ปล่องไฟพลังงานแสงอาทิตย์

ปล่อง ระบายอากาศพลังงาน แสงอาทิตย์ หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าปล่องระบายอากาศความร้อน เป็นวิธีหนึ่งในการปรับปรุงการระบาย อากาศตามธรรมชาติ ของอาคารโดยใช้การพาความร้อนของอากาศที่ได้รับความร้อนจาก พลังงาน แสงอาทิตย์แบบพาสซีฟคำอธิบายอย่างง่ายของปล่องระบายอากาศพลังงานแสงอาทิตย์ก็คือ ปล่องแนวตั้งที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการระบายอากาศ ตามธรรมชาติ ของอาคาร

ปล่องพลังงานแสงอาทิตย์ถูกใช้งานมานานหลายศตวรรษ โดยเฉพาะในเอเชียตะวันตกโดยชาวเปอร์เซียและในยุโรปโดยชาว โรมัน

คำอธิบาย

ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด ปล่องไฟพลังงานแสงอาทิตย์ประกอบด้วยปล่องไฟ ที่ทาสีดำ ในระหว่างวันพลังงานแสงอาทิตย์จะให้ความร้อนแก่ปล่องไฟและอากาศภายใน ทำให้เกิดกระแสลมขึ้นในปล่องไฟ แรงดูดที่เกิดขึ้นที่ฐานของปล่องไฟสามารถนำมาใช้ในการระบายอากาศและทำให้อาคารด้านล่างเย็นลงได้^{[ 1 ]}ในหลายส่วนของโลก การใช้พลังงานลมเพื่อการระบายอากาศดังกล่าวทำได้ง่ายกว่า เช่น การใช้เครื่องดักลมแต่ในวันที่อากาศร้อนและไม่มีลม ปล่องไฟพลังงานแสงอาทิตย์สามารถให้การระบายอากาศได้ในที่ที่ไม่มีการระบายอากาศเลย

อย่างไรก็ตาม ปล่องระบายอากาศพลังงานแสงอาทิตย์มีหลายรูปแบบ องค์ประกอบการออกแบบพื้นฐานของปล่องระบายอากาศพลังงานแสงอาทิตย์ ได้แก่:

บริเวณรับแสงอาทิตย์: บริเวณนี้อาจอยู่ส่วนบนสุดของปล่องไฟ หรืออาจครอบคลุมทั้งปล่องไฟก็ได้ ทิศทาง ชนิดของกระจก ฉนวน และคุณสมบัติทางความร้อนของส่วนประกอบนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการควบคุม การเก็บรักษา และการนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์
ปล่องระบายอากาศหลัก: ตำแหน่ง ความสูง ขนาดหน้าตัด และคุณสมบัติทางความร้อนของโครงสร้างนี้มีความสำคัญมากเช่นกัน
ช่องรับและปล่อยอากาศ: ขนาด ตำแหน่ง รวมถึงลักษณะทางอากาศพลศาสตร์ขององค์ประกอบเหล่านี้ก็มีความสำคัญเช่นกัน

มีการเสนอหลักการสำหรับ การผลิต พลังงานแสงอาทิตย์โดยใช้เรือนกระจก ขนาดใหญ่ ที่ฐานแทนที่จะพึ่งพาการให้ความร้อนแก่ปล่องไฟเพียงอย่างเดียว (สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับประเด็นนี้ โปรดดูที่หอคอยพลังงานแสงอาทิตย์แบบใช้กระแสลมขึ้น )

ปล่องพลังงานแสงอาทิตย์ถูกทาสีดำเพื่อให้ดูดซับความร้อนจากแสงอาทิตย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เมื่ออากาศภายในปล่องร้อนขึ้น มันจะลอยขึ้นและดึงอากาศเย็นจากใต้ดินขึ้นมาผ่านท่อแลกเปลี่ยนความร้อน

ปล่องพลังงานแสงอาทิตย์และสถาปัตยกรรมที่ยั่งยืน

ปล่องพลังงานแสงอาทิตย์นี้ดึงอากาศผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนใต้พิภพเพื่อให้ความเย็นแก่บ้านแบบพาสซีฟ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

