CN102027869A - 应用烟囱式导风塔对自然环境空调的方法及其设备 - Google Patents

Abstract

一种利用烟囱式的“导风塔”，根据烟囱效应，源源不断的抽取地面上的湿热空气，使其迅速上浮，从而打破由温室效应，使湿热空气和干冷空气上下对流，达到控制地面空气温度和湿度、降低地面空气内的二氧化碳和粉尘浓度及人工降雨的目的的方法及这种环境空调设备。这种技术的实施，使人们利用自然改造自然成为现实。可用于控制城市地面空气的温度、湿度和进行人工降雨；再就是用于避免强对流天气造成大风、暴雨、雷电、冰雹等自然灾害，给农林业、电业、通讯业等造成大量的损失，同时凉爽天气，也更有利于农作物的生长和避免病虫害。在渔业方面，可增加水塘的溶氧量，避免翻塘死鱼的现象发生，同时凉爽的水温也将更有利于水生动植物的生长。

Description

应用烟囱式导风塔对自然环境空调的方法及其设备

技术领域

本发明涉及一种对某一区域的自然环境的地面空气进行干湿、冷热调节的空调设备，特别是利用烟囱式导风塔的自然环境空调方法。

背景技术

目前的现有技术中，利用烟囱式导风塔，根据烟囱效应，用烟囱内的上升气流进行发电的说法已有很多，已不足为奇，但是将其用于对某一自然环境的地面空气进行湿度、温度调节的还没有发现过。

目前的现有技术中，人工控制地面空气温度、湿度的技术还没有。

目前的现有技术中，人工控制控制地面空气中二氧化碳、粉尘浓度的方法就只有减少排放。

目前的现有技术中，人工降雨(增雨)的技术中只有向云中播撒碘化银催化剂的方法，这又分空中和地面作业两种方法：

1、空中作业是用飞机在云中播撒催化剂碘化银。飞机作业只能选择稳定性天气，安全问题难以保障。

2、地面作业是利用高炮、火箭从地面上发射，炮弹在云中爆炸，把炮弹中的碘化银燃成烟剂撒在云中。碘化银受热后在空气中形成极多极细的碘化银粒子。这些微粒会随气流运动进入云中，使冷云中产生冰晶，从而达到降雨的目的。因此，用这种方法降雨，设备简单、用量很少，费用低廉，是目前大面积推广方法。

但是，这种人工降雨是要有充分的条件的。只有在自然界有这种云中有细小水滴，长期稳定地在空气中悬浮，而云雾中又缺少足够的冰晶时，这时候向这种云雾中播洒碘化银粒子，才能最终实现人工降雨。

发明内容

本发明的目的是提出一种利用烟囱式的“导风塔”，根据烟囱效应使地面上的湿热空气在这种“导风塔”内迅速上浮，从而降低由二氧化碳、水蒸气、粉尘等气溶胶形成温室效应，或打破其温室效应的平衡，使湿热空气和干冷空气上下对流，达到控制地面空气温度和湿度、降低地面空气内的二氧化碳和粉尘浓度及人工降雨的目的的方法及这种烟囱式的“导风塔”环境空调设备。

本发明提供这种烟囱式的“导风塔”环境空调设备，包括上下通风的烟囱式塔身、塔身基座、地面上的多个进气门和塔身上端的出气口。

为加大“导风塔”内上下空气流的温差，生成更快的上升气流，可在塔身基座的地面周围增加一组太阳能空气加热设备，使太阳对“导风塔”底部的空气在该设备中加热，然后再流向塔底部的进气门。

这种“导风塔”可以说是目前一座城市的最高大的建筑，可在其上部适当位置设置景观台，以利于在冬天或不使用时用于观察研究高空大气变化情况或让游人观景，不但可以让人们体会身在云上的感觉，更可以亲身感受到塔下空气闷热，塔上冷风飕飕的自然现象，激发人们尤其是青年学生认识自然改造自然的热情。

