Для Лиги Лени. Можете пропустить достаточно длинную часть рассуждений, перемежающихся расчётами, и прокрутить до подзаголовка Итоги, в котором в одном абзаце изложено главное. Можете захватить ещё и Выводы, но это по желанию.
Как говорится, никогда такого не было и вот опять. Три дня подряд с 6 по 8 мая 2025 года в Беларуси фиксировались температурные антирекорды. В Барановичах, например, 8 мая ночью зафиксировали -2,6ºС против -0,3ºС в 1976 году.
9 мая Беларусь решила вовсе побыть полюсом холода и побила 23 локальных температурных антирекорда, а в Минске похолодало до -4,1ºС и был переписан результат 113 летней давности, установленный в 1912 году (-3,3ºС).
Данные сайта Meteociel.fr за ночь 9 мая
И такая ситуация не впервые. Три года подряд майские заморозки не перестают удивлять. Тройное повторение выглядит, как закономерность.
Прогностическая модель GFS предполагает, что более-менее теплая погода к нам в Беларусь придет ориентировочно с 25 мая, когда наш регион покинет высотная ложбина «Х» и на нас переориентируется высотный гребень «Т».
В 6 утра 10 мая наблюдал интересную картину. На термометре на улице -4ºС, в теплице -4ºС. В металлической пепельнице, наполненной водой, вода не замёрзла, как будто и не было ночью отрицательной температуры. Для сравнения, 9 мая утром вода в пепельнице уже была в промёрзшем состоянии около 6 утра. Затем температура за полчаса поднялась на пару градусов до -2ºС, а вот вода в пепельнице стала кашеобразной (смесь частичек льда с водой). Примерно через час вода опять оттаяла, а температура воздуха поднялась до +2ºС. То есть получается, что ночью отрицательной температуры не было или же она была совсем незначительная, поэтому вода на рассвете была незамёрзшей, а около 6 утра температура резко понизилась, вызвав переход воды в частично замёрзшее состояние, но, так как уже взошло солнце, то температура так же быстро поднялась и растопила лёд. При этом прогноз обещал -1ºС, но место у нас загадочное: и тучи частенько стороной обходят, и температура падает ниже, чем на ближайших станциях метеонаблюдения. Бывает и в июле утром приходится надевать пуховик, чтобы не замёрзнуть. Может быть каким-то образом это связано с тем, что за домом один сплошной массив Налибокской пущи, раскинувшийся на 50 километров? Напишите свои предположения в комментариях. Непосредственная близость расположения домика рядом с огромной пущей сопряжена с частыми контактами с дикими животными. Об этом я уже писал раньше в рассказах Шнурки, Зубр, Кабан.
Рассада же, заботливо перевезённая в наш домик в Налибокской пуще в начале мая, уже готовилась переместиться в теплицу, но нас остановил неблагоприятный прогноз погоды на ближайшие выходные. Некоторое время растения привыкали в приближённых к спартанским условиях в отдельной непротапливаемой комнате, температура в которой была на уровне примерно 10-15 градусов. До 25 мая они, пожалуй, зацветут, если не выломают дверь и не самовысадятся, подумал я и стал прикидывать как их высадить пораньше, но не обречь на гарантированную гибель и в тоже время не разориться. Очень уж хотелось, чтобы у моей любимой Анютки всё получилось.
Можно, конечно, гнать киловатты электроэнергии, обогревая теплицу целиком, заодно приподнимая среднюю температуру в деревне, но, наверное, дешевле обойдётся заказать помидоры чартерным рейсом из Испании и сгонять за ними на такси в аэропорт и обратно. Примерные расчёты энергозатрат я приводил раньше в посте Расчёт мощности, отдаваемой землёй и тепловых потерь теплицы. Знания, полученные экспериментальным путём тогда, натолкнули меня на мысль сейчас, что есть способ гораздо экономнее и эффективнее. Нужна теплоизоляция, но на всю теплицу это примерно 50 квадратных метров, которые вечером накрой, утром сними и так каждый день. Ещё и закрепить нужно, открепить. Боюсь, что эти помидоры с перцами уже на второй день таких упражнений пойдут строем и с песнями в известном направлении, указанном не только мной, но и женой. Шутки шутками, но на самом деле обеспечить хорошей и в то же время легкосъёмной теплоизоляцией строение с площадью поверхности 50 квадратов - довольно фундаментальное и затратное мероприятие, думать о котором нужно было заранее. Хотя идея в общем то весьма интересна, потому что, обеспечив хорошую легкосъёмную теплоизоляцию толщиной 40 мм с коэффициентом теплопроводности 0.04Вт/(м×К) на удержание температуры внутри теплицы требовалось бы настолько мало энергии, учитывая теплоотдачу прогретой земли, что даже светодиодные светильники для досвета справились бы с этой задачей.
