زمین با تابش خورشید گرم می شود همه ما می توانیم گرمای دریافتی از خورشید را احساس نماییم خواه در یک صبح زمستانی که از گرما لذت می بریم یا در یک ظهر تابستان که در پی یافتن پناهگاهی برای رهایی از گرمای آزاد دهنده خورشید هستیم در واقع حیات به گونه ای که ما در زمین تجربه می کنیم برمبنای موقعیت ما نسبت به خورشید جریان دارد و حرکت انتقالی ووضعی زمین با تغییر موقعیت ما نسبت به خورشید پدیده های آشنایی چون شبانه روز ، فصول وتغییرات آب و هوا را سبب می شود یافتن پناهگاهی عایق کاری (پوشیدن لباس، ساخت بنا) شیوه ی متغیر زندگی همچون خوابیدن در شب و مهاجرت، شماری از پاسخ های طبیعی انسان در مواجهه با تغییرات فصلی و شبانه روزی است.
بشر در طول تاریخ همواره از آتش به روش های مختلف جهت گرمایش محل زندگی خویش بهره برده است روشن کردن آتش در غارها، گرم کردن هوا به وسیله ی آتش در کنار ساختمان و عبور آن از کف ساختمان که در روم قدیم و کشورهایی چون کره متداول بوده است و استفاده از کرسی در گذاشته ای نه چندان دور در ایران نمونه هایی از سامانه های گرمایش تابشی به شمار می روند.
احساس آسایش دمایی در صبح بهاری یک روز آفتابی با وجود دمای هوای نزدیک به F 60 (C °5/15) قابلیت گرمایش تابشی (تابش خورشید) در ایجاد شرایط آسایش دمایی حتی در یک هوای سرد را نشان می دهد مشاهده گرمایش زمین توسط خورشید همواره ایده ی اصلی استفاده از سامانه های تابشی برای گرمایش فضاهای داخلی بوده است اما از قریب به یک قرن پیش با پیدایش انواع سامانه های گرمایش حرارت مرکزی و کابرد تجهیزاتی از نظر دیگ های بخار مشعل، رادیاتور، هوارسان و کوره های هوای گرم به تدریج روش های گرمایش سنتی به فراموشی سپرده شده اند بدین ترتیب نقش تبادل حرارت همرفتی در گرمایش فضاهای داخلی بر تبادل حرارت تابشی فزونی یافت اما به تدریج با پیشرفت فناوری و پس از جنگ جهانی دوم و در پی آن بحران انرژی دهه ی 70 میلادی بار دیگر رویکردی جدید به این سامانه ها به ویژه جهت گرمایش فضاهای بزرگ صورت گرفته است به گونه ای که طی 25 سال اخیر سامانه ی گرمایش تابشی لوله ای به عنوان کارآمدترین سامانه های گرمایشی فضاهای بزرگ در کشورهای توسعه یافته شناخته شده است.
1-1 تاریخچه ی کشف پدیده ی گرمایش مادون قرمز :
ویلیام هر شل ستاره شناس انگلیسی آلمانی تبار در سال 1800 میلادی به کمک یک منشور تجزیه ی نور و یک دماسنج جیوه ای متوجه شد که امواج منتشر شده از خورشید پس از عبوراز منشور در رنگ آبی دارای کم ترین دما و در رنگ قرمز وطیف زیر قرمز دارای بیش ترین دما می باشند بدین ترتیب هر شل تابشی را کشف کرد که به تابش مادون قرمز مشهور شد پس از آن مشخص شد که بیش از 50% انرژی منشر شده از خورشید به وسیله امواج نامریی مادون قرمز به کره ی زمین می رسد از سوی دیگر انسان نیز بخش قابل توجهی از گرمای بدن خویش را از طریق تابش مادون قرمز با محیط اطراف مبادله می کند در واقع شناخت تابش مادون قرمز بود که بعدها مبنای ساخت اولین سامانه های گرمایش تابشی مدرن را فراهم نمود.