ปล่องพลังงานแสงอาทิตย์ หรือที่เรียกว่าปล่องระบายความร้อนหรือท่อระบายความร้อน สามารถนำมาใช้ในงานสถาปัตยกรรมเพื่อลดการใช้พลังงานของระบบกลไก (ระบบที่ให้ความร้อนและความเย็นแก่ตัวอาคารด้วยวิธีการทางกล) เป็นเวลานานหลายทศวรรษแล้วที่เครื่องปรับอากาศและการระบายอากาศแบบกลไกเป็นวิธีการควบคุมสภาพแวดล้อมมาตรฐานในอาคารหลายประเภท โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสำนักงานในประเทศที่พัฒนาแล้ว มลภาวะและการจัดสรรพลังงานใหม่ได้นำไปสู่แนวทางด้านสิ่งแวดล้อมใหม่ในการออกแบบอาคาร เทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมใหม่ควบคู่ไปกับหลักการทางชีวภูมิอากาศและกลยุทธ์การออกแบบแบบดั้งเดิมมักถูกนำมาผสมผสานกันเพื่อสร้างโซลูชันการออกแบบใหม่ที่มีศักยภาพและประสบความสำเร็จ ปล่องพลังงานแสงอาทิตย์เป็นหนึ่งในแนวคิดเหล่านี้ที่นักวิทยาศาสตร์และนักออกแบบกำลังศึกษาค้นคว้าอยู่ในปัจจุบัน โดยส่วนใหญ่ผ่านการวิจัยและการทดลอง

ปล่องระบายอากาศพลังงานแสงอาทิตย์สามารถใช้งานได้หลายวัตถุประสงค์ แสงแดดโดยตรงจะทำให้อากาศภายในปล่องร้อนขึ้น ส่งผลให้อากาศลอยขึ้นทางด้านบน และดึงอากาศจากด้านล่างเข้ามา อากาศที่ถูกดึงเข้ามานี้สามารถนำไปใช้ระบายอากาศในบ้านหรือสำนักงาน ดึงอากาศผ่านระบบแลกเปลี่ยนความร้อนใต้พิภพ หรือระบายอากาศเฉพาะพื้นที่ เช่น ห้องสุขาแบบหมักปุ๋ยได้

การระบายอากาศตามธรรมชาติสามารถทำได้โดยการติดตั้งช่องระบายอากาศที่ชั้นบนของอาคาร เพื่อให้อากาศอุ่นลอยขึ้นด้วยการพาความร้อนและระบายออกสู่ภายนอก ในขณะเดียวกัน อากาศเย็นก็สามารถถูกดึงเข้ามาทางช่องระบายอากาศที่ชั้นล่างได้ นอกจากนี้ยังสามารถปลูกต้นไม้ไว้ด้านนั้นของอาคารเพื่อให้ร่มเงาแก่อากาศเย็นจากภายนอกได้

กระบวนการระบายอากาศตามธรรมชาติสามารถเสริมได้ด้วยปล่องไฟพลังงานแสงอาทิตย์ ปล่องไฟต้องสูงกว่าระดับหลังคา และต้องสร้างบนผนังที่หันไปทางทิศของดวงอาทิตย์ การดูดซับความร้อนจากดวงอาทิตย์สามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการใช้ พื้นผิว ที่เป็นกระจกบนด้านที่หันไปทางดวงอาทิตย์ วัสดุดูดซับความร้อนสามารถใช้ได้กับด้านตรงข้าม ขนาดของพื้นผิวดูดซับความร้อนมีความสำคัญมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของปล่องไฟ พื้นที่ผิวขนาดใหญ่ช่วยให้การแลกเปลี่ยนความร้อนกับอากาศมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งจำเป็นต่อการให้ความร้อนด้วยรังสีจากแสงอาทิตย์ การให้ความร้อนแก่อากาศภายในปล่องไฟจะช่วยเพิ่มการพาความร้อน และทำให้การไหลของอากาศผ่านปล่องไฟดีขึ้น ช่องเปิดของช่องระบายอากาศในปล่องไฟควรหันไปในทิศทางตรงข้ามกับทิศทางลมที่พัดประจำ

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนให้ดียิ่งขึ้น อากาศที่เข้ามาอาจถูกส่งผ่านท่อใต้ดินก่อนที่จะปล่อยเข้าสู่ตัวอาคาร ปล่องระบายความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์สามารถปรับปรุงได้โดยการบูรณาการเข้ากับผนังทรอมบ์ข้อดีเพิ่มเติมของการออกแบบนี้คือ ระบบสามารถกลับทิศทางการทำงานได้ในช่วงฤดูหนาว เพื่อให้ความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์แทน

