Θερμοκρασία sol-air. Η θερμοκρασία sol-air. Ts max = Ta max + [(1 r) x Io Tsky x hr] / (hc + hr)

Transcript

1 Θερμοκρασία sol-air 1 Η θερμοκρασία sol-air Ts max = Ta max + [(1 r) x Io Tsky x hr] / () Ts max: η θερμοκρασία sol-air, σε C Ta max: η θερμοκρασία αέρα, σε C Io: η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία, σε W/m2 r: ο συντελεστής ανακλαστικότητας Tsky: η μέση θερμοκρασία του ουρανού =(Τa 10), σε C hr: hc: ο συντελεστής θερμικής μεταβίβασης μέσω ακτινοβολίας = 6,1 x ε W/m 2.K ο συντελεστής θερμικής μεταβίβασης μέσω μεταφοράς = 12,4 W/m 2.K Σχηματική απεικόνιση των παραμέτρων που επηρεάζουν τη θερμοκρασία sol-air [πηγή: Lawrence Berkeley National Laboratory] 2 1

2 Ανακλαστικότητα και απορροφητικότητα Όσοπιοσκουρόχρωμοείναιέναυλικό, τόσο μεγαλύτερα ποσά ηλιακής ακτινοβολίας απορροφάει. r + α = 1 3 Συντελεστές ανακλαστικότητας Υλικό r α Λευκό μάρμαρο 0,64 0,36 Καινούργια άσφαλτος 0,02-0,05 0,95-0,98 Σκυρόδεμα 0,40 0,60 Τούβλα 0,30-0,43 0,56-0,60 Αλουμίνιο 0,01 0,98 4 2

3 Εκπομπή Η απορρόφηση και η εκπομπή θερμικής ακτινοβολίας είναι ανάλογες προς το συντελεστή εκπομπής του υλικού και ανάλογες προς τη θερμοκρασία του [Q/A = εστ 4 ] Τα περισσότερα κοινά οικοδομικά υλικά έχουν παρόμοιο συντελεστή εκπομπής (ίσο με περίπου 0,90-0,95). Αντίθετα, τα στιλβωμένα μέταλλα έχουν πολύ μικρό συντελεστή εκπομπής. 5 ε = Ε / Εb όπου : ε: ο συντελεστής εκπομπής Ε: η ενέργεια που εκπέμπεται από ένα σώμα [W/m 2 ] Εb: η ενέργεια που εκπέμπεται από το μέλαν σώμα [W/m 2 ] Όσο μεγαλύτερος είναι ο συντελεστής Στιλβωμένο αλουμίνιο, ε=περ.0,1 Ουρανός, Τ=0 ο Κ Αλουμίνιο βαμμένο λευκό, ε=περ.0,8 εκπομπής, τόσο μεγαλύτερη είναι και η δυνατότητα ενός υλικού να απορροφάει Θερμή επιφάνεια, Τ=40 ο C (όταν είναι ψυχρότερο) ή να εκπέμπει (όταν είναι θερμότερο) -ανάλογα με τις συνθήκες- τη θερμική ακτινοβολία. Στιλβωμένο αλουμίνιο, ε=περ.0,1 6 Αλουμίνιο βαμμένο λευκό, ε=περ.0,8 3

