Коэффициенты излучения и поглощения материалов ВС, 2008-02

Коэффициенты излучения и поглощения материалов
ВС, 2008-02-24 00:05 — mensh
Категории: СОЛНЕЧНЫЕ УСТАНОВКИ
Таблица 1. Материалы класса I: отношение коэффициента поглощения к коэффициенту излучения
(α/ε) менее 0,5
Материал
Коэффициент
коротковолнового
поглощения, α
Коэффициент
длинноволнового
излучения, ε
α/ε
1
2
3
4
Карбонат магния MgCO3
0,025…0,04
0,79
0,03…0,05
Белая штукатурка
0,07
0,91
0,08
Свежевыпавший снег,
мелкие частицы
0.13
0,82
0,16
Белая краска 0,43 мм
на алюминии
0,20
0,91
0,22
Известковая побелка
на оцинкованном железе
0,22
0,90
0,24
Белая бумага
0,25…0,28
0,95
0,26…0,29
Белая эмаль на железе
0,25…0,45
0,90
0,28…0,50
Лед с неплотным снежным
0,31
покровом
0,96…0,97
0,32
Снег, зерна льда
0,33
0,89
0,37
Масляная краска
на основе алюминия
0,45
0,90
0,50
Белый измельченный
песок
0,45
0,84
0,54
Таблица 2. Материалы класса II: отношение коэффициента поглощения к коэффициенту
излучения (α/ε) в пределах между 0,5 и 0,9
Материал
Коэффициент
коротковолнового
поглощения
Коэффициент
длинноволнового
излучения
α/ε
Асбестовый картон
0,25
0,50
0,50
Зеленая масляная краска
0,50
0,90
0,56
Кирпич красный
0,55
0,92
0,60
Асбестоцементная плита
белая
0,59
0,96
0,61
Мрамор полированный
0,5…0,6
0,90
0,61
Дерево, строганый дуб
—
0,90
—
Неоштукатуренный бетон
0,60
0,97
0,62
Бетон
0,60
0,88
0,68
Зеленая трава после дождя
0,67
0,98
0,68
Высокая и сухая трава
0,67—0,69
0,9
0,76
Увядшие огороды и кустарник 0,70
0,90
0,78
Дубовая листва
0,71—0,78
0,91—0,95
0,78—0,82
Мерзлая почва
—
0,93…0,94
—
Почва в пустыне
0,75
0,9
0,93
Таблица 2. Материалы класса II: отношение коэффициента поглощения к коэффициенту
излучения (α/ε) в пределах между 0,5 и 0,9
Материал
Коэффициент
коротковолнового
поглощения
Коэффициент
длинноволнового
излучения
α/ε
Обычные огородные грядки
и кустарник
0,72…0,76
0,9
0,82
Почва после сухой вспашки
0,75…0,80
0,9
0,83…0,89
Дубовый лес
0,82
0,9
0,91
Сосновый лес
0,86
0,9
0,96
Поверхность Земли в целом
(суша и море, без облаков)
0,83
—
—
Таблица 3. Материалы класса III: отношение коэффициента поглощения к коэффициенту
излучения (α/ε) в пределах между 0,8 и 1
Материал
Коэффициент
коротковолнового
поглощения
Коэффициент
длинноволнового
излучения
α/ε
Серая краска
0,75
0,95
0,79
Красная масляная краска
0,74
0,90
0,82
Асбестовый шифер
0,81
0,96
0,84
Асбестовый картон
—
0,93…0,96
—
Линолеум, красно-коричневый
0,84
0,92
0,91
Сухой песок
0,82
0,90
0,91
Зеленая рулонная кровля
0,88
0,91…0,97
0,93
Шифер темно-серый
0,89
—
—
Старая серая резина
—
0,86
—
Твердая черная резина
—
0,90…0,95
—
Асфальтовое покрытие
0,93
—
—
Черная окись меди на меди
0,91
0,95
0,95
Обнаженная влажная земля
0,9
0,95
0,96
Влажный песок
0,91
0,95
0,96
Вода
0,94
0,95…0,96
0,98
Черный рубероид
0,93
0,93
1
Черная глянцевая краска
0,90
0,90
1
Небольшое отверстие в большом
ящике, печи или огражденном
0,99
пространстве
0,99
1
Теоретически абсолютно черное
1
тело
1
1
Таблица 4. Материалы класса IV: отношение коэффициента поглощения к коэффициенту
излучения (α/ε) более 1
Материал
Коэффициент
коротковолнового
поглощения
Коэффициент
длинноволнового
излучения
α/ε
Черный бархат
0,99
0,97
1,02
Люцерна темно-зеленая
0,97
0,95
1,02
Пламенная сажа
0,98
0,95
1,03
Таблица 4. Материалы класса IV: отношение коэффициента поглощения к коэффициенту
излучения (α/ε) более 1
Материал
Коэффициент
коротковолнового
поглощения
Коэффициент
длинноволнового
излучения
α/ε
Черная краска 0,43 мм
на алюминии
0,94…0,98
0,88
1,07…1,11
Гранит
0,55
0,44
1,25
Графит
0,78
0,41
1,90
Высокое отношение, но коэффициент поглощения менее 0,80
Тусклая латунь, медь,
свинец
0,2…0,4
0,4…0,65
1,63…2
Оцинкованное листовое
железо, окисленное
0,80
0,28
2,86
Оцинкованное железо,
чистое и новое
0,65
0,13
0,5
Алюминиевая фольга
0,15
0,05
3
Магний
0,30
0,07
4,30
Хром
0,49
0,08
6,13
Полированный цинк
0,46
0,02
23
Осажденное серебро
(оптический рефлектор),
нетусклое
0,07
0,01
—
Таблица 5. Материалы класса V: селективные покрытия
