{"id":315,"date":"2009-07-26T17:28:03","date_gmt":"2009-07-26T16:28:03","guid":{"rendered":"http:\/\/morony.pl\/?p=315"},"modified":"2009-07-26T17:28:03","modified_gmt":"2009-07-26T16:28:03","slug":"termodynamika-praktyczna-basen-cz-1","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/morony.pl\/?p=315","title":{"rendered":"Termodynamika praktyczna &#8211; basen cz. 1"},"content":{"rendered":"<h2>Geneza problemu<\/h2>\n<p>Problem, kt\u00f3ry za chwil\u0119 spr\u00f3buj\u0119 sformu\u0142owa\u0107 zacz\u0105\u0142em rozwa\u017ca\u0107 jaki\u015b miesi\u0105c przed rozpocz\u0119ciem sezonu letniego (ju\u017c w tej chwili wiadomo, \u017ce okaza\u0142 si\u0119 on ma\u0142o powalaj\u0105cy w sensie nas\u0142onecznienia i zakresu temperatur &#8211; ca\u0142y czas mam nadziej\u0119, \u017ce jeszcze b\u0119dzie ciep\u0142o). Na moim podw\u00f3rku stoi rozk\u0142adany, naziemny basen. Jest jak na tego typu konstrukcj\u0119 bardzo du\u017cy bo mie\u015bci a\u017c 30 metr\u00f3w sze\u015bciennych wody (7,5 * 3,5 * 1,15 metra).<\/p>\n<p>\nJak wszyscy wiemy (z obserwacji \/ do\u015bwiadczenia \/ szko\u0142y) woda jest substancj\u0105 o bardzo du\u017cym cieple w\u0142a\u015bciwym, co w praktyce oznacza, \u017ce potrzeba du\u017co energii, \u017ceby wod\u0119 ogrza\u0107 oraz, \u017ce woda stygnie wolniej ni\u017c otoczenie (powietrze). Z tego faktu wynika problem, kt\u00f3ry chc\u0119 rozwa\u017ca\u0107.\n<\/p>\n<h2>Problem<\/h2>\n<p>Poniewa\u017c w tej chwili znane s\u0105 mi ju\u017c pewne triki (o kt\u00f3rych b\u0119d\u0119 pisa\u0142) w kwestii temperatury wody basenowej sformu\u0142owanie problemu b\u0119dzie inne ni\u017c pocz\u0105tkowo zak\u0142ada\u0142em. Kilka miesi\u0119cy temu stawia\u0142em nast\u0119puj\u0105cy problem:<\/p>\n<p style=\"font-weight:bold;width:400px;margin: 0 auto;text-align:center;\">Znale\u017a\u0107 metod\u0119 pozwalaj\u0105c\u0105 na skuteczne ogrzanie wody przy minimalnym koszcie eksploatacyjnym<\/p>\n<p>W tej chwili problem sformu\u0142uj\u0119 nast\u0119puj\u0105co:<\/p>\n<p style=\"font-weight:bold;width:400px;margin: 0 auto;text-align:center;\">Znale\u017a\u0107 metod\u0119 pozwalaj\u0105c\u0105 na otrzymanie w basenie wody o mo\u017cliwie wysokiej temperaturze przy minimalnym koszcie eksploatacyjnym<\/p>\n<p>Mo\u017cecie powiedzie\u0107, \u017ce mi\u0119dzy tymi sformu\u0142owaniami nie ma wiele r\u00f3\u017cnicy, ja jednak pewn\u0105 dostrzeg\u0142em. Pocz\u0105tkowo moje rozwa\u017cania by\u0142y czysto teoretyczne i poszukiwa\u0142em metody ogrzewania wody w basenie. W gr\u0119 wchodzi\u0142o kilka mo\u017cliwo\u015bci:<\/p>\n<ul>\n<li><strong>Ogrzewanie elektryczne<\/strong> &#8211; \u015bredni koszt zakupu sprz\u0119tu i ogromy koszt u\u017cytkowania wynikaj\u0105cy z ilo\u015bci potrzebnej energii (jednorazowe podgrzanie wody o 1 stopie\u0144 to nawet 40 z\u0142otych)<\/li>\n<li><strong>Pompa ciep\u0142a<\/strong> &#8211; du\u017cy koszt na pocz\u0105tku i nadal spory koszt u\u017cytkowania<\/li>\n<li><strong>Panele s\u0142oneczne<\/strong> &#8211; w przypadku paneli basenowych (a nie takich dedykowanych do instalacji domowych) koszt pocz\u0105tkowy relatywnie ma\u0142y i zerowy koszt eksploatacji. Wad\u0105 jest dzia\u0142anie w tylko w s\u0142oneczne dni i tylko przez cz\u0119\u015b\u0107 dnia.<\/li>\n<li><strong>Piec na paliwo sta\u0142e<\/strong> &#8211; podgrzewanie wody np. drewnem. W sumie si\u0119 okaza\u0142o \u017ce sporo trzeba zainwestowa\u0107 a wydajno\u015b\u0107 grzania pozosta\u0142a niewiadom\u0105.