Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Низкая эмиссивность (низкая e или низкая тепловая эмиссионная способность) описывает состояние поверхности, излучающей небольшое количество тепловой (тепловой) энергии в виде излучения. Все материалы поглощают, отражают и излучают энергию в соответствии с законом Планка, однако в данном случае основное внимание уделяется определенному диапазону длин волн излучаемой энергии, а именно тепловому излучению материалов. В практическом применении, особенно в строительстве, рассматривается температурный диапазон примерно от 40 до +80 градусов Цельсия, но в аэрокосмической отрасли и при проектировании промышленных процессов важны гораздо более широкие диапазоны.
Low emissivity (low e or low thermal emissivity) refers to a surface condition that emits low levels of radiant thermal (heat) energy. All materials absorb, reflect, and emit radiant energy according to Planck's law but here, the primary concern is a special wavelength interval of radiant energy, namely thermal radiation of materials. In common use, especially building applications, the temperature range of approximately 40 to +80 degrees Celsius is the focus, but in aerospace and industrial process engineering, much broader ranges are of practical concern.
Определение
Эмиссивность – это величина, присваиваемая материалам на основе отношения излучаемой ими теплоты к теплоте, излучаемой абсолютно черным телом, по шкале от нуля до единицы. Абсолютно черное тело имеет эмиссивность 1, а идеальный отражатель – значение 0. Закон Кирхгофа о тепловом излучении утверждает, что для каждой конкретной длины волны/частоты поглощение равно эмиссивности в непрозрачном теле (материалы часто имеют существенно различающуюся эмиссивность при разных длинах волн). Следовательно, если у асфальта эмиссивность составляет 0,90 при определенной длине волны (например, 10 микрометров, или тепловое излучение комнатной температуры), его теплопоглощение также будет равно 0,90. Это означает, что он поглощает и излучает 90 процентов тепловой энергии излучения. Поскольку асфальт – непрозрачный материал, оставшиеся 10 процентов должны быть отражены. И наоборот, материал с низкой эмиссивностью, такой как алюминиевая фольга, имеет тепловую эмиссивность/поглощение 0,03, и, будучи непрозрачным материалом, его теплоотражающая способность должна составлять 1,0 – 0,03 = 0,97, то есть он отражает 97 процентов тепловой энергии излучения. К строительным материалам с низкой эмиссивностью относятся оконное стекло, изготовленное с применением оксидных покрытий, а также материалы для гидроизоляции зданий, отражающая теплоизоляция и другие виды радиационных тепловых барьеров. Тепловая эмиссивность различных поверхностей приведена в следующей таблице.
Emissivity is the value given to materials based on the ratio of heat emitted compared to a perfect black body, on a scale from zero to one. A black body would have an emissivity of 1 and a perfect reflector would have a value of 0. Kirchhoff's law of thermal radiation states that absorption equals emissivity opaque for every specific wavelength/frequency (materials often have quite different emissivities at different wavelengths). Therefore, if the asphalt has an emissivity value of 0.90 at a specific wavelength (say wavelength of 10 micrometers, or room temperature thermal radiation), its thermal absorptance value would also be 0.90. This means that it absorbs and emits 90 percent of radiant thermal energy. As it is an opaque material, the remaining 10 percent must be reflected. Conversely, a low e material such as aluminum foil has a thermal emissivity/absorptance value of 0.03 and as an opaque material, the thermal reflectance value must be 1.0 0.03 =0.97, meaning it reflects 97 percent of radiant thermal energy. Low emissivity building materials include window glass manufactured with metal oxide coatings as well as house wrap materials, reflective thermal insulations, and other forms of radiant thermal barriers. The thermal emissivity of various surfaces is listed in the following table. Materials surface Thermal emissivity Silver, polished 0.02 Aluminum foil 0.03 Marble, smooth 0.56 Paper, roofing or white 0.88 to 0.86 Asphalt 0.88 Plaster, rough 0.89 Brick 0.90 Marble, polished or white 0.89 to 0.92 Concrete, rough 0.91 Glass, smooth (uncoated) 0.91 Limestone 0.92
