Het zogenaamde 'schoorsteeneffect' is het effect dat er voor zorgt dat warme lucht in een schoorsteen altijd naar boven getrokken wordt, als de schoorsteen tenminste niet verstopt is. Het schoorsteeneffect berust op het principe van drukverschil. Lucht weegt niet niets, ook al zou je dat misschien makkelijk denken. De lucht die in de atmosfeer boven je zit, kan zelfs behoorlijk wat kracht uitoefenen. Hoe hoger je komt in de atmosfeer, des te lager wordt de luchtdruk. Dat is logisch, want er zit dan minder lucht boven je die naar beneden drukt.
Verder is er het effect dat lucht die warm wordt uitzet, en daardoor lichter wordt dan de koude lucht. Die lichtere lucht wordt door de zwaardere, koude lucht omhoog gedrukt. Net zoals een licht stuk materiaal, zoals hout, drijft op water, dat zwaarder is. Figuur 1: Boven in de atmosfeer is de luchtdruk een stuk lager dan op de grond. Warme lucht is licht en stijgt op, waardoor er een gebied met lage druk ontstaat (in dit geval onderin de schoorsteen). Daar beweegt dan weer lucht naartoe vanuit het gebied met hoge druk, zodat de stroming blijft doorgaan. Als lucht in een verticaal kanaal, zoals een schoorsteen verwarmd wordt, stijgt deze lucht dus op. Daardoor wordt de luchtdruk onderin de schoorsteen lager, waardoor er koudere lucht van buiten wordt aangezogen, die de luchtstroming op gang houdt. Dit noemen we het schoorsteeneffect; het schoorsteeneffect houdt zo zichzelf in stand.
Een toepassing waarbij handig gebruik gemaakt wordt van het schoorsteeneffect, is de koeltoren, die gebruikt wordt om water van bijvoorbeeld energiecentrales af te koelen. In figuur 2 zie je hoe zo’n koeltoren eruit ziet. De toren is volledig hol van binnen, en onderin de koeltoren wordt het warme water verdeeld, of door een buizenstelsel geleid. Het warme water verwarmt de lucht in de toren, die daardoor opstijgt. Daardoor wordt er weer koude lucht van de omgeving via de onderkant van de toren aangezogen, enzovoorts.
Het schoorsteeneffect kan ook zeer ernstige gevolgen hebben. Het kan bijvoorbeeld voorkomen dat er brand uitbreekt in een tunnel, bijvoorbeeld door een auto-ongeluk. Als die tunnel schuin loopt, kan het schoorsteeneffect ervoor zorgen dat alle warmte en rook naar boven geblazen wordt. Algemene gaswet: pV/T = constant. De druk onderaan de schoorsteen en bovenaan de schoorsteen is nauwelijks verschillend. Als je dus in je schoorsteen een hoeveelheid lucht opwarmt, is het belangrijkste effect dat het volume van die hoeveelheid lucht toeneemt. Dat betekent dat de dichtheid van de warme lucht in de schoorsteen kleiner is dan de dichtheid van de (koudere buiten-)lucht naast de schoorsteen.
Tweede feit: twee schoorsteentjes naast elkaar, één met lucht van 300 K, één met lucht van 600 K. Eigenlijk moet je rekenen met DRUK, maar dat is kracht per oppervlakte, dus hoe groot je koude schoorsteen ook maakt, de hete lucht in de schoorsteen drukt minder hard naar beneden dan de koude lucht buiten, en dus drukt de koude lucht de warme lucht omhoog. Resultaat: warme lucht stijgt op. Dat geldt net zo goed in een schoorsteen van 10 cm als van 10 m. Verder, als het temperatuursverschil klein is, is het dichtheidsverschil ook klein, en trekt je schoorsteen minder hard.
Proefje voor thuis (als er tenminste rokers in huis zijn): kijk eens goed naar de rook van een brandende sigaret, hoe die opstijgt. Neem dan een A4-tje, rol dat op tot een pijpje van een vinger dik. Houd de brandende sigaret vlak onder je "schoorsteen". Je ziet dat de rook de schoorsteen ingezogen wordt, en er bovenaan sneller uitkomt als de rook die rechtstreeks van een "vrije" sigaret kwam.
Ventilatiedebieten kunnen op meerdere manieren door luchtbewegingen gecreëerd worden: het effect van de wind, het schoorsteeneffect en de combinatie van deze twee fenomenen. Door het effect van de wind Windstelsel in België. In onze streken komt de hoofdstroming uit het zuidwesten en de belangrijkste secundaire stroming uit het noordoosten. Het is dus tegenover deze twee richtingen dat de openingen bij voorkeur geplaatst worden voor de toepassing van free-cooling. Concreet: indien het gebouw is blootgesteld aan de wind, kan men proberen om de openingen van het gebouw te plaatsen op de tegenover elkaar liggende gevels, idealiter zuidwest en noordoost, waarbij ‘vrije' luchtdoorgang wordt voorzien tussen de lokalen.
