淺談Trombe保溫墻系統的應用

【摘要】利用Trombe 保溫墻系統的工作原理，總結其運行優點和缺點，尋找適宜的綜合運用方式，以使其在建筑節能設計上做出貢獻。

【關鍵字】Trombe墻PV—Trombe冬夏兼顧Tromb墻

圖洛姆（Trombe）保溫墻系統是由法國太陽能實驗室主任Felix Trombe教授研制成功的，它是一種典型的集熱-貯熱式被動式太陽房形式。Trombe保溫墻系統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，有利于大大減少這些地區的采暖能耗，改善當地居民的居住環境.本文主要闡述現今新型的圖洛姆保溫墻系統，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”原理加熱夾層空氣，從而產生熱壓來驅動空氣流動(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:一是通過墻體熱傳導，熱量通過對流及輻射的方式傳入室內；二是通過

空氣對流傳導熱量，夾層熱空氣經蓄熱

墻上下風口與房間空氣對流，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，夜間墻的內表面以輻射和自然對流方式將熱量釋放到室內。在夏季，利用夾層的“熱煙囪”作用，室內熱空氣經玻璃蓋板上的排氣口排出，從而達到通風降溫的目的。

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，因此，經過研究和改良，目前已出現多種新型的圖洛姆保溫墻應用方式。

二、圖洛姆保溫墻的新型應用方式

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計的住宅中用容水器來充當蓄熱材料。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涂成黑色，朝向室內的一側涂成白色。室外的隔

熱百葉窗可以在冬季的夜晚將熱保留在室內，在夏季的白天將熱阻擋在室外。這一百葉窗，當放倒至地面時，可作為反射器，以增加太陽能的采集。在室內可以通過一根繩索將百葉窗升起或放倒。同時，在溫暖的冬日下午，當不需要采暖時，可以拉上圓筒內側的窗簾以延緩熱的傳遞直到需要時再打開。

大多數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。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，豐富室內效果[1]。實驗證明，清澈的水與有色的水或不透明容器對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)、冬季用上下通風口、夏季用上下擋板、以及夏季用卷簾組成，其中光伏玻璃板由玻璃蓋板和光伏電池構成。

在冬季白天，打開集熱墻上的上下通風口，關閉上下擋板，收起卷簾，當太陽輻射投射到光伏玻璃板的有光伏電池部分，小部分轉化成電能，大部分轉化成熱能，使光電池溫

度升高；當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，導致集熱墻溫度升高。在夜間，關閉上下通風口，白天被集熱墻和室內其他墻體吸收的熱量通過輻射和自然對流方式釋放到室內，這樣可以避免中午可能溫度過高和全天溫度波動大引起居住者的不舒適感[2]。

在夏季，關閉集熱墻的上下通風口，打開上下擋板，展開卷簾遮擋集熱墻，在空氣流道內熱虹吸作用下，冷空氣由下擋板處進入空氣流道，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，從而降低室內冷負荷。

2.3 適于夏熱冬冷區使用的冬夏兼顧Trombe墻

直接把Trombe墻用在夏熱冬冷區，會導致冬季采光效果較差，夏季通風效果不好，且在夏季會導致室內溫度過高，故較少直接采用。因此，經過一系列研究分析，由重慶大學唐鳴放教授設計出一套冬夏兼顧的Trombe設計方案，是將傳統太陽能的利用轉化為多種方式的復合調節，主要將窗按照兩大部分進行設計。一部分為上部直接受益式兼采光的可調節垂直角度窗體部分，第二部分為下部的對流環路部分。這種復合設計的好處有 3 點：①可以實現普通窗的正常采光和通風；②可以滿足冬季提高室內溫度并保持恒溫的要求；③在夏季，通過角

圖4 節能窗夏季工作示意圖 圖5 節能窗冬季工作示意圖

圖片來源：唐鳴放.夏熱冬冷地區被動太陽能利用與夏季防熱設計研究

度的調節，可以形成自遮陽，并控制熱空氣流向室內，有效控制夏季室內溫度過高。

在夏季，結合夏熱冬冷地區夏季通風、遮陽的需要，將窗設計成遮陽、通風合為一體的結合體（如圖4）。假設某地區的太陽高度角為 α，則節能窗的可調節部分向室內旋 90-α 度，這樣利用自身傾斜的角度形成了自遮陽，并使得窗臺的上部出風口和室外流通，熱空氣上升，流出室內，形成自然通風。

在冬季，節能窗的下部可調節部分處于垂直狀態，使得窗臺體上部出風口和室內流通，在下部窗臺體的加溫下，使得熱空氣在室內循環，得到良好的室內舒適熱環境[3]（如圖5）。

為更好避免夏季過熱問題，還可以采取其他加強措施。通過采用雙層玻璃窗，加強外墻保溫，以降低內表面溫度及傳入室內的熱量。冬季通過在夜間用厚窗簾，關閉通風孔，減少室內熱空氣的流失。夏季通過在窗臺上和Trombe空腔內放置綠化盆，局部降低溫度，減少向室內的熱量傳遞。

三、小結

圖洛姆保溫墻系統是被動式太陽能采暖方式的一種，通過以上的分析總結，了解到新型Trombe保溫墻系統具有良好的適應性及可行性。但是由于地區、氣候、造價等因素，目前這門技術在國內的推廣度不夠，成功案例較少，Trombe保溫墻系統在我國仍處于實驗測試階段，因此，為完善和早日運用這一有效的建筑節能技術，應該做出更多的實驗和嘗試，希望其在我國為建筑節能做出廣泛的貢獻。

【參考文獻】

[1] 諾伯特#8226;萊希納.《建筑師技術設計指南—采暖#8226;降溫#8226;照明》[M]中國建筑工業出版社，2004.

[2] 季杰 . 新型PV-Trombe墻的實驗 [J].中國科學技術大學學報 . 2006 (04)

[3] 唐鳴放.夏熱冬冷地區被動太陽能利用與夏季防熱設計研究[J]. 建筑節能. 2010 (12)

[4] 陳濱. 孟世榮.陳會娟.陳星.孫鵬.丁穎慧.被動式太陽能集熱蓄熱墻對室內濕度調節作用的研究 [J].暖通空調 . 2006 (03)

[5] 何偉，季杰，張愛鳳，裴剛，董軍，程洪波。帶改進型rombe墻體的熱箱熱性能的實驗測定和分析.中國科學技術大學學報.2003.33(5).567一572

[6]陳濱，陳星，丁穎慧，陳會娟.冬季特朗貝墻內置卷簾對墻體熱性能的影響.太陽能學報，2006，27(6)，564一570

[7] ] 賈永英，王影. 新型太陽能集熱墻空氣間層溫度場的模擬計算 [J]. 科學技術與工程. 2010 (23)

[8] 蔣斌.易樺. PV-Trombe墻體的試驗和數值模擬 [J]. 可再生能源. 2008 (03)