Windcatcher - Windcatcher

Ab Anbar (vodní nádrž) s dvojitou kopulí a windcatchers (otvory v horní části věže) v centrální poušti města Yazd , Írán

Windcatcher (věží větrných elektráren, větrných odměrka) ( Peršan : بادگیر ) je tradiční architektonický prvek slouží k vytvoření přirozené větrání a pasivní chlazení v budovách. Windcatchery se dodávají v různých provedeních: jednosměrné, obousměrné a vícesměrné. Windcatchery jsou široce používány v Íránu , severní Africe a v západoasijských zemích kolem Perského zálivu a jsou zde již tři tisíce let.

Moderní architekti, kteří ve druhé polovině 20. století byli opomíjeni, na počátku 21. století je znovu použili, aby zvýšili větrání a snížili spotřebu energie pro klimatizaci. Obecně platí, že náklady na stavbu budovy větrané větrákem jsou nižší než náklady na podobnou budovu s konvenčními systémy vytápění, větrání a klimatizace (HVAC). Také náklady na údržbu jsou nižší. Na rozdíl od poháněné klimatizace a ventilátorů jsou větrné mlýny tiché a fungují i ​​v případě výpadku elektrické sítě (což je zvláště důležité v místech, kde je síťová energie nespolehlivá a drahá, například v Indii a Kalifornii).

Windcatchers se spoléhají na místní počasí a mikroklimatické podmínky a ne všechny techniky budou fungovat všude; při návrhu je třeba vzít v úvahu místní faktory.

Struktura a funkce

Tato větrná věž má na vnitřních úhlopříčkách čtyři otvory a svislé stěny z hnědé látky, takže dokáže zachytit vítr z řady směrů ( pohled dovnitř ). Dubajské muzeum .
Větrné věže jsou častěji zděné , jako tento příklad s osmi sekcemi v Souq Waqif , Dauhá , Katar
Malqafs v Egyptě v roce 1878; krátké pravé trojúhelníkové hranoly se svislou stranou vlevo otevřenou a směřující přímo proti nebo proti větru (po jednom v každé budově). Funguje to v oblastech se silným nízkým větrem z konzistentního směru.

Windcatchers se dramaticky liší tvarem, včetně výšky, plochy průřezu a vnitřních dílčích divizí a filtrů.

Konstrukce lapače větru závisí na převládajícím směru větru v tomto konkrétním místě: pokud má vítr tendenci foukat pouze z jedné strany, může mít pouze jeden otvor a žádné vnitřní přepážky. V oblastech s proměnlivějšími směry větru mohou existovat také radiální vnitřní stěny, které rozdělují větrnou věž na svislé části. Tyto sekce jsou jako rovnoběžné komíny , ale s otvory do strany, směřujícími do několika směrů. Více sekcí snižuje průtok, ale zvyšuje účinnost při suboptimálních úhlech větru. Pokud vítr narazí na úvodní plošinu, vstoupí dovnitř, ale pokud ji zasáhne v dostatečně šikmém úhlu, bude mít místo toho tendenci proklouznout kolem věže.

Větrníky v oblastech se silnějším větrem budou mít menší celkové průřezy a oblasti s velmi horkým větrem mohou mít mnoho menších šachet, aby ochlazovaly přicházející vzduch. Větrné věže se čtvercovými horizontálními průřezy jsou účinnější než kulaté, protože ostré úhly způsobují, že tok je méně laminární , což podporuje oddělení toku ; vhodné tvarování zvyšuje sání.

Vyšší lapače větru zachycují vyšší vítr. Vyšší vítr fouká silněji a chladněji (a jiným směrem ) Vyšší vzduch je také obvykle méně prašný.

Pokud je vítr prašný nebo znečištěný nebo existují nemoci přenášené hmyzem, jako je malárie a horečka dengue , může být nutné vzduchové filtrování . Část prachu může být vysypána na dno větrné turbíny, protože vzduch zpomaluje (viz diagram níže), a další lze odfiltrovat vhodnou výsadbou nebo sítí proti hmyzu. Fyzické filtry obecně snižují průtok, pokud není průtok velmi nárazový. Může být také možné zcela nebo částečně zavřít lapač větru.

