بخشی از مقاله
دیوار ترومب: سامانه ای پایدار از گذشته تا حال
چکیده
بیش از یک قرن است که رابطه انسان با جهان طبیعی، به دلیل طیف وسیعی از بحرانهای محیطی، به عنوان مقوله ای مهم و آزاردهنده مطرح شده است. جنبش توسعه پایدار، توجه به مسئله انرژی و بوم گرایی، در سطح وسیعی در راس برنامه های فعلی بیشتر دولتهاست. انسان، امروز از لحاظ صرفه جویی در مصرف انرژی در موقعیتی قرار دارد که هیچگاه تا بدین وضعیت بحرانی نبوده است و این در حالی است که ساختمانها بیش از نیمی از مصرف انرژی جهان را به خود اختصاص داده اند. روشهای بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان بسیار متنوع است، یکی از این روشها، دیوار ترومب می باشد. دیوار ترومب اگرچه ظاهراً به عنوان اختراعی جدید شناخته شده، اما به عنوان یک تکنیک باستانی در معماری بومی کاربرد داشته و نقش مؤثری در گرمایش و سرمایش بناها ایفا می کرده است. این سامانه ایستای خورشیدی، که به صورت جذب غیرمستقیم کار می کند، انرژی تجدیدپذیر خورشید را جایگزین انرژی های فسیلی کرده و بنابراین کمک شایانی به صرفه جویی انرژی می نماید. این مقاله به بررسی و مطالعه دیوار ترومب در معماری بومی پرداخته و روش تحقیق اصلی در آن، مبتنی بر روشی تطبیقی و بر اساس مطالعات کتابخانه ای و به ویژه جستجو در سایتهای اینترنتی می باشد. در این مطالعه، ساختار دیوار ترومب بومی تشریح شده و تفاوتهای آن با دیوار ترومبا مدرن مشخص گردیده است. دیوار ترومب می رود تا با فراگیر شدن در معماری فردا، به عنوان یک سیمای موثر از طراحی ایستای خورشیدی بکار رود.
کلمات کلیدی
طراحی پایدار، سامانه ایستا، دیوار ترومب، ظرفیت حرارتی، انباره حرارتی، زمان تأخیر، سامانه دوگانه
۱- مقدمه
Trombe wall برای اولین بار توسط مخترعی فرانسوی (FILLX TROMBE) در اواخر ۱۹۵۰ میلادی و سپس در آزمایشگاه LOS-Almos در ایالت نیومکزیکو در آمریکا ساخته شد. اگرچه این سامانه به عنوان یک اختراع جدید ثبت شد، اما مروری بر معماری بومی کشورهای مختلف جهان نشان می دهد که این سامانه در گذشته به عنوان یک تکنیک برای گرمایش فضا مورد استفاده قرار می گرفته است. از دوران باستان دیوارهای ضخیم خشتی یا سنگی استفاده می شده است، تا گرمای خورشید را در طول روز در خود ذخیره و آن را به آرامی و در شب آزاد کنند. بناهای ایستای کنونی، اغلب این تکنیک را با ترکیب ذخیره (اندوخته) و پخش گرما ارتقاء داده اند. از جمله مزایایی که دیوار ترومب در ساختمان دارد عبارتست از:
• استفاده از انرژی تجدیدپذیر خورشیدی و عدم تکیه بر سوختهای فسیلی
• جلوگیری از آلودگی های زیست محیطی ناشی از مصرف سوختهای فسیلی
• کاهش هزینه های مربوط به گرمایش و سرمایش در بنا
• قابل کنترل بودن از لحاظ مقدار انرژی وارد شده به فضا به دلیل جذب غیر مستقیم
• احساس آسایش بیشتر در مقایسه با سامانه های مرسوم مکانیکی، به دلیل پخش تدریجی انرژی گرمایی و تشعشع مادون قرمز توسط سطح گرم دیوار به داخل فضا
• عدم اشغال فضای داخلی
• قابل ترکیب بودن با پنجره ها، پیش آمدگی ها و دیگر عناصر برای دریافت متعادل و یکنواخت گرمای خورشید
• مناسب بودن برای استفاده در فضاهای شب هنگام
• تأثیرپذیری اندک از مقتضیات منطقه در مقایسه با سامانه های جذب مستقیم
• هزینه ساخت پایین و آسان، و عدم نیاز به فن آوری ویژه در مقایسه با سامانه های ایستای دیگر
• نیاز اندک به نگهداری و تعمیر، به دلیل غیر متحرک بودن اجزا
• و نهایتا، پایدار بودن این سامانه
۲- ساختار سامانه دیوار ترومب
سامانه های انرژی زای طبیعی که شامل سامانه های ایستا و فوق ایستا است، وابسته به جریان انرژی تجدیدپذیر هستند، مانند تابش آفتاب و جریان هوا (باد) که در میان و اطراف بنا موجود است و در جهت ایجاد آسایش انسان مورد استفاده قرار می گیرند. انرژی تجدید پذیر در سامانه های ایستا جریان می یابد؛ بدین مفهوم که انرژی تجدید پذیر از میان بنا و به وسیله روشهای طبیعی انتقال انرژی مثل تشعشع جریان پیدا کرده و سامانه گرمایشی و سرمایشی را قادر می سازد تا بدون احتیاج به انرژی فسیلی یا مکانیکی عمل کند. مراحل اولیه ای که انرژی طبیعی در سامانه های ایستا باید طی کند تا بتواند در فضای داخلی مورد استفاده قرار بگیرد عبارتند از:
• جذب انرژی از منبع، (Collection)
• ذخیره کردن انرژی در یک انباره یا خازن انرژی
ه پخش کردن انرژی در فضا، (Disttibution) سامانه ایستا از عناصر پیوسته ای تشکیل شده است تا بتواند بازدهی خاصی را که از قبل برای آن تعریف شده ایجاد کند. طراحی دقیق این عناصر برای عملکرد مؤثر سامانه بسیار مهم است. عوامل اولیه و ثانویه با هم بکار گرفته می شود تا فرایند انتقال نیرو اتفاق بیافتد. از ترکیب و ترتیب عناصر اولیه یعنی S ،C و D می توان سامانه های مختلف و متنوعی را طراحی کنیم. عناصر ثانویه و فرعی نیز وجود دارد که نقش بسیار بالایی در راندمان و یا موثر بودن سامانه دارند. همانطور که مطرح شد، ترکیب و ترتیب عناصر اولیه یعنی جذب و ذخیره و پخش سه نوع چیدمان می دهد. این سه روش چیدمان، در حقیقت سه نوع رابطه بین نیروی طبیعی اطراف بنا و انبار ذخیره و فضای زندگی و کار است که اساس سه نوع سامانه ایستا را تشکیل می دهد.
