作者：孙永伟 博士

DFSS黑带大师

TRIZ大师(五级)

名词解释：什么是烟囱效应?

烟囱效应(Chimney Effect 或 Stack Effect)指的在竖中空结构内部的底部空气由于受热向上移动，或者顶部的空气由于受冷向下移动，使空气对流加强的现象。

它产生的机理是什么?

在竖直中空结构的空间内，底部的空气由于受热膨胀密度小于上部的空气，使底部的空气向上移动，造成底部中心的气压低于底部其他部位的气压，从而使周边的冷空气向中间移动，空气到达中间部位后，再度被加热上升，周而复始形成了烟囱效应。竖直的长度越长，对流就越会被强化，即烟囱越高，就越容易形成烟囱效应。

它有什么危害?

如果在高层建筑物的底层发生燃烧，由于建筑物的细长中空结构，很容易形成烟囱效应。一旦低楼层因为着火形成烟囱效应，底层的空气受热上升，周边补充过来的空气往往是富含氧气的新鲜空气，这样必然会使火越烧越旺。底部的火很容易就会在极短的时间内扩展到高层，造成人身和财产损失。

有什么方法可以避免?

根据《建筑设计防火规范》 GB 50016-2014(2018年版)

摘录以下几点建议：

• 尽量不使建筑物低层的温度高于高层的温度。

• 每层楼板、隔墙处的缝隙，应采用阻燃材料严密填实。

• 高层建筑中各种长的管道孔隙，要用不燃烧材料填塞密实。

• 电缆井、管道井用阻燃材料作防火分隔。

它有哪些用途?

尽管烟囱效应有危害，但它也可以被用来实现有用的功能。

1.当燃煤、燃气锅炉运作时，产生的热空气沿着高大的烟囱向上升，在烟囱的顶部离开。因为烟囱中的热空气减少而形成了负压区，可以将锅炉的富氧空气抽入填补，一定程度上起到了鼓风机的作用，令火炉的火更猛烈。烟囱越高,自动鼓风增氧能力越强。在锅炉房等地方，可以运用高大的烟囱达到拔火拔烟的效果，排走烟气，改善燃烧条件。

2.在建筑设计中，利用热压差实现自然通风就是利用的“烟囱效应”原理它是利用热空气上升的原理，在建筑上部设排风口可将污浊的热空气从室内排出,而室外新鲜的冷空气则从建筑底部被吸入，从而起到了自动换气的功能。当然，如果再加上无动力的风帽，效果就更好了。

3.在餐馆中用铜锅涮肉的时候，也会遇到希望炭火更旺的需求。传统的方法是用扇子扇风，但这种方法很容易把灰扇得到处都是。在出烟口处加上一个细长的拔火的烟囱就可以很轻松地解决这一问题。当高大的烟囱套在出风口上，由于底部的空气温度比较高，就形成了烟囱效应，新鲜的空气就可以从进风口吸收，从而使炭烧得越来越旺。如果需要火烧得弱一些，去掉烟囱就可以了。使用起来非常方便。

4.科学家们还发明了运用烟囱效应来发电。在占地面积较大的太阳能集热大棚上方，设置一个高大的烟囱，受热的空气通过烟囱，空气对流在烟囱的作用下得到了强化，在烟囱中心安装涡轮发电机，就可以发电了。

5.烟囱效应还可以在建筑物中得以应用。如下图所示。在建筑物中可以设置细薄的垂直夹层，在阳光的照射下，空气的温度升高，沿着烟囱上升，在比较长的烟囱的作用下，空气对流被强化形成强的烟囱效应，由于空气向上移动，使室内形成负压，这样就可以自动把室外经过冷却的温度较低的空气吸入室内。整个过程自动完成，无需能源消耗。

当然，我们仅列出了烟囱效应有代表性的用途，它的更多用途，还等着喜欢创新方法论的爱好者们去研究、挖掘、应用。

另外，还有许多科学效应可以让我们巧妙、低成本、创造性地解决问题。掌握的科学效应越多，就越能产生创新的解决方案。

作者简介： 

孙永伟，博士，注册六西格玛设计(DFSS)黑带大师，TRIZ五级大师，研发方法理论体系的提出者，对外经济贸易大学国际商学院实践教授，天津大学创新创业导师，TRIZ理论的畅销书《TRIZ打开创新之门的金钥匙I》和《TRIZ打开创新之门的金钥匙II》两本书的作者，目前已经获得授权的发明专利30余项。曾任GE(通用电气)全球研发中心工程师、GE能源集团黑带、GE油气集团项目经理等职。孙博士曾获得中国质量技术领域的全国质量技术奖。经他签发不同类别研发方法论认证证书的专家达5000多人，其中多位已经成为企业研发方法论推进负责人。20多年来，他一直在企业和研究机构的研发第一线，具有丰富的企业内部推进六西格玛和TRIZ等先进研发方法论的经验以及运用这些方法论解决实际问题的能力，曾多次受邀到德国、波兰等欧洲国家及韩国、马来西亚、印度等亚洲各国介绍方法论的推进经验。

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