 |  |
06FE06 Környezeti sugárzás, hőáramlás és hővezetés | |
A Föld felszínén elkerülhetetlen tényező a 300-500W/m2 teljesítményű 10um hullámhosszúságú háttérsugárzás (mely ugyan, csak a napfény számára átlátszó polietilén búrán át nem tud átjutni az előlapra, de a hátlapot alaposan "alátüzeli"). Ezt a háttérsugárzást a 0-30C meleg környező objektumok adják le (a napsütötte tárgyak ennél sokkal forróbbak).
Továbbá számolnunk kell a légáramlásos hűtéssel meg az esetleges hővezetéssel is a véges vastagságú anyagban, aminek következtében az előbb felsorolt anyagok hőmérséklete megközelítőleg 60, 70, 80, 90 és 100C lesz, mint ahogy azt az alábbi táblázatban szemléltetjük is:
| A Föld felszínén: | ||||||||||
| Hőmérséklet | Feketetest sugárzása a -273C űrbe | |||||||||
| A felszín | K: | C: | T*T*T*T | W/m2 | ||||||
| sugárzási | 273 | 0 | 5554571841 | 315 | Valós test sugárzása a -273C űrbe | |||||
| tényezője: | 283 | 10 | 6414247921 | 364 | W/m2 | Valós test sugárzása a +33C környezetbe | ||||
| e: | 290 | 17 | 7072810000 | 401 | W/m2 | Áramlási és vezetési hőátadás | ||||
| 1 | 306 | 33 | 8767700496 | 497 | 497 | 0 | W/m2 | |||
| 1 | 328 | 55 | 11574317056 | 656 | 656 | 159 | 841 | feketetest | ||
| 0,9 | 333 | 60 | 12296370321 | 697 | 628 | 180 | 820 | fa, papír, üveg, építőanyagok, festékek | ||
| 0,5 | 343 | 70 | 13841287201 | 785 | 392 | 144 | 856 | horgany-, cink-, ezüst- és alufesték | ||
| 0,2 | 353 | 80 | 15527402881 | 880 | 176 | 77 | 923 | csokoládépapír | ||
| 0,1 | 363 | 90 | 17363069361 | 985 | 98 | 49 | 951 | alumíniumlemez, acél | ||
| 0,05 | 373 | 100 | 19356878641 | 1098 | 55 | 30 | 970 | fényes alumíniumfólia | ||
Minden felület valamilyen vastagságú anyagot (tömeget) fed, például 10cm vastag betonfal (mely négyzetmétere 200kg sulyú, hőkapacitása 40 liter víz hőkapacitásával egyenértékű),
tehát a napi átlagos 4kWh besugárzott napenergia az egész tömb hőmérsékletét 100C fokra fogja felmelegíteni (10 liter víz 100C fokra való felmelegítéséhez megközelítőleg 1kWh energia szükséges, feltételeztük továbbá, hogy nincsen hőveszteség).
Azonban, a meleg felület felett áramló hideg levegő (1kWh hőenergiát visz el az 500m3 10C fokkal felmelegített levegő),
meg a hővezetés és hősugárzás annyi energiát vesznek el a betonlaptól, hogy az megközelítőleg csak 58C fokra fog felmelegedni.
Amikor a 10cm vastag betonfal napsütötte oldala 58C meleg, hátoldalán a szobahőmérséklet pedig 20C:
- a hővezetés 380W/m2 lesz (=38K*10W/m2K: 1m vastag betonfal hővezetési tényezője 1W/m2K, tizedvastagságé tízszer nagyobb: 10W/m2K, amit még harmincnyolccal kell megszorozni a 38C fokos előlap-hátlap hőmérsékletkülönbség végett).
- 24W/m2K hőátadási tényezővel számolunk kültéri falak esetében: 33C kültéri léghőmérséklet esetén az 58C fokra felmelegedett külső fal 600W/m2 hőenergiát ad le hőáramlás és hősugárzás útján (600=25*24=240+240+120 a 10+10+5C hőmérsékletkülönbségből kifolyólag).
- Az 58C meleg felszín hőkisugárzása 680W/m2, a 33C környezet visszasugárzása 500W/m2, amiből kifolyólag 180W/m2 hőenergiát sugárzás útján ad le.
- Mindösszesen az 58C meleg napsütötte betonfal 1kW/m2 hőenergiát disszipál (380+600-180+180=980), ami pont egyensúlyban van az 1kW/m2 napsütéssel.
10cm kőzetgyapot vagy hungarocell alkalmazásával (a 10cm beton helyett) a napsütötte falfelszín 58C fokról 73C fokra melegszik:
- a hővezetés 530W/m2-ről (530=53*10, 53=73-20) annak huszonötödrészére 21W/m2-re csökken (1W/m2K a betonfal hővezetési tényezője, a kőzetgyapot vagy hungarocell hővezetési tényezője pedig 0.04W/m2K ) ,
- ami következtében az elnyelt hőenergiának csak elenyésző része jut a hátoldalig, így érthető, hogy az előlap 58C helyett 73C-ra melegszik.
-a jelentősen forróbb előlap felületi hőátadása 580W/m2 helyett 960W/m2-re emelkedik ( 24W/m2K hőátadási tényezőt 73-33=40C hőmérsékletkülönbséggel szorzunk).
- Az 73C meleg felszín hőkisugárzása 810W/m2, a 33C környezet visszasugárzása 500W/m2, amiből kifolyólag 310W/m2 hőenergiát sugárzás útján ad le.
- A 73C meleg napsütötte hőszigetelt fal 1kW/m2 hőenergiát disszipál (21+960-310+310=981), ami pont egyensúlyban van az 1kW/m2 napsütéssel.
| Hőmérséklet | Feketetest sugárzása a -273C űrbe | |||||||
| T(K): | T(C): | T*T*T*T | W/m2 | Valós test sugárzása a +33C környezetbe | ||||
| 270 | -3 | 5314410000 | 301 | -196 | ||||
| 306 | 33 | 8767700496 | 497 | 0 | ||||
| 328 | 55 | 11574317056 | 656 | 159 | ||||
| 338 | 65 | 13051691536 | 740 | 243 | ||||
| 365 | 92 | 17748900625 | 1006 | 509 | ||||
| |