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本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。
烟囱是一种为锅炉，炉子，炉子或壁炉的热烟气或烟雾提供通风的结构。烟囱通常是垂直的，或尽可能接近垂直，以确保气体平稳流动，吸入空气进入所谓的烟囱燃烧或烟囱效应。烟囱内的空间被称为烟道。烟囱可能在建筑物，蒸汽机车和船只被找到。
烟囱的高度影响其通过烟囱效应将烟道气输送到外部环境的能力。此外，在高海拔地区使用烟囱的污染物扩散可以减少对周围环境的影响。在化学腐蚀性输出的情况下，足够高的烟囱可以允许空气中的化学物质在到达地平面之前部分或完全自我中和。污染物在更大面积上的分散可以降低其浓度并促进符合法规限制。世界上最高的烟囱是位于哈萨克斯坦的GRES-2发电站烟囱，高达420米。[1]我国最高的烟囱是山西神头二电厂的烟囱，高达270米。[2]
- 烟囱
- chimney
- yān cōng
- 最古老、最重要
- 防污染装置
- 犹太商人从东方引入
- 420米
- 270米
目录
罗马人用墙内的烟斗从面包房里抽烟，但烟囱只出现于十二世纪北欧的大房子里。现存最早的英国烟囱是在公元1185年的约克郡的克里斯堡堡。然而，直到十六和十七世纪，它们在房子里并不普遍使用。早期，烟罩是将烟雾收集到烟囱中。工业烟囱在十八世纪后期变得很普遍。
普通住宅的烟囱最初是用木头和石膏或泥土建成的。从那以后，烟囱传统上都是由砖石建成的，无论是在大小建筑物中。早期的烟囱是一个简单的砖结构。后来的烟囱是通过在砖衬里上放置砖来建造的。为了控制下沉道，有时在烟囱顶部放置各种设计的通风帽（通常称为烟囱盆）。
在十八世纪和十九世纪，矿石中提取铅的方法产生了大量的有毒烟雾。在英格兰北部，建造了长近3千米（2英里）长的近水平烟囱，烟囱通常在一个较短的垂直烟囱中，在一个烟雾很少造成危害的偏远地方。在这些长长的烟囱里面形成铅和银矿床，工人们会沿着烟囱定期把这些有价值的矿床刮掉。[3-4]
其材质一般分为几种：砖头砌筑、铁质、石棉、陶质，这几种一般用在小的场所，如家庭、办公室等。
工业用烟囱多为圆柱体，上细下粗，一般用在工业的大厂房，如大锅炉、冶炼厂、电厂等；我国农村地区的土灶和北方土炕的烟囱多为砖砌方形。
效应原理
烟囱效应是室内外温差形成的热压及室外 风压共同作用的结果，通常以前者为主，而热压值与室内外温差产生的空气密度差及进排风口的高度差成正比。这说明，室内温度越是高于室外温度，建筑物越高，烟囱效应也越明显，同时也说明，民用建筑的烟囱效应一般只是发生在冬季。就一栋建筑物而言，理论上视建筑物的一半高度位置为中和面，认为中和面以下房间从室外渗入空气，中和面以上房间从室内渗出空气。
负面影响
在烟囱效应的作用下，室内有组织的自然通风、排烟排气得以实现，但其负面影响也是多方面的：首先，风沙通过低层部分各种孔洞、缝隙吹入室内，消耗热量并污染室内；其次，风通过电梯井由底层厅门人口被抽到顶层的过程中，导致梯门不能正常关闭；第三，当发生火灾时，随着室内空气温度的急剧升高，体积迅速增大，烟囱效应更加明显，此时，各种竖井成为拔火拔烟的垂直通道，是火灾垂直蔓延的主要途径，从而助长火势扩大灾情。有资料显示，烟气在竖向管井内的垂直扩散速度为3-4m/s，意味着高度为100m的高层建筑，烟火由底层直接窜至顶层只需30s左右。如果燃烧条件具备，整个大楼顷刻问便可能形成一片火海。为有效减弱烟囱效应产生的负面影响，可采取以下一些措施。
采取措施