Krátký, široký pravoúhlý trojboký hranol malqaf jsou obvykle obousměrné, zasazené do symetrických dvojic a často se používají se salsabilem (odpařovací chladicí jednotka) a shuksheika ( větrací otvor střešní lucerny ). Široké malqafy se častěji používají v klapkových klimatech, kde je ve srovnání s odpařovacím chlazením důležitější velkoobjemový proud vzduchu. V teplejších klimatech jsou užší a vzduch se při vstupu ochlazuje. Běžněji se používají v Africe. Baudgir , na druhé straně, jsou mnohostranné (obvykle 4stranné) a jsou to typicky vysoké věže (až 34 metrů vysoké), které lze v zimě zavřít. Častěji se vyskytují v oblasti Perského zálivu a v oblastech s prachovými bouřemi . Vyšší větrolamy mají také silnější stohovací efekt .

Windcatching získal v západní architektuře určité místo a existuje několik komerčních produktů, které používají název windcatcher . Některé moderní větrné lapače používají k výrobě semipasivních ventilačních a semipasivních chladicích systémů pohyblivé části ovládané čidly nebo dokonce solární ventilátory .

Windscoopy se již dlouho používají na lodích. Windcatchery byly také experimentálně použity k ochlazení venkovních oblastí ve městech, se smíšenými výsledky; tradiční metody zahrnují úzké, obezděné prostory, parky a křivolaké ulice, které fungují jako nádrže studeného vzduchu, a uspořádání podobná takhtabush (viz níže části o nočním splachování a proudění).

Metody chlazení

Noční splachování ochlazuje dům zvýšením větrání v noci, kdy je venkovní vzduch chladnější; větrné věže mohou pomoci nočnímu spláchnutí.

Lapač větrů může také ochladit vzduch tím, že jej přetáhne přes chladné předměty. Ve vyprahlém podnebí jsou denní teplotní výkyvy často extrémní, přičemž pouštní teploty v noci často klesají pod bod mrazu. Tepelná setrvačnost půdy vyrovnává denní a dokonce i roční teplotní výkyvy. I tepelná setrvačnost silných zděných stěn udrží budovu v noci teplejší a přes den chladnější. Windcatchery se tak mohou ochladit nasáváním vzduchu přes materiály chlazené v noci nebo v zimě, které fungují jako zásobníky tepla .

Větrníky, které ochlazují čerpáním vzduchu nad vodou, používají vodu jako zásobník tepla, ale pokud je vzduch suchý, chladí vzduch také odpařovacím chlazením . Teplo ve vzduchu jde do odpařování části vody a nebude uvolněno, dokud voda znovu nezkondenzuje. Jedná se o velmi účinný způsob chlazení suchého vzduchu.

Jednoduchý pohyb vzduchu má také chladicí účinek. Když se potí, lidé se ochlazují odpařovacím chlazením . Průvan narušuje mezní vrstvu tělem prohřátého a vodou nasyceného vzduchu, který ulpívá na kůži, takže se člověk bude v pohybujícím vzduchu cítit chladněji než ve stojatém vzduchu stejné teploty.

Síly k pohybu vzduchu

Dvojice krátkých lapačů větru nebo malqaf používaných v tradiční architektuře; vítr je tlačen dolů na návětrné straně a opouští závětrnou stranu. Ve středu je shuksheika ( větrací otvor střešní lucerny ), sloužící k zastínění níže položených qa'a, přičemž z něj umožňuje stoupat horký vzduch.

Lapač větru může fungovat dvěma způsoby: usměrňování proudění vzduchu pomocí tlaku větru vháněného do lapače větru nebo usměrňování proudění vzduchu pomocí vztlakových sil z teplotních gradientů ( komínový efekt ). O relativní důležitosti těchto dvou sil se diskutovalo. Důležitost tlaku větru evidentně roste se zvyšující se rychlostí větru a je obecně důležitější než vztlak za většiny podmínek, ve kterých lapač větru pracuje efektivně.

Rychlost proudění vzduchu je také důležitá, zejména pro odpařovací chlazení (protože funguje pouze na suchém vzduchu a zvlhčuje vzduch). Je možné, aby budova větraná větrnou věží měla velmi vysoké průtoky; V jednom experimentu bylo změřeno 30 výměn vzduchu za hodinu. Důležitý je rovnoměrný a stabilní tok bez stagnujících rohů. Proto je třeba se vyhnout turbulentnímu proudění; laminární proudění je účinnější při zachování pohodlí člověka (v extrémním případě viz Tesla ventil ).