Поверхность материала | Термоэмиссивность
---|---
Серебро, полированное | 0,02
Алюминиевая фольга | 0,03
Мрамор, гладкий | 0,56
Бумага, кровельная или белая | 0,88 – 0,86
Асфальт | 0,88
Гипс, грубый | 0,89
Кирпич | 0,90
Мрамор, полированный или белый | 0,89 – 0,92
Бетон, грубый | 0,91
Стекло, гладкое (непокрытое) | 0,91
Известняк | 0,92
Emissivity is the value given to materials based on the ratio of heat emitted compared to a perfect black body, on a scale from zero to one. A black body would have an emissivity of 1 and a perfect reflector would have a value of 0. Kirchhoff's law of thermal radiation states that absorption equals emissivity opaque for every specific wavelength/frequency (materials often have quite different emissivities at different wavelengths). Therefore, if the asphalt has an emissivity value of 0.90 at a specific wavelength (say wavelength of 10 micrometers, or room temperature thermal radiation), its thermal absorptance value would also be 0.90. This means that it absorbs and emits 90 percent of radiant thermal energy. As it is an opaque material, the remaining 10 percent must be reflected. Conversely, a low e material such as aluminum foil has a thermal emissivity/absorptance value of 0.03 and as an opaque material, the thermal reflectance value must be 1.0 0.03 =0.97, meaning it reflects 97 percent of radiant thermal energy. Low emissivity building materials include window glass manufactured with metal oxide coatings as well as house wrap materials, reflective thermal insulations, and other forms of radiant thermal barriers. The thermal emissivity of various surfaces is listed in the following table. Materials surface Thermal emissivity Silver, polished 0.02 Aluminum foil 0.03 Marble, smooth 0.56 Paper, roofing or white 0.88 to 0.86 Asphalt 0.88 Plaster, rough 0.89 Brick 0.90 Marble, polished or white 0.89 to 0.92 Concrete, rough 0.91 Glass, smooth (uncoated) 0.91 Limestone 0.92
Окна с низкой эмиссией
Оконное стекло по своей природе обладает высокой тепловой эмиссией, как указано в таблице выше. Для улучшения теплового контроля (теплоизоляции и солнечных оптических свойств) на сырое содово-известковое стекло наносятся тонкопленочные покрытия. Существует два основных метода: пиролитическое химическое осаждение из газовой фазы и магнетронное распыление. Первый метод включает осаждение фторированного диоксида олова при высоких температурах. Пиролитические покрытия обычно наносятся на стекольном заводе в процессе производства стекла. Второй метод – нанесение тонких слоев серебра с антиотражающими слоями. Магнетронное распыление использует большие вакуумные камеры с несколькими камерами осаждения, последовательно наносящими 5–10 и более слоев. Пленки на основе серебра экологически нестабильны и должны быть заключены в двойное остекление или в изолированный стеклопакет (IGU) для сохранения своих свойств с течением времени. Специально разработанные покрытия могут наноситься на одну или несколько поверхностей стеклопакета. Один тип покрытия (низкоэмиссионные покрытия) снижает излучение инфракрасной энергии, тем самым удерживая тепло на той стороне стекла, где оно образовалось, и пропуская видимый свет. Это обеспечивает лучший контроль над тепловой энергией: тепло, исходящее изнутри зимой, остается внутри (на теплой стороне), а летом тепло не излучается извне, сохраняя прохладу в помещении. Стекло может быть изготовлено с различной тепловой эмиссией, но для окон это не используется. Определенные свойства, такие как содержание железа, могут контролироваться, изменяя теплоэмиссионные характеристики стекла. Эта "естественно" низкая тепловая эмиссия встречается в некоторых составах боросиликатного стекла или Pyrex. Естественно, низкоэмиссионное стекло не обладает свойством отражения ближнего инфракрасного (NIR) / теплового излучения; вместо этого этот тип стекла имеет более высокую проницаемость для NIR, что приводит к нежелательным потерям тепла (или его поступлению) в здании с такими окнами.
