क्रमबद्ध प्रभाव

स्टैक प्रभाव या चिमनी प्रभाव में वायु की गति के परिणामस्वरूप बिना सील किए विवृत छिद्रों, चिमनी, ग्रिप-गैस स्टैक या अन्य कंटेनरों के माध्यम से भवनों के अंदर और बाहर वायु की गति है। उत्प्लावन तापमान और नमी के अंतर के परिणामस्वरूप घर के अंदर से बाहर के वायु घनत्व में अंतर के कारण होता है। परिणाम या तो धनात्मक या ऋणात्मक उत्प्लावन बल है। थर्मल अंतर और संरचना की ऊंचाई जितनी अधिक होगी, उत्प्लावन बल उतना ही अधिक होगा, और इस प्रकार स्टैक प्रभाव होगा। स्टैक प्रभाव प्राकृतिक वेंटिलेशन, इंफिल्ट्रेशन (एचवीएसी), और आग (उदाहरण के लिए काप्रून आपदा, किंग्स क्रॉस फायर या किंग्स क्रॉस भूमिगत स्टेशन आग और ग्रेनफेल टावर में आग) को चलाने में सहायता करता है।

भवनों में स्टैक प्रभाव

चूंकि भवनों को पूरी तरह से सील नहीं किया जाता है (कम से कम, वहां सदैव जमीनी स्तर का प्रवेश द्वार होता है), स्टैक प्रभाव से वायु घुसपैठ हो जाएगी। गर्मी के मौसम के समय, घर के अंदर की गर्म वायु भवन से ऊपर उठती है और या तो विवृत खिड़कियों, वेंटिलेशन विवृत स्थानों, या छत में अभिप्राय छिद्रों, जैसे छत के पंखे और रोशनदान के माध्यम से शीर्ष पर निकल जाती है। बढ़ती गर्म वायु भवन के आधार में वायुमंडलीय दबाव को कम कर देती है, जिससे विवृत दरवाजों, खिड़कियों या अन्य विवृत स्थानों और रिसाव के माध्यम से ठंडी वायु अंदर आ जाती है। ठंड के मौसम के समय, स्टैक प्रभाव परिवर्तित हो जाता है, किन्तु कम तापमान के अंतर के कारण सामान्यतः अशक्त होता है।

आधुनिक अत्यधिक ऊँचा भवन में अच्छी तरह से सीलबंद बिल्डिंग एनवलप के साथ ऊंची भवन में, स्टैक प्रभाव महत्वपूर्ण दबाव अंतर उत्पन्न कर सकता है जिसे डिजाइन पर विचार किया जाना चाहिए और यांत्रिक वेंटिलेशन (वास्तुकला) के साथ संबोधित करने की आवश्यकता हो सकती है। सीढ़ियाँ, शाफ्ट, लिफ्ट और इसी तरह की चीजें स्टैक प्रभाव में योगदान करती हैं, जबकि आंतरिक विभाजन, फर्श और अग्नि पृथक्करण इसे कम कर सकते हैं। विशेष रूप से आग लगने की स्थिति में, धुएं और आग के प्रसार को रोकने और रहने वालों और अग्निशामकों के लिए उपयुक्त स्थिति बनाए रखने के लिए स्टैक प्रभाव को नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है। जबकि प्राकृतिक वेंटिलेशन के विधि प्रभावी हो सकते हैं, जैसे कि वायु के आउटलेट को जमीन के निकट स्थापित किया जाना, यांत्रिक वेंटिलेशन को अधिकांशतः ऊंची संरचनाओं या सीमित स्थान वाली भवनों के लिए प्राथमिकता दी जाती है। नए निर्माणों में स्मोक निष्कर्षण महत्वपूर्ण विचार है और डिजाइन चरणों में इसका मूल्यांकन किया जाना चाहिए।

ग्रेनफेल टावर में आग लगने से 72 लोगों की मौत हो गई। स्टैक प्रभाव के कारण कुछ सीमा तक समस्या और बढ़ गई थी। बाहरी एल्यूमीनियम आवरण और आंतरिक इन्सुलेशन के मध्य गुहा ने चिमनी बनाई और आग को ऊपर की ओर खींच लिया था।

