Ściana Trombe’a

 Ten artykuł od 2016-04 zawiera treści, przy których brakuje odnośników do źródeł.
Należy dodać przypisy do treści niemających odnośników do źródeł. Dodanie listy źródeł bibliograficznych jest problematyczne, ponieważ nie wiadomo, które treści one uźródławiają.
Sprawdź w źródłach: Encyklopedia PWN • Google Books • Google Scholar • Federacja Bibliotek Cyfrowych • BazHum • BazTech • RCIN • Internet Archive (texts / inlibrary)
Po wyeliminowaniu niedoskonałości należy usunąć szablon {{Dopracować}} z tego artykułu.
1 – letnie promienie słoneczne,
2 – zimowe promienie słoneczne,
3 – dach,
4 – szyba,
5 – komora, gdzie nagrzewa się powietrze,
6 – ściana akumulacyjna pomalowana z zewnątrz na czarno,
7 – wlot nagrzanego powietrza do pomieszczenia,
8 – wylot schłodzonego powietrza z pomieszczenia,
9 – pomieszczenie,
10 – ściany izolacyjne.
Możliwe tryby pracy ściany Trombe’a latem i zimą

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.

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.

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.

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:

  • a m {\displaystyle a_{m}} – dyfuzyjność cieplna materiału ściany [m²/s],
  • λ m {\displaystyle \lambda _{m}} – przewodność cieplna materiału ściany [W/m·K],
  • ρ m {\displaystyle \rho _{m}} – gęstość materiału ściany [kg/m³],
  • c m {\displaystyle c_{m}} – ciepło właściwe [J/kg·K],
  • T m {\displaystyle T_{m}} – temperatura bloku magazynującego.

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 ( 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:

  • h c 1 , h c 2 {\displaystyle h_{c1},h_{c2}} – konwekcyjne współczynniki przejmowania ciepła,
  • h r {\displaystyle h_{r}} – zastępczy współczynnik przejmowania ciepła,
  • T f {\displaystyle T_{f}} – temperatura powietrza.

Zobacz też

  • pasywne ogrzewanie

Bibliografia

  • Zbysław Pluta: Słoneczne instalacje energetyczne, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2007.
  • p
  • d
  • e
Turbina wiatrowa
Turbina wiatrowa