更新时间：2024-09-20 21:31
烟囱效应（Chimney Effect）是指户内空气沿着有垂直坡度的空间向上升或下降，造成空气加强对流的现象。从底部到顶部具有通畅的流通空间的建筑物、构筑物中，空气靠密度差的作用，沿着通道很快进行扩散或排出建筑物的现象，即为烟囱效应。烟囱效应是建筑下部面向外部开口的水平连通空间与建筑中的垂直连通空间组合而成的建筑室内导气空间，其剖面形态呈现出明显的“烟囱”形态。
很早以前，人们就发现了烟囱效应这种生态技术，并把它应用到建筑内部空间的建构当中。有着悠久历史的新疆维吾尔族传统民居的“阿以旺”，便是基于烟囱效应建造的通风设施，为了适应新疆夏季少雨炎热、冬季严寒大风的低洼沙漠地区气候条件，维吾尔族传统民居创造出带天窗的前室“阿以旺”，这种住宅为土木结构，密梁式平顶，成片建设，以“阿以旺”为中心，围绕其布置居所内用房“阿以旺”屋面在顶部抬高，侧面加天窗围护。这种构造一方面提高了自然采光效率，另一方面促进了利用热压原理进行的自然通风，它是绿色民居的一种最简单、最经济的自然空调技术，也是一种根植于当地地理、文化环境中的本土建筑技术。运用烟囱效应原理来调节建筑内部空间自然通风，对提高建筑环境的质量，建筑生态节能和降低环境负荷方面起到有益的作用。这一原理的运用对提高建筑环境的质量，建筑生态节能和降低环境负荷方面起到有益的作用。自然通风（或机械辅助式自然通风）是生态建筑所普遍采取的一种取代（或部分取代）机械通风和空调制冷系统的通风形式。
由于不需要设置通风机械设备，烟囱效应技术具有投资少、效果明显、技术含量不高等优点，是一种典型的低成本的生态技术，具有广泛的应用前景。烟囱效应不仅是一种有效的建筑节能措施，而且也是建筑地域性创作的一种表达方式，对建筑形态、建筑内外空间设计都有直接的影响。
烟囱效应指建筑内的热压通风，其原理为当室内温度高于室外时，热空气（密度小）上升，从建筑上部风口排出，冷空气（密度大）从建筑底部吸入。当室内温度低于室外时，位置互换，气流方向也互换。烟囱效应的形成同样需要两个条件，室内外温差是首要条件；和保证建筑上下部进出风口换气通畅。
“烟囱效应”基于“对流通风”原理，是室内外热压及风压共同作用的结果。如果将建筑物的一半高度位置视为中和面，整个原理可以描述为中和面以下房间从室外渗入空气，中和面以上房间从室内渗出空气的换气过程。通常“烟囱效应”作用以热压为主，热压值与室内外温差产生的空气密度差以及进排风口的高度差成正比，室内温度越是高于室外温度，或建筑高度越高，“烟囱效应”越明显。
利用建筑内部空气的热压差来实现建筑的自然通风。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。热压作用与进、出风口的高差和室内外的温差有关，室内外温差和进、出风口的高差越大，则热压作用越明显。在建筑设计中，可利用建筑物内部贯穿多层的竖向空腔满足进排风口的高差要求，并在顶部设置可以控制的开口，将建筑各层的热空气排出，达到自然通风的目的。太阳能烟囱是一种热压作用下的自然通风设备，是利用太阳辐射为空气流动提供浮升力，将热能转化为动能。
在具有良好的外部风环境的地区，风压可作为实现自然通风的主要手段。当风吹向建筑时，因受到建筑的阻挡，会在建筑的迎风面产生正压力。同时，气流绕过建筑的各个侧面及背面，会在相应位置产生负压力。风压通风就是利用建筑的迎风面和背风面之间的压力差实现空气的流通。如意大利建筑师伦佐•皮阿诺1991年~1998年在南太平洋小岛新卡利多尼亚设计的特吉巴奥文化中心便是利用风压通风。
