09FE02 A SkyCool eset | |
A kozmikus ablak 8-14 μm tartományában elért szelektív emisszivitás részben az üreges mikrogömböcskéknek köszönhető, mely működési mechanizmusát azonban a Wojtysiak szabadalom nem részletezi.
Megjegyzés: a SkyCool bevonat termális emisszivitása csak néhány százalékkal magasabb más anyagok et=at=0.9 emissziós-abszorpciós tényezőjétől így a SkyCool alkalmazásától mégsem várhatunk csodát.
A légkör átlagos hőmérsékleti sugárzása a földfelszín felé kb. 320W/m2 (ami 1C környezeti hőmérséklet hősugárzásának felel meg) ,
- a kozmikus ablakon pedig 240W/m2 távozik az űrbe a 8-14 μm hullámhossztartományban.
A légkör ezt az 560W/m2 energiát részben a földfelszíni sugárzásból kapja (390W/m2), termik és páraképződésből (20+80W/m2), és a napsugárzás légköri elnyeléséből (70W/m2).
A földfelszín és egyéb objektumok a hőmérsékleti infrasugárzás teljes tartományában sugározzák ki a hőenergiát. Első közelítésben a légkör csak a kozmikus ablakon kívüleső tartományokban ad vissza a hőenergiából, átlagosan 1C hőmérséklet szintjét tartva. Ebből kifolyólag a földfelszín és egyéb objektumok a hőenergiát a kozmikus ablakon kívüleső tartományokban veszik fel a légkörből, tehát az a felület, mely a kozmikus ablakon kívüleső infrasugárzást tükrözi, a kozmikus ablakban pedig erősen elnyel és kisugároz (szelektív emissziós képesség), és természetesen a napsugárzást is hatékonyan reflektálja, nettó hőveszteséggel számolhat és jelentősen lehülhet a környezetéhez mérten (lásdd: A kozmikus hűtőszekrény ).
Amennyiben a SkyCool bevonat valóban szelektív hősugárzó a kozmikus ablak 8-14 μm tartományában, ez talán azt jelentené, hogy nagyon rossz hősugárzó és hőelnyelő a 8-14 μm tartományon kívül , és így kisebb mértékben nyeli el a környezeti hősugárzást és nagyobb hatékonysággal sugározza ki a kozmikus ablak 8-14 μm tartományába az elnyelt hőenergiát.
A földfelszínre irányuló átlagosan 320W/m2 légköri sugárzás első közelítésben kizárólag a 8-14μm hullámhosszsávon kívül adja le az energiáját (mert a puskaporszáraz levegő nem képes sugározni és elnyelni a 8-14μm hullámhosszsávban), azonban a vízpára jelenléte miatt a légkör a teljes hősugárzási spektrumban sugároz, enyhe alulteljesítéssel a 8-14μm hullámhosszsávban. Tehát, minél szárazabb a légkör (száraz sivatagi klíma, nem az esőerdők fülledt melege), annál jelentősebb ez az alulteljesítés.
A nyári kánikula 33C légköre a lehetséges 500W/m2 sugárzásból kb. 400W/m2 hőenergiát fog kisugározni az esőerdő fülledt melegében, és kb. 300W/m2 energiát a száraz sivatagi klímában (a 8-14μm hullámhosszsávban jelentősebb alulteljesítéssel).
A SkyCool a száraz sivatagi klíma 300W/m2 légköri sugárzásából csak kb. 180W/m2 (=300*0.6) hőenergiát fog elnyelni (a 8-14 μm tartományon kívül at=et=0.6 körüli termális elnyelőképességet tételezünk fel, míg et=at=0.94 a kozmikus ablak 8-14 μm tartományában). Mindennapi nem szelektív bevonatok kb. 270W/m2 (=300*0.9) légköri hősugárzást fognak elnyelni et=at=0.9 tényezővel számolva.
