... für eine präzise Messung von Temperaturen müssten die Emissionskoeffizienten der verschiedenen Materialien verwendet werden.
Wie kann ich mir das praktisch vorstellen?
Es gibt ja einige Textilien, die für bestimmte Wellenlängen der IR-Strahlung durchlässig sind. (Sonst würden Luftkammer-Matten mit Silberfolie ja nicht funktionieren).
Ich gebe zu, das war ein allgemeiner Disclaimer und nicht auf diese spezielle Situation bezogen. Die Temperatur der Aluplatte kann ich so praktisch gar nicht messen, sie absorbiert und strahlt ja so gut wie nicht - sondern wirkt eben als Spiegel. Wenn ich daran eine Messung machen wollte, z. B. die Oberflächentemperatur einer technischen Baugruppe im Betrieb mit einer Aluminiumoberfläche, muss ich die vorher mit einem geeigneten Material beschichten. - Viele Materialien sind aber nicht so weit von einem schwarzen Strahler weg, sowohl meine Hand als auch die Zimmerdecke, so dass die Temperaturangabe mit dem Default-Wert des Emissionskoeffizienten (0,97) einigermaßen passt.
Es gibt ja einige Textilien, die für bestimmte Wellenlängen der IR-Strahlung durchlässig sind. (Sonst würden Luftkammer-Matten mit Silberfolie ja nicht funktionieren).
Ich bin nicht sicher, ob ich den letzten Satz richtig verstanden habe; habe aber den Eindruck, dass Du da eine falsche Vorstellung hast. Es ist nicht erforderlich, dass eine isolierte Luftkammermatte IR-transparent ist - angesichts der Dicke des Gewebes würde ich das nicht erwarten.
Funktion: Du liegst auf der Oberseite, und per Wärmeleitung heizt Du das Gewebe der Matte auf, so dass dieses nahezu die gleiche Temperatur erreicht wie Du. Dann strahlt die Oberseite der Matte durch die IR-transparente Luft Wärme nach unten ab. Das gleiche passiert auf der Unterseite mit dem Boden, der Wärme nach oben abstrahlt (denn 0° C sind immer noch 273 K); aber eben weniger. Die Differenz macht den unerwünschten Wärmetransport von oben nach unten aus. 20°C Differenz bei üblichen Temperaturen um 300 K bedeutet etwa 1/4 Unterschied in der Wärmestrahlung, 1- (T_kalt/T_warm)^4. Den Absolutwert kannst Du mit dem Stefan-Boltzmann-Gesetz berechnen, 300 K Oberflächentemperatur ergeben etwa 460 W/m^2, Du verlierst bei 20° Temperaturdifferenz zur nächsten IR-absorbierenden Fläche also gut 100 W/m^2 durch Wärmestrahlung - Mit der Alufolie irgendwo dazwischen im Luftraum kannst Du den Strahlungsaustausch blockieren, die Wärmestrahlung wird in den jeweiligen Teilraum reflektiert.
whr - Beitrag #65 leuchtet mir ein, aber zu:
Damit die Blockierung von Wärmestrahlung einen Einfluß auf den Wärmetransport hat, müssen die letzte IR-absorbierend/emittierende Schicht vor und die nächste nach der Rettungsdecke/Aluschicht (deutlich) unterschiedliche Temperatur haben. Was hier so gut wie nicht der Fall ist; wegen des nahe Null liegenden Wärmewiderstands (für Wärmeleitung) der Rettungsdecke werden der Boden, die Rettungsdecke und die Außenseite Deiner Hose nahezu die gleiche Temperatur haben. Zwischen Zeltboden und Isomatte wäre das nicht viel anders.
mit #65 habe ich verstanden dass Fläche A und B bei gleicher Temperatur identisch strahlen (gleicher Emissionskoeffizient vorausgesetzt?) und sich somit Emission und Absorption an sich aufheben (Danke!). Ok, aber wenn ich mit einem Reflexionsmechanismus wie einer Rettungsdecke dafür sorge, dass die Strahlung zB meines Hinterns zurück reflektiert wird, und die Rettungsdecke nun dazu noch ein Eigenstrahlung hat müsste sich doch ein positiver Effekt ergeben?
Funktion: Du liegst auf der Oberseite, und per Wärmeleitung heizt Du das Gewebe der Matte auf, so dass dieses nahezu die gleiche Temperatur erreicht wie Du. Dann strahlt die Oberseite der Matte durch die IR-transparente Luft Wärme nach unten ab. Das gleiche passiert auf der Unterseite mit dem Boden, der Wärme nach oben abstrahlt (denn 0° C sind immer noch 273 K); aber eben weniger. Die Differenz macht den unerwünschten Wärmetransport von oben nach unten aus. 20°C Differenz bei üblichen Temperaturen um 300 K bedeutet etwa 1/4 Unterschied in der Wärmestrahlung, 1- (T_kalt/T_warm)^4. Den Absolutwert kannst Du mit dem Stefan-Boltzmann-Gesetz berechnen, 300 K Oberflächentemperatur ergeben etwa 460 W/m^2, Du verlierst bei 20° Temperaturdifferenz zur nächsten IR-absorbierenden Fläche also gut 100 W/m^2 durch Wärmestrahlung - Mit der Alufolie irgendwo dazwischen im Luftraum kannst Du den Strahlungsaustausch blockieren, die Wärmestrahlung wird in den jeweiligen Teilraum reflektiert.
