淺談Trombe保溫墻系統(tǒng)的應(yīng)用

【摘要】利用Trombe 保溫墻系統(tǒng)的工作原理，總結(jié)其運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，尋找適宜的綜合運(yùn)用方式，以使其在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)上做出貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵字】Trombe墻PV—Trombe冬夏兼顧Tromb墻

圖洛姆（Trombe）保溫墻系統(tǒng)是由法國(guó)太陽(yáng)能實(shí)驗(yàn)室主任Felix Trombe教授研制成功的，它是一種典型的集熱-貯熱式被動(dòng)式太陽(yáng)房形式。Trombe保溫墻系統(tǒng)尤其適合于我國(guó)北方太陽(yáng)能資源豐富、晝夜溫差比較大的地區(qū)，有利于大大減少這些地區(qū)的采暖能耗，改善當(dāng)?shù)鼐用竦木幼…h(huán)境.本文主要闡述現(xiàn)今新型的圖洛姆保溫墻系統(tǒng)，為其在我國(guó)的推廣使用做以參考。

一、圖洛姆保溫墻的基本工作原理

Trombe墻的原理是在朝南向陽(yáng)墻的外表面涂深色選擇性涂層，并在離墻外表面10 cm左右處裝上玻璃或透明塑料薄片以形成空氣間層，利用“溫室效應(yīng)”原理加熱夾層空氣，從而產(chǎn)生熱壓來(lái)驅(qū)動(dòng)空氣流動(dòng)(如圖1)。在冬季，被蓄熱墻吸收的太陽(yáng)輻射可以通過(guò)兩種途徑傳入室內(nèi):一是通過(guò)墻體熱傳導(dǎo)，熱量通過(guò)對(duì)流及輻射的方式傳入室內(nèi)；二是通過(guò)

空氣對(duì)流傳導(dǎo)熱量，夾層熱空氣經(jīng)蓄熱

墻上下風(fēng)口與房間空氣對(duì)流，傳遞熱量。白天吸收的熱量一部分被蓄熱墻吸收貯存于墻體內(nèi)，夜間墻的內(nèi)表面以輻射和自然對(duì)流方式將熱量釋放到室內(nèi)。在夏季，利用夾層的“熱煙囪”作用，室內(nèi)熱空氣經(jīng)玻璃蓋板上的排氣口排出，從而達(dá)到通風(fēng)降溫的目的。

Trombe墻主要用于采暖，一般說(shuō)來(lái)，僅在需要太陽(yáng)熱量而不需要太陽(yáng)光的情況下才選擇圖洛姆保溫墻這種方式，但是這種情況很少出現(xiàn)，因此，經(jīng)過(guò)研究和改良，目前已出現(xiàn)多種新型的圖洛姆保溫墻應(yīng)用方式。

二、圖洛姆保溫墻的新型應(yīng)用方式

2.1 水柱圖洛姆墻——拜爾住宅

圖洛姆保溫墻是具有良好保溫蓄熱性能的固體材料，如混凝土、磚、石頭或黏土，同理，太陽(yáng)能專家史蒂夫#8226;拜爾在新墨西哥州為自己設(shè)計(jì)的住宅中用容水器來(lái)充當(dāng)蓄熱材料。它是用裝滿55加侖水的圓桶壘成的圖洛姆保溫墻（如圖2），圓桶面向玻璃的一側(cè)涂成黑色，朝向室內(nèi)的一側(cè)涂成白色。室外的隔

熱百葉窗可以在冬季的夜晚將熱保留在室內(nèi)，在夏季的白天將熱阻擋在室外。這一百葉窗，當(dāng)放倒至地面時(shí)，可作為反射器，以增加太陽(yáng)能的采集。在室內(nèi)可以通過(guò)一根繩索將百葉窗升起或放倒。同時(shí)，在溫暖的冬日下午，當(dāng)不需要采暖時(shí)，可以拉上圓筒內(nèi)側(cè)的窗簾以延緩熱的傳遞直到需要時(shí)再打開(kāi)。

大多數(shù)的水墻都是由豎向管道組成，這些管子可以由半透明或透明的塑料制成的，以使光線透入室內(nèi)。管子中的水可以是清澈的，也可以加入任何顏色。透明的管子在陽(yáng)光折射下特別美麗，豐富室內(nèi)效果[1]。實(shí)驗(yàn)證明，清澈的水與有色的水或不透明容器對(duì)貯熱幾乎有同樣的效率。

2.2 PV-Trombe墻

PV-Trombe墻（如圖3）由光伏玻璃板、集熱墻、光伏玻璃板和集熱墻體之間的空氣流道(以下簡(jiǎn)稱空氣流道)、冬季用上下通風(fēng)口、夏季用上下?lián)醢濉⒁约跋募居镁砗熃M成，其中光伏玻璃板由玻璃蓋板和光伏電池構(gòu)成。

在冬季白天，打開(kāi)集熱墻上的上下通風(fēng)口，關(guān)閉上下?lián)醢澹掌鹁砗煟?dāng)太陽(yáng)輻射投射到光伏玻璃板的有光伏電池部分，小部分轉(zhuǎn)化成電能，大部分轉(zhuǎn)化成熱能，使光電池溫