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Gdy okaza\u0142o si\u0119, \u017ce wszystkie te metody s\u0105 kosztowne postanowi\u0142em podej\u015b\u0107 do problemu inaczej &#8211; bardziej naukowo (tutaj przechodzimy od ogrzewania do trik\u00f3w). Zastanowi\u0142em si\u0119 w jaki spos\u00f3b odbywa si\u0119 transport energii pomi\u0119dzy basenem a reszt\u0105 \u015bwiata. \u0141atwo domy\u015bli\u0107 si\u0119, \u017ce energia jest przenoszona na kilka sposob\u00f3w:<\/p>\n<ul>\n<li><strong>Przewodzenie i konwekcja<\/strong> &#8211; powodowa\u0107 dwustronny przep\u0142yw energii w zale\u017cno\u015bci od relacji temperatury wody i otoczenia. Wielko\u015b\u0107 przep\u0142ywu energii jest proporcjonalna do r\u00f3\u017cnicy temperatury (woda &#8211; otoczenia). Sta\u0142a tej proporcjonalno\u015bci zawiera w sobie mi\u0119dzy innymi powierzchni\u0119 czynn\u0105, rodzaj (przewodno\u015b\u0107) bariery pomi\u0119dzy wod\u0105 a otoczeniem. Nale\u017cy tutaj spodziewa\u0107 si\u0119 zale\u017cno\u015bci wielko\u015bci przep\u0142ywu energii o dodatkowych, trudno przewidywalnych i mierzalnych, parametr\u00f3w takich jak pr\u0119dko\u015b\u0107 wiatru czy wilgotno\u015b\u0107 maj\u0105ca wp\u0142yw na pojemno\u015b\u0107 ciepln\u0105 powietrza.<\/li>\n<li><strong>Promieniowanie<\/strong> &#8211; tak jak przewodzenie powoduje przep\u0142yw dodatni lub ujemny w zale\u017cno\u015bci od temperatur wody i otoczenia. Wielko\u015b\u0107 tego przep\u0142ywu jest proporcjonalna do r\u00f3\u017cnicy czwartych pot\u0119g temperatury. Sta\u0142a proporcjonalno\u015bci zawiera g\u0142\u00f3wnie powierzchni\u0119 czynn\u0105 i zdolno\u015b\u0107 absorpcyjn\u0105. <\/li>\n<li><strong>Energia s\u0142oneczna<\/strong> &#8211; odpowiada jedynie za dostarczanie ciep\u0142a (w postaci promieniowania) do basenu poprzez wszystkie o\u015bwietlane powierzchnie. Jest to najwi\u0119ksze spo\u015br\u00f3d rozpatrywanych \u017ar\u00f3de\u0142 energii. Niestety dok\u0142adne przewidywanie ilo\u015bci energii dostarczanej przez s\u0142o\u0144ce jest zadanie bardzo trudnym ze wzgl\u0119du na zmienno\u015b\u0107 zachmurzenia.<\/li>\n<li><strong>Parowanie<\/strong> &#8211; odpowiada wy\u0142\u0105cznie za strat\u0119 energii cieplnej basenu. Jest funkcj\u0105 temperatur wody i basenu, wilgotno\u015bci i wiatru. Jest to wielko\u015b\u0107 o du\u017cym znaczeniu dla modelu, kt\u00f3rej oszacowanie jest bardzo trudne ze wzgl\u0119du na skomplikowan\u0105 zale\u017cno\u015b\u0107 od parametr\u00f3w szybkozmiennych i trudnych do przewidzenia (wiatr). <\/li>\n<\/ul>\n<p>W przypadku ka\u017cdego z tych przep\u0142yw\u00f3w trudno jest poda\u0107 konkretne warto\u015bci ze wzgl\u0119du na skomplikowanie zagadnienia (mnogo\u015b\u0107 trudnych do okre\u015blenia parametr\u00f3w). Mo\u017cna szacowa\u0107. Przewidywa\u0142em, \u017ce promieniowanie spowoduje w nocy utrat\u0119 rz\u0119du kilku kilowat\u00f3w i \u017ce konwekcja jest mniej znacz\u0105ca. Zysk powodowany przez s\u0142o\u0144ce r\u00f3wnie\u017c \u0142atwo szacowa\u0107, bo znamy powierzchni\u0119 basenu i ilo\u015b\u0107 energii dochodz\u0105cej ze s\u0142o\u0144ca na metr kwadratowy (mo\u017cna znale\u017a\u0107 przybli\u017cone warto\u015bci w literaturze). Najwi\u0119kszym problemem jest jednak parowanie. Nie mia\u0142em (nadal zreszt\u0105 nie mam) poj\u0119cia jak policzy\u0107 ilo\u015bci energii traconej przez parowanie. Wybra\u0142em do si\u0119 wi\u0119c do zak\u0142adu <a href=\"http:\/\/www.igf.fuw.edu.pl\/fs\/\">Fizyki \u015arodowiska<\/a> przy <a href=\"http:\/\/www.igf.fuw.edu.pl\/igf\/\">Instytucie Geofizyki UW<\/a> zapyta\u0107 czy znaj\u0105 rozwi\u0105zanie problemu parowania. Utwierdzono mnie tam w przekonaniu, \u017ce nie bardzo da si\u0119 to policzy\u0107. Zaproponowali pomiar do\u015bwiadczalny.