Vse snovi, vključno z zračnimi prostori in gradbenimi materiali (kot so les, steklo, omet in izolacija), upoštevajo iste zakone narave in prenašajo toploto. Trdni materiali se razlikujejo le v hitrosti prenosa toplote, na katero vplivajo predvsem gostota, teža, oblika, prepustnost in molekularna struktura. Materiale, ki počasi prenašajo toploto, lahko rečemo, da se upirajo toplotnemu toku RESIST.
Pomembno je upoštevati smer prenosa toplote. Toplota seva in poteka v vseh smereh, vendar se usmeri predvsem navzgor. Spodnja slika prikazuje načine izgube toplote v hišah. V vseh primerih je sevanje prevladujoč način.
Izvajanje je neposreden toplotni tok skozi snov (molekularno gibanje). Rezultat je dejanskega fizičnega stika enega dela istega telesa z drugim delom ali enega telesa z drugim. Na primer, če se en konec železne palice segrejejo, toplota potuje s prevodom skozi kovino na drugi konec. Prav tako potuje na površje in se vodi v okoliški zrak, ki je drugo, vendar manj gosto telo.
Primer prevodnosti skozi stik dveh trdnih snovi je kuhalnik na trdni površini vroče peči. Največji pretok toplote med materiali je tam, kjer obstaja neposredna prevodnost med trdnimi snovmi. Vročina se vedno izvaja od toplega do hladnega, nikoli od hladnega do toplega in se vedno premika po najkrajši in najlažji poti.
Na splošno gostejša je snov, boljši je prevodnik. Trdne kamnine, steklo in aluminij so zelo gosti in so dobri prevodniki toplote. Zmanjšajte njihovo gostoto z mešanjem zraka v maso, njihova prevodnost se zmanjša. Ker ima zrak nizko gostoto, je odstotek toplote, ki se prenaša s prevodom skozi zrak, sorazmerno majhen.
Dva tanka lista aluminijaste folije s približno z enim centimetrom zračnega prostora vmes tehtata manj kot eno unčo na kvadratni čevelj. Razmerje je približno 1 mase in 100 enot zraka, kar je najpomembnejše za zmanjšanje pretoka toplote s prevodnostjo. Manj, ko je masa gosta, manjši bo pretok toplote s prevodnostjo.
Konvekcija je prenos toplote znotraj plina ali tekočine, ki ga povzroči dejanski pretok materiala (gibanje mase). V stavbnih prostorih je naravni konvekcijski toplotni tok večinoma navzgor, nekoliko vstran, ne pa navzdol. Temu pravimo "prosta konvekcija". Topla peč, oseba, tla, stena itd. izgubijo toploto s prevodom do hladnejšega zraka in v stiku z njo.
Ta dodana toplota aktivira (ogreje) molekule zraka, ki se širijo, postanejo manj goste in se dvigajo. Hladnejši, težji zrak vdira od strani in spodaj, da bi ga nadomestil. Priljubljeni izraz "vroč zrak se dviga" je ponazorjen z dimom, ki se dviga iz dimnika ali cigarete. Gibanje je turbulentno navzgor, s sestavino bočnega gibanja. Konvekcija se lahko povzroči tudi mehansko, kot jo povzroči ventilator. Temu pravimo "prisilna konvekcija."
Sevanje je prenos elektromagnetnih žarkov skozi vesolje. Sevanje, tako kot radijski valovi, je nevidno. Infrardeči žarki se pojavljajo med svetlobnimi in radarskimi valovi (med 3–15-mikronskimi deli spektra). Odtlej, ko govorimo o sevanju, mislimo le na infrardeče žarke. Vsak material, ki ima temperaturo nad absolutno ničlo (-459-7 F.), oddaja infrardeče sevanje, vključno s soncem, ledenicami, pečmi ali radiatorji, ljudmi, živalmi, pohištvom, stropom, stenami, tlemi itd.
Vsi predmeti sevajo infrardeče žarke s svojih površin v vseh smereh v ravni črti, dokler jih drug objekt ne odbije ali absorbira. Potujejo s svetlobno hitrostjo, ti žarki so nevidni in nimajo temperature, imajo samo energijo. Ogrevanje predmeta vzbudi površinske molekule, zaradi česar oddajajo infrardeče sevanje. Ko ti infrardeči žarki udarijo na površino drugega predmeta, se žarki absorbirajo in šele nato v predmetu nastaja toplota. Ta toplota se s prevodnostjo širi po celotni masi. Ogrevan predmet nato oddaja infrardeče žarke z izpostavljenih površin s sevanjem, če so te površine neposredno izpostavljene zračnemu prostoru.
Količina oddajanega sevanja je odvisna od dejavnika emisijske moči vira. Uhajanje snovi, ki onesnažujejo ozračje, je hitrost oddajanja sevanja (emisij). Vpijanje sevanja s strani predmeta je sorazmerna z dejavnikom vpojnosti njegove površine, ki je vzajemno njegovo onesnaževanje.
Čeprav sta dva predmeta lahko enaka, če bi bila površina enega, prekrita z materialom z 90-odstotnim onesnaženjem ozračja, površina drugega pa z materialom s 5-% onesnaženjem, bi bila posledica drastična razlika v hitrosti pretoka sevanja za ta dva predmeta. To se dokazuje s primerjavo štirih enakih, enako ogrevanih železnih radiatorjev, prekritih z različnimi materiali.