度升高；當(dāng)太陽(yáng)輻射投射到光伏玻璃板的玻

璃蓋板部分，小部分被玻璃蓋板吸收，大部分被集熱墻吸收，導(dǎo)致集熱墻溫度升高。在夜間，關(guān)閉上下通風(fēng)口，白天被集熱墻和室內(nèi)其他墻體吸收的熱量通過(guò)輻射和自然對(duì)流方式釋放到室內(nèi)，這樣可以避免中午可能溫度過(guò)高和全天溫度波動(dòng)大引起居住者的不舒適感[2]。

在夏季，關(guān)閉集熱墻的上下通風(fēng)口，打開(kāi)上下?lián)醢澹归_(kāi)卷簾遮擋集熱墻，在空氣流道內(nèi)熱虹吸作用下，冷空氣由下?lián)醢逄庍M(jìn)入空氣流道，帶走光伏玻璃板和集熱墻的熱量，再?gòu)纳蠐醢逄幜鞒觥Ｔ谶@個(gè)過(guò)程中，光伏玻璃板上的光伏電池和集熱墻被冷卻，因此可以提高光伏電池電效率，減少墻體得熱，從而降低室內(nèi)冷負(fù)荷。

2.3 適于夏熱冬冷區(qū)使用的冬夏兼顧Trombe墻

直接把Trombe墻用在夏熱冬冷區(qū)，會(huì)導(dǎo)致冬季采光效果較差，夏季通風(fēng)效果不好，且在夏季會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)溫度過(guò)高，故較少直接采用。因此，經(jīng)過(guò)一系列研究分析，由重慶大學(xué)唐鳴放教授設(shè)計(jì)出一套冬夏兼顧的Trombe設(shè)計(jì)方案，是將傳統(tǒng)太陽(yáng)能的利用轉(zhuǎn)化為多種方式的復(fù)合調(diào)節(jié)，主要將窗按照兩大部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。一部分為上部直接受益式兼采光的可調(diào)節(jié)垂直角度窗體部分，第二部分為下部的對(duì)流環(huán)路部分。這種復(fù)合設(shè)計(jì)的好處有 3 點(diǎn)：①可以實(shí)現(xiàn)普通窗的正常采光和通風(fēng)；②可以滿足冬季提高室內(nèi)溫度并保持恒溫的要求；③在夏季，通過(guò)角

圖4 節(jié)能窗夏季工作示意圖 圖5 節(jié)能窗冬季工作示意圖

圖片來(lái)源：唐鳴放.夏熱冬冷地區(qū)被動(dòng)太陽(yáng)能利用與夏季防熱設(shè)計(jì)研究

度的調(diào)節(jié)，可以形成自遮陽(yáng)，并控制熱空氣流向室內(nèi)，有效控制夏季室內(nèi)溫度過(guò)高。

在夏季，結(jié)合夏熱冬冷地區(qū)夏季通風(fēng)、遮陽(yáng)的需要，將窗設(shè)計(jì)成遮陽(yáng)、通風(fēng)合為一體的結(jié)合體（如圖4）。假設(shè)某地區(qū)的太陽(yáng)高度角為 α，則節(jié)能窗的可調(diào)節(jié)部分向室內(nèi)旋 90-α 度，這樣利用自身傾斜的角度形成了自遮陽(yáng)，并使得窗臺(tái)的上部出風(fēng)口和室外流通，熱空氣上升，流出室內(nèi)，形成自然通風(fēng)。

在冬季，節(jié)能窗的下部可調(diào)節(jié)部分處于垂直狀態(tài)，使得窗臺(tái)體上部出風(fēng)口和室內(nèi)流通，在下部窗臺(tái)體的加溫下，使得熱空氣在室內(nèi)循環(huán)，得到良好的室內(nèi)舒適熱環(huán)境[3]（如圖5）。

為更好避免夏季過(guò)熱問(wèn)題，還可以采取其他加強(qiáng)措施。通過(guò)采用雙層玻璃窗，加強(qiáng)外墻保溫，以降低內(nèi)表面溫度及傳入室內(nèi)的熱量。冬季通過(guò)在夜間用厚窗簾，關(guān)閉通風(fēng)孔，減少室內(nèi)熱空氣的流失。夏季通過(guò)在窗臺(tái)上和Trombe空腔內(nèi)放置綠化盆，局部降低溫度，減少向室內(nèi)的熱量傳遞。

三、小結(jié)

圖洛姆保溫墻系統(tǒng)是被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖方式的一種，通過(guò)以上的分析總結(jié)，了解到新型Trombe保溫墻系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性及可行性。但是由于地區(qū)、氣候、造價(jià)等因素，目前這門(mén)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的推廣度不夠，成功案例較少，Trombe保溫墻系統(tǒng)在我國(guó)仍處于實(shí)驗(yàn)測(cè)試階段，因此，為完善和早日運(yùn)用這一有效的建筑節(jié)能技術(shù)，應(yīng)該做出更多的實(shí)驗(yàn)和嘗試，希望其在我國(guó)為建筑節(jié)能做出廣泛的貢獻(xiàn)。

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