Стена Тромба в доме — как использовать пассивное солнечное тепло?

В данной публикации мы рассмотрим такое понятие как пассивное солнечное тепло, в частности солнечная стена Тромба.

Применение солнечной стены Тромба — конструкция, советы по реализации

С каждым годом все более становится актуальным применения современных альтернативных источников энергии, которые преобразуют энергию солнечного излучения и наружного воздуха в теплоту. В зависимости от метода получения энергии или теплоты разделяют две системы:

  • активная;
  • пассивная.

Пассивные системы солнечного теплоснабжения основаны на использовании естественной циркуляции нагретого воздуха, фото 1а.

Активные системы солнечного теплоснабжения работают на комбинированном использовании пассивной системы солнечного теплоснабжения и дополнительных источников энергии, фото 1б.

Пассивные системы солнечного теплоснабжения (а) и активная солнечная система теплоснабжения

Фото 1. Пассивные системы солнечного теплоснабжения (а) и активная солнечная система теплоснабжения (один из вариантов): 1 – солнечный коллектор; 2 – бак-аккумулятор; 3 – насос; 4 – электрический подогреватель

К пассивной системе солнечного теплоснабжения относится солнечная стена Тромба.

Что такое солнечная стена Тромба?

Солнечная стена Тромба — это массивная каменная конструкция, которая устанавливается на южной стороне здания за фасадным стекольным ограждением. Эта стена может быть покрыта селективно-поглощающей фольгой или покрашена в черный цвет, фото 2.

Стену Тромба разработал Эдвард Морзе в 1881 г., а французский профессор Феликс Тромб возродил эту идею в 1960 году. Такое устройство стены позволяет собирать и накапливать в себе солнечную энергию за весь солнечный день, а потом это тепло отдавать помещению через определенное время (обычно время отдачи выпадает на ночь). В зависимости от толщины стены Тромба обеспечивается более длительная задержка в отдачи тепла помещению:

  • при толщине стены 20 см – задержка происходит примерно на 5 ч;
  • при толщине стены 40 см – задержка происходит примерно на 10…12 ч.

Стена Тромба может быть нет только бетонной, но и каменной или кирпичной. Чтобы улучшить теплоотдачу стены создаются специальные отверстия внизу и сверху стены для обеспечения естественной конвекции воздуха, а для более эффективной теплоотдачи устанавливают вентиляторы, для принудительной циркуляции.

Схемы устройства пассивной системы солнечного теплоснабжения с применением стены Тромба

Фото 2. Схемы устройства пассивной системы солнечного теплоснабжения (усовершенствованный вариант) с применением стены Тромба: а)-б) работа в зимний период; в)-г) работа в летний период

На фото 2 показано наличие специальных штор и воздушных клапанов (вверху и внизу), которые сокращают теплообмен между массивной стеной и внешней окружающей средой в нужное для того время. Специальные шторы должны быть изготовлены из нетканых тканей и покрыты серебром.

На фото 3 приведены примеры использование стены Тромба в строительстве пассивного дома.

Примеры зданий с использованием стены Тромба

Фото 3. Примеры зданий с использованием стены Тромба

Солнечные лучи проходя через стеклопакет и попадают на бетонную стену, которая устанавливается на расстоянии 100 мм от стеклопакета. Ультрафиолетовые лучи от солнца попадая на поверхность стены нагревают ее, и часть лучей отражаются от стены в виде инфракрасного излучение, которое не проходит сквозь стекла, нагревая, таким образом, еще и воздух.

Рассмотрим кратко режимы работы пассивной системы солнечного теплоснабжения с использованием стены Тромба, табл. 1.

Таблица 1

Режимы работы пассивной системы солнечного теплоснабжения с использованием стены Тромба

Период года

Режим работы

Положение устройств

Описание процессов отопления

Зимний период (отопление)

1. Солнечный день Штора поднята, клапаны открыты, фото 2а. Нагревается стены Тромба через стеклянную перегородку и нагревает воздух, находящегося в прослойке между стеклянной перегородкой и стеной. Теплота поступает в помещение от нагретой стены и нагретого в прослойке воздуха, циркулирующего через прослойку и помещение под воздействием гравитационных сил, вызванных разностью плотностей воздуха при разных температурах (естественная циркуляция).
2. Ночь, вечер или пасмурный день. Штора опущена, клапаны закрыты, фото 2б. Теплооттоки во внешнюю среду значительно сокращаются. Температура в помещении поддерживается за счет поступления теплоты от массивной стены, накопившей эту теплоту от солнечного излучения.