我们知道：在大气的对流层范围内，气温随高度的增加而递减，也就是说在近地面，每上升一千米，温度要下降6.5摄氏度，这是由于地面吸收太阳的短波辐射，地面温度升高，所以近地面上的大气的温度由于热传导和热辐射的作用也跟着升高，气体温度高必然膨胀，密度减小，所以它就要上升，这就必然导致热冷空气上下对流的可能。再就是由于地面吸收太阳的短波辐射，地面温度升高后，还以蒸发水蒸汽的方式散热，随着水蒸汽的积累，地面上的空气就会变得越来越湿。由于“干空气”(即湿度小)的分子量是29，而水汽的分子量是18，故“干空气”分子要比水汽分子重。水汽的密度仅为“干空气”密度的62％左右。所以说：在相同状况下，“干空气”的密度要比“湿空气”的密度大，地面上的“湿空气”也必然导致上升的可能。这不难看出：地面上的又热又湿的空气要比高空上又冷又干的空气的比重要小很多，湿热空气上浮存在着势能，地面上的湿热空气和高空中的干冷空气的上下对流是理所当然的事，但是，由于温室效应的作用，阻碍了这种对流的发生。

我们这里所说的“温室效应”，是由水蒸气、二氧化碳、粉尘等气溶胶粒子形成的低矮、稀薄的覆盖地面的“云层”范围内的“温室效应”，这也是我们通常所说的逆温层，在这种“云层”下，空气处于稳定状态，空气中的垂直运动受到抑制。工厂里烟煤燃烧排放的烟尘、汽车尾气和地面上扬起的尘埃等有害气体聚集在空中不易向上扩散和稀释，再加上水蒸气、二氧化碳等温室气体的越集越多，大地的热辐射只能是被这些温室气体吸收，空气越来越热，大地就像盖了一层大棉被。

其实，这种温室效应本来是很脆弱的，只是暂时的处于一种平衡状态，但是，人类的一些生产生活活动很难达到破坏其平衡状态的能力，只有当这种平衡在达到极限(温室效应已控制不了大量的湿热空气上浮，这时如果某些局部地区的地面空气受热不均或地面空气干湿相差悬殊或起风等情况的发生)的情况下才能被打破，这种平衡一旦打破，就会形成剧烈的强对流天气，造成大风、暴雨、雷电甚至冰雹等自然灾害。这时人们就会感到凉爽，紧接着，这种温室效应又会慢慢的加强，形成新一轮的高温高湿天气。

如果在我们生活的这个温室里建一座足够大的烟囱式的“导风塔”，根据烟囱效应，大地上的湿热空气就会向塔底部流去，在塔内集中并形成一股向上流动的强大空气流，这些湿热气流沿着“导风塔”这根“烟囱”迅速向上升，冲出烟囱上口，由于这时的湿热空气流还存在着动能和势能，还会继续向高空冲去，直到其动能和势能消失。

由于“导风塔”源源不断的抽取地面的湿热空气，势必会导致以下三种情况发生：

1、由于“导风塔”源源不断的抽取地面的湿热空气，同时还会附带着抽取二氧化碳、粉尘和一些有害气体等强化温室效应的物质，温室气体的减少，这势必会降低这种温室的高度甚至是消失，从而降低“导风塔”地面周围的温室效应，使地面吸收太阳辐射后转换成的热能的一部分又辐射向高空，从而也会降低“导风塔”周围地面的空气湿度和温度。

2、由于“导风塔”源源不断的将地面上的湿热空气送入高空，直到这种湿热空气的动能和势能消失后，就会达到足以使其冷却成过冷云(有小水滴的云)的高度，同时这种湿热空气中携带的粉尘也会形成足够的冰晶，过冷云中水滴的水分子会不断的凝结到冰晶上，冰晶不断长大以致下落为雪，由于云下气温高于0℃，它们就会融化成雨并迅速落下，如果当时风不大的话，雨水就会降落在“导风塔”的周围附近，从而达到人工降雨的目的。

