煙突効果
1980年代から1990年代にかけてフォード財団ビルやサッポロファクトリーのように、高層ビルの中に樹木が生い茂る中庭を作るアトリウム型建築が世界中で多数建築された。これらには中庭の上空から日光を取り入れると共に建物下部から外気を取り入れて自然空調(英語版)を図った建物もある。東京港区にある日本電気本社ビルやジンバブエの首都ハラレにあるイーストゲートショッピングセンターなどはその例である。
但し、自然換気を促進するための開放的な空間構成は、火災時に発生した煙の流動を容易するため、全館に人命危険を及ぼす恐れが大きいため、火災時には煙の流動を防げるようにする対策が必要となる。
火力発電所の煙突は排出ガス量を増大させるために高くするが、それ以外に高さが高いほど、排出ガス中に含まれる大気汚染物質が地表に到達するまでに拡散されることによって、煙突から排出された大気汚染物質の地表での濃度が低下するため、煙突の高さを高くする対策が広く推奨されてきた(煙突参照)。カザフスタン共和国のエキバストス第二発電所には、高さ419.7 mの煙突が設置されている。また日本でも 200 m を超える煙突が利用されている。
シャルルの法則(ゲイ=リュサックの法測とも言う)によると、一定重量のガスの体積 V {\displaystyle V} とそのガスの絶対温度T の間には k をある正の定数として線形になる関係があるとされる。
V = k ⋅ T {\displaystyle V\;=\;k\cdot T}
即ち一定重量のガスの体積は、温度T に比例して増加する。このことは逆に、一定体積の容器に入るガスの重量はT に逆比例して減少する、つまりガスの密度ρがT に逆比例して低下し軽くなるということでもある。この関係を表したのが次の式である。
ρ ∝ 1 T {\displaystyle \rho \varpropto {\frac {1}{T}}}
つまり、冷たいガスより軽い暖かいガスは密度が低いことが判る。したがって、充分な重力が作用している地球の地表付近などでは、暖かいガスには浮力が生じて上昇していく。
ソーラーアップドラフトタワー発電では大地を非常に大きな温室で覆う。そこに太陽が当たると温室内の温度が上昇する。その温室に高い煙突を設置すると、煙突効果により煙突内に上昇気流が起こり、その上昇気流を利用して風力発電機を回し発電する方式が、ソーラーアップドラフトタワー発電である。1982年ドイツ政府の資金提供を受け、スペインのマンサナレスで初のソーラーアップドラフトタワー発電の実験施設が作られ、約8年間にわたって実験データが収集された。この施設の仕様は、煙突の直径10 m、高さ195 m、温室床面積は46000 mで、発電能力は最大電力出力時で約50 kWであった。尚、日本ではソーラーチムニーと言う名称も使われている。