在生产生活实践中,人们往往会与一些理论相结合,以求达到更好的效果。特朗伯墙和除霾塔,是人们应用热力环流原理,服务于生活的典型例子。
特朗伯集热墙是一种依靠墙体独特的构造设计,无机械动力、无传统能源消耗、仅仅依靠被动式收集太阳能为建筑供暖的集热墙体。特朗伯墙在冬、夏两季以及白天、夜晚的工作运行原理及要求均有所差别。特朗伯墙是由法国太阳能实验室的特朗伯教授提出并进行试验,此墙将向阳的外表面涂以深色的选择性涂层以加强吸热,并减少辐射散热,使该墙体成为集热器,通过气孔的开闭和可动绝热层的移动来实现室内温度的调节。冬天白天通过温室效应加热集热墙以及空气间层,打开气孔以对流方式供暖;夜间关闭气孔,玻璃和墙体将设置隔热窗帘或百叶,墙体则向室内辐射供暖,夏季情况正好相反。有研究表明,特朗伯墙在~mm是最适宜的厚度,此时室内温度波动最小。
在冬季,气温低,特朗伯墙能起到供暖又节能的作用。我们结合上图,分析特朗伯墙冬季白天的工作原理:特朗伯墙强烈吸收太阳辐射增温,向外辐射长波辐射,加热玻璃与特朗伯墙之间的空气,空气受热上升,经上面的窗户进入房间,房间相对较冷的空气下沉,经下面通气口进入玻璃与特朗伯墙之间,再经加热,又从上面窗户进入房间,从而达到给房间增温的效果。主要利用了热力环流原理。
特朗伯墙在很多地方使用,但在我国东北却难以推广,这是因为:冬季太阳直射点位于南半球,东北地区纬度较高,冬季白昼时间短,特朗伯墙工作时间短,加之太阳高度角小,导致集热效果差。因此,特朗伯墙在我国东北地区难以推广。
在陕西省西安市长安街西南角,有一个耗资巨大的除霾塔。主体由空气导流塔(高60多米,直径达10多米)、玻璃集热棚(夜晚可将储存的太阳能转化为热能对集热棚内加热)组成。玻璃集热棚内设置过滤网墙,地面上铺鹅卵石。
先来了解除霾塔的工作原理:除霾塔利用玻璃集热棚吸收太阳辐射,使集热棚内形成热中心,大气受热后膨胀上升,周边地区气温相对集热棚内低,含霾气流从周边向集热棚内运动,形成热力环流。经过过滤后沿导流塔上升排出,再进行下一轮除霾。
除霾塔工作效率高低与热力环流强弱有关。白天,集热棚和周边地区获得的太阳辐射相似,周边路面和建筑物比热容小,升温快,此时集热棚内与周边温度相差不大,因此热力环流不强。而晴朗的夜晚,地面降温快,集热棚内与周边地区的温差大,微风有利于大气运动,更有利于周边地区的气流流向集热棚内,此时除霾塔工作效率最高。
虽然除霾塔每天能净化的空气总量可以达到万立方米,但是它涉及的范围却仅有10平方公里,也就是说耗资巨大的除霾塔其效果是微乎其微的。
所以,人类努力利用理论为实践服务,但有时效果并不尽如人意。