4 Συντελεστές εκπομπής Υλικό ε Λευκό μάρμαρο 0,56-0,95 Καινούργια άσφαλτος 0,93-0,95 Σκυρόδεμα 0,90 Τούβλα 0,90 Στιλβωμένο αλουμίνιο 0,10-0,35 7 Επιφανειακές ιδιότητες διάφορων υλικών. Ανακλαστικότητα Απορροφητικότητα Εκπομπή r = 1 - α a = 1 - r ε Γαιώδη υλικά Αμμώδες χώμα, στεγνό 0,25-0,3 0,7-0,75 0,9 Αργιλώδες χώμα, στεγνό 0,1 0,9 0,98 Προϊόντα από φυσικά πετρώματα Δομικά στοιχεία / Πλάκες / Κυβόλιθοι Ασβεστόλιθος 0,45 0,55 0,95 Μάρμαρο 0,45-0,54 0,46-0,55 0,95 Γρανίτης / Βασάλτης 0,18-0,44 0,56-0,82 0,45 χιστόλιθος 0,08-0,1 0,9-0,92 0,9 Προϊόντα τσιμέντου κυρόδεμα Γαρμπιλόδεμα 0,15-0,4 0,6-0,85 0,9 Οπλισμένο σκυρόδεμα 0,15-0,4 0,6-0,86 0,9 Ελαφροσκυρόδεμα (περλιτόδεμα) 0,2 0,8 0,9 Πλάκες από σκυρόδεμα 0,2-0,6 0,4-0,8 0,9 Κεραμικά προϊόντα Οπτόπλινθοι (9 x 6 x 19 cm) 0,3-0,5 0,5-0,7 0,94 Διακοσμητικοί οπτόπλινθοι 0,35-0,45 0,55-0,65 0,9 Κεραμίδια 0,2-0,6 0,4-0,8 0,9 Πλακίδια και πάνελ 0,2-0,75 0,25-0,8 0,9 Κυβόλιθοι 0,35-0,45 0,55-0,65 0,9 Προϊόντα ξύλου ανίδες ξύλου 0,3-0,4 0,6-0,7 0,95 Προϊόντα μετάλλων Χάλυβας, από μετάλλευμα 0,97 0,03 0,2 Χάλυβας, ανοξείδωτος 0,2-0,33 0,67-0,8 0,2 Χαλκός, από μετάλλευμα 0,5-0,7 0,3-0,5 0,02-0,05 Αλουμίνιο, από μετάλλευμα 0,60-0,88 0,12-0,40 0,02-0,04 Προϊόντα ασφάλτου Άσφαλτος 0,05-0,2 0,8-0,95 0,95 Ασφαλτικό σκυρόδεμα 0,05-0,2 0,8-0,95 0,95 Ασφαλτικές μεμβράνες 0,26 0,74 0,92 Ασφαλτική μεμβράνη με επίστρωση AL 0,7-0,85 0,15-0,3 0,08 Γυαλί 0,08-0,12 0,88-0,92 0,87-0,94 Φυτικές εδαφοκαλύψεις Γρασίδι ψηλό 0,31-0,33 0,67-0,69 Βλάστηση 0,25 0,75 Νερό 0,1-0,47 0,53-0,9 0,96 4

5 Παραδοχές Οπροσδιορισμόςτηςθερμοκρασίας επιφάνειας εδάφους είναιστην πραγματικότητα ένα περίπλοκο ζήτημα. Η εξαιρετικά απλουστευμένη μορφή με την οποία τίθεται εδώ έχει ως αποκλειστικό στόχο να σας βοηθήσει να συνειδητοποιήσετε το μέγεθος της επίπτωσης που μπορεί να έχει μια απλή αλλαγή τουυλικούεπίστρωσης. Η συμβολή των επιφανειών χώματος και χαμηλής βλάστησης είναι καθαρά συμβατική, δεδομένου ότι ο ρόλος τους προσδιορίζεται και από άλλες ιδιότητες (εξάτμιση και διαπνοή, άρδευση, κ.λπ.). Η συμβολή των επιφανειών νερού, επίσης είναι πολύ δύσκολο να υπολογιστεί, λόγω των ιδιαίτερων ιδιοτήτων του νερού (εξάτμιση, μεγάλη θερμοχωρητικότητα, κ.λπ.). 9 Παραδοχές α. Στις εκτεθειμένες επιφάνειες, ως θερμοκρασία του αέρα Τα max θα ληφθεί η θερμοκρασία του θερμότερου μήνα του έτους (από τα κλιματικά δεδομένα). Στις σκιασμένες επιφάνειες, η Τα max θα είναι 5 o C χαμηλότερη. β. Η ένταση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας σε οριζόντιο επίπεδο ανά μονάδα επιφάνειας Ιο θα ληφθεί από τα κλιματικά δεδομένα για το θερμότερο μήνα του έτους. Εάν δεν υπάρχουν δεδομένα, θα ληφθεί ίση με 1000 W/m 2. Η ένταση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας κάτω από τα δέντρα θα ισούται με το 50% της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας. γ. Για την ανακλαστικότητα (r - reflectivity ή reflectance) υπενθυμίζεται ότι είναι καθαρός αριθμός με μέγιστη τιμή τη μονάδα και στην ουσία εκφράζει το ποσοστό της μικρού μήκους κύματος (ηλιακής) ακτινοβολίας που ανακλάται από μία επιφάνεια. Έτσι, π.χ. η άσφαλτος για την οποία δίνεται τιμή r=0,07 ανακλάει το 7% της προσπίπτουσας ακτινοβολίας και απορροφάει το α =1-r=0,93, δηλ. το 93%. δ. ΗτιμήTsky είναι ίση με Τα max - 10 ο C. 10 5