1．在冬季，空气主要是通过各种外门从底层流入室内，最直接的方法是将建筑通向外界的所有门，尽可能地设置成两道门、旋转门、加装门斗或在外门内侧设置空气幕等，这对于大厅门尤为必要，对于那些次要通道连同地下停车场的外门口等，在冬季也要装门，至少应增挂厚门帘。在冬季，电梯井顶部的通风孔应适当向小调整或关闭。
2．对于已采暖的建筑物，尽量不使低层部分的室内温度高于高层部分。
3．当火灾发生时，不仅在任何季节通过各类竖井产生烟囱效应，而且还可能在小范围内通过穿越楼板的空调管道，甚至是一些不引人注意的孔隙产生烟囱效应。对此，《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-1995)有以下明确规定。
（2）“建筑高度不超过100m的高层建筑，其电缆井、管道井应每隔2~3层在楼板处用相当于楼板耐火极限的不燃烧体作防火分隔；建筑高度超过100m的高层建筑，应在每层楼板处用相当于楼板耐火极限的不燃烧体作防火分隔”。因施工缺陷、桥架和管道根部形成的各种孔隙，必须用不燃烧材料填塞密实。
井字架和外架区域场地平整夯实—→井字架基础浇150mm厚C30砼—→垫架板搭架—→砌筑烟囱筒身—→砌筑耐火砖—→填充膨胀珍珠岩隔热层—→向上翻架—→在标高2.1 m处搭设安全网—→内架搭设—→筒体砌筑。
① 先定烟囱中心、轴线位置、标高尺寸。中心浇灌砼固定一根钢筋，划出十字线，确定中心位置，并用钢板制成的铁斗盖在上边保护。② 制作5个靠尺板。把1·0m长、150mm宽、25mm厚木板刨光，先用墨斗弹出中心线，然后按2·5 %做出坡度。③ 制作线锤。用钢板焊成锥形，内浇砼做成线锤，重3 kg~5 kg,线锤用16#铅丝悬吊在轮度板中心，与中心桩对中确定中心。④ 制作轮度板。把4·0 m长，100 mm宽，50mm厚木板刨光，上边以中心为轴设置一长2.2 m,宽150 mm,厚30 mm木板，其上按烟囱斜度2.5 %刻分格，旋转轮度板用以测量烟囱外圈圆周。⑤ 制作井字架顶横梁，用2根金属架杆焊成，中间固定2个滑轮,1个设在井字架中心，1个设在井字架边沿。⑥ 制作砖吊笼，用d8 mm钢筋焊成，每次限吊30块砖。⑦ 制作砂浆桶，每次限吊0.05 m3以下。⑧ 制作异径横杆，用管径50 mm和60 mm的钢管的分别裁成1·0m~1.5 m长，并在上边钻孔，插套起来，用钢筋插销固定就成为一组横杆。它的特点是可以伸缩，使用方便。
先摆3层砖排缝，环状垂直缝应交错1/2砖，辐射缝应交错1/4砖；1/2砖用量不得超过30 %,1/4砖以下的砖禁止使用，检查无误后再砌筑。一边砌砖，一边用水平尺、靠尺板检查，砌完300 mm后，即砌5层砖后，砌耐火砖300 mm,中间填充膨胀珍珠岩，每天砌筑1.2 m高为宜。竖向钢筋和环形温度钢筋以及爬梯的安装设置要符合设计要求。每砌完一步架用轮度板垂吊线锤检查中心及圆周，并用经纬仪检查。10·0 m以下，每5·0 m高沿筒周间隔1·0 m留设120mm×10mm温度缝，上下错开砌筑，变截面处也留设温度缝。
①先将烟囱四周平整夯实，井字架基础浇灌150 mm厚C30砼，然后垫木板，搭井字架和六角形金属外架20·0 m高，井字架要挨紧烟囱爬梯处，先搭23·0 m高。
②Ⅰ号烟囱的井字架设在烟囱北部，卷扬机设在井字架东边；Ⅱ号烟囱的井字架设在烟囱西北部，卷扬机设在井字架西边，详见图1(第33页)。
③架子离开烟囱外围最少200 mm,架板用50 mm厚木板搭设，不得有探头板，以对接板为宜，挂上立式安全网。井字架每隔10·0 m拉一道缆风绳，在3·0 m和10·0 m处外挑挂6·0 m宽安全网2道。
