Вопрос по теплообмену.

[Einstein]

Добрый день! Работаю продавцом в салоне сантехники, продаем ванны из разных материалов: акрил, сталь и чугун. У многих клиентов при покупке возникает вопрос: какая ванна будет остывать быстрее? У большинства мнение, что чугунная и акриловая ванна будут дольше сохранять тепло, за счет того, что толщина стенок таких ванн гораздо больше, чем у стальных. А я, будучи на одном из семинаров, проводимых производителями ванн, услышал мнение, что основная теплоотдача горячей воды в ванне происходит через область, непосредственно контактирующую с воздухом, т.е. через верх ванны. Какое из убеждений правильно? Вот если взять три ванны одинакового объема и размера, изготовленных из этих трех материалов (чугун, сталь и акрил), наполнить их горячей водой - какая остынет быстрее и будет ли разница в остывании принципиальна настолько, что ей нельзя пренебрегать?
Зараннее спасибо за ответ!

[DimaM]

Вам, казалось бы, и карты в руки: наполняете три ванны, суете в каждую по термометру да записываете температуры.

[Einstein]

Те три ванны - теоретические, провести такой опыт, к сожалению, не представляется возможным, нет абсолютно одинаковых трех ванн из разных материалов.

[Munin]

Ну возьмите примерно одинаковые.

-- 29.05.2015 13:34:17 --

(Если проводить опыт последовательно в одноё ванной, то между замерами надо её проветрить и дать остыть.)

[Einstein]

Хотелось бы проверить с помощью формул, представьте сами проблемность эксперимента в обыкновенном розничном магазине...

[Munin]

Einstein в сообщении #1021028 писал(а):

А я, будучи на одном из семинаров, проводимых производителями ванн, услышал мнение, что основная теплоотдача горячей воды в ванне происходит через область, непосредственно контактирующую с воздухом, т.е. через верх ванны.

Это очень правдоподобно.

Einstein в сообщении #1021028 писал(а):

У большинства мнение, что чугунная и акриловая ванна будут дольше сохранять тепло, за счет того, что толщина стенок таких ванн гораздо больше, чем у стальных.

Акриловая - это целиком из акрила, или акриловое покрытие (тонкое) поверх чего-то?

[AlexeyAl]

Теплоемкость металла на порядок ниже, чем у воды (чугун - 500 Дж/(кг*К), вода - 4100 Дж/(кг*К)). Объем воды в ванне порядка 300 кубометров, металла гораздо ниже. Это означает, что тепло держит с небольшой погрешностью только вода.
В целом остывать будет площадь поверхности воды через конвекцию с воздухом и теплообмен в ванной, которая остывает конвективно через свою поверхность на воздухе. А вот здесь уже важно кто лучше тепло проводит. Если вода во всех случаях на воздух остывает одинаково, то сама ванна может остывать по разному. У чугуна теплопроводность ниже примерно такая же, чемкак и у стали на два порядка но чугунная ванна толще, а это означает, что и остывать эта ванна будет медленнее при прочих равных. Теплопроводность акрила не нашел, но пишут, что она ниже стали. Так что ванны из акрила должны тепло сохранять дольше.

[DimaM]

AlexeyAl в сообщении #1021054 писал(а):

У чугуна теплопроводность ниже, чем у стали на два порядка

Это неверно. Теплопроводность примерно одинаковая (то есть у разных сталей отличается раз в пять, у чугуна различия меньше, а значения ближе к верхнему краю диапазона для сталей).

[AlexeyAl]

(Оффтоп)

Да, спасибо - когда смотрел в справочник, промахнулся :(

[Munin]

AlexeyAl в сообщении #1021054 писал(а):

В целом остывать будет площадь поверхности воды через конвекцию с воздухом и теплообмен в ванной

плюс огромный вклад испарения воды.

AlexeyAl в сообщении #1021054 писал(а):

Теплопроводность акрила не нашел, но пишут, что она ниже стали.

Существенно ниже, это же пластик.

Кроме того, конвекция воздуха вокруг боковых стенок ванны может быть сильно хуже, чем над поверхностью воды. Это уже от конструкции ванной комнаты зависит.

[DimaM]

Можно попробовать померить снижение температуры в открытой ванне и в той же ванне, закрытой с поверхности (чтобы исключить испарение и придавить конвекцию).
Тогда будет более-менее понятно, откуда основной отток тепла идет.

[AlexeyAl]

Основной поток тепла несомненно с поверхности воды идет через испарение - это самый энергоемкий процесс.

(Оффтоп)

Слышал про вариант пустынного холодильника из глины - ящик из глины с полыми стенками заливают водой, они испаряется и понижает температуру внутри на 8 градусов, что для овощей достаточно. http://svegiy.ru/news/Glinaniy_holodilnik

[Einstein]

AlexeyAl в сообщении #1021084 писал(а):

Основной поток тепла несомненно с поверхности воды идет через испарение - это самый энергоемкий процесс.

(Оффтоп)

Слышал про вариант пустынного холодильника из глины - ящик из глины с полыми стенками заливают водой, они испаряется и понижает температуру внутри на 8 градусов, что для овощей достаточно. http://svegiy.ru/news/Glinaniy_holodilnik

Алексей, моим словам как продавца ванн мало кто поверит, нельзя ли подкрепить этот довод формулой?
Вообще, вспоминая курс физики, на ум приходит следующее:
Скорость остывания воды в ванне будет зависеть от следующих факторов: теплопроводности и теплоемкости материала, из которого изготовлена ванна, площади соприкосновения воды в ванне с самой ванной, площади соприкосновения воды с воздухом, температуры окружающего воздуха. Все ли верно?

[Amw]

Einstein в сообщении #1021088 писал(а):

Скорость остывания воды в ванне будет зависеть от следующих факторов: теплопроводности и теплоемкости материала, из которого изготовлена ванна, площади соприкосновения воды в ванне с самой ванной, площади соприкосновения воды с воздухом, температуры окружающего воздуха. Все ли верно?

Верно, но еще от площади соприкосновения внешней поверхности ванны с воздухом, от коэффициента теплоотдачи от материала ванны к воздуху, остывание за счет испарения зависит от парциального давления паров воды в ванной комнате. Если на поверхности воды мыльная пена, то испарение и теплообмен с поверхности практически исключается...
Кроме того, если ванна массивная (чугун) в неё можно налить воды с температурой выше желаемой с расчетом, что масса ванны заберет часть тепла и будет служить "аккумулятором".

[Munin]

Einstein в сообщении #1021088 писал(а):

Алексей, моим словам как продавца ванн мало кто поверит, нельзя ли подкрепить этот довод формулой?

Нельзя, формулы тут сложные, и ни о чём не говорят.

Вот если вы померяете процесс часами и термометром - это будут цифры, которыми тоже можно подкреплять доводы.