K chlazení a větrání se často používají v kombinaci s větrníky další prvky: například dvory , kopule , zdi a fontány jako nedílná součást celkové strategie větrání a tepelného hospodářství.

Proudění vzduchu z tlaku větru

Pokud otevřená strana větráku čelí převládajícímu větru, může jej „zachytit“ a přivést dolů do srdce budovy. Sání z závětrné strany větrné věže je také důležitou hnací silou, obvykle poněkud konstantnější a méně nárazovou než tlak na straně proti větru (viz Venturiho efekt a Bernoulliho princip ).

Směrování větru skrz budovu ochlazuje lidi v interiéru budovy. Vzduch proudí domem a odchází z druhé strany a vytváří průvan; samotná rychlost proudění vzduchu může zajistit chladicí účinek. Větrovky se tímto způsobem používají již tisíce let.

Větrná věž v podstatě vytváří tlakový gradient, který nasává vzduch budovou. Pro zlepšení těchto tlakových gradientů byly postaveny větrné věže zakončené horizontálními křídly. Tvar tradiční střechy shukksika také vytváří sání, když na něj fouká vítr.

Proudění vzduchu z konvekce

Hlavní článek: konvekce
Svislý teplotní gradient způsobený stabilní stratifikací vzduchu uvnitř místnosti. Všimněte si horkého vzduchu stoupajícího z osoby.

Vztlak obvykle není hlavním efektem, který řídí cirkulaci vzduchu v průběhu dne.

V bezvětrném prostředí může lapač větru stále fungovat pomocí efektu zásobníku . Horký vzduch, který je méně hustý, má tendenci cestovat nahoru a unikat z horní části domu větrnou věží.

Zahřívání samotné větrné věže může ohřívat vzduch uvnitř (což z něj činí solární komín ), takže stoupá a vytahuje vzduch z horní části domu a vytváří průvan. Tento efekt lze zlepšit tepelným zdrojem ve spodní části větrné věže ( jako jsou lidé, každý o ~ 80 W , ale tím se dům zahřeje a bude méně pohodlný. Praktičtější technikou je ochlazování vzduchu při proudění dolů a v, pomocí tepelných zásobníků a/nebo odpařovacího chlazení.

Takhtabush je prostor podobný starověké římské tablinum otevřel oba na silně zastíněné nádvoří a na zadní zahrady soudu (zahradní strana je ve stínu s Mashrabiya mřížka). Je navržen tak, aby zachytil křížový tah. Vánek je přinejmenším částečně poháněn konvekcí (protože jeden dvůr bude obecně teplejší než druhý) a může být poháněn také tlakem větru a odpařovacím chlazením, takže zahrada a nádvoří se používají jako lapače větru.

Síly vztlaku se používají k nočnímu spláchnutí (viz níže).

Noční spláchnutí

Hlavní článek: Pasivní chlazení § Noční splachování

Na denních teplot cyklu znamená, že noční vzduch je chladnější, než je denní vzduchu; ve vyprahlém podnebí, mnohem chladněji. To vytváří znatelné vztlakové síly. Budovy mohou být navrženy tak, aby v noci spontánně zvýšily větrání.

Dvory v horkém podnebí se v noci plní studeným vzduchem. Tento studený vzduch pak proudí ze dvora do sousedních místností. Studený noční vzduch bude snadno proudit dovnitř, protože je hustší než stoupající teplý vzduch, který vytlačuje. Ale ve dne to stěny nádvoří a markýza zastíní, zatímco vzduch venku se ohřívá sluncem. Chladné zdivo také ochladí okolní vzduch. Vzduch na nádvoří bude stabilně stratifikován , horký vzduch bude plavat na studeném vzduchu s malým mícháním. Skutečnost, že otvory jsou nahoře, zachytí chladný vzduch pod ním, i když to nemůže způsobit pokles teploty pod noční minimální teplotu. Tento mechanismus funguje i ve větrných věžích.

Podzemní chlazení

Shabestan, chladná místnost chráněná zemí, kterou lze větrat větrovkami. Bazén s fontánou dodává odpařovací chlazení.
Hlavní článek: Pasivní chlazení § Zemská spojka

Lapač větru může také ochlazovat vzduch uvedením do kontaktu s chladnými tepelnými hmotami . Ty se často nacházejí pod zemí.