Также можно уменьшить тепловые потери теплицы, если сделать по принципу окна или стеклопакета с двумя или даже тремя слоями поликарбоната с воздушным зазором между ними. В случае с двойным слоем тепловые потери составят меньше 3 ватт на квадратный метр на градус Цельсия, то есть для обеспечения внутри теплицы на 10 градусов выше температуры окружающей среды понадобится примерно 50х3х10=1.5кВт энергии, то есть уже не понадобится тратить электроэнергию, так как земля, прогретая в течение дня способна дать даже больше. Если вы сомневаетесь, то я надеюсь, что с помощь простых физических формул легко развею ваши сомнения. Сколько вы думаете энергии содержит в теплице слой земли толщиной 10см, прогретый , к примеру, до 25 градусов? При плотности земли 5500кг/м3, объёме слоя 0.1х8х3.5=2.8м3, теплоёмкости земли 1кДж/(кг ºС) или 0.27 Вт/(кг ºС), энергия будет равна 4.1кВт на градус Цельсия. То есть этот слой земли, охладившись от 25 до 15, на десять градусов, отдаст энергии больше 40 киловатт. То есть нагретая в теплице земля уже содержит энергию, необходимую для поддержания температуры в теплице, если, конечно, тепловые потери самой теплицы не слишком большие. Степлопакеты давно рассчитаны по эффективности. Я думаю, что толщина воздушного зазора тоже выбрана оптимальной, когда дальнейшее увеличение зазора не влияет на теплопроводность, но увеличивает себестоимость. Хотя, возможно, себестоимость в случае со стеклопакетами - это главный критерий, а для советских инженеров, рассчитавших и установивших расстояние между стёклами в окне равным примерно 5 см основным критерием было уменьшение тепловых потерь. В любом случае кругом и всюду балланс и компромисс - где-то теряешь, где-то находишь. В любом случае тут есть интересный момент, что увеличение зазора становится неэффективным, так как начинает сказываться конвекция и теплопроводность почти что не уменьшается при дальнейшем увеличении зазора. Но, если объём зазора разделить на небольшие отсеки, то его увеличение практически пропорционально будет увеличивать тепловое сопротивление. Таким образом тепловые потери можно уменьшать хоть до 0, шутка, до 50 ватт с теплицы на градус Цельсия точно можно будет снизить. Тогда теплицу можно будет использовать хоть круглый год и в лютые зимы.
Но я отвлёкся от основной темы. Можно не теплоизолировать всю теплицу, если нужно спасти рассаду во время первых пары-тройки недель, достаточно спрятать каждый кустик рассады под теплоизоляцией, а энергии самой земли должно хватить для удержания температуры внутри теплоизолированного кокона на достаточно высоком уровне. Естественно, эффект будет тем значительнее, чем сильнее и глубже земля будет прогрета за день. Тогда я вспомнил про стопку листов пенопласта, складированную несколько лет назад в сарае и так никуда и не применённую. Пенопласт толщиной 0.04м (40мм) размерами 1.5×0.6м с коэффициентом теплопроводности 0.04Вт/(м×К) или около того. Соорудил из него параллелепипед с внешними размерами примерно 0.4×0.4×0.6м. Таких размеров как раз должно хватить для даже крупных кустов рассады. Грубо говоря, площадь параллелепипеда получилась около 1м2. Для простоты далее буду называть его кубиком.
Отдельно стоящий термометр, кубик из пенопласта и конус из пенополиэтилена
Мы с Анюткой установили отдельно стоящий термометр и по термометру под кубик и под конус. Конус я сделал для получения дополнительных данных для сравнения эффективности. Вечером все термометры показывали +9ºС. Сделали ставки: я поставил на то, что под конусом будет температура на 3 градуса выше, а под кубиком на 5, а Анютка, что на 1ºС и 3ºС соответственно. Истина оказалась, как часто такое бывает, посередине: +2ºС и +4ºС.
