CN101668993A

CN101668993A - 烟囟效应的减轻

Info

Publication number: CN101668993A
Application number: CN200780052293A
Authority: CN
Inventors: M·K·萨姆; N·S·哈里哈兰; B·R·西维特
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2010-03-10
Also published as: WO2008115239A1; US20100178862A1

Abstract

一栋建筑物(20)具有中庭(24)和电梯通道(40)。为了减轻中庭中的烟囱效应，可以用风扇(62)提供通过电梯通道的下行气流(60)。

Description

烟囱效应的减轻

技术领域

[0001]本发明涉及建筑物气候控制。更确切地说，本发明涉及建筑物中庭中的烟囱效应的减轻。

背景技术

[0002]高的中庭已经成为酒店和办公楼中常见的建筑结构。在一个示例性构造中，中庭沿建筑物的整个高度延伸并且可能会全部或部分地被所占用的楼层空间环绕。电梯通道通常定位在中庭内或中庭附近。

[0003]中庭的高度可能会促进烟囱效应气流。中庭中的空气可以被加热。示例性的加热来自与邻近(例如环绕)中庭的占用区域的接触。替代性的加热可以是阳光加热。阳光加热在沿至少一侧暴露于阳光的中庭中是特别相关的。加热后的空气上升。当空气上升时，其会聚集更多的热量。其中一个效果是向上传送热量。另一个效果是气流导致中庭与室外环境之间随高度而变化的压力差。这可能会促使空气泄漏。

发明内容

[0004]本发明的一个方面涉及具有中庭和电梯通道的建筑物。电梯通道中至少部分地设置有用于减轻中庭中的烟囱效应的装置。

[0005]在不同的实施方式中，所述装置可包括位于电梯通道内的风扇。所述风扇可位于一个管道内。所述风扇和管道可以改进的样式被添加进来。

[0006]本发明的一个或多个实施例的细节在下面的附图和具体实施方式中被阐明。本发明的其它特征、目的和优点将通过具体实施方式、附图和权利要求书而变得清楚。

附图说明

[0007]图1是建筑物的第一示意性竖向截面图。

[0008]图2是图1中的建筑物的示意性水平截面图。

[0009]图3是图1中的建筑物的第二个示意性竖向截面图。

[0010]图4是用于图1中的建筑物的高度相对于压力差的图表。

[0011]图5是用于图1中的建筑物的高度相对于中庭温度的图表。

[0012]在不同的附图中相同的附图标记和名称表示相同的部件。

具体实施方式

[0013]图1-3示出了外部(室外)环境22内的示例性建筑物20。所述建筑物具有中庭24。占用的楼层空间26可全部或部分地环绕中庭并从中庭处的内墙28延伸至建筑物外墙30。沿着中庭，一面或多面建筑物外墙可以开有窗户以允许光线到达中庭并加热中庭的暴晒部分。

[0014]所述占用空间可包括多个单独的楼层，一个位于另一个之上。楼层的示例性数量是至少10个，更特别的是至少20个。地面32以上的示例性的建筑物高度H是至少50米，更特别的是至少120米。示例性的中庭高度H_A至少是H的75％。

[0015]中庭可能会受烟囱效应的影响，从而导致中庭20和外部环境22之间的压力差和温度差随相关高度而变化。图4示出了用于基准建筑物构造的中庭相对于外部环境的压力差的图表500。在靠近地面处，中庭压力略小于外部压力。随着高度的增加，中庭压力逐渐大于外部压力。

[0016]图5相似地示出了中庭温度502相对于高度的图表。条件模拟了温带气候中的冬季或寒带气候中的秋季/春季。示例性的外部空气温度是大约38°F，内部加热后的温度大约68°F。在开始时，模拟的外部/内部温度都为38°F，内部空间被加热直至达到约68°F的平均温度。由于烟囱效应，中庭温度随着高度的增加而增加。

[0017]为了减轻烟囱效应，解决方案可以通过联合电梯系统来实现。更确切的说，在一种改进情形下，解决方案可以通过对已有的电梯系统进行改型来实现。

[0018]为了在不同楼层间运输人员和货物，建筑物可包括一个或多个电梯。一种示例性结构是在一个共用的电梯通道中布置多个电梯。图1-3示出了一对电梯通道40和42。每个示例性的电梯通道分别具有多个升降机井44A、44B和44C以及44D、44E和44F。如下面进一步详细描述的，每个升降机井可包含或之前已经包含一个或多个相关的电梯轿箱46。电梯通道的升降机井或其它部分也可包含或已经包含相关的配重(未示出)。电梯设备50可位于建筑物顶部54处的设备间52内。示例性的电梯和配重可通过线缆(未示出)悬挂并通过电机(未示出)升起或降落。

[0019]用于减轻烟囱效应的装置可以至少部分地设置在至少一个电梯通道内。示例性的装置可以向下驱动气流60(图3)穿过电梯通道。该装置可包括驱动气流的风扇62。气流可从中庭获取并返回到中庭。气流可通过进气口64获取并通过排气口/返回口66返回。气流可通过电梯通道内的通道/管道70输送。