A 17C fokra felmelegedett fehér felszín a lehetséges 400W/m2 sugárzásból 360W/m2 energiát fog kisugározni (=400*0.9) . A SkyCool bevonat a kozmikus ablakba eső 200W/m2-ből 190W/m2 (=200*0.94) energiát fog kisugározni, az azon kívüleső 200W/m2-ből pedig csak 120W/m2-t (=200*0.6) . A szelektív SkyCoal bevonat 310W/m2 (=190+120) hőkisugárzása 50W/m2-rel kevesebb mint a nem szelektív fehér bevonaté, de mivel 90W/m2-rel (=270-180) kevesebb energiát nyel el a légkörből a szelektív bevonatnak köszönhetően, úgy a felszín elvben tovább hülhetne (a 40W/m2=90-50 energiadeficitnek köszönhetően), de ez a legalább 240W/m2 (=16*15) konvektív hőátadás miatt nem fog megtörténni (16W/m2K a konvektív hőátadási tényező, a külvilág tizenöt fokkal melegebb), a felszín melegedni fog, különösen azért, mert a napsugárzásból is, magas reflektivitása ellenére 150W/m2 sugárzást mégis elnyel:
- Az egyszerű fehér felület energiafelvételi mérlege 270+240+150=660W/m2, energialeadása pedig 360W/m2, a különbözet 300W/m2 (=660-360), a 17C meleg felszín melegedni fog.
- A SkyCoal energiafelvételi mérlege 180+240+150=570W/m2, energialeadása pedig 310W/m2, a különbözet 260W/m2 (=570-310), a 17C meleg felszín ugyancsak melegedni fog, de egy kicsit kisebb mértékben.
A 33C fokra felmelegedett fehér felszín a lehetséges 500W/m2 sugárzásból 450W/m2(=500*0.9) energiát fog kisugározni. A SkyCool bevonattal ellátott felszín a kozmikus ablakba eső 250W/m2-ből 230W/m2(=250*0.94) energiát fog kisugározni, az azon kívüleső 250W/m2-ből pedig csak 150W/m2-t (=250*0.6) . A szelektív SkyCoal bevonat 380W/m2 (=230+150) hőkisugárzása 70W/m2-rel (=450-380) kevesebb mint a nem szelektív fehér bevonaté, közel annyival kevesebb mint amennyivel kevesebb energiát nyel el a légkörből a szelektív bevonatnak köszönhetően. Mivel hőmérséklete megegyezik a levegő hőmérsékletével, hőátadás elvben nem lesz, a nettó 180W/m2 (=450-270) és 200W/m2 (=380-180) hőkisugárzást (270 és 180W/m2 az elnyelt légköri sugárzás normál felület és SkyCool bevonat esetén) a 150W/m2 elnyelt napenergia fogja ellentételezni. A kisugárzott hőenergia és az elnyelt napsugárzás különbségéből kifolyólag a fehér felület 2C fokkal (2*16=32 =180-150), a SkyCool bevonat 3C fokkal (3*16=48 =200-150) lesz hidegebb a 33C fokos kültértől.
Az 55C fokra felmelegedett fehér felszín a lehetséges 660W/m2 sugárzásból 600W/m2(=660*0.9) energiát fog kisugározni. A SkyCool bevonattal ellátott felszín a kozmikus ablakba eső 330W/m2-ből 310W/m2(=330*0.94) energiát fog kisugározni, az azon kívüleső 330W/m2-ből pedig csak 200W/m2-t (=330*0.6) . A szelektív SkyCoal bevonat csak ront a helyzeten, 90W/m2-rel (=600-510) kevesebb hőenergiát képes kisugározni, miközben ugyancsak 90W/m2-rel (=270-180) kevesebbet nyelt el mint a nem szelektív bevonat. Mivel 22C fokkal melegebb a felszín a 33C-os környezettől, úgy hőátadással 352W/m2 hőenergiát fog leadni (=16*22). 150W/m2 elnyelt napenergiával, 270 és 180W/m2 elnyelt légköri sugárzással számolva a 600+352W/m2 és 510+352 energialeadással szemben arra következtetünk, hogy az 55C meleg felület mindenféleképpen erőteljesen le fog hülni a tűző és 33C kánikula ellenére:
- a fehér felület 31C fokra,
- a SkyCool bevonat 30C fokra.
Lényegében minden a napfényvisszaverőképességen múlik: minél jobban veri vissza a napfényt és minél több hőt képes kisugározni a termális tartományban, annál jobb lesz a kánikula elleni védelem. A szelektív emisszivitás a kozmikus ablak 8-14μm hullámhossztartományában nem meghatározó, sőt a párás légkör esetében ellenjavalt. Amennyiben a légkör puskaporszáraz lenne, akkor a szelektív emisszivitásnak volna létjogosultsága (Ausztrália, Szahara), párás légkörben nem javasolt.
 |