Отражение тепла алюминиевой фольгой

[Ales]

Такой вопрос: можно ли использовать фольгу в качестве эффективного утеплителя.
Тепло распространяется преимущественно излучением. Металлы отражают всякое электромагнитное и в том числе тепловое излучение.
Но алюминий (и другие металлы) быстро окисляется на воздухе и фольга покрыта тонкой оксидной пленкой.
В интернете есть самые разные противоречивые данные по отражающей способности реального алюминия и реальной фольги на длинных тепловых волнах: от коэффициента излучения 0.9 (отражение 10%) до 0.2 (отражение 80%).
С одной стороны никто не носит шубы из фольги и фольгой на практике не утепляют.
С другой стороны продаются специальные фольгированные утеплители.
Где истина?

[Xey]

Ales в сообщении #429817 писал(а):

С одной стороны никто не носит шубы из фольги и фольгой на практике не утепляют.

Это применяется десятки лет.
В Японии холодно, пострадавшим раздают накидки из фольгированной пленки.
Очень давно в продаже подстилки для туристов их фольгированного пенополиэтилена.
В строительных поварах найдете и фольгу для саун и прочие металлизированные утеплители.

В идеале нужен пирог слоев из 10 фольгированного утеплителя толщиной около 10 мм.

[Ales]

Xey в сообщении #429820 писал(а):

Очень давно в продаже подстилки для туристов их фольгированного пенополиэтилена.

А разве в подстилке тепло передается излучением?

-- Пт апр 01, 2011 11:46:36 --

Дело в том, что продают много чего разного.
Фольга для саун, может быть, предназначена в качестве защиты от влаги, сквозняков и от огня.

Согласно теории, без конвекции и без учета теплопроводности воздуха, слой фольги снижает передачу тепла с коэффициентом излучения: $P=\varepsilon \cdot P_0$, если воздушная прослойка с одной стороны. Если воздушная прослойка с двух сторон, то $P=\frac {\varepsilon \cdot P_0} 2$.

[libra]

Xey в сообщении #429820 писал(а):

В Японии холодно, пострадавшим раздают накидки из фольгированной пленки.

Это не совсем "фольгированная" пленка, а пленка ПЭТФ с напылением металла. Как одеяло они слабо помогают, их рекомендуется использовать в сочетании с обычными одеялами.
А вот в современных космических аппаратах многослойные покрытия из металлизированных ПЭТФ - основное средство теплоизоляции.

[Joker_vD]

Ales в сообщении #429817 писал(а):

Тепло распространяется преимущественно излучением.

Смотря где. Обычно основной вклад дают конвекция с теплопроводностью.

[Munin]

Ales в сообщении #429817 писал(а):

В интернете есть самые разные противоречивые данные по отражающей способности реального алюминия и реальной фольги на длинных тепловых волнах

Во-первых, надо уточнять, какие именно волны имеются в виду. В отличие от оптического диапазона, очень узкого, остальные диапазоны света весьма широки, и ИК-диапазон занимает где-то три порядка. Во-вторых, надо уточнять, какой именно алюминий и какая фольга. Для нас они могут выглядеть одинаково: блестящие, но в ИК-свете могут быть совсем разными, например, в зависимости от качества обработки поверхности. Возможно, технология позволяет сделать алюминиевую поверхность с заданным коэффициентом отражения в некотором оговорённом диапазоне.

Ales в сообщении #429817 писал(а):

Тепло распространяется преимущественно излучением.

Уже сказали, когда где. Учитывать надо и температуры, и контактирующие вещества, и условия конвекции (соотношение вязкости и объёма), и т. п. Например, в космосе тепло распространяется преимущественно излучением (кроме теплообмена в межпланетном и межзвёздном газе). И космические корабли для теплоизоляции обёртывают многими слоями фольги. А не мехом.

[Mopnex]

libra в сообщении #429855 писал(а):

А вот в современных космических аппаратах многослойные покрытия из металлизированных ПЭТФ - основное средство теплоизоляции.

Странно, я слышал, что одной из проблем современных космических аппаратов является охлаждение, а не теплоизоляция.

[Munin]

Mopnex в сообщении #430050 писал(а):

Странно, я слышал, что одной из проблем современных космических аппаратов является охлаждение, а не теплоизоляция.

Там проблем целый комплекс, есть и те и другие. Многослойная фольга ещё и от микрометеоритов помогает. А с тепловым балансом: на дневной стороне Земли он один, на ночной - другой, с экипажем - третий, без экипажа - четвёртый, при разных ориентациях аппарата к Солнцу - пятый... Через иллюминаторы внутрь проникает свет, солнечные батареи греются, на ночной стороне всё то же самое работает в обратную сторону, температура в жилом отсеке должна быть комнатная и одинаковая по всем помещениям, и такой мешанины - горы и горы.

[Ales]

Joker_vD в сообщении #429892 писал(а):

Смотря где. Обычно основной вклад дают конвекция с теплопроводностью.

Да почти везде, все тела излучают и поглощают тепло, а воздух отлично проводит излучение.