Pod hloubkou přibližně 6 m je půda a podzemní voda vždy přibližně na úrovni průměrné roční teploty (MATT) (právě tato hloubka se používá u mnoha tepelných čerpadel země- voda, laiky často volně označovaných jako „geotermální tepelná čerpadla“ ). Tepelná setrvačnost půdy vyrovnává denní a dokonce i roční teplotní výkyvy. Ve vyprahlém podnebí jsou denní teplotní výkyvy často extrémní, přičemž pouštní teploty v noci často klesají pod bod mrazu. I tepelná setrvačnost silných zděných stěn udrží budovu v noci teplejší a ve dne chladnější; v horkém suchém podnebí jsou běžné tlusté stěny s vysokou tepelnou hmotou ( adobe , kámen, cihla ) (ačkoli moderněji se někdy používají tenčí stěny s vysokou odolností proti přenosu tepla ). Windcatchery se tak mohou ochladit nasáváním vzduchu přes materiály chlazené v noci nebo v zimě, které fungují jako zásobníky tepla .

Větráky se také často používají k větrání vnitřních prostor nižší úrovně (např. Šabestanů ), které udržují chladné teploty uprostřed dne i bez větrolamů. Ledové domy se tradičně používají k uchovávání vody zmrazené přes noc v pouštních oblastech nebo přes zimu v mírných oblastech. Mohou použít lapače větru k cirkulaci vzduchu do podzemní nebo polopodzemní komory, odpařováním ochlazovat led tak, aby tál jen pomalu a zůstal poměrně suchý (viz obrázek lede ). V noci mohou větrníky dokonce vnést pod bod mrazu noční vzduch, což pomůže zmrazit led.

Chlazení odpařováním

Windcatcher a kanát používá pro chlazení

V suchém podnebí lze použít odpařovací chladicí účinek umístěním vody na přívod vzduchu tak, aby průvan nasával vzduch přes vodu a poté do domu. Z tohoto důvodu se někdy říká, že kašna v architektuře horkých a suchých podnebí je jako krb v architektuře chladného podnebí.

Windcatchery se používají k odpařovacímu chlazení v kombinaci s kanátem nebo podzemním kanálem (který také využívá výše popsaný podzemní zásobník tepla). U této metody je otevřená strana věže odvrácena od směru převládajícího větru (orientaci věže lze upravit směrovými otvory v horní části). Když je ponechána otevřená pouze závětrná strana, je pomocí Coandăova efektu nasáván vzduch nahoru . To nasává vzduch do sání na druhé straně budovy. Horký vzduch je přiváděn dolů do tunelu kanátu a je ochlazován tím, že přichází do kontaktu s chladnou zemí a studenou vodou protékající kanátem. Vzduch se také odpařuje, když se část vody v kanátu odpaří, když po něm prochází horký suchý povrchový vzduch; tepelná energie ve vzduchu je absorbována jako energie odpařování . Suchý vzduch je tedy také zvlhčen před vstupem do budovy. Ochlazený vzduch je nasáván skrz dům a nakonec ven z lapače větru, opět efektem Coandy. Celkově chladný vzduch proudí budovou a snižuje celkovou teplotu konstrukce.

Salasabil je typ fontány s tenkým listem tekoucí vody, ve tvaru pro maximalizaci povrchové plochy a tím i chlazení odpařováním. Větrné lapače se často používají se salasabily, které lze použít k maximalizaci proudění nenasyceného vzduchu nad vodní hladinou a přenášení ochlazeného vzduchu tam, kde je to v budově potřeba.

Navlhčenou rohož lze také zavěsit do lapače větru, aby se ochladil přiváděný vzduch. To může snížit průtok, zejména při slabém větru. Může však také produkovat sestup chladného vzduchu za bezvětří. Odpařovací chlazení ve větrné věži způsobuje, že vzduch ve věži klesá a řídí cirkulaci. Toto se nazývá pasivní downdraught odpařovací chlazení (PDEC). Může být také generován pomocí rozprašovacích trysek (které mají tendenci se ucpávat, pokud je voda tvrdá) nebo chladicích spirál studenou vodou (jako je například hydronické podlahové vytápění ).

