烟突效应（堆栈效应）模拟器

Q: 什么是中性带（中立平面）？

中性带是建物内外压力差为零的高度。在堆栈效应中，当内部温暖时，中性带以上内部压力高于外部（空气被推出），中性带以下内部压力低（外气被吸入）。压力差与从中性带的高度成线性比例增加。本工具的 h 表示从中性带测量到烟突上端（或开口）的高度。

Q: 为什么夏季烟突草图会减弱・反转？

堆栈效应由内外空气密度差驱动，温度差越小草图越弱。冬季室内温暖、室外冷，产生强上升草图；夏季外气温接近室温时 ΔP 接近零，烟突引力变差。当外气比室内温暖时 ΔP 符号反转，产生下降（反向）草图，烟气可能倒灌。在本工具中改变外气温度，可看到当 Tout = Tin 时 ΔP 穿过零点。

Q: 高层建筑中堆栈效应何时成为问题？

高层建筑的有效高度（相当于烟突高度 h）非常大，冬季堆栈压力 ΔP 可超过数十～100 Pa。这导致下层楼梯门沉重、通过电梯井向上层漏气增加暖气负荷、火灾时烟气快速向上层蔓延等问题。设计中通过气密层・防火分隔・风玄关来断开连续的烟突状空间，抑制堆栈效应。

参数设置

高度 h（中性带的差）

烟突上端（开口）的有效高度

内部温度 T_in

℃

室内・烟道内的空气温度

外气温度 T_out

℃

建物外部的空气温度

开口面积 A

m²

给排气口的有效开口面积

流量系数 C_d

开口的节流损失系数

大气压 P_atm

kPa

用于计算空气密度的大气压

计算结果

—

堆栈压力 ΔP (Pa)

—

诱发风速 V (m/s)

—

换气量 Q (m³/h)

—

内部空气密度 ρ_in (kg/m³)

—

外气密度 ρ_out (kg/m³)

—

草图方向

—

烟突截面图 — 中性带和空气流动

虚线为中性带（压力差为零的高度）。暖空气从上端溢出，下部吸入冷外气。右侧三角形是与高度成比例的压力差轮廓。

堆栈压力 ΔP 与烟突高度 h 的关系

堆栈压力 ΔP 与外气温度 T_out 的关系

理论・主要公式

$$\rho=\frac{P}{R\,T},\qquad \Delta P=(\rho_{out}-\rho_{in})\,g\,h$$

空气密度 ρ 由理想气体方程得出（P:大气压 Pa、R=287 J/(kg·K)、T:绝对温度 K）。堆栈压力 ΔP 是内外密度差・重力加速度 g・有效高度 h 的乘积。

$$V=C_d\sqrt{\frac{2\,|\Delta P|}{\rho_{avg}}},\qquad Q=V\!\cdot\!A$$

诱发风速 V（C_d:流量系数、ρ_avg:内外密度平均）与换气量 Q（A:开口面积）。ΔP > 0 表示暖内部空气上升，下部吸入冷外气。

烟突效应（堆栈效应）简介

🙋

木柴炉的烟突，没有人在吹空气，烟怎么就一直往上走呢？这是什么原理？

🎓

这就是「烟突效应（堆栈效应）」啦。简单说，暖空气轻，冷空气重——这密度差是关键。烟突里的燃烧气体热，所以轻。外面的冷空气重。烟突上下就产生了压力差，轻的内侧空气被推上去。温度差代替风扇充当泵的角色。

🙋

那烟突越高，引力越好？

🎓

完全对。压力差 ΔP = (ρ_out − ρ_in)·g·h，与高度 h 成正比。你试试左边「高度 h」的滑块，下面「ΔP 与高度」的图应该直线向上。所以古代壁炉要竖很高的烟突，高层建筑的吹空间或井道会无意中变成巨大「烟突」。温度差也有效，天越冷引力越强。

🙋

图上有「中性带」破线，这是什么？

🎓

中性带是「内外压力差恰好为零的高度」。内部温暖时，中性带上方内侧压力高于外侧（空气被推出），下方内侧压力低（外气吸进）。压力差从中性带往上下成线性增大。右边三角形的轮廓就是这样。所以上层楼层容易漏气，下层容易有穿堂风。

🙋

外气温滑块往上推，ΔP 变负了？夏天真的会反过来？

🎓

对，你眼睛可尖。堆栈效应靠「温度差」驱动，外气比室内热时，外侧空气变轻了。ΔP 符号反转，产生「下降草图」——烟突会下吹，烟会倒灌。空调房的夏天也一样，冬夏气流反向。外气温等于室温那一刻，ΔP 恰好穿过零。下面「ΔP 与外气温」的图就显示了这条线在 Tout = Tin 处横过零。

