Passive Mechanismen in der Solarenergie - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 175

Beispiele für diesen komplexen Austauschprozess sind:

• In Feuerungsanlagen gibt die heiße Flamme ihre Wärme großteils durch Flammen-
strahlung an ihre Umgebung ab. Da heiße Luft ein schlechter Wärmestrahler ist, kann
bei Bedarf durch Wahl geeigneter Verbrennungsbedingungen oder durch Zusatzstoffe
die Bildung von Rußpartikeln gefördert werden, die als effiziente schwarze Strahler die
Strahlungsabgabe unterstützen.
• Die Wärmemenge, die eine Fassadenoberfläche an die Umgebung verliert, wird durch
den Wärmeübergangskoeffizienten bestimmt. Die Wärmeverluste werden durch Luft-
konvektion und Wärmeabstrahlung verursacht. Bei Windstille beträgt der konvektive
Anteil des Wärmeübergangskoeffizienten im Mittel etwa 4.5 W/(m 2 K), der strahlungs-
bedingte Anteil aber etwa 6.5 W/(m 2 K), vergl. (Schaube und Werner 1986 ). Bei gerin-
ger Luftbewegung wird also mehr Wärme abgestrahlt als durch die Luft abgeführt.
• Das Behaglichkeitsempfinden in Wohnräumen ist von einem ausgewogenen Strahlungs-
austausch der Person mit der Umgebung abhängig. Bei leichter sitzender Tätigkeit erzeugt
eine Person infolge ihrer Stoffwechselrate etwa 130 W an Wärme, DIN-7730 (7730, 2005 ).
Sie verliert aber gemäß dem Stefan-Boltzmann-Gesetz etwa 900 W an Strahlungswärme.
Sie erfriert deshalb nicht, weil die Umgebung ca. 770 W an Wärme an sie zurückstrahlt.
Der Nettowärmeverlust durch beträgt also ca. 130 W und entspricht ungefähr der Stoff-
wechselrate. Der erhebliche Wärmestrahlungsaustausch wird also deshalb nicht bemerkt,
weil in einer behaglichen Umgebung Gewinne und Verluste fast völlig ausgeglichen sind.

Zur näheren Beschreibung des Strahlungswärmeaustauschs soll zunächst ein schwarzer
Hohlraum betrachtet werden, dessen Wände isotherm sind. Die emittierte Leistung einer
Oberfläche gibt die Gesamtstrahlung in alle Richtungen im Halbraum über der Fläche an.
Die Strahlung, die in eine bestimmte Richtung emittiert wird, wird als die Intensität I be-
zeichnet. Sie ist als die Strahlungsleistung oder der Anteil der gesamten abgegebenen Leistung
definiert, die durch eine Fläche dA auf einer Halbkugel um die Fläche dA 0 trifft. dA wird von
dA 0 unter dem Winkel dθ = dA / r 2 gesehen, wobei r der Radius der Halbkugel ist. Die Abb. 4.28
veranschaulicht geometrisch die folgende Ableitung. Die Intensität I ist wie folgt definiert:

dE
dAdθ

W
m 2

I = lim

dA → 0
dθ

.

(4.118)

→ 0

Die in Richtung dA projizierte Fläche von dA 0 ist dA 0 cos θ und für die Intensität I  in Rich-
tung dθ gilt:

=

(4.119)

I IdA 0 cos θ.

Die Strahlung, die von der Fläche dA 0 im Zentrum der Kugel ausgeht und die Fläche dA
auf der Halbkugel passiert, berechnet sich entsprechend der Abb. 4.28 zu:

· dA

˙

d Q = I · dA 0 · cos θ

r 2 .

(4.120)