Tường Trombe: Giải pháp lưu trữ năng lượng mặt trời thụ động

Bức tường Trombe là gì?

Tường Trombe, còn được gọi là tường năng lượng mặt trời, được xây dựng bằng các lớp đá dày và được sử dụng để lưu trữ nhiệt do các tấm pin mặt trời tạo ra một cách hiệu quả. Khoảng cách kính và không khí giữa bức tường hướng nắng và bên ngoài cho phép năng lượng mặt trời được hấp thụ vào ban ngày và nhẹ nhàng giải phóng vào bên trong ngôi nhà vào ban đêm.

Được xây dựng trên một bức tường quay về phía xích đạo, các bức tường Trombe hoàn toàn thụ động và hiệu quả, vì vậy chúng có thể là một lựa chọn hấp dẫn cho những ngôi nhà ở vùng sâu vùng xa hoặc các tòa nhà không có lưới điện.

Bức tường Trombe đầu tiên được xây dựng ở Pháp vào năm 1967. Hệ thống này được đặt theo tên của kỹ sư Felix Trombe, kết hợp kính và vật liệu hấp thụ nhiệt tối màu để dẫn nhiệt từ từ vào nhà.

Tường Trombe hoạt động như thế nào?

Nhiều ngôi nhà thụ động và không tốn năng lượng phụ thuộc nhiều vào các bức tường Trombe vì khối lượng nhiệt và khả năng chịu tải của chúng. Sau khi hấp thụ nhiệt, chúng phân phối nhiệt khắp nhà theo nhiều cách khác nhau, trong đó lỗ thông hơi là phổ biến nhất hiện nay.

Những lỗ thông hơi này cho phép không khí nóng bốc lên và không khí mát đi vào từ bên dưới, giúp duy trì nhiệt độ ổn định trong nhà. Tùy thuộc vào khí hậu và nhu cầu của ngôi nhà, những lỗ thông hơi này có thể được sửa đổi theo nhiều cách để nâng cao hơn nữa hiệu quả sử dụng năng lượng của ngôi nhà.

Bức tường Trombe tiêu chuẩn đặt kính khoảng 1 đến 2 inch từ bức tường xây tối màu dày 4 đến 16 inch, thường được làm bằng gạch, đá hoặc bê tông. Nhiệt lượng mặt trời đi qua kính, được hấp thụ bởi bức tường khối nhiệt, sau đó từ từ tỏa vào nhà.

Bức xạ mặt trời trực tiếp có bước sóng ngắn hơn và do đó dễ dàng truyền qua thủy tinh, nhưng nhiệt tái phát ra từ khối nhiệt có dạng bức xạ có bước sóng dài hơn, không thể truyền qua thủy tinh một cách dễ dàng. Đặc tính này của bức xạ mặt trời giữ nhiệt giữa tấm kính và tường xây, cho phép tường Trombe hấp thụ nhiệt hiệu quả đồng thời hạn chế thải nhiệt ra môi trường.

Hơn nữa, vì tấm kính chỉ ở bên ngoài bức tường nên nhiệt có thể tự do truyền vào bên trong ngôi nhà, quá trình này thường mất khoảng 8 đến 10 giờ đối với một bức tường Trombe dày 20 cm. Điều này có nghĩa là bức tường hấp thụ nhiệt vào ban ngày và từ từ thải nhiệt vào nhà vào ban đêm, giúp giảm đáng kể nhu cầu sưởi ấm thông thường.

Vào mùa đông, bức tường Trombe sưởi ấm ngôi nhà bằng sức nóng từ bức xạ mặt trời xuyên qua bức tường mờ đục, giống như cách nó được khai thác qua các ô cửa sổ. Các lỗ trên và dưới của buồng vẫn đóng.

Mặt khác, vào mùa hè, bức tường Trombe giúp bên trong mát mẻ với các cửa thông gió bên trong buồng phải được đóng lại và các cửa bên ngoài phải mở. Bằng cách này, hệ thống hoạt động giống như một mặt tiền được thông gió. Nó tản nhiệt nhận được thông qua đối lưu, với không khí lưu thông theo chiều dọc.

Tường Trombe thường có chức năng chịu tải bên cạnh vai trò sưởi ấm thụ động của chúng. Để tối đa hóa năng lượng mặt trời, mặt tráng men của bức tường thường hướng về phía Xích đạo, điều này cho phép bức tường thu được nhiều ánh nắng hơn vào ban ngày và trong mùa đông. Các vật liệu, kích thước, màu sắc khác nhau và những thay đổi khác cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống tường Trombe.

Ưu điểm và nhược điểm của tường Trombe

Ưu điểm

Đối với những ngôi nhà ở những khu vực có thể sử dụng, tường Trombe có thể giảm năng lượng tiêu thụ điện – giải pháp giúp giảm đáng kể hóa đơn điện cho các thiết bị sưởi ấm. Trong khi lò sưởi điện có thể tắt và ngay lập tức ngừng tản nhiệt, thì bức tường Trombe sẽ thu nhiệt và tỏa nhiệt trong thời gian dài hơn. Như vậy, khi mặt trời lặn, các bức tường Trombe không  ngừng hoạt động mà còn nhiều giờ năng lượng nhiệt được lưu trữ bên trong giúp nó giải phóng vào ban đêm.

Là nguồn sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời thụ động, bức tường tỏa nhiệt vào không gian và tạo ra một chu kỳ đối lưu. Sự đối lưu sẽ làm nóng căn phòng từ trên xuống dưới, giúp toàn bộ không gian được sưởi ấm đều mà không tốn thêm chi phí tiền điện mỗi tháng.

Trong những không gian rộng, bức tường Trombe có thể giúp bổ sung hệ thống sưởi ấm bằng dầu, khí đốt hoặc điện. Điều này cho phép máy sưởi chạy ít thường xuyên hơn và sưởi ấm không gian hiệu quả hơn, giảm hóa đơn năng lượng và tiêu thụ tài nguyên.

Nhược điểm

Các bức tường Trombe cũng có những nhược điểm trong đó, những không gian không được cách nhiệt tốt để tránh thất thoát nhiệt có thể không bao giờ nhận ra được lợi ích thực sự của bức xạ mặt trời.

Những bức tường Trombe thường không mang tính thẩm mỹ cao. Ở bên trong ngôi nhà, chúng có thể giống một bức tường gạch điển hình, nhưng ở bên ngoài ngôi nhà, chúng có thể không gây hấp dẫn ánh nhìn của người khác. Ngoài ra, những bức tường Trombe có thể sẽ chặn nguồn ánh sáng tự nhiên chính của hầu hết các ngôi nhà, điều này có thể là trở ngại đối với một số nhà thiết kế.