แนวคิดปล่องไฟพลังงานแสงอาทิตย์อีกรูปแบบหนึ่งคือห้องใต้หลังคา พลังงานแสงอาทิตย์ ในสภาพอากาศร้อนจัด พื้นที่ห้องใต้หลังคามักจะร้อนอบอ้าวมากในฤดูร้อน ในอาคารทั่วไป สิ่งนี้ก่อให้เกิดปัญหาเนื่องจากทำให้ต้องใช้เครื่องปรับอากาศ มากขึ้น การรวมพื้นที่ห้องใต้หลังคาเข้ากับปล่องไฟพลังงานแสงอาทิตย์ จะช่วยให้สามารถนำอากาศร้อนในห้องใต้หลังคามาใช้ประโยชน์ได้ ซึ่งจะช่วยในการพาความร้อนในปล่องไฟ ทำให้การระบายอากาศดีขึ้น^{[ 4 ]}

การใช้ปล่องระบายอากาศพลังงานแสงอาทิตย์อาจเป็นประโยชน์ต่อการระบายอากาศตามธรรมชาติและกลยุทธ์การระบายความร้อนแบบพาสซีฟ ของอาคาร ซึ่งจะช่วยลดการใช้พลังงาน การปล่อย _ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และมลพิษโดยรวม ประโยชน์ที่อาจได้รับจากการระบายอากาศตามธรรมชาติและการใช้ปล่องระบายอากาศพลังงานแสงอาทิตย์มีดังนี้:

อัตราการระบายอากาศดีขึ้นในวันที่อากาศนิ่งและร้อน
ลดการพึ่งพาพลังงานลมและการระบายอากาศที่ขับเคลื่อนด้วยลม
ปรับปรุงการควบคุมการไหลเวียนของอากาศภายในอาคาร
มีตัวเลือกช่องรับอากาศมากขึ้น (เช่น ด้านที่อยู่ใต้ลมของอาคาร)
คุณภาพอากาศดีขึ้นและระดับเสียงรบกวนลดลงในเขตเมือง
อัตราการระบายอากาศในเวลากลางคืนที่เพิ่มขึ้น
การระบายอากาศในพื้นที่แคบและเล็กที่มีการสัมผัสกับองค์ประกอบภายนอกน้อยที่สุด

ประโยชน์ที่อาจได้รับจากการระบายความร้อนแบบพาสซีฟ ได้แก่:

ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนแบบธรรมชาติในช่วงฤดูร้อน (โดยเฉพาะในวันที่อากาศนิ่งและร้อนจัด)
อัตราการระบายความร้อนในเวลากลางคืนที่ดีขึ้น
ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นของมวลความร้อน (การทำความเย็น การจัดเก็บในที่เย็น)
เพิ่มความสบายทางความร้อน (ควบคุมการไหลเวียนของอากาศได้ดีขึ้น ลดลมโกรก)

กรณีศึกษาตัวอย่าง: อาคารที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

อาคาร สำนักงาน ของสถาบันวิจัยอาคาร (BRE) ในเมืองการ์สตัน วัตฟอร์ด สหราชอาณาจักร ได้นำเอาปล่องระบายอากาศแบบพาสซีฟที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์มาเป็นส่วนหนึ่งของกลยุทธ์การระบายอากาศ

อาคารสำนักงาน BRE ซึ่งออกแบบโดยสถาปนิก Feilden Clegg Bradley มีเป้าหมายที่จะลดการใช้พลังงานและการปล่อยก๊าซ_{คาร์บอนไดออกไซด์}ลง 30% จากแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในปัจจุบัน และรักษาสภาพแวดล้อมที่สะดวกสบายโดยไม่ต้องใช้เครื่องปรับอากาศ การระบายอากาศแบบธรรมชาติ การบังแดด และแผ่นคอนกรีตกลวงที่มีระบบทำความเย็นใต้พื้น เป็นคุณสมบัติสำคัญของอาคารนี้ ระบบระบายอากาศและระบบทำความร้อนถูกควบคุมโดยระบบจัดการอาคาร (BMS) ในขณะที่ผู้ใช้สามารถควบคุมเพิ่มเติมได้ในระดับหนึ่งเพื่อปรับสภาพแวดล้อมให้เหมาะสมกับความต้องการของผู้ใช้งาน

