Poprzednia

ⓘ Ściana Trombe’a




Ściana Trombe’a
                                     

ⓘ Ściana Trombe’a

Ściana Trombe’a – rodzaj pasywnego sposobu pozyskiwania energii opierający się na systemie zysków pośrednich z wykorzystaniem warstwy akumulującej. Koncepcja tego rozwiązania konstrukcyjnego, pierwotnie opatentowana w roku 1881 w USA, została następnie udoskonalona przez francuskiego inżyniera – Félixa Trombe’a i powtórne opatentowana w 1972 roku.

                                     

1. Wstęp

System zysków pośrednich, w przeciwieństwie do systemów zysków bezpośrednich, pozwala uniknąć większych niż tolerowane przez człowieka w zakresie odczuwalnego komfortu cieplnego fluktuacje temperatury pomieszczenia. Uniknięcie gwałtownych zysków ciepła z jednoczesną możliwością opóźnienia okresu dostarczania energii do pomieszczenia, jest możliwe dzięki odizolowaniu wnętrza budynku za pomocą układu magazynującego w postaci grubej masywnej ściany. Natomiast zdolność magazynowania ciepła w przegrodzie masywnej zależy od jej grubości, promieniowania słonecznego i ewentualnych wahań temperatury zewnętrznej. Układ magazynujący poprzedzony jest pustką powietrza i szybą. We współczesnych konstrukcjach na ogół nie stosuje się zwykłych szyb okiennych, lecz izolacje przezroczyste typu komórkowego. Uproszczoną instalacją, bez możliwości przepływu powietrza w szczelinie, nie ma kanałów łączących wnętrze pomieszczenia ze szczeliną powietrzną, jest ściana kolektorowo-akumulacyjna. Warstwa powietrza w szczelinie pełni wówczas rolę dodatkowej izolacji termicznej ściany.

                                     

2. Zasada działania

Promieniowanie słoneczne przechodzi przez pokrycie szklane, następnie jest absorbowane przez ciemną powierzchnię ściany akumulacyjnej, powodując wzrost jej temperatury. Zakumulowana w ścianie energia przekazywana jest do pomieszczenia przez przewodzenie. Odpowiednie przesunięcie fazowe okresu dostarczania energii uzyskuje się przez optymalne dobranie grubości i pojemności cieplnej ściany, uwzględniające lokalne warunki klimatyczne. Dodatkowo przy sprzyjających warunkach nasłonecznienia, poprzez otwarcie kanałów łączących pomieszczenie ze szczeliną pomiędzy ścianą a szybą, można uzyskać przepływ nagrzanego powietrza ze szczeliny do pomieszczenia. Jest to możliwe, gdy siła wyporu, będąca efektem różnych gęstości powietrza w szczelinie i pomieszczeniu będzie dostatecznie duża, by pokonać opory przepływu. Chłodniejsze powietrze z pomieszczenia zasysane jest dolnym kanałem do szczeliny, tam ogrzewane i górnym kanałem wraca do pomieszczenia.

W okresie letnim można wykorzystać ścianę Trombe’a do klimatyzowania pomieszczenia. Chłodne powietrze zasysane jest wówczas z północnej zacienionej strony budynku lub pobierane z wymiennika gruntowego i przez otwarty kanał dolny wpływa do szczeliny, nagrzewa się, a następnie jest odprowadzane przez górny otwór w powierzchni zewnętrznej.

                                     

3. Opis matematyczny

Założenia: jednowymiarowość pola temperatury oraz jednorodność materiału konstrukcyjnego bloku magazynującego.

Przebieg zmian temperatury wewnątrz ściany opisuje równanie przewodnictwa Fouriera:

∂ T m ∂ x = a m ∂ 2 T m ∂ x 2, {\displaystyle {\frac {\partial T_{m}}{\partial x}}=a_{m}{\frac {\partial ^{2}T_{m}}{\partial x^{2}}},} a m = λ m c m ρ m, {\displaystyle a_{m}={\frac {\lambda _{m}}{c_{m}\rho _{m}}},}

gdzie:

  • T m {\displaystyle T_{m}} – temperatura bloku magazynującego.
  • a m {\displaystyle a_{m}} – dyfuzyjność cieplna materiału ściany,
                                     

4. Bilanse energetyczne

Powierzchnia absorbująca ściany

− λ m ∂ T m ∂ x = G β τ α − h c 1 T p − T f s r − h r T p − T c. {\displaystyle -\lambda _{m}{\frac {\partial T_{m}}{\partial x}}=G_{\beta }\tau \alpha -h_{c1}T_{p}-T_{fsr}-h_{r}T_{p}-T_{c}.}

Wewnętrzna szyba

h c 2 T f s r − T c − h r T p − T c = U T c − T α. {\displaystyle h_{c2}T_{fsr}-T_{c}-h_{r}T_{p}-T_{c}=U_{t}T_{c}-T_{\alpha }.}

Przepływające powietrze

ρ f c f v f d ∂ T f s r ∂ y = h c 1 T p − T f − h c 2 T f − T c, {\displaystyle \rho _{f}c_{f}v_{f}d{\frac {\partial T_{fsr}}{\partial y}}=h_{c1}T_{p}-T_{f}-h_{c2}T_{f}-T_{c},}

gdzie:

  • T f {\displaystyle T_{f}} – temperatura powietrza.
  • h r {\displaystyle h_{r}} – zastępczy współczynnik przejmowania ciepła,
  • h c 1, h c 2 {\displaystyle h_{c1},h_{c2}} – konwekcyjne współczynniki przejmowania ciepła,
                                     
  • związane z wykorzystaniem ogrzewania pasywnego budynku takie jak: ściana Trombe a stałe elementy zacieniające powierzchnie przeszklone w okresie letnim
  • postaci pojedynczej szyby miały miejsce w latach pięćdziesiątych ściana Trombe a Okazały się one jednak mało efektywne, głównie ze względu na duże
  • ogrzewania budynków. Szczególnie efektywną metodą takiego ogrzewania jest ściana Trombe a Wykorzystanie różnicy gęstości pomiędzy powietrzem ogrzanym a powietrzem

Użytkownicy również szukali:

system balcomba,

...
...
...