Komin

Każdy człowiek na świecie zdaje sobie sprawę z istnienia konstrukcji zwanej kominem. Zapewne większość osób wie o istnieniu zjawiska zwanego cugiem. Jednak nie wiele osób potrafi wyjaśnić sens działania cugu i komina.


Gdy rozpalimy ogień w kominku, w dobrze izolowanym kominie powstaje wyższa temperatura niż na zewnątrz. Powoduje to spadek gęstości powietrza cieplejszego.

p = p / r x T , gdzie r - indywidualna stała gazowa dla powietrza

Jak wynika ze wzoru wzrost gęstości powietrza jest wprost proporcjonalny do ciśnienia oraz odwrotnie proporcjonalny do temperatury. Ponieważ ciśnienie nie ulega dużym wahaniom, dla naszych rozważań można je pominąć i skupić się na temperaturze. Pięciokrotny wzrost temperatury (np. z 10 do 50 stopni Celsjusza) powoduje pięciokrotny spadek gęstości.

Prowadzi to do powstania u podstawy komina, czyli w pomieszczeniu zamkniętym, tzw. ciśnienia czynnego, ∆p. Ciśnienie czynne jest różnicą ciśnień hydrostatycznych pomiędzy ciśnieniem wywieranym przez słup powietrza zewnętrznego o gęstości ρz a ciśnieniem wywieranym przez słup powietrza wewnętrznego o gęstości ρw. Ponieważ ciśnienia te wyznacza się na poziomie odpowiadającym podstawie komina o wysokości h, to ciśnienie czynne dane jest wzorem:

∆p = (ρz− ρw)x h x g ,

gdzie g – przyspieszenie ziemskie. Im większa wartość ciśnienia czynnego, tym
lepszy ciąg powietrza(im większa różnica temperatur na zewnątrz i w środku komina tym lepszy cug powietrza).


Jednym z głównych wymogów dla komina jest odpowiednie ocieplenie, przeciwdziałające oziębieniu powietrza i zmniejszeniu efektywnej wysokości słupa ciepłego powietrza h, w konsekwencji spadku ciśnienia czynnego(2)i zmniejszenia cugu.




Na początku XX w. pojawiły się plany wykorzystania ruchu konwekcyjnego powietrza do wytworzenia energii elektrycznej pod nazwą "solar tower". W roku 1975 Robert E. Lucier przedstawił patenty na wieżę słoneczną, które w ciągu kilku lat zostały wykupione przez Australię, Kanadę, Izrael, oraz USA. Jak do tej pory jedyna taka konstrukcja na świecie powstała za niemieckie pieniądze w 1982 roku 150 km od Madrytu. Konstrukcja składała się z komina o wysokości 195 m i średnicy 10 m, oraz kolektora o całkowitej powierzchni 46000 metrów kwadratowych (o średnicy 244 m), uzyskując na wyjściu moc elektryczną 50 kW. Konstrukcja pilotażowa pracowała około 8 lat, lecz z powodu "niestabilności komina wywołanej przez wiry", została rozebrana w roku 1989.



Obecnie trwają przygotowania do budowy dwóch konstrukcji tego typu (w Hiszpanii oraz Australii), jednak ich powstanie jest pod dużym znakiem zapytania. Na dzień dzisiejszy wiele innych projektów bazujących na wykorzystaniu ciepła słonecznego posiada wyższą sprawność w przeliczeniu na metr kwadratowy. Pewnym rozwiązaniem jest połączenie funkcji elektrowni elektrycznej wraz z atrakcją turystyczną poprzez budowę tarasu widokowego na szczycie komina. Poniżej lekko futurystyczna wizja wieży słonecznej.