सामान्य और रिवर्स स्टैक प्रभाव

भवनों में स्टैक प्रभाव की दो व्यवस्थाएँ उपस्थित हो सकती हैं: सामान्य और विपरीत सामान्य स्टैक प्रभाव उन भवनों में होता है जिन्हें बाहरी वातावरण की तुलना में अधिक तापमान पर बनाए रखा जाता है। भवन के अन्दर गर्म वायु का घनत्व कम (या उच्च विशिष्ट आयतन) होता है और यह अधिक उत्प्लावन बल प्रदर्शित करती है। परिणाम स्वरुप, यह फर्शों के मध्य प्रवेश के माध्यम से निचले स्तर से ऊपरी स्तर तक बढ़ जाता है। यह ऐसी स्थिति प्रस्तुत करता है जहां भवन के तटस्थ अक्ष के नीचे के फर्श पर शुद्ध ऋणात्मक दबाव होता है, जबकि तटस्थ अक्ष के ऊपर के फर्श पर शुद्ध धनात्मक दबाव होता है। निचली भवनों पर शुद्ध ऋणात्मक दबाव बाहरी वायु को बिना बैकड्राफ्ट डैम्पर्स के दरवाजों, खिड़कियों या डक्टवर्क के माध्यम से भवन में घुसपैठ करने के लिए प्रेरित कर सकता है। गर्म वायु तटस्थ अक्ष के ऊपर फर्श के माध्यम से भवन के आवरण से बाहर निकलने का प्रयास करती है।

यांत्रिक प्रशीतन उपकरण गर्मी के महीनों के समय समझदार और गुप्त शीतलन प्रदान करते हैं। इससे बाहरी परिवेशी वायु की तुलना में भवन के अन्दर वायु का शुष्क-बल्ब तापमान कम हो जाता है। यह भवन के अन्दर उपस्थित वायु की विशिष्ट मात्रा को भी कम कर देता है, जिससे उत्प्लावन बल कम हो जाता है। परिणाम स्वरुप, ठंडी वायु लिफ्ट शाफ्ट, सीढ़ियों और बिना सील उपयोगिता प्रवेश द्वारों (अर्थात, हाइड्रोनिक्स, इलेक्ट्रिक और वॉटर राइजर) के माध्यम से भवन के नीचे लंबवत रूप से यात्रा करेगी। बार जब वातानुकूलित वायु तटस्थ अक्ष के नीचे निचली भवनों तक पहुंच जाती है, तो यह बिना सील किए गए छिद्रों जैसे डैम्पर्स, पर्दे की दीवार आदि के माध्यम से भवन के एनवलप में प्रवेश करती है।

फ्लू गैस के स्टैक और चिमनियों में स्टैक का प्रभाव

चिमनी में स्टैक प्रभाव: गेज पूर्ण वायु दबाव का प्रतिनिधित्व करते हैं और वायु प्रवाह को हल्के भूरे रंग के तीरों से दर्शाया जाता है। बढ़ते दबाव के साथ गेज डायल दक्षिणावर्त गति करता है।

औद्योगिक ग्रिप गैस स्टैक में स्टैक प्रभाव भवनों के समान होता है, अतिरिक्त इसके कि इसमें गर्म ग्रिप गैसें सम्मिलित होती हैं जिनमें बाहरी परिवेश की वायु के साथ बड़े तापमान का अंतर होता है। इसके अतिरिक्त, औद्योगिक ग्रिप गैस स्टैक सामान्यतः अपनी लंबाई के साथ ग्रिप गैस के लिए थोड़ा अवरोध प्रदान करता है और वास्तव में, पंखे की ऊर्जा आवश्यकताओं को कम करने के लिए स्टैक प्रभाव को बढ़ाने के लिए सामान्य रूप से अनुकूलित किया जाता है।

बाहरी वायु और ग्रिप गैसों के मध्य बड़े तापमान का अंतर हीटिंग के लिए फायरप्लेस का उपयोग करने वाली भवनों की चिमनी में सशक्त स्टैक प्रभाव उत्पन्न कर सकता है।

बड़ी मात्रा वाले पंखों के विकास से पहले, खदानों को स्टैक प्रभाव का उपयोग करके वायुदार किया जाता था। डाउनकास्ट शाफ्ट ने खदान में वायु की अनुमति दी थी। अपकास्ट शाफ्ट के नीचे फर्नेस निरंतर जलती रहती थी। शाफ्ट (सामान्यतः अनेक सौ गज गहरा) चिमनी की तरह व्यवहार करता था और इसके माध्यम से वायु ऊपर उठती थी और खदान के नीचे और खदान के चारों ओर ताजी वायु खींचती थी।

स्टैक प्रभाव का कारण

बाहरी वायु और भवन के अंदर की वायु के मध्य दबाव में अंतर होता है, जो बाहरी वायु और अंदर की वायु के मध्य तापमान के अंतर के कारण होता है। वह दबाव अंतर (ΔP) स्टैक प्रभाव के लिए प्रेरक शक्ति है और इसकी गणना नीचे प्रस्तुत समीकरणों से की जा सकती है। समीकरण केवल उन भवनों पर प्रयुक्त होते हैं जहां वायु भवनों के अंदर और बाहर दोनों स्थान में होती है। या दो मंजिल वाली भवनों के लिए, h भवन की ऊंचाई है। बहु-मंजिल, ऊंची भवनों के लिए, h भवन के तटस्थ दबाव स्तर (एनपीएल) पर विवृत स्थानों से या तो सबसे ऊपरी विवृत स्थानों या सबसे निचले विवृत स्थानों तक की दूरी है। संदर्भ यह बताता है कि एनपीएल ऊंची भवनों में स्टैक प्रभाव को कैसे प्रभावित करता है।