3、由于“导风塔”源源不断的将地面上的湿热空气送入高空，如果“导风塔”足够大并且抽出的湿热空气足够多的话，势必会导致地面上的这种温室效应气体的平衡被打破，使强对流天气在它还不够强时提前发生，也就是说提前使湿热空气与干冷空气上下对流，形成阵雨天气，变害为利。这就像在一座水库的大堤上建一个水闸，不等你决堤我就先打开水闸放水，使你永远决不了堤。这就是说在控制地面空气的温湿度和人工降雨的同时，也可以避免强对流天气，当然也避免了强对流天气所造成的自然灾害。

由于进入导风塔内的湿热空气是可以人为控制的，所以也就由此控制了“导风塔”周围地面的空气湿度、温度和进行人工降雨。

这种烟囱式环境空调的使用：1、使地面的空气湿度和温度降低；2、使粉尘、二氧化碳和一些有害气体等向高空扩散；3、进行人工降雨；4、避免强对流天气所造成的自然灾害。这些作用都是有利于人类或各种生物生存的作用，并且这些作用还是相互促进的，相辅相成，其结果就是打破温室效应，起的是“四两拨千斤”的作用。这种技术的实施，使人们利用自然改造自然成为现实。这比起用烟囱式导风塔发电更有意义。

我们知道：南京、武汉和重庆被称为我国长江沿岸的三大火炉城市，夏天，7月的平均气温在33℃左右，极端最高气温曾达到41～44℃，高温延续的时间也很长，每年高于30℃的暑热天数，平均都在70天以上，并且从早到晚，气温的变化不大，不但白天热，夜间也热不可耐。

形成长江沿岸三大火炉的主要原因是地形的影响。重庆、武汉和南京都在海拔较低的长江流域河谷中，河谷的地形特点尤如锅底，四周山地环抱，地面散热困难，使气温不断升高，这种地形特征极易形成温室效应；其次是这些地方水田网密布，水汽多，湿度大，人体出汗后不易蒸发，出汗的散热效率大大降低，高温加高湿，更使人感到闷热。这种湿汽也更加重了这种温室效应强度，形成恶性循环，使地表接受太阳辐射的热量被这些水汽吸收而无法散热，再加上城市的“热岛效应”的共同作用，从而造成这种如火炉般的气候。

其实，这种温室的厚度一般都在四百米以下，如果在这个温室内建一座高于这种温室的烟囱，根据烟囱效应，那么这个温室的温湿度也就可以人为控制了。

比如我们在武汉的东湖区某一地方，建一座内经40米，高1000米的烟囱式“导风塔”，假如武汉7、8月份的某一天的温度是40℃，相对湿度是80％，查资料得知：

40℃的干空气密度是：1.128kg每立方米    露点绝对湿度：54.557g每立方米

40℃露点体积比0.078571                20℃的干空气密度：1.293kg每立方米

那么，在相对湿度为80％时的绝对湿度是：54.557g每立方米×80％＝43.65g每立方米这就是说：在40℃时每立方米的湿热空气里含水蒸汽是43.65g

那么，这种纯空气的质量是：(1-0.078571)×1.128＝1.0394kg＝1039.4g

此时的湿空气总质量是：1039.4+43.65＝1093.1g每立方米

那么每立方米上升的力：浮力-重力＝1293-1093＝200g

因为塔高是1000米，所以在塔底部每m²就有：

200g×1000＝200000g＝200kg＝1960n＝1.960kn向上的力

根据风速估计风压的通用公式：wp＝v²/1600

其中wp为风压，单位是kn，v为风速，单位是米/每秒

那么v²＝wp×1600＝1.960×1600＝3136

所以塔底部的风速：v＝56米/每秒

因为塔身的内径是40米，那么它的截面积是：20×20×3.1415＝1256.6m²

所以，在进气门全打开以后，就有以1256.6m²×56米/每秒＝70369.6立方米/每秒的速度把湿热空气抽向高空。

那么每天就可以把70369.6×60×60×24＝6079933400立方米的湿热空气抽向高空。

这相当于将30平方公里200米以下的全部湿热空气都抽向高空。

这些空气所含的水6079933400×0.04365＝265389070 kg＝265389吨＝26.5万吨

就这些水汽蒸发所吸收的地面的热量就有：

265389070千克×2260千焦/千克＝599779140000千焦＝6×10的12次方千焦

按标准煤每公斤发热量7000千卡计算，即7000千卡×4.187＝29309千焦

这相当于599779140000÷29309＝20464000千克＝20464吨煤的热量

由以上的计算，我们就可以知道，自然界的龙卷风为什么有那么大的威力了。由于这种烟囱式“导风塔”这么强劲的抽取地面上的湿热空气，这种温室气体将会越来越低，一旦高空的干冷空气到达了地面，就会迅速将湿热空气顶向高空，形成较强对流天气，如果这种烟囱式“导风塔”一直开启的话，那么周围的温室效应将会降到最低，甚至是消失，使上下空气的对流将不会受到抑制。

也许整个武汉市只有一个这种设备还不够，但是，如果根据这种塔的大小，对地面起作用的面积不同，在不同的水域建设多个这种导风塔，同时或按顺序开合，就可达到人工控制武汉市地面空气的温度、湿度和进行人工降雨的目的，这样的话，武汉市的这种夏天的火炉般的气候就可避免，那么武汉市将会成为最适合人类居住的城市。这其实也是城市的“雨岛效应”人为的强化。

在广大平原地区，温室效应最后形成剧烈的强对流天气，造成大风、暴雨、雷电甚至冰雹等自然灾害，给夏秋农作物造成了大量的减产，如果这种烟囱式的“导风塔”环境空调设备得到应用，使这种温室效应在还没有形成灾害之前就打破其平衡，使大风变小风，使暴雨变中雨、变阵雨，变害为利；同时变高温高湿天气为凉爽天气，也更有利于农作物避免病虫害。

在渔业方面，夏季如果这种烟囱式的“导风塔”环境空调设备得到应用，变高温高湿天气为凉爽天气将会增加水塘的溶氧量，翻塘死鱼的现象将不会再发生，凉爽的水温也将更有利于水生动植物的生长。

附图说明

图1是本发明的烟囱式“导风塔”环境空调设备的示意图，它包括上下通风的烟囱式塔身2、塔身基座1、可开合的多个进气门3、塔身上端的出气口4和其上部的景观设备5。

图2是本发明的烟囱式“导风塔”环境空调设备在“温室效应”的天气里静止时的示意图，它包括烟囱式“导风塔”1、温室效应上部的云层2、温室气体3和高空的干冷空气4。

图3是本发明的烟囱式“导风塔”环境空调设备在“温室效应”的天气里工作时的示意图，它包括烟囱式“导风塔”1、温室效应上部的云层2、温室气体3、温室效应上部的云层2和温室气体3的流动方向5、抽向高空的湿热空气4。

图4是本发明的烟囱式“导风塔”环境空调设备在“温室效应”的天气里工作停止后，空气流动的示意图，它包括烟囱式“导风塔”1、温室效应上部的云层2、温室气体3、温室效应上部的云层2和温室气体3的流动方向5、抽向高空的湿热空气4。

图5是本发明的烟囱式“导风塔”环境空调设备在“温室效应”的天气里工作停止后空气流动的又一种情况的示意图，它包括烟囱式“导风塔”1、温室效应上部的云层2和温室气体3、温室效应上部的云层2和温室气体3的流动方向4、5、高空的干冷空气的流动方向6、7。

具体实施方式

图1是本发明的烟囱式“导风塔”环境空调设备的示意图，当该设备工作时，围绕塔身基座的多个进气门3打开，由于塔身底部的湿热空气比重小，根据烟囱效应，塔身底部的湿热空气就会源源不断的从进气门3进入塔身2内部，并迅速上浮，从出气口4冲向高空。

图2是本发明的烟囱式“导风塔”环境空调设备在“温室效应”的天气里静止时的示意图，由水蒸气、二氧化碳、粉尘等气溶胶粒子形成的低矮、稀薄的云层2覆盖着大地，阻碍了上部的干冷空气4和下部的湿热空气3的对流，大地吸收太阳幅射的热量散不出去，温室气体3越积越多，使大地就像盖了个大棉被。