Eno je barvanje z aluminijasto barvo in drugo z navadnim emajlom. Tretjo pa prekrijemo z aluminijasto folijo. Čeprav imajo vsi enako temperaturo, bi tista, prekrita z aluminijasto folijo, izžarevala najmanj oziroma najnižjo 5-% onesnaženost ozračja. Radiatorji, prekriti z navadno barvo, bi najbolj sevali, ker oddajajo največjo onesnaženost, celo višjo od prvotnega železa. Prebarvanje z aluminijasto barvo ali s folijo oziroma z navadno barvo spremeni površino na 90 % onesnaženosti.
Materiali, katerih površine ne odražajo občutno infrardečih žarkov, so: papir, asfalt, les, steklo in kamnine, ki imajo stopnjo vpijanja in onesnaženosti od 80 % do 93 %. Večina materialov, ki se uporabljajo pri gradnji stavb, na primer opeka, kamen, les, papir in tako naprej, ne glede na njihovo barvo absorbiraje z infrardečim sevanjem na približno 90 %. Zanimivo je, da je ogledalo iz stekla odličen odsev svetlobe, vendar zelo slab odsev infrardečega sevanja. Zrcala imajo približno enako odbojnost za infrardeči učinek kot težka prevleka črne barve.
Površina aluminija ne more absorbirati, ampak odseva 95 % infrardečih žarkov, ki ga udarijo. Ker ima aluminijasta folija tako majhno razmerje med maso in zrakom, lahko pride do zelo majhne prevodnosti, še posebej, če se vpije le 5 % žarkov.
Poskusite s tem: vzemite vzorec folijske izolacije blizu obraza, ne da bi se ga dotaknili. Kmalu boste začutili toplino lastnih infrardečih žarkov, ki se odbijajo od površine. Pojasnilo: emisije toplotnega sevanja površine obraza znašajo 99 %. Vpoj aluminijaste izolacije je le 5 % in pošlje nazaj 95 % žarkov. Stopnja vpojnosti obraza je 99 %. Rezultat tega je, da čutite, kako se toplota odraža na obrazu.
Razmišljanje in zračni prostori
Za zadrževanje pretoka toplote s prevodnostjo so zgrajene stene in strehe z notranjimi zračnimi prostori. Izvajanje in konvekcija skozi te zračne prostore skupaj predstavljata le 20 % do 35 % toplote, ki prehajajo skoznje. Tako pozimi, kot poleti znaša 65- do 80 % toplote, ki prehaja iz tople stene v hladnejšo steno ali skozi prezračeno podstrešje, to stori s sevanjem.
Vrednost zračnih prostorov kot toplotne izolacije mora vsebovati značaj obdajajočih površin. Površine močno vplivajo na količino energije, ki jo prenašajo s sevanjem, odvisno od vpoja in izpuščanja materiala, in so edini način spreminjanja celotne toplote, ki se prenese v določenem prostoru. Pomembnosti sevanja ni mogoče spregledati pri težavah z običajnimi sobnimi temperaturami.
Naslednji rezultati preskusov kažejo, kako se lahko spreminja prenos toplote skozi določen zračni prostor. Razdalja med vročo in hladno steno je 1-1 / 2, temperature vročih in hladnih površin pa 212 stopinj oziroma 32 stopinj. V primeru 1. so obdajajoče stene papir, les, azbest ali drug podoben material. V primeru 2 sta steni obloženi z aluminijasto folijo. V primeru 3 se uporabljata dva lista aluminijaste folije, da se ohišje razdeli na tri prostore velikosti 1/2.
Primer – 1. Temeljni premaz neizoliranega prostora za stene, sredstvo: 305
Površine navadnih gradbenih materialov, vključno z navadno izolacijo v razsutem stanju, imajo nizko stopnjo sevanja ali oddajajo onesnaženost in stopnjo vpijanja toplotnega sevanja nad 90 %. Zrak ima nizko gostoto, zato je prevodnost nizka, le 21 BTUs. Konvekcijski tokovi pa prenašajo 92 BTUs.
Primer – 2. Notranje površine obložene z aluminijastimi folijami
Notranje površine so bile obložene z aluminijastimi folijami z emisijsko močjo in absorpcijsko zmogljivostjo 3 %. Upoštevati je treba drastičen padec toplotnega toka zaradi sevanja z 206 BTUs na 10 BTUs. Izvajanje in konvekcija ostaneta nespremenjena. Prvotna skupna izguba toplote s 319 BTUs pade na 123 BTUs.
Primer – 3. Dva lista aluminijaste folije (5 % emisijske folije), sredstva: 307
To deli stenski prostor na 3 odsevne predelke. Izguba toplote zaradi sevanja pade na 94 % iz primera 1. Dva notranja lista zavirata konvekcijo, tako da njen pretok pade na 75 %. Prenos toplote narašča samo na 2 BTU od 21 BTU do 23 BTU. Skupna izguba toplote pade za 85 % v primerjavi s primerom 1.
Odbojnost in oddajanje površin se lahko pojavljata samo v prostoru. Idealen prostor je lahko katere koli dimenzije 3/4 ali več. Manjši prostori so prav tako učinkoviti, vendar se zmanjšujejo po velikostih. Kjer v prostoru ni zračnega odvoda, vodimo zrak skozi trdne snovi. Kadar je odsevna površina materiala na stropu, tleh ali steni fiksna, ta določena površina na točkah nima več sevalne izolacijske vrednosti.
Regulacija toplote z aluminijasto folijo je mogoča z izkoriščanjem nizke toplotne emisije in nizke toplotne prevodnosti zraka. S slojevitim filmom in zrakom je mogoče praktično preprečiti prenos toplote s sevanjem in konvekcijo.
I.K.
