Was ist eine Trombe-Wand 

Die Trombe-Wand, benannt nach Felix Trombe, der sie 1964 bekannt machte, ist ein passives Solarsystem zur Speicherung von Wärme.

Sie gehört zur Kategorie der indirekten solaren Gewinnung: Eine massive Wand aus wärmespeicherndem Material, nach Süden ausgerichtet und dunkel gestrichen, nimmt die Sonnenstrahlung optimal auf.

Vor der Wand befindet sich eine Glasscheibe, die als solares Fangelement dient. Zwischen Wand und Verglasung entstehen Luftkanäle mit oberen und unteren Öffnungen, die je nach Bedarf reguliert werden können – zur gezielten Steuerung der Wärmeübertragung in den Innenraum.

Die Funktion der Trombe-Wand 

Die Trombe-Wand wirkt wie eine solare Wärmespeicher-Batterie: Sie nimmt tagsüber Sonnenenergie auf und gibt die Wärme über Stunden kontrolliert an den Innenraum ab.

Sie besteht aus einer massiven, wärmespeichernden Wand und einer vorgelagerten Glasscheibe. Zwischen beiden entsteht ein Luftkanal, der bei Bedarf durch Lüftungsöffnungen reguliert werden kann.

Im Winter gelangt Sonnenlicht durch das Glas und erwärmt Wand und Luft im Hohlraum. Öffnet man die Lüftungsöffnungen, entsteht eine Luftzirkulation: Warme Luft strömt oben in den Raum, kühle Raumluft unten in die Trombe-Wand.

Nachts werden die Öffnungen geschlossen, sodass die Wand ihre gespeicherte Wärme weiterhin nach innen abstrahlt. 

Die Funktion der Trombe-Wand 

Die Trombe-Wand wirkt wie eine solare Wärmespeicher-Batterie: Sie nimmt tagsüber Sonnenenergie auf und gibt die Wärme über Stunden kontrolliert an den Innenraum ab.

Sie besteht aus einer massiven, wärmespeichernden Wand und einer vorgelagerten Glasscheibe. Zwischen beiden entsteht ein Luftkanal, der bei Bedarf durch Lüftungsöffnungen reguliert werden kann.

Im Winter gelangt Sonnenlicht durch das Glas und erwärmt Wand und Luft im Hohlraum. Öffnet man die Lüftungsöffnungen, entsteht eine Luftzirkulation: Warme Luft strömt oben in den Raum, kühle Raumluft unten in die Trombe-Wand.

Nachts werden die Öffnungen geschlossen, sodass die Wand ihre gespeicherte Wärme weiterhin nach innen abstrahlt.

Sommerbetrieb – tagsüber und nachts

Tagsüber im Sommer wird das Verglasungssystem so gesteuert, dass die Wärmeaufnahme reduziert wird. Die Belüftungsöffnungen in der Verglasung bleiben geöffnet, damit die warme Luft im Hohlraum entweichen kann. So bleibt die Oberfläche der Speichermasse kühl und eine Überhitzung wird vermieden.

Nachts hingegen werden die Öffnungen in der massiven Wand geöffnet. Die warme Raumluft steigt durch die oberen Öffnungen in den Hohlraum, kühlt dort ab und strömt durch die unteren Öffnungen wieder zurück in den Innenraum – ein natürlicher Luftaustausch, der zur nächtlichen Kühlung beiträgt.

Eigenschaften einer Trombe-Wand

Um die Funktionsweise einer Trombe-Wand zu optimieren, ist es wichtig, einige Eigenschaften zu beachten:

• Ausrichtung nach Süden: Die Trombe-Wand sollte nach Süden ausgerichtet sein, um die Sonneneinstrahlung während des Tages zu maximieren;
• Farbe der Außenfläche: Die Außenfläche sollte eine sehr dunkle Farbe haben, vorzugsweise schwarz, um bis zu 95% der einfallenden Sonnenstrahlung zu absorbieren;
• Dicke und Materialien: Die Wand sollte dick sein und aus Materialien mit hoher Dichte und thermischer Trägheit bestehen, um thermische Energie effizient zu speichern und abzugeben;
• Außenverglasung: Das außen installierte Glas muss widerstandsfähig sein und eine geringe Wärmeabgabe aufweisen;
• Verstellbare Öffnungen: Vier (oder mehr) Öffnungen, die entsprechend positioniert und dimensioniert sind, befinden sich oben und eine unten in der Wand und dem Glas, um den Fluss warmer Luft je nach Tageszeit und saisonalen Wetterbedingungen zu regulieren.