6 ε. Η τιμή του συντελεστή θερμικής μετάδοσης μέσω ακτινοβολίας είναι ίση με: hr=ε x6,1w/m 2.K, όπου ε: ο συντελεστής εκπομπής του υλικού και 6,1: ο αντίστοιχος συντελεστής εκπομπής του μέλανος σώματος. Σημειώνεται επίσης ότι, για τα κοινά οικοδομικά υλικά, ο συντελεστής e είναι ίσος με ε=0,90. Άρα: hr=0,9 x 6,1 = 5,49 W/m 2.K ζ. Η τιμή του συντελεστή θερμικής μετάδοσης μέσω μεταφοράς είναι ίση με hc=12,4 W/m 2.K. 11 Προσδιορισμός του σταθμισμένου μ.ο. Tsurf Γ Δ Β Α Έστω ότι το εμβαδόν της συνολικής εξεταζόμενης επιφάνειας (ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο με x) είναι ίσο με Sολ, και έχουμε και τα επιμέρους εμβαδά των επιφανειών ασφάλτου S Α, χώματος S Β, τσιμεντόπλακων S Γ, και πρασίνου S Δ. 12 6

7 Διαιρώντας τα επιμέρους εμβαδά με το συνολικό εμβαδόν (S Α / Sολ), έχουμε τα ποσοστά % ή σε αριθμούς από 0 έως 1 που καταλαμβάνει κάθε επιφάνεια (Ρ Α, Ρ Β, κ.λπ.). Υπολογίζουμε τις μέγιστες επιφανειακές θερμοκρασίες T Α max, T Β max, κ.λπ. των διαφορετικών επιφανειών. Πολλαπλασιάζουμε για κάθε επιφάνεια τα αντίστοιχα ποσοστά επί τις θερμοκρασίες και αθροίζουμε για να προκύψει ο σταθμισμένος μέσος όρος (Ρ Α xt Α max + Ρ B xt Bmax + Ρ Γ xt Γ max + Ρ Δ xt Δ max ). Αναλυτικά θα έχουμε: T Amax = Tamax+ [(1-rA) xio Tskyxhr] T B max = Ta max + [(1-rB) x Io Tsky x hr] T Γ max = Ta max + [(1-rΓ) x Io Tsky x hr] T Δ max = Ta max + [(1-rΔ) x Io Tsky x hr] Στους παραπάνω τύπους διαφοροποιείται μόνο ο όρος (1-rn), καθώς και η Τa maxαν πρόκειται για ηλιαζόμενες ή σκιασμένες επιφάνειες. Επίσης, ισχύει: P A = S A, P Β = S Β, P Γ = S Γ, P Δ = S Δ Κάνοντας τους υπολογισμούς, βρίσκεται τα αποτελέσματα και τελικά, το σταθμισμένο μέσο όρο. 13 7