Коэффициент
длинноволнового
излучения
α/ε
0,10
9,2
Черная окись меди на листовом
0,8…0,93
алюминии
0,09…0,21
—
Медь (5*10-4 мм толщиной)
на металле с никелевым или
серебряным покрытием
—
—
—
Окись кобальта на платине
—
—
—
Окись кобальта
на полированном никеле
0,93…0,94
0,24…0,40
3,9
Черная окись никеля
на алюминии
0,85…0,93
0,06…0,1
14,5…15,5
Черный хром
0,87
0,09
9,8
Пламенная сажа на металле
—
—
—
Черная окись железа, размер
зерна 47 мкм, на алюминии
—
—
—
0,77
1,2
Материал
Коэффициент
коротковолнового
поглощения
Гальванически покрытые металлы
Черный сульфид на металле
0,92
Покрытия из макрочастиц
Геометрически улучшенные поверхности
Оптимально волнистые серого
цвета
0,89
Таблица 5. Материалы класса V: селективные покрытия
Материал
Коэффициент
коротковолнового
поглощения
Коэффициент
длинноволнового
излучения
α/ε
Оптимально волнистые
с селективными покрытиями
0,95
0,16
5,9
Проволочная сетка
из нержавеющей стали
0,63…0,86
0,23…0,28
2,7…3
Медь, обработанная NaClO2
и NaOH
0,87
0,13
6,69
Поглощательная способность материалов
ПТ, 2008-02-22 21:10 — mensh
Категории: СОЛНЕЧНЫЕ УСТАНОВКИ
Тепло распространяется или переносится от одной точки материала к другой или между телами
тремя способами. Два из них — теплопроводность и конвекция — используются всеми
традиционными системами отопления. Третий способ — радиация — в равной степени важен в
успешном применении солнечной энергии для отопления и охлаждения помещений.
Тепло есть энергия и может принимать форму длинноволновой электромагнитной радиации.
Любая радиация распространяется по прямой с одной и той же скоростью (300 000 км/с), но имеет
разные длины волн. Количество энергии, переданной посредством радиации, обратно
пропорционально длине ее волны (т.е. чем короче длина волны, тем выше энергосодержание).
Лучистая теплота представляет собой длинноволновую низкоэнергетическую форму радиации.
При падении радиации на какое-либо тело она отражается, пропускается или поглощается этим
телом. Каждый материал отражает, пропускает или поглощает падающую радиацию по-разному в
зависимости от его абсолютной температуры, физических и химических характеристик и длины
волны падающей радиации. Например, стекло пропускает большую часть падающего на него
видимого света, но очень мало инфракрасного излучения.
Каждый материал имеет численные параметры, характеризующие отражательную,
пропускательную и поглощательную способность этого материала в определенном диапазоне
температур и для определенного участка электромагнитного спектра. Сумма коэффициентов
поглощения, отражения и пропускания материала равна 1, что указывает на 100%-ный учет
падающей радиации. Для большинства светонепроницаемых твердых материалов пропускаемая
энергия фактически равна нулю, так что сумма коэффициентов поглощения и отражения
считается равной 1.
Лучистая энергия после поглощения превращается в тепло. Это тепло может быть передано
дальше, излучено обратно или излучено в виде длинноволновой радиации из материала.
Коэффициент излучения ε материала является численным показателем способности этого
материала пропускать длинноволновое излучение. Коэффициент излучения представляет собой
отношение излучаемой мощности материала к излучаемой мощности теоретического абсолютно
черного тела (т.е. для абсолютно черного тела ε=1; для черной краски ε=0,95; для селективного
черного покрытия ε=0,05). Эти данные имеют большое значение, т.к. указывают на
относительные рабочие характеристики разных материалов.
Например, кирпичная кладка и бетон, которые имеют коэффициенты излучения около 0,9,
являются лучшими радиаторами тепла, чем латунь или алюминий, которые в лучшем случае
имеют коэффициент излучения 0,22. Асфальтовое покрытие, коэффициент поглощения которого
более 0,9, преобразует намного больше падающей солнечной радиации в тепло, чем песок
(коэффициент поглощения 0,6…0,75); это подтвердит любой, кому приходилось проходить
босиком от автостоянки до пляжа.