Und was hier aber erneut komplett außer acht gelassen wurde, ist die Verminderung der Konvektion innerhalb der Matte durch die Folien. Das wirkt ja auch wie ein doppel-/ trippelverglastes Fenster. Ab einer Schichtdicke von 1 cm gibt es kaum mehr Luftbewegungen i. S. einer natürlichen Konvektion. So lange wir nicht wissen wie groß der Anteil von Konvektion und Wärmestrahlung am Gesamtwärmeverlust ist können wir die Auswirkungen einer reflektiven Beschichtung am Gesamtwärmeverlust nicht quantifizieren.
LG, Christian
Ok, aber wenn ich mit einem Reflexionsmechanismus wie einer Rettungsdecke dafür sorge, dass die Strahlung zB meines Hinterns zurück reflektiert wird, und die Rettungsdecke nun dazu noch ein Eigenstrahlung hat müsste sich doch ein positiver Effekt ergeben?
Absorptions- und Emissionskoeffizient sind gleich groß. Reflexion ist das Komplement dazu. 99% Reflexion bedeutet 1% Absorption/Emission, die Aluseite der Rettungsdecke strahlt deshalb so gut wie nicht. Die Mylar-(PET-)Seite wird ein bischen mehr (aber offenbar sehr wenig) absorbieren/emittieren, dann sind es vielleicht 97% / 3% (bitte die Zahlen nicht zu genau nehmen).
Hat die Rettungsdecke die selbe Temperatur wie ich, kommt von ihr genausoviel Strahlung wie von mir, und es wäre egal, welcher Anteil davon Reflexion und welcher Emission ist. Ist sie kälter, kommt minimal weniger zurück; 99% aber immer noch entsprechend meiner Temperatur, dazu 1% entsprechend der Temperatur der Rettungsdecke.
Mehr käme nur, wenn die Rettungsdecke wärmer wäre als ich.
Und was hier aber erneut komplett außer acht gelassen wurde, ist die Verminderung der Konvektion innerhalb der Matte durch die Folien.
Ich wüsste nicht, das außer Acht gelassen zu haben.
Du hast drei parallel existierende Mechanismen des Wärmetransports (Wärmeverlusts in Deinem Versuchsaufbau):
- Wärmeleitung, vor allem bei Festkörper und Flüssigkeiten
- Wärmetransport durch Stofftransport (Konvektion - ohne die obige Diskussion darüber neu eröffnen zu wollen), vor allem bei Flüssigkeiten und Gasen
- Wärmestrahlung durch IR-transparente Medien, insbesondere die Atmosphäre (oder Vakuum)
Zum durchaus berechtigten Einwand von WonderBär: ja, wir betrachten die Isomatten von außen als reinen Wärmeleiter mit einem bestimmten Wärmewiderstand, auch wenn innen verschiedene Transportmechanismen eine Rolle spielen - bei einer Schaummatte wohl tatsächlich hauptsächlich Wärmeleitung, bei einer isolierten Luftmatte irgendeine Kombination aus Wärmeleitung und Konvektion, da die Strahlung durch innere Alufolie(n) unterdrückt wird. So wird dann auch gemessen: mit beidseitigem Kontakt zu einem guten Wärmeleiter.
Natürlich hast Du Recht, dass eine Membran, aus welchem Material auch immer, Wärmetransport per Luftbewegung durch die Membran verhindert und eine zusätzliche vertikale Kammerung ergibt. Von Konvektion verstehe ich aber noch weniger als von Wärmestrahlung und kann dazu nichts schätzen.
Ich wüsste nicht, das außer Acht gelassen zu haben.
Und wie kannst du mit einer Wärmebildkamera Wärmeverlust durch Konvektion messen?
Habe ich das behauptet?
Funktion: Du liegst auf der Oberseite, ... ... die Wärmestrahlung wird in den jeweiligen Teilraum reflektiert.
Naja, weder misst die Wärmebildkamera Konvektion, noch wird sie bei deiner Abhandlung über den Wärmetransport durch eine Isomatte auch nur erwähnt.
Da aber anscheinend keiner den Anteil der Wärmestrahlung am gesamten Wärmetransport für übliche Outdoorszenarien zu kennen scheint, ist die Frage nach der Leistung der Rettungsdeckenreflexion müßig.
Strahlung (ähnlich wie die Wärmeabgabe eines Holzofens). Dieser normale Prozess der Wärmeabgabe des Körpers tritt in der Regel bei Lufttemperaturen unter 20 °C (68 °F) auf. Der Körper verliert 65 % seiner Wärme durch Strahlung.
