07FE03 A hőterjedés nyomában | |
, és 0.1 szorzóval a tükröző felületek esetében (ami akár 0.01 is lehet fényesre polírozott fémfelületek esetében a környezeti hősugárzás hullámhossz-energiatartományában). Továbbá a felületi hőátadás 8 és 24W/m2K bel- és kültéri tényezőjét megbontjuk a szigorúan vett sugárzási (egyik oldalról), és konvektív-légáramlásos komponensre (másik oldalról).
| Hőmérséklet | Feketetest sugárzása a -273C űrbe | ||||||||
| T(K): | T(C): | T*T*T*T | W/m2 | ||||||
| 163 | -110 | 705911761 | 40 | ||||||
| 180 | -93 | 1049760000 | 60 | ||||||
| 270 | -3 | 5314410000 | 301 | ||||||
| 276 | 3 | 5802782976 | 329 | ||||||
| 280 | 7 | 6146560000 | 349 | ||||||
| 288 | 15 | 6879707136 | 390 | ||||||
| 289,66 | 16,66 | 7039699246 | 399 | ||||||
| 290 | 17 | 7072810000 | 401 | ||||||
| 292 | 19 | 7269949696 | 412 | ||||||
| 300 | 27 | 8100000000 | 459 | ||||||
| 304 | 31 | 8540717056 | 484 | ||||||
| 306 | 33 | 8767700496 | 497 | ||||||
Tudjuk, hogy a háttérsugárzás NEM függ az azt alkotó tárgyak és közegek minőségétől (05FE06 Az üresen kongó gömb
) , amennyiben mind EGYAZON HŐMÉRSÉKLETEN vannak: a háttérsugárzás a feketetest sugárzásával esik egybe.
A fentiek ismeretében első lépésnek az üvegfalon (sátorvásznon és konténerfalon) áthaladó hőenergiát fogjuk elemezni TÉLEN:
Az üvegház vagy sátor belseje legyen 17 fokkal melegebb a fagyos külvilágtól (eredő hőellenállás =1/8+1/100+1/24=12/96+1/96+4/96=17/96=1/5.65= 1 / eredő hővezetés). Hővesztesége 96W/m2 lesz (négyzetméterenként egy százwattos hagyományos izzó kell a hőveszteségek pótlására) :
- A belső falfelszín 12 fokkal lesz hidegebb a beltéri hőmérséklettől. Kicsi üvegfelület esetén beltér hősugárzása 400W/m2 lesz 17C fokon (amiből az üveg 360W/m2 sugárzást nyel el, at=90%=0.9, 0.9*400=360), a belső 5C fokos falfelszín hősugárzása 340W/m2 lesz (valóban 306=0.9*340, et=90%=0.9 ) , így a belső falfelszín 54W/m2 hőenergiát nyel el hősugárzás útján (54=360-306) , és további 42W/m2(=96-54) hőenergiát kap az alatta áramló 12 fokkal melegebb levegőtől (amiből arra következtetünk, hogy a szigorúan konvektív belső hőátadási tényező 4W/m2K = 42W/m2/12K felfelé kerekítéssel, és ugyancsak 4W/m2K szigorúan vett sugárzási belső hőátadási tényezőt veszünk lefelé kerekítéssel: 4=54/12).
- A külső falfelszín 1 fokkal lesz hidegebb a belsőtől, hővezetése 96W/m2 lesz.
- A külső falfelszín 4 fokkal melegebb a kültértől, sugárzása 335W/m2 a kültérbe (valóban 301=335*0.9 at=et=0.9 emisszivitással számolva), a nulla fokos kültér visszasugárzása 315W/m2 lesz (valóban 252 és 283 közötti 267 érték: 252=315-63=315*0.8 at=et=0.8 légköri emisszivitással számolva
, és 283=315-32=315*0.9 at=et=0.9 földfelszíni emisszivitással számolva; megjegyzés: kültérben 10% beltéri visszaverődés nincsen, a légkör minden sugárzást elnyel, a beltérben szokásos 10% reflexió helyett 10% transzparencia van ). A külső fal nettó kisugárzása 34W/m2 (=301-267), a négy fokkal hidegeb levegő áramlása pedig további 62W/m2 energiát vesz át a külső falfelszíntől (62=96-34) , amiből arra következtetünk, hogy a szigorúan konvektív külső hőátadási tényező 16W/m2K (=62W/m2/4K felfelé kerekítve, azért háromszorosa a beltérinek, mert kint általában és átlagosan háromszor erősebb a légáramlás). A szigorúan vett sugárzási külső hőátadási tényező 8W/m2K (=34W/m2/4K lefelé kerekítve, azért duplája a beltérinek, mert jelen van a kozmikus ablak és hideg légkör hatása, ami derült időben a legerősebb)Azt látjuk, hogy egyensúlyi helyzet áll fenn, mindhárom réteg 96-96W/m2 hőenergiát továbbít a hidegebb térrész felé.