④在标高21·0 m处挑挂6·0 m宽安全网1道，这道安全网内圈用d6 mm钢筋固定在砖烟囱上，方法是利用砖烟囱上细下粗的特点，在高处拴好向低处下降自然捆紧。外圈用架杆支撑，拆除时从爬梯口剪断就自动离散。这样一来，20·0 m以下金属架就可以提前拆除，便于周转。
⑤标高20·0 m以上砌筑用里脚手架，搭设时用2根异径横杆，并用木楔塞紧架眼与横杆。在标高30·0 m以下可在横杆上绑架杆，铺设木制架板，使之成弧度形。在标高30·0 m以上由于筒径变小，可把架板直接铺在2根异径横杆上，用12号铅丝把架板绑牢。砌筑翻架时，留下此2根异径横杆，退架时从上到下，边退边拆，边补架眼。井字架搭设高度，每次至少比烟囱高2步架。
在标高26.7 m和39.5 m处各有圈梁1道，先绑扎钢筋，支模时可选用450mm×100mm或者600mm×100mm的钢模。先固定内模，用木龙骨和架杆支撑，12#铅丝拉结。外模放在事先在筒身上预埋的d10mm间隔500mm外露60mm的钢筋头上，用12#铅丝与内模拉结，并用钢丝绳、手搬葫芦在外围固定。浇灌完毕后，拆掉内外模再砌砖。
筒身竖向钢筋为d10mm间隔500mm,钢筋搭接长度为40d(不含钩),为便于高空作业，钢筋长度以3·0 m~4·0 m为宜。环形温度钢筋为d8 mm间隔250 mm,变截面处500 mm范围内钢筋为d8 mm间隔125 mm,钢筋搭接长度为40d(不含钩),爬梯安装要上下一致，最上部要对准固定后再焊接。
目标及质量保证措施
1 材料的质量一定要符合设计及规范要求，要有合格证和试验报告。
2 砂浆和砼事先有试配比通知单，施工中要计量准确，按规定留设试块，检测砂浆和砼强度。
3 砌筑先排底，按规范排好缝，砂浆饱满度要求达到95 %以上，要经常用靠板靠，线锤吊，水平尺测平，圆度规(轮度板)测圆。
4 认真开展自检、互检、专职检的三检制，边干边检，做好原始记录，严格按照规范和操作规程要求进行施工。
5 认真计算好各个高度的烟囱直径，便于随时抽检，严格控制标高、轴线，做好书面和口头质量交底工作。[4]
烟囱的一个特征是当它与木材一起作为燃料使用时，它们在结构的壁上形成杂酚油沉积物。这种物质的沉积物会干扰气流，更重要的是，它们是可燃的，如果烟囱中的沉积物点燃，会引起危险的烟囱火灾。
燃烧天然气的加热器大大减少了由于天然气燃烧造成的杂酚浓度比传统固体燃料更清洁和更有效。虽然在大多数情况下，不需要每年清理烟囱，但这并不意味着烟囱的其他部分不会失修。随着时间的推移，由于腐蚀而造成的烟囱配件断开连接或松动，可能会造成居民由于一氧化碳泄漏到家中而造成严重危险。[11]因此，建议 - 有些国家甚至强制 - 每年对烟囱进行检查并定期清理烟囱以防止这些问题。执行这项任务的工人被称为烟囱扫帚或steeplejacks。这项工作过去主要是通过童工，以及维多利亚时代文学中的这些特征。在欧洲一些地区的中世纪，开发了一种乌鸦式的山墙设计，部分是为了在不使用梯子的情况下进入烟囱。
砌体（砖）烟囱也被证明特别容易在地震中摇摇欲坠。在旧金山，洛杉矶和圣地亚哥等地容易发生地震的城市，政府的房屋管理部门建议在金属烟道周围建造带有螺栓式烟囱的新房。支撑或捆绑旧的砖石烟囱并不能有效地防止地震造成的损坏或伤害。[6]
包括：
1.“ 剥落 ”砖块，其中水分渗入砖块，然后冻结，开裂和剥落砖块，松开砂浆密封
2.移动地基，这可能会降低烟囱砌体的完整性
3.如松鼠，浣熊或烟囱虫等动物筑巢
4.烟囱泄漏
5.与壁炉或加热设备问题可能会导致对烟囱的危害[6]
