System zysków pośrednich. Ściany termiczne lekkie, ciężkie, baseny jako absorbery promieniowania słonecznego

tmp15e6-4Wykorzystanie energii słonecznej w systemach pośrednich polega na umieszczeniu tuż za przeszkleniem elementów odbierających promieniowanie. Do powierzchni odbiornika dociera promieniowanie słoneczne o długości fali od 0,3 do 3,0 μm i ogrzewa go. Odbiornik emituje fale cieplne długości od 4 do 30μm, które są zatrzymywane przez przegrodę szklaną; jedynym pośrednikiem jest tu powietrze. Lekkimi elementami pochłaniającymi, podobnie jak w typowych kolektorach powietrznych, są blachy różnych metali, tworzywa sztuczne, różnego typu żaluzje i tym podobne lekkie przegrody budowlane, które umieszcza się za przeszkleniem w elewacjach południowych.
Niewielka masa tych przegród sprawia, że pobrane ciepło jest natychmiast wypromieniowywane, co powoduje duże wahania temperatury wewnątrz pomieszczenia, a więc stanowi wadę systemu.

Lepszym rozwiązaniem jest umieszczenie za przeszkleniem grubego, maksymalnego muru betonowego, który nagrzewa się wolniej, ale ciepło oddaje dłużej i łagodniej. Rozwiązanie takie spopularyzował w latach sześćdziesiątych francuski uczony, pracujący w narodowym Centrum Badań Naukowych w Odeillo (CNRS), prof. F. Trombe. Od tego czasu ta prosta, a bardzo efektywna metoda, stała się bardzo powszechna. Do budowy ściany Trombe’a używa się materiałów o dużej gęstości i pojemności cieplnej.

Najlepszymi materiałami używanymi do budowy ścian Trombe’a są: beton z kruszywem kamiennym, żelbet, cegła pełna klinkierowa, kamień i woda.

Charakterystyka przegród i materiałów używanych w biernych systemach słonecznych

 

Rodzaj materiału i rodzaj przegrody Gęstość

kg/m³

Ciepło właściwe kJ/kgK Współczynnik przewodności cieplnej W/(m²K) Pojemność cieplna kJ/(m³.K) Współczynnik wyrównawczy temp. m³/h
Beton z kruszywem kamiennym 3400 0,84 1,45 2016 0,0026
Beton komórkowy 800 0,84 0,29 672 0,0016
400 0,84 0,14 336 0,0015
Trocinobeton 1200 1,46 0,47 1752 0,0010
500 1,46 0,29 1168 0,0009
Żużlobeton 1800 0,84 0,87 1512 ‚ 0,0021
1000 0,84 0,40 840 0,0017
Keramzytobeton 1600 0,84 0,87 1344 0,0023
800 0,84 0,29 672 0,0016
Żelbet 2500 0,84 1,63 2100 0,0028
Ściany murowane:
— z cegły pełnej 1800 0,84 0,79 1512 0,9019
— z cegły dziurawki 1400 0,84 0,64 1176 0,0020
— z cegły silikatowej 1900 0,84 1,05 1596 0,0024
— z cegły magnezowej 1920 0,84 3,80 1613 0,0085
— z cegły klinkierowej 1900 0,92 1,05 1748 0,0022
Drewno sosnowe

i świerkowe

550 2,72 0,17 1496 0,0004
Kamień zwykły 2400 0,84 2,56 2016 0,0046
Żużel paleniskowy 1000 0,75 0,29 750 0,0014
900 0,75 0,26 675 0,0014
Keramzyt 500 0,75 0,16 375 0,0015
Woda 1000 4,18 0,58 4180 0,0005
Powietrze 1,2 1,00 0,026 1,2 0,0780

Mur Trombe’a pełni funkcje: kolektora, zasobnika i emitera (radiatora) ciepła Dzięki swej masie może zgromadzić ciepło na dobę lub dwie, a jego reakcja na duże napromieniowanie jest niewielka i następuje z przesunięciem fazowym.