Днем тепло - это излучение от солнца превышает излучение в космос.
Ночью холодно - потому что нет излучения от солнца, и человек излучает тепло в космос, ничего не получая взамен.
Основной обмен тепла между телами идет через излучение.
А конвекция и теплопроводность дополняют излучение, выравнивая температуры.

Если создать условия, в которых невозможны ни конвекция, ни теплопроводность:
термос, стеклопакет, пустотелая перегородка - то только излучение будет проводить тепло.

-- Сб апр 02, 2011 10:47:35 --

Munin в сообщении #429977 писал(а):

И космические корабли для теплоизоляции обёртывают многими слоями фольги. А не мехом.

Вопрос то по одному слою: $N$- слоев любого плотного материала по моим расчетам снижают потери тепла в $N+1$ раз.
По закону Стефана-Больцмана квадратный метр поверхности черного тела температурой около 20 градусов по Цельсию излучает в пустоту около 450 Вт тепла.
Если обернуть тело 20 слоями черной фольги (с пустыми промежутками между слоями) то излучение будет только 22 Вт.
Это значит, что куб с ребром 10 метров (дом жилой площадью 300 кв метров) можно отапливать $6\cdot 100 \cdot 22= 13$ кВт.

Но если только один слой простой бытовой фольги, то вопрос встает от коэффициенте излучения: одни говорят что он мал - 0.2, другие, что велик - 0.9.
Если он мал - 0.2, то можно одним слоем такой фольги утеплить дом не хуже, чем 9 слоями зачерненной.

Munin в сообщении #429977 писал(а):

Для нас они могут выглядеть одинаково: блестящие, но в ИК-свете могут быть совсем разными, например, в зависимости от качества обработки поверхности. Возможно, технология позволяет сделать алюминиевую поверхность с заданным коэффициентом отражения в некотором оговорённом диапазоне.

Но возможны ли такие технологии?

Чистый алюминий на воздухе покрывается пленкой окиси, которая не должна отражать излучение - окись ведь не проводник.
Если алюминий покрыть чем-то снаружи - стойким материалом, то опять же слой этого материала может не отражать излучение.

Золото устойчиво к окислению, может быть надо сусальным золотом отгораживаться от излучения?
Или у золота тоже есть слабая сторона?

[libra]

Ales в сообщении #430267 писал(а):

Или у золота тоже есть слабая сторона?

1) цена.
2) ...

[Munin]

Ales в сообщении #430267 писал(а):

Да почти везде, все тела излучают и поглощают тепло, а воздух отлично проводит излучение.

Дело только в том, что этот процесс (безусловно, существующий) может быть гораздо медленнее, чем другие виды теплообмена.

Ales в сообщении #430267 писал(а):

Ночью холодно - потому что нет излучения от солнца, и человек излучает тепло в космос

Человек-то не излучает в космос. Человек обычно спит под крышей.

Ales в сообщении #430267 писал(а):

Основной обмен тепла между телами идет через излучение.А конвекция и теплопроводность дополняют излучение, выравнивая температуры.

Количественные расчёты опровергают это мнение. Непонятно, откуда оно происходит.

Ales в сообщении #430267 писал(а):

По закону Стефана-Больцмана квадратный метр поверхности черного тела температурой около 20 градусов по Цельсию излучает в пустоту около 450 Вт тепла. Если обернуть тело 20 слоями черной фольги (с пустыми промежутками между слоями) то излучение будет только 22 Вт.

А то, что температура этих слоёв тоже снижается, вы не учитываете?

И разумеется, обёртывать стремятся не чёрной фольгой, а блестящей.

Ales в сообщении #430267 писал(а):

Но возможны ли такие технологии?

А почему нет? Поверхность можно полировать, царапать, травить, и т. п.

Ales в сообщении #430267 писал(а):

Чистый алюминий на воздухе покрывается пленкой окиси, которая не должна отражать излучение - окись ведь не проводник.

Она и не отражает. Она прозрачна.

Ales в сообщении #430267 писал(а):

Или у золота тоже есть слабая сторона?

Ещё бы: оно дорого.

[Ales]

Munin в сообщении #430406 писал(а):

Количественные расчёты опровергают это мнение. Непонятно, откуда оно происходит.

Какие такие расчеты? Неужели кто-то оспорит тот факт, что солнечное тепло и излучение в космос определяют тепловой цикл на Земле?

И на бытовом уровне: плоская батарея отопления половину тепла отдает излучением и половину конвекцией,
а если ее расположить на потолке, то все тепло будет отдаваться излучением.
Поэтому второе название батареи: "радиатор".
Есть целые системы лучевого отопления с источником тепла на потолке.

Munin в сообщении #430406 писал(а):

А почему нет? Поверхность можно полировать, царапать, травить, и т. п.

А как это повысит проводимость оксидной пленки?

-- Сб апр 02, 2011 20:31:39 --

Munin в сообщении #430406 писал(а):

Она и не отражает. Она прозрачна.

