La calefacción solar ha existido en la arquitectura desde la antigüedad, cuando las personas utilizaban paredes de adobe y piedra para atrapar el calor durante el día y liberarlo lentamente durante la noche. En su forma moderna, sin embargo, la calefacción solar se desarrolló por primera vez en la década de 1920, cuando los arquitectos europeos comenzaron a experimentar con métodos solares pasivos en viviendas masivas. En Alemania, Otto Haesler, Walter Gropius y otros diseñaron las viviendas esquemáticas Zeilenbau, que optimizaban la luz solar y, tras la importación de las "viviendas heliotrópicas" a Estados Unidos, la escasez de combustible durante la Segunda Guerra Mundial popularizó rápidamente la calefacción solar pasiva. Las variaciones de este sistema proliferaron entonces en todo el mundo, pero no fue hasta 1967 que el arquitecto Jacques Michel implementó el primer muro Trombe en Odeillo, Francia. Denominado así en honor al ingeniero Felix Trombe, el sistema combina vidrio y un material oscuro que absorbe el calor para conducirlo lentamente hacia la casa.
El muro Trombe estándar ubica un panel de vidrio a aproximadamente 2 a 5 centímetros de una pared de mampostería oscura de 10 a 41 centímetros de espesor, habitualmente hecha de ladrillos, piedra u hormigón. El calor solar pasa a través del vidrio, es absorbido por la pared de masa térmica y luego se libera lentamente al interior de la vivienda. Mientras que la radiación solar directa tiene una longitud de onda más corta y, por lo tanto, se conduce fácilmente a través del vidrio, el calor reemitido por la masa térmica tiene una radiación de longitud de onda más larga, que no puede atravesar el vidrio con tanta facilidad. Esta propiedad de la radiación solar, descrita por la ley de desplazamiento de Wien, atrapa el calor entre el panel de vidrio y el muro de mampostería, permitiendo que el muro Trombe absorba el calor de manera efectiva y limitando su reemisión al medio ambiente. Además, debido a que el panel de vidrio está solo en el exterior de la pared, el calor puede pasar sin inhibiciones al interior de la casa, un proceso que generalmente toma alrededor de 8 a 10 horas en un muro Trombe de 20 centímetros de espesor. Por lo general, esto significa que el muro absorbe el calor durante el día y lo reemite lentamente a la casa durante la noche, lo que reduce drásticamente la necesidad de calefacción convencional.
Junto a sus funciones de calefacción pasiva, los muros Trombe a menudo cumplen funciones de soporte de carga. Para maximizar la ganancia solar, el lado acristalado del muro generalmente mira hacia el Ecuador, lo que permite que la pared recoja más sol durante el día y durante el invierno. Los diferentes materiales, dimensiones, colores y otras alteraciones también pueden afectar la eficiencia del sistema.
Una variación común es el muro Trombe ventilado, que complementa la conducción natural de la masa térmica con convección facilitada por ventilación. Los respiraderos se colocan en la parte superior e inferior del espacio entre el panel de vidrio y el muro de mampostería. A medida que el aire de este espacio se calienta, sube al respiradero superior, que lo redirige a la vivienda. Al mismo tiempo, el aire frío del interior de la casa pasa a través del respiradero inferior hacia este espacio intermedio, donde se calienta y luego se redirige de regreso a la casa a través del respiradero superior.
Otro ejemplo es el "Drum Wall", desarrollado por Steve Bare, que utiliza agua como masa térmica en lugar de hormigón o piedra. Los contenedores de acero oscurecido, como los bidones de aceite, se llenan de agua y se apilan detrás del panel de vidrio. Debido a que el agua tiene una mayor capacidad calorífica que la mampostería, este sistema teóricamente absorbe el calor de manera más eficiente que el muro Trombe estándar.
Las alteraciones a menor escala también pueden mejorar la eficacia del muro Trombe. Por ejemplo, los arquitectos habitualmente aplican una barrera radiante o una superficie selectiva, generalmente una lámina de metal colocada en la superficie exterior de la pared de mampostería, para obtener mejores resultados. La lámina tiene una alta absorbencia, lo que le permite absorber grandes cantidades de luz solar y convertirla en calor, pero también tiene una baja emisión, lo que evita que este calor se vuelva a emitir hacia el vidrio. Si la lámina es una barrera radiante enrollable, se puede utilizar para reducir específicamente la pérdida de calor durante la noche y la ganancia de calor en verano. Combinado con un dispositivo de sombreado como un alero de techo, el sobrecalentamiento durante las estaciones más cálidas podría reducirse drásticamente.
Por último, la especificación cuidadosa del color, la dimensión y el material también podría optimizar la eficiencia del muro Trombe. El grosor del muro de mampostería debe variar con el material preciso utilizado: los materiales más conductores transferirán el calor más rápidamente, lo que puede compensarse diseñando paredes más gruesas. Los arquitectos también pueden pintar el muro de mampostería de negro para aumentar su capacidad de absorción, o usar vidrio de alta transmisión para maximizar las ganancias solares. Sin embargo, es posible que los clientes quieran que el muro de mampostería sea menos opaco para permitir la entrada de luz natural en el hogar, lo que requiere que los diseñadores equilibren el atractivo estético y la eficiencia. También es posible utilizar vidrio estampado para oscurecer la masa térmica, aunque esta elección no sacrificará la transmisividad.
Aunque los primeros innovadores de las viviendas heliotrópicas probablemente no consideraban el cambio climático, los sistemas de calefacción solar pasiva como el muro Trombe son muy atractivos en la actualidad por su bajo consumo de energía y su relativa sostenibilidad. Un estudio realizado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable en el Centro de Visitantes del Parque Nacional Zion, reveló que el 20% de la calefacción anual del edificio era suministrada por su muro Trombe. Por supuesto, los arquitectos que incorporan muros Trombe en sus diseños deben superar ciertas desventajas estéticas, especialmente en cuanto a la iluminación. La oscuridad del muro opaco que mira hacia el ecuador se puede compensar con tragaluces, ventanas adyacentes e iluminación artificial adecuada. El muro Trombe también es un sistema altamente dependiente del clima, lo que significa que la ubicación y las variaciones climáticas podrían afectar negativamente la efectividad del muro. Sin embargo, si estas preocupaciones se abordan adecuadamente, este sistema puede mejorar drásticamente la eficiencia energética de una estructura, e incluso reducir drásticamente los costos de calefacción.