En in Brussel? Over de snelheid van de wind in steden is tot nu toe weinig bekend en alles hangt sterk af van de nabije omgeving van het gebouw. Een studie met aëraulische simulatie kan nodig zijn om het effect van de locatie te bepalen. De literatuur levert eenvoudige en gedetailleerde methoden voor stedelijke sites, maar gives ruwe schattingen. Voor windberekeningen op 10 m hoogte in Brussel zijn meetpunten gedaan en weergegeven per zone: Zone Oost, Zone Noord, Zone Zuid, Stadscentrum, Zone Zuidoost, Zone Zuidwest. De jaarlijkse gemiddelde windsnelheid wordt vaak als 1,6 m/s genomen, met aandacht voor omliggende gebouwen.
Het vertrekpunt bij het ontwerp is vaak de laagste windsnelheden; later volgen metingen of aëraulische simulaties. Het doorwind veroorzaakte luchtdebiet wordt berekend met Qv = K · A · V, waarbij Qv het debiet is, A de vrije openingsoppervlakte, V de windsnelheid en K de efficiëntiecoëfficiënt. De efficiëntiecoëfficiënt varieert tussen 0,4 (invalshoek 45°) en 0,8 (wind loodrecht op gevel). Wind hogerop heeft minder obstakels en vergroot het debiet voor hogere verdiepingen. De windsnelheid op hoogte h kan worden berekend met een exponentiële relatie ten opzichte van v10, rekening houdend met omgeving en obstakels.
Het schoorsteeneffect: de opwaartse beweging van binnenlucht doordat deze warmer en lichter is dan buitenlucht. Deze beweging zorgt voor aanzuiging van verse lucht onderaan in het gebouw of de schoorsteen en stuwt de warme lucht naar buiten. Deze luchtdoorvoer is sterker bij groter temperatuurverschil en groter hoogteverschil tussen de inlaat en de uitlaat. Een schoorsteen kan op schaal van een enkel venster, een gevel of een volledig gebouw toegepast worden. Bij een schoorsteen zal naast temperatuurverschil ook wind als drijvende kracht spelen (zuiging uit het gebouw).
Door de combinatie van wind en schoorsteeneffect kan men proberen deze fenomenen te versterken in het ontwerp. Openingen in de gevel langs de dominante windrichtingen (zuidwesten en noordoosten) dragen bij aan vrije luchtdoorstroming. Zonneschoorstenen bestaan uit een verticale schacht die zonlicht absorbeert en de lucht binnenin verwarmt. Door dit schoorsteeneffect stijgt de warme lucht op en wordt afgevoerd, waardoor een onderdruk ontstaat die verse lucht aanzuigt vanuit lagere delen van het gebouw. Zonneschoorstenen kunnen onderdeel zijn van Earth, Wind & Fire concept en leveren energiebesparing en lager onderhoud op. Zonneschoorstenen werken op thermische convectie; het verwarmde luchtvolume stijgt op en verplaatst lucht naar buiten, terwijl verse lucht naar binnen wordt gezogen via openingen.
- Zonneschoorsteen: thermische convectie, natuurlijke ventilatie, energiebesparing.
- Schoorsteeneffect: drukverschil, hoogteverschil, wind; combinatie voor optimalisatie.
- Toepassingen: koeltorens, gevelontwerpen, woonsituaties, kantoren, scholen.
- Ontwerpoverwegingen: windrichting, openingoppervlak, efficiëntiecoëfficiënten, hoogte en isolatie.
De werking van een schoorsteen heeft ook invloed op bouwpraktijken zoals het verlengen van schoorstenen. Een schoorsteenuitbreiding kan oplossingen bieden als trekproblemen optreden. EN 15287-1 definieert de “effectieve hoeveelheid” afstand tussen rookgasinlaat en de monding, die cruciaal is voor veiligheid en efficiëntie. In enkelwandige schoorstenen moeten minimale hoogten worden verzekerd; bij dubbelwandige uitvoeringen vermijden extra condensaat en verliezen aan efficiëntie. De verbindingen dienen vlot te zijn, met een huls en klemband voor een veilige aansluiting. De markt biedt rookkanalen, verlengstukken, rookgasventilatoren en diepgangbegrenzers voor uiteenlopende toepassingen.
DaglichtCenter benadrukt het belang van natuurlijke ventilatie voor luchtkwaliteit en warmteafvoer in woningen. Ventilatie is cruciaal bij koken, wassen en ademen; een aangepaste ventilatie houdt rekening met binnen- en buitenlucht, ventilatie voor luchtkwaliteit en woningkoeling tijdens warme dagen. Volledige vernieuwing van de lucht in de woning kan in sommige systemen in korte tijd plaatsvinden, en innovatieve concepten zoals vrije toevoer (free-cooling) en zonneschoorstenen dragen daartoe bij.
tags: #de #aarde #schoorsteen #best