Regionální použití

Afrika

V Egyptě jsou lapače větru známé jako malqaf , pl. malaaqef . Obvykle mají tvar pravoúhlých trojúhelníků, přičemž svislá strana je ponechána otevřená a směřuje přímo nahoru nebo dolů (po jednom v každé budově). Fungují nejlépe, pokud jsou orientovány do 10 stupňů od směru větru; větší úhly umožňují únik větru. Windcatchery byly použity v tradiční staroegyptské architektuře a začaly vypadávat až v polovině 20. století n. L. Jejich využití se nyní znovu zkoumá, protože klimatizace tvoří 60% špičkové egyptské poptávky po elektrické energii (a tedy i potřeba 60% její výrobní kapacity ).

Egyptské větrné lapače se často používají ve spojení s jinými pasivními chladicími prvky.

Blízký východ a Asie

Írán

Viz také: perská architektura

V Íránu se lovci větru říká bâdgir : bâd „vítr“ + gir „chytač“ ( persky : بادگیر ). Zařízení byla použita v achajmenovské architektuře . V Íránu se používají v horkých a suchých oblastech centrální plošiny a v horkých a vlhkých pobřežních oblastech.

Střední Írán vykazuje velké denní teplotní výkyvy se suchým podnebím . Většina budov je postavena ze silné keramiky s vysokými hodnotami izolace . Města soustředěná na pouštních oázách bývají velmi těsně zabalena do vysokých stěn a stropů, což maximalizuje stín na úrovni země. Teplo přímého slunečního světla je minimalizováno malými okny, která směřují od slunce.

Účinnost lovce větru vedla k jeho rutinnímu používání jako chladicího zařízení v Íránu. Mnoho tradičních vodních nádrží ( ab anbars ), které jsou schopné v letních měsících uchovávat vodu při teplotách blízkých bodu mrazu, je postaveno na větrných lapačích. Odpařovací chladící účinek je nejsilnější v nejsušších klimatických podmínkách, jako je například na iránské plošiny, což vede k všudypřítomnému použití windcatchers v sušších oblastech, jako je Yazd , Kerman , Kashan , Sirjan , Naim , a Bam .

Větrovky mívají jeden, čtyři nebo osm otvorů. Ve městě Yazd jsou všechny lapače větru čtyř nebo osmistranné. Konstrukce lapače větru závisí na směru proudění vzduchu v tomto konkrétním místě: pokud má vítr tendenci foukat pouze z jedné strany, je postaven pouze s jedním otvorem po větru . Toto je styl, který se nejčastěji vyskytuje v Meybodu , 50 kilometrů od Yazdu: větrovky jsou krátké a mají jediné otevření.

Windcatchery v Íránu mohou být docela komplikované, protože se používají jako symboly stavu.

Malému lapači větru se v tradiční perské architektuře říká shish-khan . Shish-khans může ještě být viděn na vrcholu ab anbars v Qazvin a dalších severních měst v Íránu. Zdá se, že fungují spíše jako ventilátory než jako regulátory teploty v centrálních pouštích Íránu.

Katar

University of Kataru v Dauhá má neobvyklé windcatchers.

Pákistán

Jednoduché lapače větru v Hyderabad, Sindh , v 19. století

Austrálie

Dům rady 2 . Větrné věže v betonovém kaňonu vlevo.

Dům Rady 2 v australském Melbourne má 3patrové „sprchové věže“, vyrobené z látky udržované mokré sprchovou hlavicí, která stéká v horní části každé z nich. Odpařovací chlazení ochlazuje vzduch, který pak klesá do budovy.

Evropa

Zénith de Saint-Étienne Métropole má extrémně široký hliníkový windcatcher kopeček.

Saint-Étienne Métropole je Zénith je víceúčelová hala postavená v Auvergne-Rhône-Alpes (ve vnitrozemí jižní Francie). Zahrnuje velmi velký hliníkový lapač větru, který je mnohem lehčí, než by byl ekvivalent zdiva. Velikost lapače větru mu umožňuje pracovat v libovolném směru větru; průřezová plocha kolmá na proudění větru zůstává velký.

Bluewater Shopping Centre ve Velké Británii používá windcatcher věže. Budova královny Univerzity DeMontfort používá k větrání věže se stohovacími efekty.

Amerika

Kensington Oval Cricket Ground v Barbadosu také používá velmi široký hliníkový windscoop.

V návštěvnickém centru národního parku Zion v Utahu byl použit lapač větru , který funguje bez přídavných mechanických zařízení za účelem regulace teploty.

Viz také

Poznámky

Reference

externí odkazy