1- سامانه های جذب مستقیم (Direct Gaill-DG)
2- سامانه های جذب غیر مستقیم (IDG -Indirect Galin)
3- سامانه جذب مجذا (IG Isolate Gain)
دیوار ترومب از نوع سامانه های جذب غیر مستقیم می باشد. در این سامانه، انرژی به طور غیر مستقیم وارد فضای کار و زندگی می شود و بنابراین یکی از مزیتهای آن نسبت به سامانه های جذب مستقیم این است که انرژی را می توان به مقدار دلخواه وارد فضا کرد. (تصویر ۱)
۳- دیوار ترومب نوین یک دیوار
ترومب متداول، متشکل از یک دیوار بنایی (معمولا بتنی) با ضخامت ۴۰ تا ۲۰ 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 جدارد قرار می گیرد، شیشه با فاصله ۲۰ تا ۱۵۰ میلیمتر از دیوار قرار گرفته تا یک فضای جریان هوا ایجاد شود.
گرمای خورشید پس از عبور از شیشه توسط دیوار جذب و در آن ذخیره می شود و به آرامی توسط دیوار به داخل فضا هدایت می شود. دیوار در طول روز گرم می شود و گرمایش را در طول شب به محیط داخل اتاق پس می دهد. همچنین یک سری دریچه هایی هم می تواند در دیوار تعبیه شود تا اتاق را در طول روز هم گرم کند. شیشه مانع تابش گرما از سطح گرم دیوار به خارج می شود. گرمایی که توسط دیوار تابیده می شود در فضای بین دیوار و شیشه محبوس می شود. برای یک دیوارترومب با ضخامت ۴۰ سانتیمتر حدود ۱۰-۸ ساعت طول می کشد تا گرما به فضای داخلی برسد. این بدان معنی است که اتاق در طول روز راحت و دور از گرما باقی می ماند و این به طور فزاینده ای استفاده از سامانه های گرمایی و سرمایی رایج را می کاهد. تصویر 2
۱-۳- انواع دیوار ترومب
در اینجا دو نوع متداول از دیوارهای ترومب نوین معرفی می گردد: دیوار ترومب بدون جریان هوا و دیوار ترومب با جریان هوا، که در زیر به معرفی هر یک پرداخته می شود.
۱-۱-۳- دیوار ترومب بدون جریان هوا (unvented)
در این نوع دیوار ترومب، که از روش تشعشع Radiation برای انتقال گرما استفاده می شود، گرمای خورشید در طول روز درون دیوار ذخیره می شود و در شب به روش تشعشع به داخل فضا آزاد می شود. بنابراین این نوع دیوار ترومب، فقط برای گرمایش به ویژه در شب استفاده می شود. این نوع دیوار نقشی در گرمایش فضا در روزهای زمستان و سرمایش قضا در فصول گرم بازی نمی کند. قاصله بین دو جدارد دیوار ترومب در روش unvented بین ۲ تا ۲/۵ سانتیمتر می باشد. (تصویر ۳).
۱-۳ -- ۲. دیوار ترومب با جریان هوا (Vented)
در این نوع دیوار ترومب، که از هردو روش جابه جایی Ventilation و تشعشع Radiation برای انتقال انرژی استفاده می کند، دو دریچه (دمپر) به ابعاد به فاصله مساوی در بالا و پایین دیوار تعبیه می شود. بر خلاف نوع قبلی، این نوع دیوار می تواند هم به عنوان بین یک سامانه گرمایشی و هم به صورت یک سامانه سرمایشی عمل نماید. فاصله بین دو جداره دیوار ترومب در روش Ventedبین 10 تا 15 سانتی متر می باشد.
۱-۳ - ۱-۲. گرمایش در زمستان
فضای داخلی در روز، به روش جابه جایی جریان هوا از طریق دریچه های کنترل جریان هوا (دمپرها) و در شب از طریق تشعشع دیوار داخلی گرم می شود. بنابراین این نوع دیوار بر خلاف نوع قبلی در فصول سرد، در تمام مدت شبانه روز فضا را گرم می نماید.
دریچه ها در روز باز می شوند و از دریچه پایینی، هوای سرد اتاق، وارد فضای بین دیوار ترومب و شیشه خارجی شده و پس از گرم شدن بالا می رود. سپس هوای گرم شده از دریچه بالایی، وارد اتاق می گردد. بدین ترتیب در زمستان هوای اتاق در روز با استفاده از دیوار ترومب از نوع Vented گرم می شود. شب هنگام نیز برای گرمایش فضا دریچه های بالایی و پایینی را می بندند و دیوار ترومب حرارت جذب شده در طول روز را پس از طی زمان تأخیر، از طریق تشعشع به داخل فضا آزاد می سازد. (تصویر ۴)