[0020]气流60提供了烟囱效应气流80的回流。烟囱效应气流80的确切特性和动态将取决于多种因素，包括中庭暴露于阳光下的程度(暴晒程度)和中庭的几何形状。然而，气流60可沿着中庭的全部或部分高度减轻烟囱效应的效果。

[0021]图4示出了反映上述减轻的示例性压力差510。相对于压力差500，压力差随高度的增加量被减小。该特定模拟保持地面压力差为常数。然而，在实践中，该系统可操作以改变该压力差(例如减小其量值以减小地面空气渗透)。类似地，图5示出了中庭温度512，中庭温度512相对于中庭高度的变化比温度502更为恒定。

[0022]所述装置可包括控制器100(图1)，控制器100操作风扇并且通过关联的致动器(未示出)选择性地控制气口64和66的开启和关闭。控制器可集成在建筑物的加热通风和空气调节(HVAC)系统的主控制器内。控制器可响应于感测输入和/或编程输入操作风扇和气口。示例性的感测输入包括建筑物内部和外部的不同位置的温度和压力。示例性的编程输入包括白天的时间和季节因素。图3示出了示例性的温度传感器110、111和112以及压力传感器114、115和116，所述传感器分别位于：中庭基部的内部；靠近中庭顶部的内部；以及靠近正门的外部。其它传感器同样可以存在。为了容易引用，使用t_1、t_2和t_3表示由相应的温度传感器110、111和112感测到的温度，使用p_1、p_2和p_3表示由相应的压力传感器114、115和116感测到的压力。

[0023]下面是用于在正常操作时在冬季减轻烟囱效应的示例性协议。在示例性的实施方式中，如果(t_1-t_3)＞阀值温度(例如25°F)，则随压力变化型风扇可进入工作状态。随压力变化的一个示例是基于压力差(p_2-p_1)。该示例中使用两个非零的风扇转速(例如一个低速和一个高速)。如果(p_2-p_1)＞第一阀值压力(例如60帕)，则风扇在高速下工作。如果不是，但仍然大于较低的第二阀值压力(例如30帕)，则风扇在低速下工作。特定风扇转速的数量和值以及相关的阀值可针对特定建筑物进行优化。

[0024]另一个示例性的协议用于在正常操作时在冬天减轻冷空气渗透。在一个示例性实施方式中，如果(t_1-t_3)＞阀值温度(例如25°F)，则随压力变化型风扇可进入工作状态。如果(p_3-p_1)＞第一阀值压力(例如40帕)，则风扇在高速下工作。如果不是，但仍然大于较低的第二阀值压力(例如20帕)，则风扇在低速下工作。特定风扇转速的数量和值以及相关的阀值可针对特定建筑物进行优化。

[0025]另一个示例性的协议用于在正常操作时在冬天提供增强的混合和提高建筑物内的舒适度。在一个示例性实施方式中，如果(t_1-t_3)＞阀值温度(例如25°F)，则随温度变化型风扇可进入工作状态。如果(t_2-t_1)＞第一阀值温度(例如8°F)，则风扇在高速下工作。如果不是，但仍然大于较低的第二阀值温度(例如5°F)，则风扇在低速下工作。特定风扇转速的数量和值以及相关的阀值可针对特定建筑物进行优化。

[0026]另一个示例性的协议用于在正常操作时在冬天提供增强的混合和提高建筑物内的舒适度。如果(t_3-t_1)＞阀值温度(例如20°F)，则随温度变化型风扇可进入工作状态。如果(t_2-t_1)＞第一阀值温度(例如12°F)，则风扇在高速下工作。如果不是，但仍然大于较低的第二阀值温度(例如8°F)，则风扇在低速下工作。特定风扇转速的数量和值以及相关的阀值可针对特定建筑物进行优化。风扇转速可以进行连续控制，而不是仅限于少量的不连续速度。控制功能可以是基于感测参数、它们的差值以及其它类似数据的平滑连续控制。

[0027]控制系统可以通过软件或硬件被编程从而单独或同时在一个或多个这些模式下操作。同时操作(例如用于不同的冬天模式)可以是增加的/累积的(例如在多于一种的模式下采用的较高速度表明需要高速操作)或替代性的(例如如果任一模式表明需要高速则维持给定的高速)。所述模式可以与非正常(例如应急)模式进行组合。应急模式的示例是在烟雾控制和火焰控制方面获得期望效果的建筑物火灾模式。应急模式也可以响应于感测到的状态(例如烟雾或火焰检测器)或手动输入。

[0028]示例性的减轻装置示出为对已有建筑物的改造，其中升降机井44C(图2)中的电梯轿箱已经被移除。示例性的管道70示出为升降机井44C中的填料。风扇安装在管道内。用于剩余电梯的控制器(未示出)可以被重新编程以补偿升降机井44C中的轿箱的缺失。一个或多个温度传感器和/或压力传感器可来自于已有的HVAC系统，虽然也可以添加一个或多个这样的传感器。