Window glass is by nature highly thermally emissive, as indicated in the table above. To improve thermal control (insulation and solar optical properties) thin film coatings are applied to the raw soda–lime glass. There are two primary methods in use: pyrolytic chemical vapor deposition and magnetron sputtering. The first involves the deposition of fluorinated tin dioxide at high temperatures. Pyrolytic coatings are usually applied at the float glass plant when the glass is manufactured. The second involves depositing thin silver layers with antireflection layers. Magnetron sputtering uses large vacuum chambers with multiple deposition chambers depositing 5 to 10 or more layers in succession. Silver based films are environmentally unstable and must be enclosed in insulated glazing or an Insulated Glass Unit (IGU) to maintain their properties over time. Specially designed coatings may be applied to one or more surfaces of insulated glass. One type of coating (low e coatings) reduces the emission of radiant infrared energy, thus tending to keep the heat on the side of the glass where it originated while letting visible light pass. This results in glazing with better control of energy heat originating from indoors in winter remains inside (the warm side), while heat during summer does not emit from the exterior, keeping it cooler inside. Glass can be made with differing thermal emissivities, but this is not used for windows. Certain properties such as the iron content may be controlled, changing the thermal emissivity properties of glass. This "naturally" low thermal emissivity is found in some formulations of borosilicate or Pyrex. Naturally, low e glass does not have the property of reflecting near infrared (NIR)/thermal radiation; instead, this type of glass has higher NIR transmission, leading to undesirable heat loss (or gain) in a building with that type of window.
Критика окон с низким уровнем Э
Было высказано предположение, что высокая отражающая способность энергосберегающих окон может приводить к концентрации солнечного излучения, потенциально способной повредить окружающие объекты; о повреждениях облицовки домов и автомобилей сообщалось не только в новостях, но это также может повлечь за собой юридические последствия. Энергосберегающие окна также могут блокировать радиочастотные сигналы. В зданиях, не оборудованных распределёнными антенными системами, может ухудшиться качество приёма сотовой связи.
It has been suggested that the high reflectivity of low E windows can contribute to a concentration of solar radiation which can potentially cause damage to their surroundings; damage to the sidings of homes and to automobiles has been reported not only in news stories, but may cause legal issues as well. Low e windows may also block radio frequency signals. Buildings without distributed antenna systems may then suffer degraded cell phone reception.
Отражающая теплоизоляция
Отражательная теплоизоляция обычно изготавливается из алюминиевой фольги с различными сердцевинными материалами, такими как вспененный полиэтилен низкой плотности, пузырчатая полиэтиленовая пленка, стекловолокно или аналогичные материалы. Каждый сердцевинный материал обладает своими преимуществами и недостатками, определяемыми его способностью создавать теплоразрыв, поглощать звук, впитывать влагу и сопротивляться возгоранию при пожаре. При использовании алюминиевой фольги в качестве покровного материала отражательная теплоизоляция способна остановить до 97% передачи тепла излучением. В последнее время некоторые производители отражательной теплоизоляции перешли на использование металлизированной полиэтиленовой облицовки. Долгосрочная эффективность и долговечность таких облицовок пока не установлены. Отражательную теплоизоляцию можно применять в различных областях и местах, включая жилые, сельскохозяйственные, коммерческие, аэрокосмические и промышленные сооружения. Распространенные варианты монтажа включают в себя обертывание зданий, воздуховодов, труб, укладку под систему теплых полов, монтаж внутри полостей стен, в кровельные и чердачные системы, в системы фюзеляжа самолетов, в системы космических аппаратов и в подпольные пространства. Отражательная теплоизоляция может использоваться как самостоятельный продукт во многих областях применения, а также в сочетании с массивной изоляцией, когда требуются более высокие показатели R.
Reflective thermal insulation is typically fabricated from aluminum foil with a variety of core materials such as low density polyethylene foam, polyethylene bubbles, fiberglass, or similar materials. Each core material presents its own set of benefits and drawbacks based on its ability to provide a thermal break, deaden sound, absorb moisture, and resist combustion during a fire. When aluminum foil is used as the facing material, reflective thermal insulation can stop 97% of radiant heat transfer. Recently, some reflective thermal insulation manufacturers have switched to a metalized polyethylene facing. The long term efficiency and durability of such facings are still undetermined. Reflective thermal insulation can be installed in a variety of applications and locations including residential, agricultural, commercial, aerospace, and industrial structures. Some common installations include house wraps, duct wraps, pipe wraps, under radiant floors, inside wall cavities, roof systems, attic systems, aircraft fuselage systems, space probe systems, and crawl spaces. Reflective thermal insulation can be used as a stand alone product in many applications but can also be used in combination systems with mass insulation where higher R values are required.
Военные применения
Покрытия с низкой излучательной способностью нашли применение в технологиях снижения заметности, уменьшая тепловое инфракрасное излучение от военной техники в ближней, средней и дальней инфракрасной областях электромагнитного спектра.
Low emissivity coatings have found applications in stealth technology, reducing the thermal infrared emissions from military equipment in the short wave, mid wave and long wave infrared portions of the electromagnetic spectrum.