Теплопотери и теплоприобретения в зданиях. Физика фольги.

Что такое излучение и эмиссия?

Излучение - это движение электромагнитных волн через пространство. Инфракрасные лучи возникают в промежутке между световыми и радарными волнами (3-15 микрон спектра). Поэтому, когда мы говорим об излучении, мы подразумеваем только инфракрасные лучи. Все тела, температура которых выше абсолютного нуля, как, например, Солнце, ледники, люди, животные, печи и радиаторы, мебель, стены, пропускают инфракрасное излучение. 

Все объекты излучают такие инфракрасные лучи, которые движутся по прямой до тех пор, пока их не отразит или не впитает в себя иной объект. Путешествуя со скоростью света, они не несут в себе тепло, а только энергию. Нагрев объекта заставляет его отдавать энергию, которая преобразуется в инфракрасные лучи. Когда тело впитывает в себя такие лучи, их энергия переходит в тепло и нагревает тело. Тепло распределяется по телу кондукцией (теплопередачей), и с поверхности тела расходятся лучи в воздушное пространство. 

Количество впитанных телом лучей выражается понятием эмиссии. Эмиссия - число, при котором лучи начинают отдаваться. Впитывание излучения пропорционально фактору впитывания этой поверхности, то есть эмиссии. 

Хотя два тела могут быть и одинаковыми, их эмиссивность зависит от рода их покрытия. Вот пример. На четыре одинаково нагретых радиатора были нанесены различные покрытия: на первый нанесли алюминий, на второй - краску-эмаль, третий обложили асбестом, четвёртый накрыли алюминиевой фольгой. При равной температуре всех тот радиатор, который обернули фольгой, имеет самую низкую эмиссию (ниже 5%). Те же, что были в асбесте и краске, показали самый высокий уровень эмиссии, так как у этих материалов он даже выше, чем у железа. Покраска фольги или алюминия приведёт к повышению фактора до 90%. 

Те материалы, что не отражают лучи (бумага, асфальт, дерево, стекло и камни), легко их вбирают; фактор их эмиссивности - от 80% до 93%. Все традиционные материалы, вне зависимости от их цвета, впитывают излучение на 90%. Интересным является то, что зеркало, прекрасно отражая свет, практически не отражает излучение (эмиссия 90%). Это такой же фактор, как и у поверхности, покрытой чёрной краской. 

Поверхность алюминия имеет свойство не пропускать, а задерживать 95% излучения, попадающего на эту поверхность. А поскольку, как мы уже выяснили, отношение масс алюминия и воздуха очень невелико, происходит очень небольшая теплопередача, засчёт которой и вбираются 5% излучения.

Попробуйте опыт: возьмите кусок алюминиевой фольги и приблизьте её к лицу, не касаясь. Вскоре Вы почувствуете тепло напротив фольги. Объяснение: эмиссивность вашего лица - 99%. Фольга отражает 95%. Кожа лица вбирает 99% отражённой энергии, и она переходит в тепло. То есть, Вы чувствуете возвращённое тепло вашего собственного лица.

Отражение и воздушные пространства

Чтобы уменьшить кондуктивную теплопотерю, крыши домов строятся с дополнительными воздушными пространствами. Благодаря этому кондуктивные и конвективные потери составляют только 20-35% от возможных. 
И зимой, и летом 65-80% теплопотерь всё же происходит из-за излучения.
Качество таких пространств как термоизоляции во многом зависит от материалов, ограничивающих это пространство. Большинство материалов пропускают излучение из-за своей высокоэмиссионности, и именно поэтому теряется так много тепла.
Следующий пример поможет понять, как остановить потери. Две стены, расстояние между которыми равно 4 см, нагреты до 100С и 0С. В первом случае их разделяют бумага, асбест, дерево или похожие по свойствам материалы. Во втором случае стены покрыты алюминиевой фольгой. В третьем, два листа фольги разбивают пространство между стенами на три равных. 

Отражение и эмиссивность возникают только в пространстве. Идеальным для этого является пространство в 2 или более сантиметра. Меньшие пространства менее эффективны. Там, где нет пространства, возникает явление теплопередачи через твёрдые тела. Если отражающий материал прибит к стене, потолку или другой поверхности, в местах контакта нет изоляции от излучения. Поэтому при установке отражающей изоляции необходимо избегать контактов поверхностей и оставлять максимальные воздушные пространства. 

Теплопотеря через воздух

Не существует явления “мёртвого” воздуха, даже в термосе. Невозможно избежать конвекции из-за разности температур поверхностей. Поскольку воздух обладает определённой плотностью, имеет место явление теплопередачи. Наконец, излучение с лёгкостью пройдёт и через воздух, и через вакуум, как оно проходит миллионы километров от Солнца к Земле.
Алюминиевая фольга способна остановить поток излучения засчёт отражательного свойства своей поверхности. Разные типы фольги по-разному вбирают, эмиссивность варьируется от 2% до 72%, разность в 2000%. 
Большинство фольгированной изоляции вбирает только 5% излучения. Она нечувствительна к водяным парам и воздействиям конвекции и отражает 95% лучевой энергии. 
Действие алюминиевой фольги непревзойдено в зимних и летних условиях благодаря вышеперечисленным свойствам.

Теплопотеря через пол

До 93% тепла уходит через пол из-за излучения. Утеплив фольгированной изоляцией подпол холодного здания, вы создадите отражающее препятствие для него и вернёте его в здание, согрев пол. Подвальные водяные пары фольге не повредят благодаря её химическим свойствам. 

Конденсация

Водяной пар является водой в газообразном состоянии. Как любой газ, водяной пар равномерно распределяется по занимаемому пространству. В данном пространстве при данной температуре определённое количество газа перейдёт во взвешенное и впоследствии может перейти в жидкое состояние. Точка перехода воды из насыщенного в жидкое состояние называются точкой росы. Вода конденсируется когда бы то ни было и где бы то ни было при достижении точки росы.