อาคารนี้ใช้ปล่องระบายอากาศแนวตั้ง 5 ปล่องเป็นส่วนสำคัญของกลยุทธ์การระบายอากาศและการทำความเย็น ส่วนประกอบหลักของปล่องเหล่านี้ ได้แก่ ผนังบล็อกแก้วที่หันไปทางทิศใต้ ผนังมวลความร้อน และท่อระบายอากาศทรงกลมสแตนเลสที่สูงขึ้นไปไม่กี่เมตรเหนือระดับหลังคา ปล่องเหล่านี้เชื่อมต่อกับแผ่นพื้นคอนกรีตกลวงโค้งซึ่งระบายความร้อนด้วยการระบายอากาศในเวลากลางคืน ท่อที่ฝังอยู่ในพื้นสามารถให้การระบายความร้อนเพิ่มเติมโดยใช้น้ำใต้ดินได้

ในวันที่อากาศอบอุ่นและมีลมพัด อากาศจะถูกดูดเข้ามาทางช่องว่างในแผ่นพื้นคอนกรีตกลวงโค้ง การระบายอากาศแบบธรรมชาติโดยลมที่พัดขึ้นผ่านปล่องไฟสแตนเลสช่วยเพิ่มการไหลเวียนของอากาศภายในอาคาร การเคลื่อนที่ของอากาศผ่านยอดปล่องไฟช่วยเสริมประสิทธิภาพของปรากฏการณ์การไหลเวียนของอากาศตามแรงดันอากาศ ในวันที่อากาศอบอุ่นและไม่มีลมพัด อาคารจะอาศัยปรากฏการณ์การไหลเวียนของอากาศตามแรงดันอากาศเป็นหลัก ในขณะที่อากาศจะถูกดูดเข้ามาจากด้านทิศเหนือที่ร่มรื่นของอาคาร พัดลมประหยัดพลังงานที่ติดตั้งไว้บนยอดปล่องไฟยังสามารถใช้เพื่อเพิ่มการไหลเวียนของอากาศได้อีกด้วย

ในเวลากลางคืน ระบบควบคุมจะเปิดเส้นทางการระบายอากาศผ่านแผ่นคอนกรีตกลวงเพื่อระบายความร้อนที่สะสมไว้ในระหว่างวันออกไป ทำให้พื้นที่เย็นลงสำหรับวันถัดไป เพดานโค้งที่เปิดโล่งมีพื้นที่ผิวมากกว่าเพดานเรียบ ทำหน้าที่เป็นตัวระบายความร้อนช่วยให้เกิดความเย็นในฤดูร้อน การวิจัยโดยอิงจากการวัดประสิทธิภาพจริงของปล่องระบายอากาศแบบพาสซีฟพบว่า ปล่องเหล่านี้ช่วยเพิ่มการระบายอากาศเพื่อระบายความร้อนของพื้นที่ในช่วงวันที่อากาศอบอุ่นและไม่มีลม และอาจมีศักยภาพในการช่วยระบายความร้อนในเวลากลางคืนเนื่องจากโครงสร้างที่มีมวลความร้อนสูง^{[ 5 ]}

หอระบายความร้อนแบบดึงอากาศลงด้านล่างแบบพาสซีฟ

เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับปล่องระบายความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์คือหอระบายความร้อนแบบระเหยและดึงอากาศลง ในพื้นที่ที่มีสภาพอากาศร้อนและแห้งแล้ง วิธีการนี้อาจช่วยให้สามารถจัดหาวิธีการปรับอากาศสำหรับอาคาร ได้อย่างยั่งยืน

หลักการคือการปล่อยให้น้ำระเหยที่ด้านบนของหอคอย โดยอาจใช้แผ่นระบายความร้อนแบบระเหยหรือฉีดพ่นน้ำการระเหยจะทำให้อากาศที่เข้ามาเย็นลง ทำให้เกิด กระแสลมเย็นที่ พัดลงมาซึ่งจะช่วยลดอุณหภูมิภายในอาคาร^{[ 6 ]}สามารถเพิ่มการไหลเวียนของอากาศได้โดยใช้ปล่องระบายอากาศพลังงานแสงอาทิตย์ที่ด้านตรงข้ามของอาคารเพื่อช่วยระบายอากาศร้อนออกสู่ภายนอก^{[ 7 ]}แนวคิดนี้ถูกนำมาใช้สำหรับศูนย์บริการนักท่องเที่ยวของอุทยานแห่งชาติไซออนศูนย์บริการนักท่องเที่ยวได้รับการออกแบบโดยฝ่ายวิจัยอาคารประสิทธิภาพสูงของห้องปฏิบัติการพลังงานหมุนเวียนแห่งชาติ (NREL)