[0029]在替代性实施方式中，不需要停用一个电梯轿箱。例如，电梯通道可以具有足量的剩余空间来容纳所添加的通道。在最初的建筑设计中，电梯通道可以被设计为具有用于通道的足量空间。

[0030]上文已经描述了本发明的一个或多个实施例。然而，应该理解的是，在不偏离本发明的精神和保护范围的情况下可以做出不同的改型。例如，局地气候的细节(包括季节性变动)、建筑物出口和建筑物方位可以影响任何特定的实施方式。另外，现有的建筑物或者修改现有建筑方案的约束条件可能会影响特定的实施方式。相应地，其它实施例也在所附权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种建筑物(20)，包括：

中庭(24)；

电梯通道(40)；和

至少部分位于所述电梯通道中的装置，该装置用于减轻所述中庭中的烟囱效应气流。

2.如权利要求1所述的建筑物，其中，所述装置包括位于所述中庭的上部10％中的进气口(64)和位于所述中庭的下部10％中的排气口(66)。

3.如权利要求1所述的建筑物，其中，所述装置包括位于所述电梯通道中的风扇(62)。

4.如权利要求3所述的建筑物，其中，所述风扇位于所述电梯通道的中部20％的区域内。

5.如权利要求1所述的建筑物，其中，所述中庭的高度至少为50m。

6.如权利要求1所述的建筑物，其中，所述装置包括：

至少一个内部压力传感器(114、115)；

至少一个外部压力传感器(116)；和

控制器(100)，所述控制器(100)联接至所述至少一个外部压力传感器和所述至少一个内部压力传感器，并且所述控制器构造成响应于压力差进行工作。

7.如权利要求1所述的建筑物，其中，所述装置包括：

至少一个低位内部压力传感器(114)；

至少一个高位内部压力传感器(115)；和

控制器(100)，所述控制器(100)联接至所述至少一个低位内部压力传感器和所述至少一个高位内部压力传感器，并且所述控制器构造成响应于压力差进行工作。

8.如权利要求1所述的建筑物，其中，所述装置包括：

至少一个内部温度传感器(110、111)；

至少一个外部温度传感器(112)；和

控制器(100)，所述控制器(100)联接至所述至少一个外部温度传感器和所述至少一个内部温度传感器，并且所述控制器构造成响应于温度差进行工作。

9.一种建筑物(20)，包括：

中庭(24)；

电梯通道(40)；以及

风扇(62)，所述风扇(62)定位成在所述电梯通道(40)内沿竖直方向驱动气流(60)从进气口(64)流向排气口(66)，所述排气口位于所述进气口下方，所述气流穿过所述排气口到达所述中庭并返回到所述进气口。

10.如权利要求9所述的建筑物，还包括联接到至少一个压力传感器和至少一个温度传感器的控制器(100)，所述控制器构造成响应于感测到的压力和温度来操作所述风扇。

11.一种用于减轻建筑物中的烟囱效应气流的方法，所述方法包括：迫使返回气流穿过电梯通道向下流动，所述返回气流用于减小所述中庭与靠近所述中庭的顶部的建筑物外部之间的压力差。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述返回气流通过所述中庭处的进气口吸入并通过所述中庭处的排气口返回。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述进气口位于所述中庭的高度的顶部10％内，所述排气口位于所述中庭的高度的底部10％内。

14.如权利要求11所述的方法，其中，所述返回气流被迫向下流过所述电梯通道内的管道。

15.如权利要求11所述的方法，其中，所述迫使操作是响应于下列各项的组合进行的：

感测到的内部温度与外部温度的差值；

感测到的内部压力与外部压力的差值；

感测到的随高度而变化的内部温度差；和

感测到的随高度而变化的内部压力差。

16.如权利要求11所述的方法，其中，所述迫使操作是响应于下列各项中至少一项进行的：

感测到的内部温度与外部温度的差值；

感测到的内部压力与外部压力的差值；

感测到的随高度而变化的内部温度差；和

感测到的随高度而变化的内部压力差。

17.如权利要求11所述的方法，其中，所述迫使操作是响应于下列各项中至少两项进行的：

感测到的内部温度与外部温度的差值；

感测到的内部压力与外部压力的差值；

感测到的随高度而变化的内部温度差；和

感测到的随高度而变化的内部压力差。

18.在经过改造的现有建筑物中实施的如权利要求11所述的方法，所述改造是在所述电梯通道内添加管道以容纳所述被迫使的气流。

19.在经过改造的现有建筑物中实施的如权利要求11所述的方法，所述改造是从所述电梯通道中移除电梯轿箱以容纳所述被迫使的气流。

20.如权利要求19所述的方法，其中，所述改造是在所述电梯通道中添加间隔物以容纳所述被迫使的气流。