ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ИЗЛУЧЕНИЕМ
Процесс взаимной теплопередачи тел излучением (радиацией) играет очень большую роль в приборах отопления и вентиляции. Излучение нагретых приборов весьма сильно увеличивает их теплопотерн сверх конвекции-кондукции. Так, в коэфициенте для теплопередачи от помещения на внутреннюю поверхность наружных стен зимой излучение составляет около 50°/о всей величины. То же надо сказать о радиаторах, о горячих трубопроводах, проложенных в помещениях с невысокими температурами. Наконец в новейших системах так называемого радиационного отопления излучение играет почти исключительную роль, поскольку здесь намеренно устранена конвекция (например при потолочных панелях). Рассмотрим в этой главе более близко процессы тепловой радиации.
Мировое пространство представляет собой, как известно, среду, непрерывно передающую электромагнитные колебания с самыми разнообразными длинами волн: от миллимикронов (up. — тысячная часть
микрона) до километров. Световой спектр представляет собой лишь часть общего лучевого (волнового) спектра: за фиолетовой его полосой находятся лучи с более короткими волнами (ультрафиолетовые, затем рентгеновские лучи и др.), а за красным спектром — инфракрасные, более длинные. Среди последних лучи с длиной волн от 0,76 до 342 у (у. — микрон — миллионная часть метра) являются тепловыми.
Тепловые лучи, пронизывающие мировое пространство, исходят от солнца и других мировых тел, так как всякое тело, имеющее температуру выше абсолютного нуля, посылает тепловые колебания в пространство и на другие находящиеся в нем тела и тем более, чем выше температура излучающего тела. То же относится и к земным телам. Однако их способность излучать тепловую энергию при заданной температуре различна. Наибольшей способностью к этому обладают так называемые „абсолютно черные" тела, которые излучают [139] макси-
|
мум тепловой энергии, возможной При Данной температуре Т, притом /-/(7-.Х), где Т измеряется обычно в физике по шкале абсолютных темпера- имеем: |
|
Планк нашел аналитически этот интеграл и получил в виде: Е = °КТ где з есть константа излучения абсолютно черного тела, иначе называемая коэфицентом его излучения2. К тому же результату еще ранее пришли иными путями Стефан и Больцман, именем которых и назван этот основной закон излучения. Так как величина о очень мала, то в технике для большего удобства ее |
|
1 Пределы интеграла взяты более широкими, чем длины собственно тепловых лучей, включая, очевидно,' иетепловые части этих препел: в. -Это — количество теплоты в б. калориях, излучаемое 1 м2 поверхности в 1 час при 1° избыточной температуры (в абсолютной шкале) над окружающим пространством. Интегрирование формулы Планка приведено у Эрка, см. Гребе р и Эр к. Основные учения о теплообмене, отд. III. |
|
19 Зал:. 756. В. Д. Ма’пшакий |
|
следующим интегра* |
|
- Млина Поли |
|
Рис. 100. |
|
^Х-5 |
|
к, кТ |
|
J. S |
|
1 |
|
Суммарное тепловое излучение Е одного кв. метра абсолютно черного тела по всем длинам волн при данной температуре представляется графически в виде площади, ограниченной кривою спектра, т. е. Е = |
|
I d. Аналитически это вы |
|
ражается лом: |
|
-rfX1. |
|
ъ АТ |
|
289 |
заменяют величиной C = os-10s, а в формуле пишут вместо Т вели-
т
чину Щ|, т. е. имеем формулу:
для і м2 и і часа времени; прн площади F и времени излучения т часов формула получает еще эти два множителя. Физический смысл величины С совершенно ясен — это количество тепловой энергии в килокалориях на 1 .и2/час, излучаемое поверхностью прн избыточной температуре в 100° абсолютной шкалы. Для абсолютно черного тела эта величина принимается обычно равной 4,96 ккал.
Все предыдущее относилось к телам абсолютно черным. Обычные строительные материалы не являются телами абсолютно черными. Но их излучение (кроме излучения металлов при высоких температурах) подобно предыдущему, в нем также представлены волны всех длин,
|
Черное излучение |
|
Рис. 101. |
но все с несколько меньшей интенсивностью. Поэтому спектры их излучения ниже спектров абсолютно черного тела прн той же температуре (см. Серое излучение луГГКТИр на рПС< 101). Кроме
того к этому излучению не относятся, строго говоря, приведенные выводы и закон Стефана-Больцмана. Так, допуская применение к ним температурного выражения в формуле Стефан а-Больцана (т. е. закон четвертых степеней), мы не получим постоянства коэфициента С у серого тела[140] и, наоборот, принимая постоянный коэфициеит, не получаем формулы с четвертыми степенями. Однако отклонения настолько невелики, что техническая практика распространяет закон Стефана-Больцмана и на эти так называемые „серые" тела.
Иначе обстоит дело с некоторыми другими веществами, с которыми приходится иметь дело отопительной технике. Так, излучение некоторых топочных газов (в топках котлов и печей), особенно углекислого газа, водяного пара, содержит в себе лишь волны некоторых длин, и спектр таких „цветных" тел носит прерывчатый характер, состоит лишь из отдельных полос (рис. 101).
Очевидно, общая энергия излучения выразится в этом случае не
СО
полным интегралом § I d)., а суммой частичных, например:
У-i -{— ЛХ^ Xj дх,
J Id'k-~ J* Id), и т. д.
A,
В приложении lit даны коэфицненты излучения С различных тел, встречающихся в строительной и отопительной технике. Из таблицы видим, что способность излучения зависит не столько от цвета и степени полировки поверхности, сколько от химического состава материалов. Особенно низкие коэфицненты имеются у полированных серебра, меди, латуни, алюминия, никеля, олова!. Эти особенности некоторых металлов используются в технике термоизоляции таким образом, что конструируются узкие воздушные прослойки (узкие — для уменьшения конвекции), и внутренние поверхности их облицовываются слоем серебра или (чаще) алюминия.
Таков современный термофоль, а в лабораторной термоизоляции — пустотелые стенки Дыоара, в которых для дальнейшего сокращения конвекции-кондукции воздух максимально разрежен откачкой.