Vor- und Nachteile einer Trombe-Wand

Es ist nicht einfach, die Effizienz der Trombe-Wand zu definieren, da sie hauptsächlich von dem Material abhängt, das für die Speichermauer verwendet wird, von der Dicke und der Farbe der Außenfläche. Darüber hinaus hängt ihre Funktionsweise stark von den äußeren klimatischen Bedingungen ab.

Die Installation kann sicherlich komplex sein, wenn sie nach dem Bau des Gebäudes erfolgt. Wenn sie jedoch in das ursprüngliche Projekt integriert wird, sind die Implementierungskosten relativ gering.

Aus energetischer und ökologischer Sicht sind die Vorteile erheblich. Die thermische Masse ermöglicht eine ausgewogene Regelung der Innentemperatur, optimiert die solaren Gewinne im Winter und verringert das Risiko einer Überhitzung im Sommer.

Trombe-Wand: die innovativsten Konfigurationen

Seit ihren ersten Anwendungen hat dieses System in zahlreichen Gebäuden Verwendung gefunden und verschiedene Experimente durchlaufen. Diese kontinuierlichen Forschungen und Anpassungen haben im Laufe der Zeit zur Schaffung moderner und fortschrittlicher Konfigurationen geführt, die darauf ausgelegt sind, die Effizienz zu verbessern. Zu den innovativsten Konfigurationen der Trombe-Wand, die sowohl die Verwendung eines innovativen Designs für das System als auch die Verwendung neuer Materialien und Technologien betreffen, gehören:

• im Zickzack;
• mit Phasenwechselmaterialien;
• mit Aerogel-Isolierung. 

Zickzack-Trombe-Wand

Die Zickzack-Trombe-Wand, entwickelt vom Team des „Center for Buildings and Thermal Systems“ des NREL (National Renewable Energy Laboratory), wurde entworfen, um einige Probleme zu mildern, die mit traditionellen Trombe-Wänden verbunden sind, wie z.B. die übermäßige Wärmeansammlung und die Blendung an Sommertagen.

Diese Art von Wand besteht aus drei Abschnitten: einer nach Süden ausgerichteten und den anderen zwei nach innen geneigten, die eine V-Form bilden.

Der nach Südosten ausgerichtete Abschnitt enthält ein Fenster, das Licht und Wärme an kalten Morgen liefert, wenn eine sofortige Wärmequelle benötigt wird. Der gegenüberliegende Abschnitt der V-Wand ist eine klassische Trombe-Wand, die zur Speicherung von Wärme bestimmt ist, die nachts wieder abgegeben wird.

Das Design der Zickzack-Trombe-Wand nutzt die Bewegung der Sonne, die im Osten aufgeht und im Westen untergeht. Die nach Südosten ausgerichteten Fenster fangen das Sonnenlicht in den frühen Morgenstunden ein und bieten natürliches Licht und Wärme. Am Nachmittag, zusätzlich zur nach Süden ausgerichteten Speichermauer, die den ganzen Tag Wärme sammelt, kommt die nach Südwesten ausgerichtete Wand zum Einsatz, die die Wärme der Sonne absorbiert, um sie für die nächtliche Heizung zu nutzen.

Photovoltaik und Trombe-Wand

Die Integration von Photovoltaik-Technologie mit passiven Solarmauern bietet erhebliche Vorteile, da die technologische Mischung die Leistung gegenseitig verbessern kann. Insbesondere kann die Trombe-Wand dazu beitragen, die Solarzellen zu kühlen und deren Effizienz zu steigern. Allerdings ist eines der Hauptprobleme dieser hybriden Systeme die insgesamt niedrige Leistung.

Irakische Wissenschaftler haben versucht, die Menge der einfallenden Sonnenstrahlung zu optimieren, indem sie reflektierende Spiegel auf beiden Seiten der Vorderfassade des FV/TW-Systems verwendet haben. Darüber hinaus haben sie zwei Ventilatoren unter jeder Kammer, einen Wärmetauscher hinter einem der Photovoltaik-Module und eine Pumpe hinzugefügt, um das Wasser im System zirkulieren zu lassen.