在建筑的自然通风设计中，风压通风与热压通风往往是互为补充、密不可分的。一般来说，在建筑进深较小的部位多利用风压来直接通风，而进深较大的部位则多利用热压来达到通风效果。例如英国莱彻斯特的德蒙特福德大学女王馆。
对于一些大型建筑来说，由于进深、体积较大，单纯依靠自然风压、热压往往不足以实现自然通风，并且对于空气和噪声污染比较严重的大城市，直接自然通风不利于人体健康。在以上情况下，常常采用一种机械辅助自然通风系统。例如诺曼•福斯特设计的位于德国柏林的德国议会大厦。
自然通风（或机械辅助式自然通风）是当今生态建筑所普遍采取的一种取代（或部分取代）机械通风和空调制冷系统的通风形式。作为自然通风形式的烟囱效应具有很好的作用。一方面，自然通风可以在不消耗不可再生能源的情况下降低室内温度、带走潮湿气体、改善人体热舒适，这有利于减少能耗、降低污染，符合可持续发展的思想。另一方面，自然通风可以提供新鲜、清洁的自然空气（新风），有利于人的生理和心理健康。
合理利用自然通风能取代或部分取代传统制冷空调系统，不仅能不消耗不可再生能源实现有效被动式制冷，降低室内温度，带走潮湿气体，改善室内热环境，而且能提供新鲜、清洁的自然空气，改善室内空气品质，有利于人的生理和心理健康，满足人们心理上亲近自然、回归自然的需求。可以说人们利用自然通风主要是利用其两大功能：一是通风降温（除湿），借以改善室内热环境（热舒适）状态；二是通风换气，借以改善室内空气状态（如增加新风，排除各种有害气体等）。
烟囱效应加油站车道罐的应用，是在车道油罐人孔操作井内设置一个通畅的流通空间，从而确保人孔操作井空间内空气流通，降低人孔操作井内油气集聚发生突发火灾安全事故或中毒事故以及混合气体对设施设备的腐蚀损害等。车道罐中油气由于其自身的密度较低，故而会快速从这个通畅的流通空间被抽离，从而顺着这一通道快速排出建筑物，有效降低了突发火灾安全事故的人员伤害，同时降低人孔操作井内混合气体湿度，降低设备腐蚀损害。
在中国南方地区民居中天井是人们长期以来应对湿热天气而形成的建筑形式，尤其是岭南民居天井的利用较为普遍，天井面积通常不大，宽度相当于正间中央开间，而长只有厢房开间大小，小天井只有4mx1。5m，加上四面房屋挑出的屋檐，天井真正露天部分有时只剩下一条缝。窄而高的天井形成了类似烟囱的造型，有利于烟囱效应的产生，同时狭小的天井避免了房屋遭受太阳的暴晒，使住宅阴凉，有良好的通风。查理·罗杰斯事务所设计的德国柏林戴斯勒·克莱斯勒公司办公楼也同样利用了 “烟囱效应 ”原理的通风中厅的一系列措施来节省能源改善室内空气环境。
太阳能烟囱设计是利用了太阳能加热烟囱井，从而达到增大烟囱内外温差，提高空气压，加速空气流动，增强室内通风效率，降低室温的目的太阳能烟囱通过“烟囱效应”的热差进行通风，通过阳光加热后的空气温度升高，密度则减小，上升速度加快，对提高通风效率有利。可以说光照下通风烟囱产生的“烟囱效应”相比无光照下“烟囱效应”的通风效果更为显著，并且当出风口开在加热面上时，通风量随加热面温度提高还有较大增加。Feillen Clegg Brad ley建筑事务设计的英国建筑研究所（BRE）环境楼的设计和霍普金斯事务所设计的英国诺丁汉税务中心是建筑师们合理地应用太阳能烟囱的实例。
呼吸式双层幕墙是一种基于烟囱效应的构造设计，最早应用于欧洲，相对于普通的玻璃幕墙，呼吸式双层幕墙具有明显的节能特点，它采用可循环使用的材料，建设速度快，对运输及施工场地要求小，还能够阻隔噪声，减少外部空气对室内的污染，因此又被称为“可呼吸的皮肤”，同时呼吸式双层幕墙可以根据墙、板、框、悬臂或其他不同的构造而划分，具有广泛的气候适应性，因此被认为是具有生态设计潜力的。
呼吸式双层幕墙的优势主要体现在解决高层建筑通风问题，高层建筑直接开窗容易造成紊流，而呼吸式双层幕墙系统可以通过外层玻璃阻挡高空的风力，室内窗户又能够开向幕墙的中间空气层，通过“烟囱效应”或其他有组织送风，从中引入新鲜空气在夏季，呼吸式双层幕墙中间通过设置遮阳百叶可以阻挡过量的太阳辐射进入室内，积聚在百叶与外层窗之间的热空气则利用双层幕墙形成“烟囱效应”的空气流动上升至顶部排出，有效降低夹层内的温度；在冬季，双层玻璃之间的空气层还能起到保温的作用，减小室内热损失。Sauerbruch Hutton建筑事务所设计的德国GSW公司总部改扩建工程和伦佐·皮阿诺设计的波茨坦中心DEBB办公楼都是运用呼吸式双层幕墙的实例。
环境风塔是一种环境调节手段，在环境恶劣，有沙漠干热气候的地方，建筑师采用环境风塔的设计方法，从建筑周边环境风场情况和满足使用者的舒适性要求出发，环境风塔的设置，选择在最靠近人们活动的位置，结合植被、地形等不同要素，通过主导风和“烟囱效应”对各个方向的气流都可以产生吸力，减小当地气候的不利影响，形成非常舒适的人工环境，同时综合利用自然资源达到高效生态的建筑标准。班尼斯设计的SENSCITY天堂乐园设计就是一个很好的设置环境风塔的例子。
运用烟囱效应的建筑设计是解决建筑通风问题的一种思路，可以提高和改善建筑内部和外部的环境质量，并具有一定的生态节能和环保的效果。因此对运用烟囱效应原理的建筑设计模式与方法的研究，对建筑创作在节约环境资源和降低环境负荷等方面有着重要的意义。烟囱效应适合于夏季昼夜温差较大的建筑中，尤其是在高层建筑中的节能效果更加明显。烟囱效应的应用在夏季不仅可以利用可再生能源为人们提供新鲜、高品质的空气，降低室内空气温度带走潮湿气体，而且还可以节约大量的空调能耗减少污染，具有可持续的应用价值。烟囱效应作为一种低成本的生态技术，可广泛地适用于不同地域、不同类型的建筑设计当中，并能根据地方经济、技术、气候、文化的不同特点，创造出多种应变形式，具有较好的可塑性、适应性、再创造性和广阔的发展前景。烟囱效应不仅是一种有效的建筑节能措施，而且也是建筑地域性创作的一种表达方式，对建筑形态、建筑内外空间设计都有直接的影响。
超高层建筑的面积大，人员流动量大。作为人员流动和疏散必经的建筑大门、走廊门、前室门、楼梯门、电梯门等，如果无法正常开启，很快就会出现人流拥堵现象，并可能引发安全事故。人的推力是有限的，当作用于门两侧的热压差所形成的门的闭合力大于人的推力时，门就无法开启。中和界上，下不同的楼层，门的开闭故障的情况和程度也不同，此外，还可能出现关不上门的情况，如果门关不上，由于失去门对烟囱效应阻隔作用，也会增加安全隐患。以下针对建筑的不同部位分别讨论。
在热压的作用下，中和界以下楼层冷空气经门窗孔口侵入、朝楼梯和电梯竖井方向流动。而底层大门、前室门和楼梯门都朝室外疏散方向开启，这与热压的作用力方向正好相反。由上述计算结果可见，冬季超高层建筑底层受热压作用力非常大，如果没有可靠措施，门就无法正常开启。
除首层外，中和界以下其他楼层门的开启方向朝向前室、楼梯和电梯方向，与热压的作用力方向相同。在距中和界比较远的下部楼层，热压的作用力远大于门自动关闭的力量，这些楼层的前室门、楼梯门都无法关闭，失去了门的阻隔作用，从而加剧了烟囱效应的危害。
中和界以上楼层，热压作用下室外侵入的冷空气从竖井流出，朝外窗方向流动，此时，热压的作用力与门的开启方向（即人的疏散方向）相反，越靠近建筑上部的楼层，热压越大，在上部的楼层就会出现开门困难，甚至无法开门的情况，其危害可想而知。
电梯是超高层建筑最重要的竖向交通工具，也是受烟囱效应影响最容易发生安全事故的通道。与一般门相比，电梯门对压差的作用更加敏感，若作用在电梯门两侧的热压差过大，将引起电梯门出现开闭故障，导致电梯无法正常运行，并造成竖直交通堵塞及人员被困电梯内的安全事故。
在烟囱效应的作用下，室内有组织的自然通风、排烟排气得以实现，但其负面影响也是多方面的。当风沙通过低层部分各种孔洞、缝隙吹入室内时，会造成室内消耗热量并污染。
中国《高层民用建筑筑设计防火规范》对人员的安全疏散、避难、烟气控制等一系列问题都有明确的规定。《高层民用建筑筑设计防火规范》考虑的烟囱效应是由火灾造成的高温和烟气所引发的，对于寒冷地区高层、超高层建筑，冬季发生火灾时，就会出现因火灾和寒冷引起的烟囱效应的相互叠加，其结果是造成更加强烈的烟囱效应，并加速烟气蔓延和导致火灾失控，如果前室和疏散楼梯间的加压防烟系统、走廊排烟系统启动，情况将更加复杂。此时，在热压与加压或排烟的综合作用下，有的楼层可能有利于门的开闭，但是也有的楼层会由于两个压力的叠加，增加门的开启或关闭难度。
热压的作用力向着前室和疏散楼梯间、电梯间的方向，与加压防烟系统的作用力以及人员的疏散方向都相反。虽然加压系统的作用力抵消了部分热压，减轻了作用在门上的压力，有利于人员疏散，但是，在寒冷季节，由于作用于超高层建筑底层的热压特别大，一般都不可能达到安全开门的限值，具体情况还与建筑高度和当时的室外气温有关。
中和界以下的其他楼层，热压的作用力向着前室和疏散楼梯间方向，与门的开启方向相同，可能使门处于无法关闭的状态。火灾时，由于前室加压系统工作，部分抵消了从走廊通往前室门上的热压，减小了前室门关闭的难度；但是，另一方面，前室加压又作用于前室通往疏散楼梯间的门上，增加了疏散楼梯间门的关闭难度，使烟气和火势通过楼梯间扩散。影响程度一方面随室外气温不同而变，另一方面，与发生火灾的楼层有关，如果火灾发生在下部楼层，火灾就会借助热压的作用，通过无法关门的楼梯间迅速蔓延，对全楼人员的疏散和火灾扑救非常不利。
中和界以上楼层，热压的作用力从疏散楼梯间向着前室和走廊方向，与人员疏散方向相反。火灾时，前室的防烟加压系统工作，对疏散楼梯间门和前室门同时作用。一方面，前室加压抵消了部分作用于楼梯间门上的压力，有利于人员向楼梯间疏散：另一方面。前室加压作用力与热压作用力形成合力，作用在走廊通往前室的门上，这两个力都与人员疏散的方向相反，更加剧了前室门的开启难度，造成人员无法逃生、火灾救援困难，建筑越高、楼层越靠近上部、气候越寒冷，危害情况就越严重。因此，必须从增加建筑密闭性和内部隔断入手，才能彻底解决上述所有的威胁人员安全的问题。
火灾时，由于热压的作用，大量的室外空气经由中和界以下的门窗、孔口进入建筑竖井，这些空气不仅助燃，而且加速了火势和烟气沿着竖井向上蔓延的速度，使火灾更迅速地扩散至邻近的上部楼层，大大增加了火灾的危险性，并造成更大的生命和财产损失。当火灾发生在建筑底部时，其危害尤其严重。
中和界以下楼层发生火灾时，由于前室门、疏散楼梯间门无法正常关闭，使防排烟系统失效，烟气和火势会迅速通过前室扩散至楼梯井、电梯井，并以更大的速度到达上部各楼层，火灾可能在很短的时间内失控，失去了救援的时间。
烟囱效应问题的防治，理想情况是从建筑初步设计阶段开始介入，通过局部优化设计方案和室内空间布局以避免潜在问题；然而由于设计规范的缺失，往往问题在建筑建成后才暴露，需要通过被动改建方式缓解烟囱效应不利影响。
高层民用建筑设计防火规范.哈尔滨工业大学.2023-11-20
一楼失火，屋顶烧毁！火场中“烟囱效应”威力巨大.今日头条.2023-11-20