Свойства теплового излучения поверхностей.

Все поверхности помещения являются источниками теплового излучения. Тепловые лучи, идущие от нагретых поверхностей, представляют собой электромагнитные волны, тождественные по своей природе видимому свету, радиоволнам и др. Электромагнитные колебания различаются по длине волны λ. (измеряют в метрах (м), микрометрах (мкм) или ангстремах (А), причем 1 м == 106 мкм == 1010 А.)

На рисунке приведена классификация электромагнитных колебаний в зависимости от длины волны. Как видно из рисунка, тепловое излучение в основном приходится на инфракрасный участок спектра.

Тепловое излучение при достаточно низких температурах, характерных для поверхностей в помещении, захватывает сравнительно узкий участок длин волн и может рассматриваться как монохроматическое. В качестве осредненной можно принимать длину волны, соответствующую максимальной интенсивности излучения . Ее величина определяется законом Вина

где а постоянная излучения, равная 0,29 см*К.

При температурах поверхности Т в помещении от О до 150°С (от

273 до 423 К) длины волн находятся в пределах от 11 до 7 мкм.

Замена полихроматического излучения монохроматическим есть первое возможное упрощение в расчете теплового излучения поверхностей в помещении.

Для абсолютно черного тела с произвольной температурой можно определить интенсивность излучения как ,Вт/м² [ккал/(м²*ч)], соответствующую определенному участку длины волны, который лежит в интервале от λ до λ+dλ.

Интенсивность излучения нагретой поверхности для всего спектра

длин волн может быть определена интегрированием. Величина интегральной интенсивности излучения Ео, Вт/м² [ккал/(м²*ч)], определяется законом Стефана-Больцмана

где Со - коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,77 Вт/(м² *К⁴).

Поверхности в помещении являются серыми телами. В отличие от абсолютно черных серые тела излучают меньше тепла, и падающий на них лучистый поток полностью ими не поглощается, а частично отражается (закон Кирхгофа).

Коэффициент излучения поверхности серого тела С всегда меньше С_о. Между ними существует зависимость , где ε- степень черноты, или относительный коэффициент излучения поверхности (величина безразмерная); для серой поверхности ε< 1.

Интенсивность интегрального излучения серой поверхности 1 а

помещении равна

Свойства поглощения и отражения зависят не только от вида материала, но и от состояния поверхности, ее температуры, длин волн излучения и угла направления излучения к поверхности.

В узком диапазоне длин волн для интегрального излучения можно принимать, что осредненные значения коэффициентов излучения и поглощения поверхностей в помещении равны между собой. Таким образом, довольно сложные свойства полихроматического излучения тел можно значительно упростить применительно к рассматриваемой задаче.

Суммируя изложенное выше, тепловое излучение поверхностей в помещении в дальнейшем будем рассматривать как инфракрасное монохроматическое диффузное, подчиняющееся законам Стефана-Больцмана, Ламберта и Кирхгофа - излучение поверхностей серых тел.

Воздух помещения при расчете лучистого теплообмена между поверхностями можно считать лучепрозрачной средой. Он состоит в основном из двухатомных газов (азот, кислород), которые совершенно прозрачны для тепловых лучей и сами не излучают тепловой энергии. Незначительное содержание многоатомных газов (водяной пар и углекислота) при малых толщинах слоя воздуха в помещении практически не изменяет этого свойства.