หลักการของหอระบายความร้อนแบบดึงอากาศลงด้านล่างได้รับการเสนอแนะสำหรับการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์เช่นกัน (ดู ข้อมูลเพิ่มเติมได้ ที่ หอระบายความร้อน )

การระเหยของความชื้นจากแผ่นวัสดุบนหลังคาอาคารโทกูนาที่สร้างโดยชาวโดกอนในประเทศมาลี ทวีปแอฟริกา ช่วยให้ผู้ชายที่พักอยู่ใต้หลังคาเหล่านั้นรู้สึกเย็นสบาย ส่วนอาคารของผู้หญิงที่อยู่ชานเมืองนั้น มีลักษณะการใช้งานเป็นปล่องระบายอากาศพลังงานแสงอาทิตย์แบบทั่วไป

ดูเพิ่มเติม

แหล่งที่มา

Afonso, Clito; Oliveira, Armando (มิถุนายน 2000). "ปล่องพลังงานแสงอาทิตย์: การจำลองและการทดลอง" พลังงานและอาคาร 32 ( 1). IOP Publishing Limited: 71– 79. Bibcode : 2000EneBu..32...71A . doi : 10.1016/S0378-7788(99)00038-9 .
Trombe, A.; Serres, L. (1994). "การศึกษาเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างอากาศและดินในการทดลองและการจำลองในสถานที่จริง" พลังงานและอาคาร 21 ( 2): 155– 162. Bibcode : 1994EneBu..21..155T . doi : 10.1016/0378-7788(94)90008-6 .
Szikra, Csaba (เมษายน 2547). "ระบบระบายอากาศแบบไฮบริด" (PDF) . เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อ 18 สิงหาคม 2549. เรียกดูเมื่อ10 มีนาคม 2550 .
Pearlmutter, D.; E. Erell; Y. Etzion; IA Meir; H. Di (มีนาคม 1996). "การปรับปรุงการใช้การระเหยในหอระบายความร้อนแบบดึงลงแบบทดลอง"พลังงานและอาคาร 23 ( 3). Elsevier: 191– 197. Bibcode : 1996EneBu..23..191P . doi : 10.1016/0378-7788(95)00944-2 . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2007-04-09 . สืบค้นเมื่อ2007-03-13 .
Dai, YJ; K. Sumathy; RZ Wang; YG Li (มกราคม 2546). "การเพิ่มประสิทธิภาพการระบายอากาศตามธรรมชาติในบ้านพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยปล่องไฟพลังงานแสงอาทิตย์และช่องระบายความร้อนแบบดูดซับของแข็ง" พลังงานแสงอาทิตย์74 (1). Elsevier Science BV: 65– 75. Bibcode : 2003SoEn...74...65D . doi : 10.1016/S0038-092X(03)00106-3 .

ลิงก์ภายนอก

ปล่องระบายอากาศพลังงานแสงอาทิตย์ – "ปล่องระบายอากาศพลังงานแสงอาทิตย์" . นวัตกรรมพลังงานแสงอาทิตย์. สืบค้นเมื่อ2017-11-28 .
แนวคิดนวัตกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ – โครงการริเริ่มนวัตกรรมพลังงานแสงอาทิตย์แห่งรัฐวิกตอเรีย“ระบบระบายอากาศ – ปล่องระบายอากาศพลังงานแสงอาทิตย์” (PDF)หน่วยงานความยั่งยืนแห่งรัฐวิกตอเรีย เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อวันที่ 27 กันยายน 2550 เรียกดูเมื่อวันที่ 10 มีนาคม 2550
การวิเคราะห์สิ่งแวดล้อมทางสถาปัตยกรรม – คู่มือการออกแบบสิ่งแวดล้อม“การระบายอากาศ” EcoResearch. เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2007-04-07 เรียกดูเมื่อ2007-03-10
คู่มือการทำความร้อนและความเย็นด้วยพลังงานแสงอาทิตย์แบบพาสซีฟ"การทำความเย็นแบบธรรมชาติ"ศูนย์พลังงานแสงอาทิตย์แห่งรัฐแอริโซนา เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 17 กุมภาพันธ์ 2547 เรียกดูเมื่อ10 มีนาคม 2550

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]