Утром термометр, не накрытый кубиком, показывал -3ºС, а термометр, накрытый кубиком +1ºС. Под конусом из пенополиэтилена толщиной 10мм температура была примерно -2ºС, что неудивительно. Результаты оказались посередине между предположенными нами.
Нетрудно посчитать, что для разности температур между температурой внутри кубика и снаружи тепловой поток q=0.04Вт/(м×К)/0.04м×(+1-(-3))=4Вт/м2. Так как площадь кубика 1м2, то можно считать, что земля компенсировала теряемые кубиком 4Вт, чтобы температура стабилизировалась выше температуры окружающей среды на 4 градуса. Это верно, если взятое из интернета значение теплопроводности пенопласта соответствует реальному, но мир стар и неидеален, пенопласт тоже, тепла от земли, на самом деле, больше, на что указывают измерения, которые я упоминал в посте, на который ссылался чуть выше по тексту. Да и теория тоже указывает на то, что земля должна отдавать примерно 2Вт на градус Цельсия от площади 33х33см под кубиком, что приводит к величине теплопроводности меньше, чем значение, взятое из интернета. В любом случае, это уже не важно, главное, что результат есть, результат не плохой, но, на мой взгляд, недостаточный. Я ошибся, предположив, что энергии земли хватит. Для удовлетворительного результата надо ещё примерно столько же тепла, сколько даёт земля, то есть ещё примерно ватт 8. Тогда при -3 градусах снаружи под кубиком будет +5, при +8 примерно +16.
Рассвет в ~5:30 11 мая 2025
Одуванчикам заморозки не страшны
Иней на крапиве 11 мая 2025 года
Можно создать дополнительную мощность резисторами, включёнными последовательно. Например, при напряжении сети 230В, мощность 24 резисторов по 22 Ома будет равна 230^2/(24×22)=100Вт или по 4.2 Вт/резистор. Можно использовать резисторы сопротивлением 12-24кОм, включая их параллельно. Так даже удобнее, потому что цепочку можно наращивать по мере необходимости. Я исходил из наличия в магазине, цены и удобства крепления. Например, резистор С5-47В, отличный советский резистор с номинальной мощностью 10Вт и возможностью крепления на радиатор двумя винтами. Между резистором и радиатором следует нанести теплопроводящую пасту типа КПТ-8 как можно более тонким слоем, чтобы в идеале она только заполнила микронеровности сопрягаемых поверхностей.
На Белчип цена резистора типа С5-47 сопротивлением 470 Ом 0.43 белорусских рубля, что в пересчёте на российские даёт 11.5. Что интересно, в российском магазине Чип Дип резисторы такого типа стоят от 2 до 20 белорусских или 50-500 российских. Нормальная такая разбежка. В общем, меня цена 0.43 белорусских совершенно устроила, а имеющееся в продаже сопротивление 470 Ом вынудило соединить резисторы последовательно по четыре штуки, что дало мощность на каждом чуть больше 7Вт. 230х230/(470×4)/4=7.03Вт. На самом деле, сопротивление оказалось немного меньше, 460 Ом, что находится в пределах 5% допуска, а мощность слегка больше, примерно 7.2Вт.
И абсолютно понятно, что спокойно можно использовать резисторы на выделяемых мощностях, приближённых к максимальной рассеиваемой мощности резистора, потому что использоваться они будут на околонулевых температурах, но, как всегда, есть нюанс и, если вы хотите, чтобы резистор работал так, как нужно, он должен греться до температуры немного выше той, которую мы хотим поддерживать, а посчитать температуру его нагрева довольно просто по формуле:
где Tр - температура резистора, P - выделяемая им мощность, S - его площадь поверхности, а Ав - коэффициент теплоотдачи от резистора окружающему его воздуху, принимаемый обычно равным 10-15Вт / (м2 × К). Тос мы планируем удерживать на уровне 8ºС. Мощность считается по закону Ома и равна квадрату напряжения на резисторе, делённой на его сопротивление. При параллельном включении резисторов напряжение всегда одинаково и равно напряжению источника питания, при последовательном, если резисторы одного сопротивления, делится на количество резисторов, подключённых к источнику. Если, например, резистор параллелепипед с размерами 20х10х10мм, то площадь его поверхности будет равна 0.001м2. То есть при выделяемой мощности 2.5Вт без дополнительного радиатора не обойтись. Надо наклеить пару пластин из жести размерами 30х30мм. Тогда площадь увеличится примерно в 4.5 раза и перегрев уменьшится до величин, при которых до резистора можно дотронуться, но нам надо такая температура, чтобы и растению было комфортно находиться рядом с нагревательным элементом, и как можно меньше тепла уходило в сторону прогрева земли вглубь. И, чем больше площадь радиатора, тем меньше перегрев, но выделяемая мощность от этого не изменится, как была 2.5Вт, так и останется. А вот температура имеет значение. Ведь, чем выше она температуры земли, тем больше тепла будет уходить на прогрев земли. В идеале температура резистора с радиатором должна быть равна температуре земли. В этом случае всё направление теплового потока будет направлено исключительно на погашение тепловых потерь пенопластового параллелепипеда, не тратясь на нагрев земли. Даже само название тепловой поток схоже с названием тока в электротехнике. Я даже когда-то давно, когда работал в фирме, занимающейся электрообогревом, рассчитывал тепловые процессы во времени, используя привычный мне Proteus, заточенный для электроники. Достаточно было сопоставить величины: температура - это напряжение, тепловой поток - это ток, тепловое сопротивление - это обычное сопротивление. И программа, предназначенная для моделирования электронных процессов, прекрасно справлялась с тепловыми. Потому что всё в мире построено на общих принципах и устроено примерно одинаково. Всё в мире подчиняется единым законам.