ग्रिप गैस स्टैक और चिमनी के लिए, जहां वायु बाहर है और दहन ग्रिप गैसें अंदर हैं, समीकरण केवल अनुमान प्रदान करेंगे और h ग्रिप गैस स्टैक या चिमनी की ऊंचाई है।

$\Delta P=Cah{\bigg (}{\frac {1}{T_{o}}}-{\frac {1}{T_{i}}}{\bigg )}$

और:

जहाँ:
ΔP	= Pa में उपलब्ध दबाव अंतर
C	= 0.0342, K/m में
a	= Pa में वायु - दाब
h	= ऊंचाई या दूरी m में
To	= K में निरपेक्ष बाहरी तापमान
Ti	= K में पूर्ण आंतरिक तापमान

अमेरिकी प्रथागत इकाइयाँ:

जहाँ:
ΔP	= पीएसआई में उपलब्ध दबाव अंतर
C	= 0.0188, in °R/ft
a	= पीएसआई में वायुमंडलीय दबाव
h	= ऊंचाई या दूरी फ़ुट में
To	= °R में निरपेक्ष बाहरी तापमान
Ti	= °R में पूर्ण आंतरिक तापमान

प्रेरित प्रवाह

स्टैक प्रभाव से प्रेरित ड्राफ्ट (ब्रिटिश अंग्रेजी में ड्राफ्ट) प्रवाह दर की गणना नीचे प्रस्तुत समीकरण से की जा सकती है। यह समीकरण केवल उन भवनों पर प्रयुक्त होता है जहां वायु भवनों के अंदर और बाहर दोनों स्थान होती है। या दो मंजिल वाली भवनों के लिए, h भवन की ऊंचाई है और A उद्घाटन का प्रवाह क्षेत्र है। बहु-मंजिल, ऊंची भवनों के लिए, A विवृत स्थानों का प्रवाह क्षेत्र है और h भवन के तटस्थ दबाव स्तर (एनपीएल) पर विवृत स्थानों से या तो सबसे ऊपरी विवृत स्थानों तक की दूरी है या सबसे कम उद्घाटन. संदर्भ यह बताता है कि एनपीएल ऊंची भवनों में स्टैक प्रभाव को कैसे प्रभावित करता है।

ग्रिप गैस स्टैक या चिमनी के लिए, जहां वायु बाहर है और दहन ग्रिप गैसें अंदर हैं, समीकरण केवल अनुमान प्रदान करता है। इसके अतिरिक्त, A क्रॉस-सेक्शनल प्रवाह क्षेत्र है और h ग्रिप गैस स्टैक या चिमनी की ऊंचाई है।

$Q=CA{\sqrt {2gh{\frac {T_{i}-T_{o}}{T_{i}}}}}$

और:

जहाँ:
Q	= स्टैक प्रभाव ड्राफ्ट (ब्रिटिश अंग्रेजी में ड्राफ्ट) प्रवाह दर, m3/s
A	= प्रवाह क्षेत्र, m2
C	= डिस्चार्ज गुणांक (सामान्यतः 0.65 से 0.70 तक लिया जाता है)
g	= गुरुत्वीय त्वरण, 9.81 m/s2
h	= ऊंचाई या दूरी, m
Ti	= आंतरिक औसत तापमान, K
To	= बाहरी वायु का तापमान, K

अमेरिकी प्रथागत इकाइयाँ:

जहाँ:
Q	= स्टैक प्रभाव ड्राफ्ट प्रवाह दर, ft3/s
A	= क्षेत्र, ft2
C	= डिस्चार्ज गुणांक (सामान्यतः 0.65 से 0.70 तक लिया जाता है)
g	= गुरुत्वीय त्वरण, 32.17 ft/s2
h	= ऊंचाई या दूरी, ft
Ti	= औसत आंतरिक का तापमान, °R
To	= बाहरी वायु का तापमान, °R

यह समीकरण मानता है कि ड्राफ्ट प्रवाह का प्रतिरोध डिस्चार्ज गुणांक C द्वारा विशेषता छिद्र के माध्यम से प्रवाह के प्रतिरोध के समान है।

यह भी देखें

• एचवीएसी (हीटिंग, वेंटिलेशन और एयर कंडीशनिंग)
• वेंटिलेशन शाफ्ट
• सौर चिमनी
• सोलर अपड्राफ्ट टावर
• ड्राफ्ट (बॉयलर)
• इंको सुपरस्टैक
• एकिबस्तुज़ जीआरईएस-2 पावर स्टेशन
• विंडकैचर
• क्रॉस वेंटिलेशन

बाहरी संबंध

• Stack Effect: When Buildings Act Like Chimneys -- Green Building Advisor
• National Research Council Canada - CBD-104 Stack Effects in Buildings
• Stack effect simulation on YouTube