图3是本发明的烟囱式“导风塔”环境空调设备在“温室效应”的天气里工作时的示意图，由于烟囱效应，导风塔周围的湿热空气即温室气体3和温室云层2就会沿5的方向源源不断地被导风塔1抽向高空5的方向，随着导风塔周围的湿热空气越来越少，温室效应的天气就会解除。抽向高空的湿热空气4继续上升，就会形成雨最后降落到地面。若此时关闭导风塔的进气门，就会形成一下图4和图5两种情况：

图4是本发明的烟囱式“导风塔”环境空调设备在“温室效应”的天气里工作停止后，空气流动的示意图，在导风塔1工作停止后，由于导风塔周围的湿热空气即温室气体3和温室云层2的惯性作用，就会在导风塔周围产生积压升腾，形成上升的湿热空气5和下降的干冷空气6，两种空气对流，打破温室效应的平衡，从而形成强对流天气。

图5是本发明的烟囱式“导风塔”环境空调设备在“温室效应”的天气里工作停止后，空气流动的又一种情况的示意图，在导风塔1工作停止后，由于高空的干冷空气6、7占领了地面，此时它就会在导风塔周围挤压湿热空气2、3向4、5方向扩散，最后形成若干个上升气流，从而形成强对流天气。

虽然本发明已公开如上，但其并非用以限定本发明，本发明的保护范围应以权力要求书限定的为准。

Claims (10)

1.一种利用烟囱式的导风塔，对某一自然环境的地面空气进行干湿、冷热调节的方法。具体就是：利用烟囱式的导风塔，根据烟囱效应使湿热空气在其塔内自然迅速上浮，源源不断的抽取地面上的湿热空气，降低由二氧化碳、水蒸气、粉尘等气溶胶形成温室效应，或打破这种温室效应的平衡，使湿热空气和干冷空气上下对流，形成对流天气，从而达到控制地面空气温度和湿度、降低地面空气的二氧化碳和粉尘浓度及人工降雨的目的的方法。

2.根据权利要求1所属的这种烟囱式环境空调方法，其特征是：这种烟囱式环境空调设备包括上下通风的烟囱式塔身、塔身基座、地面上的多个进气门和塔身上端的出气口。为保证更好的抽气效果，这种烟囱式塔身的高度不应少于400米。

3.根据权利要求1、权利要求2所属的这种烟囱式环境空调方法和设备，其特征是：为加大“导风塔”内上下空气流的温差，生成更快的上升气流，可在塔身基座的地面周围增加一组太阳能空气加热设备，使太阳对“导风塔”底部的空气在该设备中加热，然后再流向塔底部的进气门。

4.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3所属的这种烟囱式环境空调方法和设备，其特征是：这种烟囱式环境空调设备可单独应用，也可在间隔一定距离设置多个同时或组合使用。

5.根据权利要求1、根据权利要求2所属的这种烟囱式环境空调设备和方法，其特征是：在其上部适当位置设置景观台，以利于在冬天或不使用时用于观察研究高空大气变化情况或让游人观景，不但可以让人们体会身在云上的感觉，更可以亲身感受到塔下空气闷热，塔上冷风飕飕的自然现象，激发人们认识自然改造自然的热情。

6.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4所属的这种烟囱式环境空调方法和设备，其特征是：用于城市的降温、降湿，降低地面空气的二氧化碳和粉尘浓度，降低城市的温室效应、热岛效应，为人们创造一个更加舒适的生活和工作环境。

7.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4所属的这种烟囱式环境空调方法和设备，其特征是：用于避免强对流天气所带来的自然灾害。

8.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4所属的这种烟囱式环境空调方法和设备，其特征是：用于农业生产，避免或降低可能出现雷暴、暴雨、大风、冰雹和龙卷等剧烈的天气现象，再就是降温、降湿也有利于农作物的生长，减少病虫害的发生。

9.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4所属的这种烟囱式环境空调方法和设备，其特征是：用于渔业生产，降温、降湿有利于增加水中的溶氧量，避免翻塘死鱼现象，同时合适的温度有利于水生动植物的生长。

10.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4所属的这种烟囱式环境空调方法和设备，其特征是：这种烟囱式环境空调设备最好是设置于有较大水面或水域的适当位置，其次是设置于城市中心的广场中间。

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