08FE07 A kozmikus hűtőszekrény | |
A fehér bevonat 60-80%-ban tükrözi a napsugárzást, a környezeti hősugárzást azonban csak 10%-ban veri vissza. Ez azonban azt jelenti, hogy fehér felületek 90% hatékonysággal elnyelik a környezeti hősugárzást, és amennyiben felmelegedtek, ugyancsak 90% hatékonysággal kisugározzák magukból a hőenergiát.
Készítsünk egy olyan egyköbméteres hűtőszekrényt, mely oldalai 99%-ban visszaverik a környezet hősugárzását, teteje pedig legyen olyan ultrafehér bevonat, mely 99%-ban visszaveri a napsugárzást és mindennemű (nap- és környezeti) hősugárzást, azonban a kozmikus ablak 8-14 μm tartományában legyen koromfekete (magas, 99%-os emisszivitás, tehát csak 1%-os reflektivitás):
- a hűtődoboz 5+1 tükörreflektáló oldala 5*400W/m2 környezeti sugárzás (17C a környezet hőmérséklete) és 1000W/m2 napsugárzás éri, aminek 99%-át visszatükrözi és így 20+10W energiát elnyel,
- mivel a doboz a környezettel azonos hőmérsékleten van az öt oldal 5*400W/m2 1%-át, 20W energiát vissza is sugároz a környezetbe, a fedlap pedig a kozmikus ablak 8-14 μm tartományában 200W hőenergiát kisugároz az űrbe (mert 290K=17C hőmérsékleten a feketetest sugárzási energiájának fele a 8-14 μm termális tartományban van).
Az áram nélküli hűtőszekrényünk elekezd erőteljesen hülni, és mindaddig csökkeni fog hőmérséklete amíg a világűrbe való kisugárzása nem egyenlítődik ki az elnyelt hősugárzással:
-110C fokra hülne akkor, ha hűtőszekrényünk körül vákuum volna (nincs hőáramlás, csak környezeti hősugárzás),
- a Föld légkörében 16W/m2K konvektív hőátadási tényezővel számolva hűtődobozunk csak 2C fokkal lesz hidegebb környezetétől, ha oldalfalait nem látjuk el belső hőszigeteléssel,
- 10cm nikecell szigetelés alkalmazásával 17-ről 7C fokra hülne le a hűtőszekrény belseje (10C fokkal lesz hidegebb környezetétől) és szigetelés nélküli fedlapja (hogy hatékonyan kisugározhassa a belső hőt). A fedlap 150W energiát sugározna az űrbe, amennyiben olyan karimával látjuk el a fedlapot, hogy megüljön rajta az általa lehűtött levegő, és így a fedlap légáramlásos hőátadása 160W helyett 120W körülire csökkenne, a hővezetés pedig 20W volna az öt szigetelt oldal felé.
- kánikulában azonban ugyanez a nikecellal szigetelt szekrény 33 fokról 19C fokra hülne le (14C fokkal lesz hidegebb környezetétől, kánikulában hatékonyabb!!). A fedlap 205W energiát sugározna az űrbe, amennyiben olyan karimával látjuk el a fedlapot, hogy megüljön rajta az általa lehűtött levegő, és így a fedlap légáramlásos hőátadása 224W (=14x16) helyett 180W körülire csökkenne, a hővezetés pedig kb. 28W volna az öt szigetelt oldal felé.
- mivel azonban 99% napenergiareflexiót még nem értünk el (laborban elért, még fejlesztés alatt 97% a maximum), kereskedelmi forgalomban pedig 85% a legmagasabb napenergiareflexió, úgy 150W elnyelt napenergiával kell számolnunk. Ebből kifolyólag az űrbe effektíve csak 55W lesz kisugározva, így 33 fokról 31C fokra hülne le a hűtőszekrény belseje, 32W menne hőátadásra (védőkarimát elhagytuk), 4W pedig hővezetésre az öt nikecell-bélelt oldalfalon át. Szelektív hősugárzás a termális infratartományban (kozmikus ablak) nem lényeges, mert amennyit az ettől szélesebb infratartományban kisugároz, ugyanannyit vissza is kap a légkörből.
| 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 | 7039699246,18073 | 399 | ||||||
| 290 | 17 | 7072810000 | 401 | ||||||
| 292 | 19 | 7269949696 | 412 | ||||||
| 300 | 27 | 8100000000 | 459 | ||||||
| 304 | 31 | 8540717056 | 484 | ||||||
| 306 | 33 | 8767700496 | 497 | ||||||
 |