07FE04 Hőtükör-bevonat

Fizika egyszerűen

. A továbbiakban a hőtükör-bevonat hatását fogjuk elemezni:

Az üveg gyakorlatilag feketetestként nyeli el a hősugárzást (valóban a_t=e_t=90%, ami közel feketetest), és ugyanolyan hatékonyan ki is sugározza a hőenergiát magából. Burkoljuk azonban az üveg mindkét felületét LLumar hőtükör-fóliával (a_t=e_t=10%):
- a belső 5 fokos falfelszín hősugárzása 340W/m² helyett 34W/m² lesz (=340*10%), a beltér 400W/m² hősugárzásából a fóliázott üveg csak 40W/m² energiát fog elnyelni (=400*10%), így nettó 6W/m² hősugárzást fog elnyelni (=40-34), ami 54W/m² összenergiafelvételt jelent beleszámítva a belső 12C fokkal melegebb levegőtől átvett 48W/m² hőenergiát (54=12*4+6=48+6).
- A külső falfelszín fél fokkal lesz hidegebb a belsőtől, hővezetése 50W/m² lesz.
- A külső a kültértől 4 fokkal melegebb falfelszín sugárzása a kültérbe 335W/m² helyett 34W/m², a nulla fokos kültér 315W/m² (valóban 267) visszasugárzásából 27W/m² hőenergiát képes felvenni. Így a külső fal nettó kisugárzása 34W/m² (=301-267) helyett 7W/m² lesz (=34-27), a négy fokkal hidegebb levegő áramlása pedig további 64W/m²(=4*16) energiát vesz át a külső falfelszíntől.

Mivel az üvegfal kevesebb energiát kap, mint amennyit lead (megbontottuk az egyensúlyi állapotot hőtükröző fólia aplikálásával), a hőtükörfóliával burkolt üveg tovább fog hülni (egy fokkal lesz hidegebb):
- a belső 4 fokos falfelszín hősugárzása 335W/m² helyett 34W/m² lesz, a beltér 400W/m² hősugárzásából 40W/m² energiát fog elnyelni, így nettó 6W/m² hősugárzást fog elnyelni, ami 58W/m² összenergiafelvételt jelent beleszámítva a belső 13 fokkal melegebb levegőtől átvett 52W/m² hőenergiát (58=13*4+6=52+6).
- A külső falfelszín 0.6C fokkal lesz hidegebb a belsőtől, hővezetése 60W/m² lesz.
- A külső (a kültértől 3.4C fokkal melegebb) falfelszín sugárzása a kültérbe 332W/m² helyett 33W/m², a nulla fokos kültér 315W/m² (valóban 267) visszasugárzásából 27W/m² hőenergiát képes felvenni. Így a külső fal nettó kisugárzása 34W/m² (=301-267) helyett 6W/m² lesz (=32-27), a 3.4C fokkal hidegeb levegő áramlása pedig további 54W/m² energiát vesz át a külső falfelszíntől (60=3.4*16+6=54+6).

Láthatjuk, hogy amíg hagyományos falfelületek esetében (e_t=0.9) a belső hőátadást 4W/m²K sugárzási és 4W/m²K áramlási összetevő adja, addig a külső hőátadásnál 8+16W/m²K a sugárzási és áramlási komponens. Kétoldali hőtükör-fólia alkalmazásával (e_t=0.1) az üveg-ház hővesztesége megfeleződik, és azt is rövidesen meglátjuk, hogy a belső hőtükör-fólia négyszer hatékonyabb a külsőtől.

Ennek bizonyítására először fóliázzuk be csak a külső felületet:
- a 12-1-4C fokos hőmérsékletlépcsők a beltérből a kültér felé egy fokkal fognak eltolódni 11-1-5C fokra azért, mert a külső felszín kisugárzását megfékeztük, és így az üveg melegebb lesz,
- a belső felület (az előzőleg megszerzett ismeretek birtokában) 12*(4+4)=96W/m² hőenergia felvétele helyett 11*(4+4)=88W/m² hőenergiát vesz fel,
- a külső felület (az előzőleg megszerzett ismeretek birtokában) 4*(16+8)=96W/m² hőenergia leadása helyett 5*(16+8/10)=84W/m² hőenergiát ad le (a 8W/m²K sugárzás a külső üvegfalról ennek tizedére csökken abból kifolyólag, hogy a hőtükröző fólia fokonként tízszer kevesebbet sugároz kifelé) ,
- látjuk, hogy fennáll az egyensúly, és 96W/m² -ről 10%-kal lett kisebb az energiaveszteség a hőtükröző (és gyengén sugárzó) külső fóliának köszönhetően.

Most pedig fóliázzuk be csak a belső felületet:
- a 12-1-4C fokos hőmérsékletlépcsők a beltérből a kültér felé két fokkal fognak eltolódni 14-0.5-2.5C fokra azért, mert a belső felszín besugárzását megfékeztük, és így az üveg hidegebb lesz,
- a belső felület (az előzőleg megszerzett ismeretek birtokában) 12*(4+4)=96W/m² hőenergia felvétele helyett 14*(4+4/10)=61W/m² hőenergiát vesz fel (a 4W/m²K sugárzás a belső üvegfalra ennek tizedére csökken abból kifolyólag, hogy a hőtükröző fólia fokonként tízszer kevesebb sugárzást nyel el),
- a külső felület (az előzőleg megszerzett ismeretek birtokában) 4*(16+8)=96W/m² hőenergia leadása helyett 2.5*(16+8)=60W/m² hőenergiát ad le,
- látjuk, hogy fennáll az egyensúly, és 96W/m² -ről 40%-kal lett kisebb az energiaveszteség a belső hőtükröző fóliának köszönhetően.

Tehát látjuk, hogy a belső hőtükröző bevonat négyszer hatékonyabb a külsőtől.