Потери тепла через стёкла и воздух
Есть такой закон теплопроводности Фурье, который можно написать так:
Все эти законы вначале получаются чисто экспериментально. Т.е брали разные материалы, разных размеров. Грели по-разному и фиксировали результаты.
Последний человек, который проверял экспериментально справедливость закона Фурье – это я.
Был у меня курятник размером 2.1 м*1.25 м и со средней высотой потолка 1.5 м. Толщина стенки была 20 см. Стояло это сооружение с общей площадью стенок 15.3 м2. Я для него аккуратно измерила обогрев (равный теплоотдаче, ведь обогрев восполняет потери вытекшего через стенки тепла).
А потом я одновременно пристроила сбору точно такое же помещение и увеличила вдвое площадь стенок. В итоге размер стал 2.1*2.5, площадь теплоотдающих стенок стала 24.3, а толщина стенки стала 40 см.
Если закон Фурье работает, то я могу прикинуть, насколько уменьшится или увеличится теплоотдача после этих изменений.
У меня не изменился материал, значит коэффициент теплопроводности тот же. И меня интересует теплоотдача при той же разности температур (значит и dT в формуле не меняется). Записать это всё я могу так:
Т.е теплоотдача должна уменьшится, но немного, до 80% от того. что было. Зима была тёплая, потому графика по ней не удалось получить:
https://akostina76.ucoz.ru/blog/2020-06-08-6567
По полученные значения 2020-го года действительно немного меньше значений 2019-го. Похоже на те самые 20%.
Коэффициенты теплопроводности k для различных материалов:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Теплопроводность
По закону Фурье при одинаковых условиях (размеры стенки, разницы температур) тепла будет вытекать больше и бОльших значениях k. Из таблицы сразу видно, что стекло –плохой теплоизолятор, в 50 раз хуже воздуха.
Это, впрочем, теория. По закону Фурье, парник с минимальной толщиной полиэтилена вообще не защищает, а это не так.
Стеклопакет это два толстых стекла (8 мм, по-моему) и воздушная прослойка между ними – миллиметра три. Суммарная l (толщина стенки) при таком значении – 19 мм.
Две оконные рамы на расстоянии хотя бы 10 см, это 2*4 мм стекла + 100 мм воздуха. Т.е теплозащитный слой окна стандартный конструкции намного толще, а значит и защита лучше.
У стеклопакета есть только один очевидный плюс – полностью решена проблема щелей. Щель, попросту говоря, дыра, через которую воздух уходит беспрепятственно обнуляет термодинамическую правильность конструкции. С щелями раньше боролись поролоном и резиной, но это хлопотно. Стеклопакеты сняли проблему щелей.
Но такая толщина стенки не может дать больше того, что обеспечивают законы природы.
Закон Фурье можно переписать так:
Тогда он станет очень похож на закон Ома:
… или на трубы, через которые вытекает жидкость. Чем больше труб (и их площадь) тем больше вытекает воды. Чем больше проводников (и их суммарной площади сечения), тем меньше сопротивление оказывается току. Чем больше площадь стенки, тем больше тепла через неё вытекает. Приметно такое же можно сформовать для длин труб (для прокачивания через длинную трубу требуется насос большей мощности) и.т.д.
Это я к тому, что общее сопротивление последовательных проводников – их сумма:
Есть у меня ощущение, что точно также можно примитивно просуммировать теплоизоляционные вклады последовательно соединенным стекол и воздуха. Вот и всё. При том же качестве (отсутствие щелей), результат хуже в 5 раз (20 мм и 100 мм), даже если считать стекло воздухом.
Второе преимущество стеклопакетов в наших условиях не интересно. Они тонкие, что позволяет ставить их в стенку толщиной 20 см (для Европы вполне достаточно) и останется место для подоконника, что особо важно в малогабаритных квартирах. У нас стенки от 40 см, подоконник и при двойной раме поместится.
Практика: Кроме окон в доме две стеклопакетовые двери. Зимой создаётся ощущение, что их вообще нет. Или там бумага. Входную пришлось повесить внутреннюю для утепления (кроме стальной и деревянной при входе в дом), потому что прихожая вымораживалась (а она, вроде как, тоже часть жилого пространства). А балкон у меня сейчас навечно закрыт утеплителем.
Таких чудес не бывает. 20 мм утеплителя могут дать только то, что дают 20 мм утеплителя.
Идеальный вариант – качество стеклопакета (отсутствие щелей) при толщине двойной рамы (10 см). Тогда это будет действительно теплоизоляция.
Сейчас масса пластиков появилась. Стекло может разбиться. К тому же, оно тяжёлое. По-моему пластик сейчас дороже, но если начнётся развитие и цены снизятся, можно будет делать такие зимне-осенние сады.
|