<\/p>\n<p>Mimo braku mo\u017cliwo\u015bci dok\u0142adnego obliczenia warto\u015bci energii traconej na parowaniu, mo\u017cemy szacowa\u0107, \u017ce jest ona wi\u0119ksza ni\u017c straty przez promieniowanie i przewodzenie. Pojawi\u0142 si\u0119 pomys\u0142, \u017ceby ograniczy\u0107 parowanie. Mo\u017cna to zrobi\u0107 w bardzo prosty spos\u00f3b. Wystarczy odizolowa\u0107 powierzchni\u0119 wody od powietrza foli\u0105. Zwyk\u0142a folia zaton\u0119\u0142aby po pierwszym deszczu, dlatego zastosowa\u0142em foli\u0119 b\u0105belkow\u0105, kt\u00f3ra p\u0142ywa po wodzie skutecznie eliminuj\u0105c parowanie.<\/p>\n<p>Po tym zabiegu temperatura wody w basenie wzros\u0142a o kilka stopni w stosunku do basenu bez przykrycia. Trzy upalne dni pod rz\u0105d wystarczy\u0142y aby rozgrza\u0107 wod\u0119 do przyjemnych 29 stopni.<\/p>\n<p>Nie poprzesta\u0142em jednak na tym zabiegu. Kolejnym krokiem, kt\u00f3rego jeszcze nie zrobi\u0142em jest obliczenie na podstawie pomiar\u00f3w faktycznych wielko\u015bci strat i zysk\u00f3w energii. Mam ju\u017c obszerny zestaw danych do\u015bwiadczalnych (sam uk\u0142ad pomiarowy zas\u0142uguje na oddzielny artyku\u0142) &#8211; temperatura wody i temperatura powietrza. Teraz na podstawie tych danych chc\u0119 wyznaczy\u0107 zale\u017cno\u015b\u0107 straty ciep\u0142a w nocy (bez s\u0142o\u0144ca) od r\u00f3\u017cnicy temperatur: bez i z parowaniem. Jak poznam te warto\u015bci by\u0107 mo\u017ce uda si\u0119 zrobi\u0107 symulacj\u0119 oszcz\u0119dnego ogrzewania.<\/p>\n<p>Jak tylko uda mi si\u0119 obrobi\u0107 dane do\u015bwiadczalne podziel\u0119 si\u0119 z wami wnioskami w kolejnym wpisie.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Geneza problemu Problem, kt\u00f3ry za chwil\u0119 spr\u00f3buj\u0119 sformu\u0142owa\u0107 zacz\u0105\u0142em rozwa\u017ca\u0107 jaki\u015b miesi\u0105c przed rozpocz\u0119ciem sezonu letniego (ju\u017c w tej chwili wiadomo, \u017ce okaza\u0142 si\u0119 on ma\u0142o powalaj\u0105cy w sensie nas\u0142onecznienia i zakresu temperatur &#8211; ca\u0142y czas mam nadziej\u0119, \u017ce jeszcze b\u0119dzie ciep\u0142o). Na moim podw\u00f3rku stoi rozk\u0142adany, naziemny basen. Jest jak na tego typu konstrukcj\u0119 [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[3,1],"tags":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/morony.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/315"}],"collection":[{"href":"https:\/\/morony.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/morony.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/morony.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/morony.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=315"}],"version-history":[{"count":17,"href":"https:\/\/morony.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/315\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":359,"href":"https:\/\/morony.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/315\/revisions\/359"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/morony.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=315"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/morony.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=315"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/morony.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=315"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}