Помогите придумать решение задачи подсчета теплопотерь

[cawa]

Предисловие:
В зарубежной части интернета модна тема про утепление теплиц мыльной пеной (SolaRoof), это когда стена теплицы представляет собой прозрачную камеру которую в темное время суток заполняет пена-генератор (вентилятор дующий через ткань смачиваемую ПАВ, к примеру шампунем) мыльным раствором. По утверждению с того же solaroof.org/wiki тепло потери уменьшаются чуть ли не в десять раз, по сравнению с двумя слоями пленки заполненными просто воздухом. В чем я сильно сомневаюсь, если конечно у них не метровые расстояния от внутренней до внешней стенки. Я понимаю, что при заполнении мыльной пеной камер стенок останавливается активная конвекция воздуха, которая при большой разницы температур внутренней и внешней среды является одной из основных характеристик тепло потерь. Но с другой стороны теплопроводность шампуня, думаю, намного больше воздуха, если конечно его в этом случае вообще можно рассматривать шампунь как жидкость.

Задача:
Вывести более менее подходящие формулы для расчета тепло потерь от расстояния между стенками камеры, как для воздуха так и для мыльной пены при известных температурах внутренний и внешней стенок камеры. Ну или совет о том как произвести простой замер на практике без возведения массивных конструкций.

[realeugene]

cawa в сообщении #1231575 писал(а):

теплопроводность шампуня, думаю, намного больше воздуха

Думаю, она сравнима с теплопроводностью воздуха. Если пузыри порядка миллиметра и внутри самих них нет конвективного переноса. Взвесьте пену, возьмите в качестве грубой оценки увеличение теплопроводности пены пропорционально объемной доле жидкости в ней. Из этого вам станет понятно, стоит ли вообще считать точнее. В незаполненной пузырями полости в качестве теплоизолятора работает слой воздуха толщиной миллиметров в пять возле каждой стенки, всё остальное перемешивается, так что, да, снижение потерь на порядок возможно, идея очень интересная.

[cawa]

Спасибо за столь скорый ответ.

Цитата:

Думаю, она сравнима с теплопроводностью воздуха.

Я тоже об этом начал думать, поскольку объем шампуня в мыльной пене будет составлять меньше одного процента, то и теплопроводность будет близка к воздуху.
Получается, что расчет нужно сводить к потерям тепла на стенках камеры в ходе работы конвекции воздуха, ну в случае с пеной принять то, что эта работа близка к нулю?
Пока не представляю как это подсчитать (я даже школьный курс физики почти не помню), но понял в каком направлении надо двигаться.

[Xey]

Пена это практически вода в виде тонких пленок. Сечение пленок мало, поэтому теплопередачу за счет теплопроводности воды можно не учитывать .
Пена препятствует конвекции и рассеянию тепличного тепла излучением в ИК области (около 10 мкм). Причем ослабление ИК излучения видимо происходит не только за счет поглощения в слое воды (он очень тонкий), но и за счет рассеяния на множестве границ воздух /вода (аналогично различию теплопередачи через лед и снег той же массы).

Несколько лет назад была тема об оптимальном расстоянии между стеклами окна. Там были интересные ссылки.


А как утром удаляют пену?

[cawa]

Xey в сообщении #1231628 писал(а):

А как утром удаляют пену?

Никак, пена сама прекращает свое существование за некий промежуток времени. Пузырики лопаются, жидкость стекает по стенкам, дальше по каналу, внутри камеры, стекается все к насосу для повторного использования.

А для того чтобы всю ночь камера была полностью заполнена пеной, включают и отключают с неким интервалом пена-генератор, заранее подбирают режим для используемого шампуня.

[cawa]

Сегодня вычитал, что для срочного удаления пены используют тот же вентилятор пена-генератора (так что он у них еще и деструктор), но без подачи на ткань ПАВ. Из камеры к вентилятору (генератора/деструктора) идет обратка, вот через неё и проталкивается пенная масса к вентилятору, который в этом цикле работы разрушает пузыри. Понятное дело не вся пена будет таким образом переведена в шампунь, но солнечным лучам это уже не сильно будет мешать.

[Xey]

cawa в сообщении #1231610 писал(а):

Получается, что расчет нужно сводить к потерям тепла на стенках камеры в ходе работы конвекции воздуха, ну в случае с пеной принять то, что эта работа близка к нулю?

Конвекция сводится к нулю, но остаются почти такие же потери тепла через ИК излучение. В пене мало воды чтобы, ослабить это излучение. Рассеяние излучения на непоглощающей пене с мелкими пузырьками может вернуть не более половины выходящего излучения.

Может добавить в пену сажи?

[realeugene]

Вода и так хорошо поглощает тепловой ИК даже в тонких пленках. Многократное рассеяние увеличивает это поглощение. В общем стоит взять ИК термометр и посмотреть на ИК температуру снаружи теплицы. Если будет слабоотличима от окружающей - забыть.

[GraNiNi]

Теплоизоляционные свойства мыльной пены известны давно.
Еще в 1922г незабвенный Я. Перельман, в своей "Физической хрестоматии" писал: "Для предохранения льда от таяния его окружают мыльной пеной".

Теплопроводность мыльной пены будет близка к теплопроводности воздуха, или чуть хуже, как и у других вспененных материалов, используемых в строительстве - пенопластов.

Однако, это справедливо для установившегося градиента температуры внутри слоя неподвижной пены.
У нас же пена непрерывно движется и обновляется за счет работы пеногенератора, который закачивает в пену новые порции холодного воздуха, что действует аналогично конвективному перемешиванию и будет ухудшать ее теплоизоляционные характеристики.

[cawa]

Пена-генератор работает всего несколько минут, а потом отключается. Постоянно перемешивать пену нет смысла, она очень долго может существовать после создания. Понятное дело, что часть пузырьков лопается со временем пена оседает. Для восполнения пробелов, периодически включается пена-генератор, где то раз в час на пару минут. Как я раньше и писал режим работы подбирают опытным путем в зависимости от используемого ПАВ. Можно считать, что пена неподвижна.

[GraNiNi]

cawa в сообщении #1232010 писал(а):

Понятное дело, что часть пузырьков лопается со временем пена оседает. Для восполнения пробелов, периодически включается пена-генератор,

Вот это и будет выполнять роль конвективного перемешивания, но в целом, теплопроводность пены будет как у пенопластов.