Отношение между коэффициентом поглощения коротковолновой радиации и коэффициентом
излучения длинноволновой радиации каким-либо материалом имеет особое значение для
проектировщика солнечного коллектора. Материалы с высокими отношениями, называемые
селективные пленки, можно использовать для покрытия поверхностей пластин солнечных
коллекторов, так что поглощаться будет максимальное количество энергии, а теряться в
результате излучения или вторичного излучения будет минимальное количество.
В нижеследующих таблицах приводятся коэффициенты поглощения и излучения различных
материалов. За исключением особо помеченных, данные относятся к коротковолновому
поглощению и длинноволновому излучению. Температура материала принимается в пределах от
—17,8 до 100°C. Материалы даны по пяти категориям, в каждой из которых содержатся материалы
со сходными характеристиками.
Характеристики селективных покрытий
СБ, 2008-03-01 22:20 — mensh
Категории: СОЛНЕЧНЫЕ УСТАНОВКИ
Эффективность селективной поверхности измеряется коэффициентом поглощения (α) солнечной
энергии, относительной излучающей способностью (ε) длинноволновой тепловой радиации и
отношением поглощательной способности к излучательной (α/ε).
Селективные покрытия должны оцениваться по возможности их нанесения на определенный
материал теплоприемника, по их стоимости, наличию и долговечности. Каждое селективное
покрытие предназначено для нанесения на определенный материал: селективные покрытия
для меди, необязательно годятся для алюминия. Стоимость является важным фактором,
поскольку применение селективных покрытий либо снижает затраты на другие элементы
солнечного коллектора (например, устраняет необходимость в двойном остеклении коллектора),
либо значительно улучшает характеристики коллектора (а это оправдывает затраты) путем
повышения рабочей температуры, получаемой от солнечного коллектора, или путем увеличения
общего количества поглощаемой энергии.
Не все селективные покрытия легко доступны. Иногда эти трудности связаны с высокими
транспортными расходами до завода, где наносится покрытие, и обратно до потребителя.
Ограничивает их применение и сложный процесс нанесения, требующий контроля качества.
Обычными методами нанесения покрытий являются гальванические, химические и
пароосадительные ванны. Микроскопические слои в полмикрона должны иметь равномерную
толщину. В таблице приводятся некоторые характеристики селективных поверхностей.
Таблица 1. Свойства селективных покрытий
Поверхность
Поглощательная
способность
для солнечной
энергии, α
Излучательная способность
для длинноволнового излучения
поверхностей, типичных
для плоских солнечных
коллекторов, ε
«Черный никель»; содержит окиси
и сульфиды Ni и Zn
0,91…0,94
на полированном Ni
0,11
«Черный никель»
на оцинкованном железе
0,16…0,18
0,89
«Черный никель» 2 слоя поверх
гальванопокрытия из Ni на мягкой
0,94
стали (α и ε после 6-часового
погружения в кипящую воду)
0,07
CuO на Ni; медь в качестве
электрода с последующим
окислением
0,81
0,17
Co3O4 на серебре; методом
осаждения и окисления
0,90
0,27
CuO на Al; методом
набрызгивания разбавленного
раствора Cu(NO3)2 на горячую
алюминиевую пластину
с последующей горячей сушкой
0,93
0,11
«Черная медь» на Cu; методом
обработки Cu раствором NaOH и 0,89
NaClO2
0,17
«Эбанол С» наCu; промышленная
обработка чернением Cu,
0,90
обеспечивающая покрытия
в основном на CuO
0,16
CuO на анодированном Al;
обработка Al горячим раствором
Cu(NO3)2—KMnO4
0,85
0,11
Горячая сушка Al2O3—Mo—
Al2O3Mo—Al2O3Mo—Al2O3;
промежуточные слои на Mo (ε
измеряется при 260°C)
0,91
0,085
Кристаллы PbS на Al
0,89
0,20
При выборе селективного покрытия ключевым фактором является долговечность. Среди
разрушительных факторов следует отметить влагу, высокие температуры и солнечный свет.
При сравнении характеристик черных матовых красок и селективных покрытий выясняется
следующее:
теплоприемник с черной матовой поверхностью и 2-мя прозрачными покрытиями имеет примерно
те же характеристики, что и с селективным покрытием и одним стеклом;
при достаточно высоких температурах, необходимых для приведения в действие абсорбционного
охлаждающего оборудования (80°C), может потребоваться второе покрытие.
при температурах солнечного коллектора ниже 65°C второе стекло поверх селективной
поверхности существенно не влияет на рабочие характеристики коллектора;
при рабочих температурах ниже 40°C применение селективного покрытия может не приводить
к повышению КПД.
В настоящее время затраты на селективные покрытия лишь иногда вызывают увеличение общей
стоимости.