungsgeschwindigkeit des Schornsteineffekts, ft 3 /s
EIN	= Fläche, ft 2
C	= Abflusskoeffizient (normalerweise von 0,65 bis 0,70)
G	= Erdbeschleunigung, 32,17 ft/s 2
ha	= Höhe oder Entfernung, ft
T i	= durchschnittliche Innentemperatur, °R
T o	= Außenlufttemperatur, °R

Diese Gleichung geht davon aus, dass der Widerstand gegen die Zugströmung ähnlich dem Strömungswiderstand durch eine Öffnung ist, die durch einen Durchflusskoeffizienten C gekennzeichnet ist .

• HVAC (Heizung, Lüftung und Klimaanlage)
• Solarkamin
• Solaraufwindturm
• Zug (Kessel)
• Inco Superstack
• Kraftwerk Ekibastuz GRES-2
• Windfänger

• Stapeleffekt: Wenn Gebäude wie Schornsteine ​​wirken – Green Building Advisor
• National Research Council Canada - CBD-104-Stapeleffekte in Gebäuden
• Stack-Effekt-Simulation auf YouTube