На всю теплицу для всех 50-ти кустиков хватит мощности примерно 350Вт, кабеля достаточно с большим запасом самого дешёвого 0.5мм2 медного ШВВП. Осталось только спаять и заизолировать места пайки термоусадкой на клеевой основе типа 3мм/1мм. Пары метров термоусадочной трубки при сотне точек пайки должно хватить. Тоже копейки, как и затраты электроэнергии ~3.2кВт за ночь (8 часов): 76 белорусских копеек или 20 российских рублей. В России вроде бы электроэнергия дешевле, чем у нас в Беларуси, не 0.24 белорусских или 6.5 российских за киловатт? Напишите так ли это в комментариях.
Цепочки резисторов на радиаторах
В качестве радиаторов взял алюминиевые пластины размерами 8х10х1см. Валялись в гараже обрезки уж и не вспомню откуда они взялись, отходы от чего-то. В этом случае при площади рассеивания теоретический перегрев относительно температуры окружающей среды составит 7Вт/10-15Вт / (м2 × К)/0.02м2 примерно 25 градусов. Если использовать две пластины или пластину вдвое большей площади, то и перегрев уменьшится вдвое. Я пока решил остановиться на варианте с одной пластиной. При таком перегреве немного больше мощности будет расходоваться на прогрев земли, чем было бы при 10-15 градусах перегрева, но я думаю, что и 25градусный перегрев уже достаточно близок к оптимальному. Испытания показали, что при комнатной, 22 градуса, температуре удерживать палец на резисторе можно сколь угодно долго, а это значит, что температура резистора примерно 45, а перегрев 23. Если бы можно было удержать палец несколько секунд, то это бы означало, что температура примерно 50.
Теория в очередной раз совпала с практикой, что неудивительно. Так обычно всегда и происходит, когда понимаешь основные физические принципы. В советских ВУЗах обычно так и учили, пытаясь донести до студентов суть, активно используя аналогии при объяснении. Наверное поэтому советское образование в своё время считалось одним из лучших в мире. Студенты сейчас плохо понимают предмет изучения, не чувствуют на уровне нейронных связей как работает электроника или программы. Им дали формулы и функции, но не объяснили их смысл. Им дали практически неограниченные ресурсы и возможности, а они их тратят ну, например, на идеальный вращающийся блестящий логотип, как на видео ниже.
Под рукой оказался скотч, который, как известно наше всё, поэтому все Кубики им и смотаны. Может быть когда-нибудь потом придумается что-нибудь более цивильное, но пока так.
Эти Кубики спасли рассаду только что посаженных перцев, потому что следующим утром температура упала ниже нуля, о чём свидетельствовала замёрзшая на улице вода. Прогноз же обещал +4. Температура в теплице была на полтора градуса выше, чем на улице, под кубиком без нагревательного элемента на 4 градуса выше температуры в теплице и с нагревательным элементом на 8 градусов выше, чем в теплице.
