地下管廊预冷与光伏/光热协同增强内置烟囱通风的优化策略及性能研究

针对浮力驱动自然通风在温差不足时效率下降及逆流问题，研究人员提出结合地下管廊预冷和屋顶光伏/光热（PV/T）系统加热烟囱内壁的协同策略。实验表明，预冷使送风温度降低13.1°C，PV/T加热使排风温度提升3.0°C，逆流时间减少75.6%，通风量增加102.5%。该研究为低风区或高密度城市中可再生能源与被动通风系统的整合提供了创新方案。

　　

在城市化进程加速的今天，建筑能耗问题日益突出，自然通风作为一种零能耗的被动式降温策略备受关注。然而，传统浮力驱动自然通风（buoyancy-driven natural ventilation）存在明显的局限性——当室内外温差不足或建筑高度受限时，通风效率急剧下降，甚至出现令人头疼的"逆流现象"。更糟糕的是，在低风地区或高密度城市环境中，这一问题尤为突出。如何突破这些瓶颈，让自然通风技术真正发挥其节能潜力，成为摆在研究人员面前的一道难题。

针对这一挑战，来自西安的研究团队独辟蹊径，提出了一种"地下管廊预冷+光伏/光热（PV/T）系统加热"的协同优化策略。这项发表在《Renewable Energy》上的研究，通过全尺寸实验平台验证了该策略的卓越性能。研究团队充分利用建筑既有地下管廊（underground pipe gallery）的冷却潜力，同时创新性地将PV/T系统与内置烟囱（built-in chimney）结合，实现了"冷热协同"的通风增强效果。

研究采用了三项关键技术方法：1）利用23米长地下管廊构建预冷系统；2）在烟囱内壁安装20.5 m²
塑料毛细垫（plastic capillary mats）形成加热面；3）采用4块PV/T面板作为热源，同步收集电能和热能。实验在中国西安进行，通过对比四种运行模式（基础模式、仅预冷、预冷+40°C加热、预冷+45°C加热）的系统性能，获取了关键数据。

实验系统部分详细介绍了全尺寸平台的构建。地下管廊作为天然"空调"，可将高温室外空气预冷；计算机房模拟实际使用场景；内置烟囱则通过PV/T系统加热提升排风温度。特别值得注意的是，研究人员在烟囱内壁精心布置的毛细垫加热系统，既能有效提升排风温度，又通过1 cm保温层避免热量散失到相邻房间。

室外气候参数数据显示，测试期间室外温度在30.4-35.0°C之间波动，太阳辐射强度最高达874 W/m²
，为PV/T系统提供了充足的能量来源。在如此严苛的环境条件下，系统仍展现出惊人的性能：预冷使送风温度平均降低12.1°C，最高降幅达13.1°C；当PV/T系统提供44.3°C的平均加热温度时，通风量激增102.5%，有效通风时间延长16.6%。

讨论部分深入分析了气候参数对系统的影响。研究发现，在西安6-10月的气候条件下，PV/T系统有76.8%的时间可以满足40°C加热需求，54.5%的时间能达到45°C加热要求。这意味着该系统在大部分时间内都能稳定运行。更令人振奋的是，与传统太阳能烟囱（SC）相比，该方案不受建筑朝向限制，且能同步产生电能，实现了能源的多级利用。

结论部分总结了研究的三大突破：首先，地下管廊预冷将送风温度稳定在较低水平，解决了高温时段自然通风失效的难题；其次，PV/T加热使排风温度提升2.1-3.0°C，有效抑制了逆流现象；最重要的是，该方案充分利用可再生能源，在不增加建筑能耗的前提下，将通风性能提升至全新高度。

这项研究的价值不仅在于技术突破，更在于其开创性的系统整合思路。通过巧妙结合地下恒温特性和光伏余热利用，研究人员为建筑节能领域提供了一种可复制、易推广的解决方案。特别是在"双碳"目标背景下，这种近乎零能耗的通风增强策略，为高密度城市的绿色建筑发展指明了新方向。正如研究人员强调的，该系统的真正优势在于"无需额外建造，直接利用既有建筑结构"，这使得其具有显著的经济性和推广价值。未来，随着可再生能源技术的进步，这种协同优化策略有望在更多气候区展现其独特优势。