Bei der Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung) gibt der Körper kontinuierlich Energie an seine Umgebung ab, wobei das Ausmaß hauptsächlich von der Temperaturdifferenz abhängt. Ca. 60 % der Wärme verlässt den menschlichen Körper mittels Wärmestrahlung. Die Verdunstung bildet bei Umgebungstemperaturen von über 36 °C die einzige Möglichkeit der Wärmeabgabe
Stefan-Boltzmann-Gesetz
Die Intensität der Wärmestrahlung ist proportional zur vierten Potenz der absoluten Temperatur (in Kelvin). Das bedeutet, dass eine Verdopplung der Temperatur zu einer 16fachen Erhöhung der Strahlungsintensität führt
Jetzt das aber:
Die Nettowärmeabgabe durch Strahlung hängt sowohl von der eigenen Körpertemperatur als auch von der Temperatur der Umgebung ab. Der Mensch kann die Netto-Wärmeabgabe an die Umgebung anpassen, indem er seine physiologischen Reaktionen (z. B. Verengung der Blutgefäße) verändert.
Auch an interessant:
Die Aufteilung der verschiedenen Arten der Wärmeabgabe beträgt bei einem ruhenden
Menschen in einer Umgebung von 20 °C:
46 % Strahlung
- 33 % Konvektion
- 19 % Schwitzen
- 2 % Atmung
Bei der Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung) gibt der Körper kontinuierlich Energie an seine Umgebung ab, wobei das Ausmaß hauptsächlich von der Temperaturdifferenz abhängt. Ca. 60 % der Wärme verlässt den menschlichen Körper mittels Wärmestrahlung. Die Verdunstung bildet bei Umgebungstemperaturen von über 36 °C die einzige Möglichkeit der Wärmeabgabe
Schon innerhalb des Zitats widerspricht sich der Autor selbst. Erst schreibt er der Anteil der Wärmestrahlung hängt von der Umgebungstemperatur ab, dann schreibt er was von pauschal ca. 60% und zum Schluss sind es dann sogar 0% bei über 36°C Aussentemperatur.
Den pauschalen Wert von 60% kann man wohl getrost vergessen. Nicht nur die Aussentemperatur spielt eine Rolle, sondern auch die Dicke der Kleidung, Windstärke, Feuchtigkeit der Haut und oder Kleidung und Luftfeuchtigkeit.
Ich verlinke mal erneut den Abstract eines Artikels aus Wilderness & Environmental Medicine.
Des weiteren hätte ich noch den hier.
Hier ist auch noch was zum Thema, leider ohne viel Sustanz im Abstract.
OT: Bei der Suche bin ich noch über diesen Artikel bzgl. VBL gestoßen.
HTH,
Christian
Alles anzeigenDie Aufteilung der verschiedenen Arten der Wärmeabgabe beträgt bei einem ruhenden
Menschen in einer Umgebung von 20 °C:
46 % Strahlung
- 33 % Konvektion
- 19 % Schwitzen
- 2 % Atmung
Denkt daran, dass das für den nackten Körper gilt. Mit Kleidung sind die Werte anders.
Schon innerhalb des Zitats widerspricht sich der Autor selbst.
Das ist kein Wiederspruch, das ist das Stefan-Boltzmann-Gesetz.
Die Angaben der Prozente sind abhängig von der Normal Temperatur. Die liegt meist bei 20 Grad oder etwas höher. Und ändert sich stetig über die Zeit ( früher haben Menschen bei weniger Umgebungstemperatur es als angenehm empfunden, das spiegelt sich auch in der Dämmung von Schlafsäcken wieder) und Kulturkreis.
Das ist kein Wiederspruch, das ist das Stefan-Boltzmann-Gesetz.
Mein Hinweis auf den Widerspruch bezog sich darauf einerseits zu sagen, dass der Anteil der Wärmestrahlung von der Aussentemperatur abhängig ist, nur um dann mal eben ohne Kontext die Pauschalangabe von 60% zu machen. Für sich genommen sind die Aussagen im Prinzip korrekt.
Aussentemperatur
Es ist allerdings die Umgebungstemperaturen des Körpers und die ändert sich aufgrund der Kleidung.
Und die Umgebungstemperaturen beeinflussen auch die physiologischen Reaktionen.
nur um dann mal eben ohne Kontext die Pauschalangabe von 60% zu machen
Es sind Quellen angegeben, da hat man den Kontext
Es ist allerdings die Umgebungstemperaturen des Körpers und die ändert sich aufgrund der Kleidung.
Richtig! Diese Tatsache scheint aber einigen hier im Forum nicht bewußt zu sein. Wickle ich die Rettungsdecke um meinen bekleideten Körper dann wird das mit der Reflexion eben nur marginal etwas bringen. Ebenso wird die Reflexion kaum den Wärmerückhalt wenn ich die Rettungsdecke drunter ziehe. Da die Temperatur auf der Aussen- und Innenseite der Decke ja auch kaum einen Unterschied aufweist.
In beiden Fällen habe ich natürlich schon einen positiven Effekt auf den Wärmerückhalt da die Rettungsdecke ja Verdunstungskälte und Konvektion verhindert.
Interessanter Feldversuch:
Du hast noch kein Benutzerkonto auf unserer Seite? Registriere dich kostenlos und nimm an unserer Community teil!