Повторюсь, что ночью температура падала ниже нуля, о чём свидетельствовала замёрзшая вода, а прогноз обещал +4. Такие вот у нас загадочные места. В этом году даже сирень толком не расцвела, если не считать нескольких одиночных раскрывшихся цветков. Видимо, 2025-ый мне запомнится такой фразой: год, когда возле нашего домика в Налибокской пуще не зацвела сирень. А ведь когда-то благодаря этой сирени мы и купили этот домик в Налибокской пуще: Пятилистник сирени.
Прогноз на 19 мая 2025 года
А через пару дней уже внезапно потеплело и, как с теми яблоками, с которыми две беды: много, что некуда деть или мало, что нечего есть, так и в случае с теплицей: внезапные заморозки сменились палящим солнцем и, как следствие, огромными температурами днём в теплице. И ещё ведь не июль. На счастье жара продержалась недолго и наступил сезон дождей, но задуматься о спасении от жары стоит уже сейчас. Я планирую накрыть теплицу спанбондом, который задержит примерно процентов 30-40 солнечного света, соответственно мощность, пропорциональная квадрату светового потока и выделяемая внутри теплицы, уменьшится процентов на 70-80, то есть будет, грубо оценивая, не киловатт на квадратный метр, а ватт примерно 300. А пропорционально мощности уменьшится и перегрев. Но это уже совсем другая история.
Меня же сейчас больше интересует следующая ночь с 24 на 25 мая, на которую самая пессимистическая по температуре прогностическая модель GFS предполагает +5. Ещё час назад прогноз был +4.
Прогноз модели GFS на ночь с 24 на 25 мая
Спанбонд не может защитить при заморозках, потому что коэффициент теплопроводности спанбонда примерно равен коэффициенту теплопроводности пенопласта 0.04 Вт/(м•К), но, так как теплопроводность материала обратно пропорциональна его толщине, то для пенопласта толщиной 0.04м она равна S(м2)×0.04Вт/(м•К)/0.04м=1Вт•м2/К, а для спанбонда толщиной даже 60мкм=0.06мм=0.00006м (плотность спанбонда в г/м соответствует толщине в мкм, если верить производителю), S(м2)×0.04Вт/(м•К)/0.00006м~650Вт•м2/К. Спанбонд практически прозрачный для тепла материал, если сравнивать его с пенопластом. Его эффективность - миф, созданный для обеспечения продаж. Поэтому неудивительно читать такие сообщения:"Как же так, девочки, на упаковке спанбонда было написано до -7, а у меня все помидоры с перцами помёрзли при -1?". Даже если бы спанбонд был толщиной 1мм, то его эффективность в сохранении тепла была бы в 40 раз меньше пенопласта толщиной 40мм.
А пока утро следующего дня для меня ещё не наступило, а для вас уже прошло, полюбуйтесь, пожалуйста красотой восходящего в Минске солнца.
И как красиво цветут каштаны
Температура утром оказалась точно такой, как и давал прогноз. Температура +5, в теплице +9, под спанбондом температура те же +9 градусов, десятых не различил, может быть они и есть. Такая же дельта будет и при отрицательных температурах.
Всё в мире относительно, но, как заметил классик, это не значит, что что-то можно отнести сейчас, а что-то потом. Всё в мире относительно и в то же время просто и понятно, но одновременно сложно. Жизнь сложная штука, но за А следует Б, напряжение от более высокого создаёт ток через сопротивление к более низкому, как и температура от более высокой создаёт тепловой поток в сторону низкой и этот тепловой поток тем сильнее, чем меньше тепловое сопротивление. Везде можно провести аналогии, которые работают. Невозможно создать что-то из ничего. Всё в мире закономерно и подчиняется физическим законам.
Под параллелепипедом-ящиком размерами 40х40х60см из старого пенопласта толщиной 40мм и с установленным под ним нагревательным элементом мощностью 7Вт обеспечивается температура выше температуры окружающей среды на 8ºС, без установленного под ним нагревательного элемента - на 4ºС, под конусом из полипропилена толщиной 10мм температура выше температуры окружающей среды на 2ºС, под накидкой из спанбонда плотностью 25г/м2 примерно таких же размеров, как и Кубик температура практически не отличается от температуры окружающей среды.
Затраты на один Кубик на 90% - это пенопласт, стоимость которого за квадратный метр примерно 6 белорусских или 160 российских. Наверняка можно найти и дешевле, а кубики можно делать и поменьше, затраты разовые и практически на всю жизнь, а результат гарантированный.
- Starkafan, ты просто гений, - сказала Анютка.
- Нет, я просто опять изобрёл велосипед, - ответил я.