Második lépésnek az üvegfalon (sátorvásznon és konténerfalon) áthaladó hőenergiát fogjuk elemezni NYÁRON:
Az üvegház vagy sátor belseje legyen 17 fokkal hidegebb a 34C forró éjszakától (eredő hőellenállás =1/8+1/100+1/24=12/96+1/96+4/96=17/96=1/5.65= 1 / eredő hővezetés). Hőnyeresége 96W/m2 lesz (négyzetméterenként egy százwattos hagyományos izzó melege tolakszik befelé) :
- A belső falfelszín 12 fokkal lesz melegebb a beltéri hőmérséklettől. Kicsi üvegfelület esetén beltér hősugárzása 400W/m2 lesz 17C fokon (amiből az üveg 360W/m2 sugárzást nyel el, at=90%=0.9, 0.9*400=360), a belső 29C fokos falfelszín hősugárzása 472W/m2 lesz (valóban 425=0.9*470, et=90%=0.9 ) , így a belső falfelszín 65W/m2 hőenergiát ad le hősugárzás útján (65=425-360) , és további 31W/m2(=96-65) hőenergiát veszít az alatta áramló 12 fokkal hidegebb levegőtől (amiből arra következtetünk, hogy a szigorúan konvektív belső hőátadási tényező 3W/m2K = 31W/m2/12K felfelé kerekítéssel, és 5W/m2K szigorúan vett sugárzási belső hőátadási tényezőt veszünk lefelé kerekítéssel: 5=65/12).
- A külső falfelszín 1 fokkal lesz melegebb a belsőtől, hővezetése 96W/m2 lesz.
- A külső falfelszín 4 fokkal hidegebb a kültértől, sugárzása 478W/m2 a kültérbe (valóban 430=478*0.9 at=et=0.9 emisszivitással számolva), a 34C fokos kültér visszasugárzása 500W/m2 lesz (valóban 400 és 450 közötti 425 érték: 400=500-100=500*0.8 at=et=0.8 légköri emisszivitással számolva
, és 450=500-50=500*0.9 at=et=0.9 földfelszíni emisszivitással számolva; megjegyzés: kültérben 10% beltéri visszaverődés nincsen, a légkör minden sugárzást elnyel, a beltérben szokásos 10% reflexió helyett 10% transzparencia van ). A külső fal nettó kisugárzása 5W/m2 (=430-425), a négy fokkal melegeb levegő áramlása pedig további 91W/m2 energiát vesz át a külső falfelszíntől (91=96-5) , amiből arra következtetünk, hogy a szigorúan konvektív külső hőátadási tényező 23W/m2K (=91W/m2/4K felfelé kerekítve, azért háromszorosa a beltérinek, mert kint általában és átlagosan háromszor erősebb a légáramlás). A szigorúan vett sugárzási külső hőátadási tényező 1W/m2K (=5W/m2/4K lefelé kerekítve, azért töredéke a beltérinek, mert jelen van a kozmikus ablak és nyáron is hideg felső légkör hatása, ami derült időben a legerősebb)Azt látjuk, hogy egyensúlyi helyzet áll fenn, mindhárom réteg 96-96W/m2 hőenergiát továbbít a hidegebb térrész felé.
Észrevétel: a FELÜLETI HŐÁTADÁS egységes 8W/m2K beltéri és 24W/m2K kültéri feltételezése esetén (ami a valóságban lehet nagyon eltérő, 5 és 40W/m2K között változó érték), a sugárzási komponens levonása után eltérő 4 és 3W/m2K beltéri konvektív hőátadást kapunk a téli és nyári becsléssel, valamint még fokozottabban eltérő 16 és 23W/m2K kültéri konvektív hőátadást kapunk a téli és nyári becsléssel.
Az ellentmondás gyakorlati feloldása céljából évszaktól független 4W/m2K beltéri és 16W/m2K kültéri konvektív (légáramlásos) hőátadást fogunk feltételezni következetesen (ami a valóságban lehet nagyon eltérő, a konkrét körülmények függvényében).
 |