بخشی از مقاله
چکیده
انسان، همواره از دیرباز سعی بر آن داشته است که از ابزار محیطی اطراف خود به بهترین شکل ممکن استفاده کند. با توجه به بررسی های انجام شده، نزدیک به یک سوم از کل انرژی مصرفی هر جامعه مربوط به بخش ساختمان است. در این راستا، استفاده از سامانههای خورشیدی به منظور مصرف بهینه انرژی و کاهش هزینه ها از اهمیت به سزایی برخوردار میباشد.
این سامانه ها به دو دسته کلی سامانههای پویا و سامانههای ایستا تقسیم میشوند. ترومب، یک سامانه ایستا متشکل از نوعی دیوار تیره ذخیره ساز حرارتی با جنس مصالح بنایی و شیشه است که به عنوان یک مصالح نوین جذب کننده انرژی مطرح میباشد. این سامانه میتواند نقش موثری در صرفه جویی و تامین بهینه انرژی مصرفی ساختمان و همچنین رسیدن به معماری پایدار ایفا کند. هدف از پژوهش حاضر بررسی سازوکار و اعلام مزایای استفاده از دیوار ترومب بوده است.
1. مقدمه
مساله تامین انرژی از جمله دغدغه ها و چالش های اساسی بشر در قرن حاضر میباشد.در این راستا، بشر همواره به دنبال یافتن روشهای بهینه نوین وکارآمد به منظور تامین انرژی مورد نیاز خود بوده است. از آنجا که مقدار انرژی تابش خورشید بر روی کره زمین حدودا 6000 برابر کل مصرف انرژیهای سالیانه بر روی زمین میباشد [1]، اهمیت توجه به این منبع حیاتی در تامین نیازهای روزمره بشر، امری ضروری است.
در ساختمانها فرصت حفظ و بقای انرژی وجود دارد؛ زیرا برای گرمایش، سرمایش و تهویه هوا و غیره به انرژی نیاز است که از میان آن ها گرمایش سهم عمده ای در مصرف انرژی دارد. با استفاده از انرژی پاک و تجدید پذیر خورشیدی می توان تا حد زیادی انرژی مورد نیاز ساختمان را جهت گرمایش تامین کرد. یکی از این روش ها استفاده از روش جذب غیرمستقیم به وسیله دیوار ترومب میباشد
دیوار ترومب در ابتدا توسط مهندس فرانسوی به نام فلیکس ترومب در سال 1964 معرفی شد .[2] این دیوارهای ترومب بومی متشکل از دو دیوار آجری با فضای خالی مابین و با فاصله معین بود. دیوار آجری خارجی با ضخامت کمتری نسبت به دیوار خارجی نقشی مشابه شیشه را بازی میکند .ضخامت کم این دیوار وهمچنین نوع مصالح به کار .دیوار داخلی می باشد رفته در آن باعث بالا بردن ضریب هدایت حرارتی آن میشود. در نتیجه لایه هوای محبوس بین دو جداره به سرعت گرم میشود و دیوار مجاور خود دیوار داخلی را نیز گرم میکند .تشعشع دیوار خارجی به دیوار داخلی نیز به این گرمایش کمک میکند
با توجه به این که دیوار داخلی از مصالح آجر با ظرفیت حرارتی بالا میباشد و ضریب هدایت حرارتی پایینی دارد و ضخامت زیاد ان نیز به بالا رفتن زمان تاخیر کمک میکند در نتیجه در روز گرما در درون دیوار داخلی محبوس میماند و بعد از سپری شدن زمان تاخیر این حرارت در شب به تدریج به داخل فضا تشعشع می شود. نمونههایی از این نوع دیوار در LADAKHI در هند و قزاقستان دیده شده است.
