Чи змогли ви вирішити це завдання?
Раніше я пропонував загадку про те, як уберегти будинок від перетворення на духовку під час спеки. Сценарій простий, але фізика процесу трохи заплутана. Ось рішення.
Подайте кімнату з єдиним шаром: шторами. Коли сонце світить у вікно, його енергія попадає на тканину. Штори поглинають її, нагріваються і еventually досягають теплової рівноваги. У цьому стані вони випромінюють тепло з тією ж швидкістю, якою його поглинають. Половина цього тепла йде назад за вікно, інша половина проникає всередину кімнати.
Таким чином, один шар блокує 50% сонячної енергії. Все досить просто.
Тепер додамо другий шар. Поставте рулонні штори на скло, а на них повісьте звичайні. Тепер у нас є два шари захисту. Скільки сонячної енергії цього разу проникне всередину кімнати?
Ми ігноруємо властивості скла, колір матеріалів та форму кімнати. Припускаємо однорідні матеріали та досягнення теплової рівноваги.
Який підсумковий відсоток?
33 відсотки.
Це відповідь.
Розбираємо математику
Погляньмо, чому показник знижується так значно.
Нам слід відстежити потік тепла після того, як все заспокоїться. Штора випромінює енергію як у кімнаті, так і назовні. Назвемо цю величину h.
Якщо штора випромінює h в обох напрямках, її загальний викид становить 2h. Ця енергія походить від рулонних штор, розташованих за нею. Отже, рулонні штори повинні випромінювати 2h у бік тканини та ще 2h назад до вікна.
Але рулонні штори не працюють поодинці. Вони також отримують h енергії, що випромінюється шторами.
Отже, який загальний викид рулонних штор? Він складає 4h. Дві частини йдуть до штор, дві — до вікна. Але лише три із цих частин (3h ) походять від вихідного сонячного світла. Четверта частина – це просто рециркуляційне тепло від самих штор.
Якщо сонце поставляє 3h, а всередину кімнати проникає лише h, математика проста:
h, поділений на 3h, дорівнює приблизно 33 відсоткам.
Два шари працюють краще, ніж один. Але це не очікувані 50%, а саме 33%.
Головний висновок: Використання подвійних віконних покриттів ефективно. Тут немає магії – лише термодинаміка.
Дякуємо Елані Вільямс-Ксі за постановку цього завдання. За два тижні я повернуся з новим викликом.