🙋

高层大厦里堆栈效应会闹出麻烦，具体怎么回事？

🎓

实际工作中常见的是冬天一楼大门很沉，很难拉开。下层要吸外气，门就被吸住了。还有电梯井漏暖气到上层，暖气费暴增；火灾时烟一下子蹿到顶楼。所以设计要用气密层、防火分隔、风玄关来断开竖向连通的「烟突状空间」，压制堆栈效应。

常见问答

堆栈效应造成的压力差由 ΔP = (ρ_out − ρ_in)·g·h 求出。ρ_in 和 ρ_out 分别是内部・外气的空气密度，g 是重力加速度，h 是烟突的高度（从中性带的差）。空气密度由理想气体方程 ρ = P/(R·T) 计算，使用绝对温度 T 和大气压 P。当内部比外气温暖时 ρ_in < ρ_out，ΔP 为正，产生向上的草图。本工具显示这个 ΔP 和由其决定的诱发风速・换气量。

中性带是建物内外压力差为零的高度。在堆栈效应中，当内部温暖时，中性带以上内部压力高于外部（空气被推出），中性带以下内部压力低（外气被吸入）。压力差与从中性带的高度成线性比例增加。本工具的 h 表示从中性带测量到烟突上端（或开口）的高度。

堆栈效应由内外空气密度差驱动，温度差越小草图越弱。冬季室内温暖、室外冷，产生强上升草图；夏季外气温接近室温时 ΔP 接近零，烟突引力变差。当外气比室内温暖时 ΔP 符号反转，产生下降（反向）草图，烟气可能倒灌。在本工具中改变外气温度，可看到当 Tout = Tin 时 ΔP 穿过零点。

高层建筑的有效高度（相当于烟突高度 h）非常大，冬季堆栈压力 ΔP 可超过数十～100 Pa。这导致下层楼梯门沉重、通过电梯井向上层漏气增加暖气负荷、火灾时烟气快速向上层蔓延等问题。设计中通过气密层・防火分隔・风玄关来断开连续的烟突状空间，抑制堆栈效应。

实际应用

暖气设备的烟突・烟道：木柴炉、锅炉、燃气热水器的排气靠堆栈效应草图推动，无需风扇就把燃烧气送出屋外。烟突高度・断面・保温等设计，要保证燃烧需要的空气稳定供应。烟道冷却会削弱温度差和草图，所以双层烟突或保温可保稳定性，防止凝露和积炭。

建筑自然换气设计：体育馆、中庭、温室、工厂等采用下部进气口和高位排气口，靠堆栈效应实现无动力换气。用本工具从开口面积和温度差估算换气量，按需要的换气次数决定开口尺寸和高度差。「混合换气」把无风时的堆栈草图和风力结合。

高层建筑空调・气密设计：超高层冬季堆栈压力巨大，可导致一楼门沉、电梯井漏暖气、上层气流失控等。设计要靠外墙气密、分层分隔、风玄关、电梯井加压来管控堆栈效应。本工具估算高度和温度差对应的 ΔP 数量级，助力决策防控方案。

火灾・烟气控制和CAE分析：火灾时堆栈效应会把烟通过楼梯间、井道快速送往高层。防烟设计靠加压防排烟和分隔来制约。详细用网络气流解析或CFD，但这个工具的手算估值帮助判断解析结果是否在合理范围。

常见误解和注意

最普遍的误解：「堆栈效应只取决于烟突高度」。虽然 ΔP 与高度 h 成正比，但温度差同样重要。ΔP 包含密度差 (ρ_out − ρ_in)，大约与温度差成正比。高烟突若烟道冷却至与外气同温，草图几乎消失。反之，低烟突只要烟道高温，草图可很强。「高度」和「温度差」是相乘关系。本工具分别调整可看出这个相互作用。

其次是「ΔP 大＝换气量也成比例增」的错觉。诱发风速 V = C_d·√(2ΔP/ρ_avg)，与 ΔP 平方根成正比。所以 ΔP 增4倍风速只增2倍。实际建筑给排气开口串联，真正的流量由合成的开口阻力决定。若一侧开口极小，再大的 ΔP 也被卡住。本工具仅是单开口概算，给排气配匹需另设计。

最后是「堆栈效应是冬季现象，夏天无关」。堆栈靠温度差驱动，符号随温差方向改变。空调房夏季外气热于室内，ΔP 反向，烟突产生下降草图，排气倒吹。中性带位置也跟流向变化。设计要评估冬夏两季 ΔP，确认全年气流方向和大小。

烟突效应（堆栈效应）简介

常见问答

实际应用

常见误解和注意

使用指南

具体计算示例

实务注意点