Do budowy muru Trombe’a oprócz materiałów stałych można użyć wody w pojemnikach. Woda ma dużo lepsze właściwości jak wszystkie inne materiały . Można ją zgromadzić w ciemnych nieprzeźroczystych zbiornikach ustawionych za przeszkleniem, jak to uczynił S. Bear w domu zrealizowanym w Albuquerque USA (ściana z beczek blaszanych napełnionych wodą o pojemności 208 1 każda) lub w przeźroczystych tubach z tworzywa sztucznego, jak to zaprojektowała amerykańska firma Kaltwalwall Corporation.

Wymagania dotyczące ściany Trombe’a są w naszym klimacie następujące: 0,6 —1,0 m2 ściany na 1 m2 podłogi dla ścian betonowych lub 0,45 — 0,85 m2 na 1 m2 podłogi dla ścian wodnych. Ściany ceglane winnv mieć grubość 25 — 38 cm, betonowe 30 — 45 cm, a wodne — 15 — 30 cm. Ściany winny być odsunięte od przeszklenia zewnętrznego (2 szyby) o minimum 12 cm (o 1/15 —1/20 wysokości kolektora). Dla poprawienia sprawności ścian zalecane jest umożliwienie cyrkulacji powietrza w przestrzeni między szybą a ścianą. Otwory w ścianie umożliwiające cyrkulację powietrza powinny mieć sumaryczną powierzchnię równą 1/20 powierzchni całej ściany. W czasie chłodnych dni należy zamknąć otwór górny, aby nie nastąpiła cyrkulacja odwrotna.

W najnowszych wariantach ściany Trombe’a, zamiast kłopotliwych osłon cieplnych opuszczanych na noc, stosuje się pokrywanie zewnętrznej części muru warstwami selektywnymi. Warstwy te nie pogarszają sprawności pochłaniania promieniowania słonecznego przez ścianę, a zapobiegają promieniowaniu cieplnemu ściany w kierunku szyby (na zewnątrz). Skuteczność ich jest taka sama jak izolacji cieplnych (żaluzji). Ściana Trombeła może być również krótkoterminowym magazynem ciepła. W takich przypadkach należy zwiększyć jej masę nie więcej niż o 10 do 20%.
W celu poprawienia sprawności ściany, łączy się ją z materiałami ulegającymi przemianom fazowym, co zwiększa czas i ilość magazynowanej energii cieplnej. Przy następujących po sobie słonecznych dniach, ściana jest w stanie gromadzić coraz to więcej energii. Eksperymenty amerykańskie i francuskie przeprowadzone na początku lat osiemdziesiątych potwierdzają, że efektywność takiej ściany jest o ok. 50% wyższa jak tradycyjnych ścian Trombe’a.
Wykonano obliczenia zysków z promieniowania słonecznego dla domu jednorodzinnego stojącego w Zakopanem, Warszawie i Mikołajkach. Dom ten, o 160 m2 powierzchni użytkowej i 29 m2 ściany Trombe’a od południa, o formie tradycyjnej, jedynie o zwiększonej izolacyjności cieplnej ścian zewnętrznych, uzyskiwał z promieniowania słonecznego, odbieranego przez ścianę Trombe’a: w Zakopanem 20%, w Warszawie 14%, a w Mikołajkach 15% pokrycia zapotrzebowania na ciepło.
Innym sposobem na absorbowanie i magazynowanie promieniowania słonecznego jest budowa basenu wodnego, który w obudowie powinien mieć mocno przeszkloną południową ścianę, pia zmniejszenia parowania (ochładzania się) wody w prywatnych basenach bardzo skuteczne jest przykrywanie ich na noc i w pochmurne dni izolacją cieplną, co ułatwia utrzymanie temperatury wody w granicach od 25 do 30°C.
Do absorpcji promieni słonecznych mogą być również użyte zbiorniki z wodą umieszczane na dachu, na nieizolowanej termicznie konstrukcji stropu. Na mniejszych szerokościach geograficznych są one dobrym sposobem na pozyskiwanie ciepła zimą, a ochładzanie pomieszczeń latem; w naszym klimacie są nieprzydatne.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *