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)是由法國太陽能實(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)式太陽房形式。Trombe保溫墻系統(tǒng)尤其適合于我國北方太陽能資源豐富、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)生熱壓來驅(qū)動(dòng)空氣流動(dòng)(如圖1)。在冬季，被蓄熱墻吸收的太陽輻射可以通過兩種途徑傳入室內(nèi):一是通過墻體熱傳導(dǎo)，熱量通過對(duì)流及輻射的方式傳入室內(nèi)；二是通過

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，一般說來，僅在需要太陽熱量而不需要太陽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，以增加太陽能的采集。在室內(nèi)可以通過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。

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，打開上下?lián)醢澹归_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，再從上擋板處流出。在這個(gè)過程中，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)溫度過高，故較少直接采用。因此，經(jīng)過一系列研究分析，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

圖片來源：唐鳴放.夏熱冬冷地區(qū)被動(dòng)太陽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，并控制熱空氣流向室內(nèi)，有效控制夏季室內(nèi)溫度過高。

在夏季，結(jié)合夏熱冬冷地區(qū)夏季通風(fēng)、遮陽的需要，將窗設(shè)計(jì)成遮陽、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，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）。

為更好避免夏季過熱問題，還可以采取其他加強(qiáng)措施。通過采用雙層玻璃窗，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)式太陽能采暖方式的一種，通過以上的分析總結(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，目前這門技術(shù)在國內(nèi)的推廣度不夠，成功案例較少，Trombe保溫墻系統(tǒng)在我國仍處于實(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，希望其在我國為建筑節(jié)能做出廣泛的貢獻(xiàn)。

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