در دیوار ترومب بومی جداره داخلی به دلیل ضخامت بیشتر قابلیت هدایت حرارتی پایینی دارد، در حالیکه تیغه خارجی دیوار به دلیل ضخامت کمتر، قابلیت هدایت حرارتی بسیار بالاتری دارد. همین ویژگی باعث شده لایه خارجی در دیوار ترومب بومی بتواند نقش شیشه را بازی کند. با توجه به این که آجر هیچگاه نمیتواند از نظر عبور وانتقال انرژی برابر شیشه عمل کند بنابراین واضح است که بازدهی دیوارهای ترومب بومی پایینتر از دیوارهای ترومب شیشه دار امروزی میباشد
اما از مزایای این دیوار اجرای آسانتر و ایمنی بیشتر است. مصالحی که برای تیغه خارجی در دیوار ترومب بومی استفاده می شود، علاوه بر آجر، نوعی گل رودخانه ای رسوبی بوده است که با استفاده از آن، دیوارهای سفالی نازکی میساختند که جداره خارجی دیوار ترومب بومی را تشکیل میداده است
شکل.1 برش عمودی دیوار ترومب بومی
در شکل - 1 - اگر چه از لحاظ ساختار کلی بین دیوار ترومب بومی و دیوارهای دو جداره تفاوتی احساس نمی شود، اما در واقع فاصله دو لایه داخلی وخارجی در دیوار ترومب بومی به مراتب بیشتر از این فاصله در دیوار دو جداره می-باشد. بنابراین، در دیوار دو جداره، لایه هوای بین دو دیوار داخلی و خارجی ساکن بوده و مانند یک عایق حرارتی عمل می کند و مانع از هرگونه انتقال حرارت بین دو طرف دیوار می شود. حال آنکه در دیوار ترومب بومی این لایه هوا دقیقا معکوس عمل کرده و حرارت را با استفاده از همرفت،تشعشع وهدایت، از جداره خارجی به جداره داخلی منتقل میکند
این دیوار در آزمایشگاه Los-Almos در ایالت نیومکزیکو در امریکا به مرحله تولید و بهره برداری رسید
2. ساز و کار دیوار ترومب و انواع آن
در ساختمان سازی برای حفاظت از انرژی و با توجه به اقلیم می توان از سیستم انرژی خورشیدی استفاده کر.[3] جذب انرژی از منبع، ذخیره کردن انرژی در یک انباره یا خازن انرژی، پخش کردن انرژی در فضا از مراحل اولیه ای است که انرژی طبیعی در یک سامانه ایستا باید طی کند تا بتواند در فضای داخلی مورد استفاده قرار بگیرد
در دیوار ترومب که از نوع سامانه های جذب غیرمستقیم میباشد، انرژی تابشی خورشید از شیشه عبور کرده و به سطح تیره دیوار میرسد و درون دیوار بصورت گرما ذخیره می شود. حرارتی که سطح تیره جذب و به سمت شیشه تابش میشود؛ باتوجه به اینکه طول موج پرتوهای گرمایی و تابش مستقیم آفتاب نمیتوانند از پشت و میان شیشه به سادگی نفوذ کنند، هوای محصورشده بین شیشه و دیوار را گرم میکنند. در نتیجه چگالی هوا کاهش یافته، به سمت بالاحرکت میکند و وارد اتاق میشود و هوای سرد از دریچه پایین جایگزین آن شده و بدین صورت گردش هوا تا گرم شدن اتاق ادامه مییابد
در شب دمای سطح جذب کننده و لایه مجاور آن از دمای هوای اتاق کمتر میشود و در نتیجه منجر به وارد شدن هوای سرد از پایین وارد فضای خانه و هوای گرم از دریچه بالایی وارد فضای بین دیوار و شیشه شود - شکل . - 2 برای جلوگیری از این عمل در هنگام شب از یک صفحه سبک روی دریچه استفاه میشود تا در شب امکان جابجایی هوا وجود نداشته باشد
شکل.2 ساز و کار دیوار ترومب
یک دیوار ترومب متداول متشکل از یک دیوار بنایی - معمولا بتنی - با ضخامت 20-40 سانتیمتر که با رنگ تیره پوشیده شده و از مصالح جاذب حرارت در آنها استفاده شده است و مجاور یک شیشه یک جداره یا دو جداره قرار میگیرد .شیشه با فاصله 20 تا 150 میلیمتر از دیوار قرار گرفته تا یک فضای جریان هوا ایجاد شود. شیشه مانع تابش گرما از سطح گرم دیوار به خارج می شود .گرمایی که توسط دیوار تابیده میشود در فضای بین دیوار و شیشه محبوس می شود .برای یک دیوار ترومب به ضخامت 40 سانتیمتر 8 تا 10 ساعت طول میکشد تا گرما به فضای داخلی برسد .این بدان معنی است که اتاق در طول روز راحت ودور از گرما باقی میماند واین به طور زیادی استفاده از سامانه های گرمایی وسرمایی رایج را میکاهد