А какие вообще волны проходят через поверхности?
Ведь наверное, длинные волны не проходят через плотные слои молекул.
Например, стекло прозрачно для видимого спектра, но в тепловом спектре стекло не прозрачно.
Наверное, длина волны должна быть меньше размера межмолекулярных расстояний.

-- Сб апр 02, 2011 20:40:10 --

Munin в сообщении #430406 писал(а):

А то, что температура этих слоёв тоже снижается, вы не учитываете?

Это не важно. Этот результат может быть получен без применения понятия "температура".
В учебнике Болгарский А.В., Мухачев Г.А., Щукин В.К. Термодинамика и теплопередача (2-е изд.). М.: Высш. школа, 1975 он тоже есть:
стр. 433 формула (13.16).

Munin в сообщении #430406 писал(а):

И разумеется, обёртывать стремятся не чёрной фольгой, а блестящей.

Черная в смысле - абсолютно черная, без учета коэффициента отражения. Если есть отражение - защита лучше.

[Munin]

Ales в сообщении #430534 писал(а):

Какие такие расчеты?

Элементарные: сколько тепла передаётся через излучение, и сколько через теплообмен.

Ales в сообщении #430534 писал(а):

Неужели кто-то оспорит тот факт, что солнечное тепло и излучение в космос определяют тепловой цикл на Земле?

А при чём тут солнечное тепло? Речь идёт о теплообмене в земных условиях, при комнатной температуре. Напомню, что температура солнечного излучения - 6000 градусов.

Ales в сообщении #430534 писал(а):

И на бытовом уровне: плоская батарея отопления половину тепла отдает излучением и половину конвекцией

Видимо, именно поэтому их делают ребристыми и красят белой краской...

Ales в сообщении #430534 писал(а):

Поэтому второе название батареи: "радиатор".

Это некорректное название. В автомобиле контур жидкостного охлаждения тоже называется "радиатор".

Ales в сообщении #430534 писал(а):

Есть целые системы лучевого отопления с источником тепла на потолке.

Есть, только в них нагревательный элемент нагревается до существенно большей температуры, когда излучение становится эффективным. А батареи водяного отопления таких температур не достигают. И даже парового.

Ales в сообщении #430534 писал(а):

А как это повысит проводимость оксидной пленки?

А при чём здесь проводимость оксидной пленки? Вы говорили об отражающей способности алюминиевой поверхности.

Ales в сообщении #430534 писал(а):

А какие вообще волны проходят через поверхности?

Учите физику. Что такое эпсилон, мю и сигма (и тангенс дельта). Что такое интерференция на тонких плёнках. Это большой рассказ.

Ales в сообщении #430534 писал(а):

Ведь наверное, длинные волны не проходят через плотные слои молекул.

Экий бред.

Ales в сообщении #430534 писал(а):

Например, стекло прозрачно для видимого спектра, но в тепловом спектре стекло не прозрачно.

А битум наоборот. И что?

Ales в сообщении #430534 писал(а):

Наверное, длина волны должна быть меньше размера межмолекулярных расстояний.

Такие длины волн называются жёсткий рентген и гамма-излучение. Оптические длины волн на четыре порядка больше межмолекулярных расстояний.

Ales в сообщении #430534 писал(а):

Это не важно.

Для олухов - да.

Ales в сообщении #430534 писал(а):

Этот результат может быть получен без применения понятия "температура".

Что не значит, что он верен.

[Ales]

Munin в сообщении #430569 писал(а):

Что не значит, что он верен.

Если он учебнике есть - наверное верен?

Munin в сообщении #430569 писал(а):

А батареи водяного отопления таких температур не достигают.

В учебниках по теплотехнике есть расчеты лучевого тепла для радиаторов.

-- Вс апр 03, 2011 00:01:39 --

Munin в сообщении #430569 писал(а):

при чём здесь проводимость оксидной пленки? Вы говорили об отражающей способности алюминиевой поверхности.

Алюминиевая поверхность в обычных условиях покрыта тонкой оксидной пленкой.
Поэтому отражение лучей возможно только после прохождения оксидной пленки.
Прозрачна ли оксидная пленка для тепловых лучей? Для световых лучей она прозрачна.

Вопрос ведь не просто так: в одном учебнике (по физике тепла) написано что алюминий, покрытый окисью не отражает, в другом (по утеплению) что хорошо отражает.

-- Вс апр 03, 2011 00:07:45 --

Munin в сообщении #430569 писал(а):

Учите физику. Что такое эпсилон, мю и сигма (и тангенс дельта). Что такое интерференция на тонких плёнках. Это большой рассказ.

Поможет ли это определить прозрачность окиси алюминия для теплового излучения?
Можно ли это узнать теоретически по химической формуле?

-- Вс апр 03, 2011 00:36:18 --

Вот нашел:
http://www.optotl.ru/mat/Al2O3

-- Вс апр 03, 2011 00:37:28 --

Окись алюминия прозрачна на длине волны от 0.1 до 6 микрометров.

[Ales]

То есть окись алюминия не прозрачна для теплового излучения до 20 градусов по Цельсию.