Летний период (охлаждение)

1. Солнечный день Штора опущена, нижние клапаны открыты, верхние – закрыты, фото 2в. Штора предохраняет нагрев массивной стены от солнечного излучения. Наружный воздух поступает в помещение с затененной стороны дома и выходит через прослойку между стеклянной перегородкой и стеной в окружающую среду.
2. Ночь, вечер или пасмурный день. Штора поднята, нижние клапаны открыты, верхние – закрыты, фото 2г. Наружный воздух поступает в помещение с противоположной стороны дома и выходит в окружающую среду через прослойку между стеклянной перегородкой и массивной стеной. Стена охлаждается в результате конвективного теплообмена с воздухом, проходящим через прослойку, и за счет оттока теплоты излучением в окружающую среду. Охлажденная стена в дневное время поддерживает необходимый температурный режим в помещении.

Рекомендации по строительству пассивного дома со стеной Тромба

  1. Ориентировать дом следует на юг, т.е. стена Тромба должна находиться на южном фасаде дома. Допускается поворачивать дом относительно юга на запад или восток в пределах 30°, что конечно немного снизит эффективность применения стены Тромба, фото 4.
Ориентация пассивного солнечного дома на юг с применением стены Тромба

Фото 4. Ориентация пассивного солнечного дома на юг с применением стены Тромба

  1. В стене Тромба можно устраивать смотровые полноценные окна.
  2. Стену Тромба можно применять при проектировании двухэтажных домов, однако при этом энергия теплоты будет более распространяться на верхний этаж, т.е. на нижнем этаже будет более прохладно, а на верхнем — более тепло.

Поэтому при проектировании дома, в частности его планировке следует эту особенность учесть, и расположить на втором этаже такие помещения, в которых обитатели дома будут больше проводить время: а это может быть:

  • кухня;
  • гостиная;
  • игровая комната;
  • личный кабинет.

На первом этаже можно расположить спальни, подсобные помещения – кладовки и гардеробные.

  1. Расположение стены под углом 10…20° к поверхности повысит эффективность устройства.
  2. При расположении дома на участке следует учитывать следующие факторы:
  • особенности ландшафта;
  • наличие соседних построек;
  • наличие деревьев.
  1. Как уже выше отмечалось, что вместо темного окрашивания стены можно наклеить селективное покрытие, которое более эффективно поглощает солнечные лучи (эффективность достигает 90% по сравнению с 60% для окрашенной стены). Селективное покрытие представляет собой тонкий лист медной фольги, на который наносится слой хрома и слой окиси меди черного цвета, для которого свойственна высокая поглощающая способность солнечного света.
  2. В зависимости от покрытия стены Тромба применяется разное ограждающее остекление:
  • селективное покрытие – однослойное остекление стены;
  • окрашенная поверхность – двойное остекление стены.
  1. Оптимальная толщина стены Тромба составляет 30 см, но в зависимости от материала из которого сделана стена, толщину можно принимать в соответствии с данными в табл. 2.

Таблица 2

Допустимая толщина стены Тромба в зависимости от материала

Материал

Плотность, г/см3

Толщина, м

Бетон

2,2

0,2…0,6

Бетонный блок

2,1

1,18…0,46

Глиняный кирпич

1,9

0,18…0,41

Пустотный бетонный блок

1,8

0,15…0,3

Кирпич-сырец

1,6

0,15…0,3

  1. Если дом проектируется в холодной климатической зоне, где средняя температура зимой составляет -1…-7°С тогда следует принимать:
  • двойное остекление;
  • стену выполнять из камня с площадью наружной поверхности в пределах 40…100% от площади пола жилого помещения.
  1. Если дом проектируется в умеренной климатической зоне, где средняя температура зимой составляет +2…+7°С тогда следует принимать:
  • двойное или одинарное остекление;
  • стену выполнять из камня с площадью наружной поверхности в пределах 20…70% от площади пола жилого помещения.

Преимущества пассивных солнечных систем теплоснабжения с применением стены Тромба:

  1. Относительно низкая стоимость устройства.
  2. Конструкция простая в обслуживании.
  3. Долговечность и надежность конструкции.

Недостатки пассивных солнечных систем теплоснабжения с применением стены Тромба:

  1. Точность расчетов невысокая, поэтому данной системы теплоснабжения может быть не достаточно для полного обогрева здания.

В Черниговской области (Украина) был построен в 2005 г. двухэтажный дом из соломы с применением стены Тромба, фото 5. Толщина стен составляет 0,46…0,5 м. Применение стены Тромба позволило владельцам такого дома сократить на 40% расходы на отопление, а на кондиционирование на 100%. В зимнее время основным источником тепла является печь, а ранней весной и поздней осенью – стена Тромба. Тепло от стены Тромба поступает в помещения через специальные отверстия – воздуховоды.

Дом из соломы с применением стены Тромба

Фото 5. Дом из соломы с применением стены Тромба

Автор публикации – эксперт GIDproekt

Конев Александр Анатольевич

Конев_А


Если у вас нет времени почитать наши публикации прямо сейчас, подпишитесь на обновления, и мы будем высылать извещения о новых заметках вам на почту

Введите ваш почтовый адрес: