Fyzika a skleník

Youtube

Vyzkoušel jsem v posledních letech spousty inspirací a nápadů z youtube ve všech možných oblastech, nejen na zahradě. Bohužel se ukazuje, že většina z těchto věcí jsou naprosto slepé uličky. A proč to tak je? Youtube funguje na "proklicích", za každé shlédnutí dostává youtuber peníze a čím více shlédnut, tím více peněz. Pointa tedy je udělat video o něčem převratném, šokujícím, neuvěřitelném a v případě tvoření ideálně zaručený návod jak to může fungovat. Pokud člověk není čestný, prostě generuje co nejpřitažlivější obsah bez ohledu na to, zda funguje, nebo je to přímo lež, pouze pro získání shlédnutí. 

Pro vyhledávání seriózní informací na kterých se dá dále stavět bych volil jiné zdroje. Případně se k zdrojům z youtube stavět velmi ostražitě a věnovat chvíli času výpočtům, zda mají opravdu potenciál fungovat. Naopak bych hledal inspiraci v osvědčených věcech s nekonvenčními nápady využití.



Tepelný výkon

Hodnoty jsou spíše pro hrubé srovnání

Plamen svíčky - 80w

Horkovzdušné topení - 500w - 5000w

Infrapanel - 100w - 1000w

Topné tyče - 50w - 250w

Topné kabely a rohože - 50w - tisíce w

Klimatizace - jednotky tisíc w

Tepelné čerpadlo - jednotky tisíc w

Zemní registr - stovky až jednotky tisíc w

Pasivní zdroje - 0w až stovky w

Infrazářiče - 500w - 2000w



Měrná tepelná kapacita (akumulační kapacita materiálů)

je množství tepla potřebného k ohřátí 1 kilogramu látky o 1 teplotní stupeň. 

A nebo také, kolik tepla (Wh) uložíme ohřátím 1kg media o 1°C

Vodík - 4

Voda  - 1,2 

Beton - 0,2 - 0,4

Vzduch (0 °C) - 0,28

Olej - 0,55

Písek - 0,27

Hlína - 0,25

Žula - 0,25

Cihelná hmota - 0,27

Ytong - 0,28

Štěrk - 0,19

Absolutně suché dřevo (0 °C) - 0,4 


1000kg = 1m3 = 1000l vody ohřáté o 1°C uložíme cca 1kWh. 1000l vody ohřáté o 5°C uložíme cca 5kWh.

1000kg písku = cca 0,7m3 ohřátý o 1°C uložíme 270kWh

1000kg plných cihel = cca 0,7m3 ohřátý o 1°C uložíme 270kWh


Voda má velkou akumulační schopnost, ale nízkou vodivost. = Hůř se ohřívá, ale pojme 

vice tepla

Písek má menší akumulační schopnost, ale dobrou vodivost. = Snadno se ohřeje, ale 

pojme méně tepla, než voda. V extrémním případě horní hranice pro akumulaci do vody je 100°C ale u písku přes 1000°C.



Tepelná prostupnost materiálů (W/m K)

Udává kolik w unikne přes 1m2 při rozdílu teploty o 1 stupeň. Čím nižší hodnota, tím méně tepla unikne = lepší izolace.

Polykarbonát 20mm 7mi komůrkový  - 1,59

Polykarbonát 4mm 2 stěn - 3,89

Dutinkové plexisko 16mm - 2,5

Plexisklo 3mm - 5,6

Sklo - 4

Dřevěná palubka - 0,2

Hliník - 200 (hliníkový profil, který je jednou stranou uvnitř skleníku a druhou vně se postará o obrovský únik tepla)

Železo - 60 

Cihly - kolem 0,6

Hlína - 0,7

Písek - 1

Dřevo - 0,2 kolmo na vlákna

Dřevo - 0,45 po vláknech

Voda - 0,6



Teplená ztráta skleníku

Výpočet povrchu skleníku

pro skleník 6x2,5x2,5m. (upravený rozměr pro snadnější výpočet, cca odpovídá 6x3x2m)

Plocha dvou bočnic dohromady tvoří celý kruh - (Pí) 3,14 x (r) 1,25 na druhou = 4,9m2

Plocha tunelu - 1/2 obvodu - 2 x (Pí) 3,14 x (r) 150 = 9,5m / 2 = 4,7m x (délka) 6m =  28,2m3

Celková plocha povrch skleníku - 4,9 + 28,2 = 33,1m2


Výpočet úniku tepla skleník 6x2,5x2,5m, PC 4mm

Polykarbonát - prostupnost tepla polykarbonátem 4mm 33,1m2 x 3,89 = 129w za 1h na 1 stupeň rozdílu uvnitř/venku

Počítáno při dokonalém utěsnění všech spár, bez tepelných mostů v třeba železný profil který je ve skleníku a zároveň venku. Pro rezervu bych hodnotu vynásobil dvěma na 257w.

Konstrukce - schopnost železa a hliníku vést teplo je velmi velká, dřevo naopak vede teplo velmi málo. Relativně malá plocha konstrukce, která prochází pláštěm skleníku - profil se nachází jak uvnitř skleníku, tak venku může mít větší tepelnou ztrátu než celý polykarbonátový plášť.

Přes 1m2 pc 4mm unikne stejné množství tepla jako přes 0,016m2 železa nebo 0,005m2 hliníku.

Při detailním výpočtu pc, konstrukce a netěsností se můžeme mí tepelnou ztrátovost mezi 200 400w na každý stupeň.