2-1 اصول انتقال حرارت تابشی :
این بخش تنها معرفی اصولی از انتقال حرارت تابشی است که جهت شناخت تحلیل و استفاده از سامانه های گرمایش تابشی مورد نیاز می باشد.
بر خلاف مکانیزم هدایت و جابجایی که در آن ها انتقال انرژی از طریق محیط مادی صورت می گیرد در تابش انرژی می تواند حتی از ناحیه ای که به طور کامل خلاء می باشد عبور نماید این انتقال از طریق امواج الکترومغناطیس صورت می گیرد . تابش در تمامی طول موج های طیف الکترو مغناطیسی می تواند انجام پذیرد بحث این پروژه محدود به بازه ی کوچکی از طول موج های طیف الکترومغناطیسی است که در آن انتقال انرژی به صورت حرارتی صورت می گیرد وبین طول موج های 7/0 تا µm 400 قرار دارد سایر طول موج های طیف الکترومغناطیسی که در محدوده ی اسعه ی x و y و همچنین امواج رادیویی قرار دارند (شکل 1-1) هر چند دارای کاربردهای فراوانی می باشند اما در تابش حرارتی نقش چندانی ندارند.
به طور کلی تمام اجسام در دمای بالاتر از صفر مطلق بخشی از انرژی خود را به صورت تابش حرارتی به محیط اطراف می پراکند این ویژگی اجسام را می توان با آزمایشی ساده تجربه کرد کافی است دست خود را در فاصله ی کمی از یک سطح سرو نگه دارید متوجه احساس سرما در دست خود می شوید که علت آن از دست دادن انرژی گرمایی دست به صورت تابش و دریافت این انرژی توسط سرد است.
شکل(1-1)طیف الترومغناطیسی
اساس عملکرد سامانه های گرمایش تابشی نیز همین ساز و کار است سطحی که دمای بالایی داردانرژی گرمایی را به صورت تابش به سوی افراد اجسام وسطوح مقابل خود می پراکند این امواج با برخورد به افراد مجددا به انرژی گرمایی تبدیل می شود ودر آن ها احساس گرما ایجاد می کند میزان انرژی گرمایی انتقالی از طریق تابش به عوامل مختلفی از جمله اختلاف دمای دو جسم مقابل یکدیگر بستگی دارد.
یکی از مهم ترین تعاریف در انتقال حرارت تابشی اصل جسم سیاه است جسم سیاه سطح ایده آلی است که خواص زیر را دارد.
1- کلیه ی تابش حرارتی را در هر جهت وطول موجی که به آن می تابد جذب می کند.
2- در یک دما وطول موج معین تابش حرارتی که از آن منتشر می شود حداکثر ممکن است.
3- تابش جسم سیاه فقط تابع طول موج ودما ومستقل از جهت تابش می باشد.
توان پخش تابشی یک سطح با نماد E نمایش داده می شود با توجه به تعریف جسم سیاه حداکثر توان پخش که می تواند از هر سطحی بتابد توان پخش جسم سیاه نامیده می شود وبا نماد Eb نشان داده شده است ومقدار آن از رابطه ی استفان – بولتزمان به دست می آید.
که در آن T دمای مطلق سطح تابش کننده وσضریب استفان – بولتزمان می باشد ومقدار آن برابر است با :
باید توجه داشت که توان پخش جسم سیاه در رابطه ی فوق به ازای مجموع طول موج ها می باشد در صورتی که برخی اوقات لازم است تا توان پخش را دربازه ی محدودی از طول موج ها به دست آوریم از این رو توان پخش تابشی جسم سیاه در طول موج l را به عنوان توان پخش طیفی – تابشی جسم سیاه تعریف می کنیم (Ebl)که مقدار آن به کمک قانون پلانک به دست می آید :
شامل 138 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود مقاله انتقال حرارت تابشی