烟囱历史悠久，种类繁多，按区域可分为华北、东北、南方地区；按其位置可分为屋面、屋脊、山墙等；按其材质分为泥质、砖质、石质。其中砖质烟囱中最典型地范例当属乔家大院。乔家院内耸立了144座造型各异的砖雕烟囱。它们拥有排烟、除尘、增添色彩、感应天地的独特功能。从营造视角来看，气候寒冷，财富雄厚，光耀门楣和审美价值等因素共同造就了烟囱数量众多、风格迥异的造型特征。[7]
烟囱作为北方民居建筑不可缺少构建，对研究我国北方传统民居历史与文化具有重要的意义。中国北方地区冬季气候寒冷，火炕是占绝大部分的农村地区采用的取暖方式，这种传统的取暖方式决定了烟囱存在的必要性。烟囱的存在不仅昭示了北方广大农村地区的生活方式,同时,烟囱的形象也诠释了当地一脉相承的传统文化。[8]
烟囱是铝及其它金属冶炼、化工、电力等行业设计中必需的附属构筑物。它的作用在于保证工业炉内气体的正常流动和热交换过程，即提供炉内燃料充分燃烧所需要的空气，并排除燃烧过程中所产生的废气。[9]
俄罗斯科学家提出在金属结构烟囱的四周修建多层温室、溶室、花房或游泳池的新设想,以达到充分利用能源的目的。如果这一设想变为现实，烟囱将再次改变自己丑陋的形象。[10]
名称 |
所在地 |
备注 |
|---|---|---|
乔家大院 |
晋中祁县 |
院内屋顶上建有 144 个精雕细琢的烟囱，细看之下无一重样。烟囱的下半部用条砖砌成中空的方斗形，上半部制成房屋造型，囱顶样式多样，烟囱上的雕刻着动物、植物、吉祥纹饰等图案，整体来看精致逼真[7]
|
王家大院 |
晋中灵石 |
烟囱造型多为亭子式的，但也有以祥瑞动物、植物或器物等为造型的，山西灵石王家大院的烟囱造型就有狮子状的。[11]
|
牟氏庄园 |
山东栖霞 |
牟氏庄园的烟囱很与众不同，因为平常人家的烟囱是建在房顶的屋脊上，而牟氏庄园中的100余座烟囱都高高地竖立在山墙的外面。[12]
|
名称 |
建筑时间 |
所在地 |
高度 |
|---|---|---|---|
哈萨克斯坦GRES-2电站烟囱 |
1987年 |
哈萨克斯坦 |
420米[13]
|
加拿大Superstack铜业公司 |
1971年 |
加拿大 |
380米[13]
|
美国米切尔电厂烟囱 |
1968年 |
美国 |
368米[13]
|
德图立宾多夫电站烟囱 |
1961年 |
德国 |
300米[13]
|
山西神头第二发电厂烟囱 |
- |
中国 |
270米[15]
|
俄罗斯卡希拉发电厂烟囱 |
1966年 |
俄罗斯 |
250米[13]
|
华能金陵电厂烟囱烟囱 |
2009年 |
中国 |
240米[13]
|
德困Schilling发电站烟囱 |
1962年 |
德国 |
220米[13]
|
INCO铜镍精炼厂烟囱 |
1954年年 |
加拿大 |
194米[13]
|
加利福利尼亚冶炼和精炼公司塞尔比美国冶炼厂烟囱 |
1937年 |
美国 |
185米[13]
|
美国冶炼精炼公司铅冶炼烟囱 |
1951年 |
美国 |
183米[13]
|
砌筑烟囱要注意三点：一要做好安全防火，二要节约用料，三要使烟囱经久耐用。
砌烟囱可以采用原火墙、火炕拆下的旧砖。经过煅烧的旧砖刚度大，耐侵蚀。
用新砖时要选用色泽深红、响声清脆、刚度大的砖。[14]
美国作家华盛顿·欧文在1812年增补版《纽约外史》中写到，圣尼古拉拖着礼物从烟囱里爬出来的。他在狭窄的烟囱道里挤得院当乱响。正是这些文字描述确立了后来北美地区普遍流行的圣诞老人形象。[16]
中国农家土灶都砌有烟囱。烟囱依墙而砌，一般置于大锅、小锅中间，也就是说紧连在一起的两个灶台，共用一个烟囱。烟囱的正面留一个凹进去的小小“神龛”，里面供着灶王爷。[17]