Výpočet úniku tepla skleník 6x2,5x2,5m, PC 20mm

Prostupnost polykarbonátem 20mm 33,1 x 1,59 = 52w x 2 (rezerva) = 104w 



Kolik tepla je potřeba?

Příklad bez započtení konstrukce - venku je -1°C, ve skleníku přirozeně 3°C. Na každý stupeň na každou hodinu, o kterých bychom chtěli ohřát skleníku nad tuto hodnotu budeme potřebovat 257w.

Pokud bychom zde chtěli mít 10°C - zvýšení teploty o 7°C potřebovali bychom 1800w.

= 23 svíček se středním plamenem. 4 svíčky na každý stupeň navíc.

= uvolnit teplo z  10 000l ochlazením alespoň o 2°C během 10h - 2000w na hodinu. 


Jedna svíčka nebo nádrž na 1 000l vody zvednou teplotu o desetiny stupně



Čím větší, tím lepší tepelná bilance

S růstem velikosti skleníku se zlepšuje jeho energetická bilance. Tj. zmenšuje se poměr mezi polykarbonátovým povrchem, kterým uniká teplo a podlahovou plochou, kterou chápeme jako akumulační. Mnohem lépe vychází jeden velký skleník, než dva malé.

Pro snadnější výpočet bude počítat se skleníkem jako s krychlí


2x2x2m

Polykarbonátový povrch 20m2 - tepelná ztráta 78w. (kolik W unikne 1m2 pro každý stupeň za 1h) čistě pro PC 4mm 

Podlahová plocha 4m2 - měrná tepelná kapacita horních 10cm 280w. (kolik W uložíme ohřátím o 1 stupeň - akumulační hodnotu musíme rozpočítat na celou noc) 

Objem vzduchu - 8m3

Tepelná ztráta skleníku na m2 pěstební plochy je 19,5w. Kolik w je potřeba dodat na každý m2 pěstební plochy pro zvýšení teploty 1°C.


4x4x2,5m

Polykarbonátový povrch 56m2  - tepelná ztráta 218w

Podlahová plocha 16m2 - měrná tepelná kapacita horních 10cm 1120w

Objem vzduchu - 40m3 

Tepelná ztráta skleníku na m2 pěstební plochy je 13,6w.   


16x5x3m

Polykarbonátový povrch 206m2 - tepelná ztráta 801w

Podlahová plocha 80m2 - měrná tepelná kapacita horních 10cm 5600w

Objem vzduchu - 240m3

Tepelná ztráta skleníku na m2 pěstební plochy je 10w.  


Největší skleník má tepelnou ztrátu 10x větší než nejmenší skleník, ale plocha pro pěstování je větší 20x. Objem vzduchu je 30x větší.




 Není 5°C jako 5°C 

Teplotu ve skleníku ovlivňuje mnohem více faktorů, než pouze venkovní teplota. Pokud děláme pokusy, je potřeba si toto ujasnit, aby výsledky dávaly ucelený a pravdivý vhled.

Co vše ovlivňuje teplotní rozdíl

Teplota okolí 

Svit slunce - zcela zásadní, pokud je venku 0°C a svítí sluníčko, ve skleníku je přes 20°C, pokud slunce nesvít, teplotní rozdíl je mnohem menší. Tato skutečnost má velký vliv na noční teplotu 

Teplota v předchozích dnech - naakumulované teplo v půdě skleníku. Nemám pro to výpočet, ale je to velmi značný vliv

Vítr - významnější, než se může zdát, má velmi velký vliv na odebírání tepla z povrchu

Déšť - voda také dobře odvádí teplo 

Vzdušná vlhkost - malý vliv

Když je venku 5°C, ve skleníku za určitých podmínek může být dokonce někdy i méně než 5°C, ale za jiných zde může být přes 20°C.



Teplotní rozdíl 

Průměrných minimálních teplot během zimy a jara bez jakéhokoli vytápění a využívání akumulace. Čím jsou teploty nižší, tím vyšší je rozdíl mezi přirozenou teplotou ve skleníku a venku. Čím nižší je teplota, tím více přirozeného tepla může skleník využít. Když je venku -10°C, vzduch ve skleníku by odebíral teplo z půdy dokud by jí neochladil na -10°C, čemuž zabraňuje přirozené teplo země. Při 0°C by tento proces šel pouze do 0°C teplotě půdy. V druhém případu je k dispozici mnohem méně naakumulovaného tepla a teplotní rozdíl bude nižší.

Na povrchu půdy skleníku cca 20m2 bude k dispozici mnoho set wattů na každý stupeň.  

víc než -5°C - rozdíl 8,5°C

-5°C - 0°C - rozdíl 5°C

 0°C - 5°C - rozdíl 3,8°C

5°C - 10°C - rozdíl 3,1°C


Máš tip nebo vidíš chybu?

Baví mě si s tím hrát, rád experimentuji a zkouším netradiční věci, zároveň ale potřebuji alespoň nějaký teoretický základ, na kterém by to mohlo fungovat a hlavně potřebuji vidět a prověřit, že to opravdu funguje v praxi. Asi zde časem budou přibývat věci, co fungují a také ty, které vedou do slepé uličky. Jsem otevřený návrhům, co vyzkoušet a prověřit. 

Jsem pouze nadšenec, vše ohledně výpočtů a stavby jsem si dohledával na internetu a snažil se dát si dvě a dvě dohromady. Můžou zde být technické a početní chyby. Neříkám, že takto je to správě, jen se snažím najít cestu, která by byla opravdu funkční. Jestli uvidíte chyby nebo máte připomínky, budu rád, když mi je zašlete na email.