Wärmestrahlung (Radiation) oder auch thermische Strahlung, seltener Temperaturstrahlung, ist elektromagnetische Strahlung, die am Ort ihrer Entstehung im thermischen Gleichgewicht mit der umgebenden Materie ist.
Wärmestrahlung wird emittiert von allen Festkörpern, Flüssigkeiten, Plasmen und genügend großen Gasmassen. Die höchste Emission zeigt bei allen Wellenlängen und Temperaturen der ideale Schwarze Körper. Dieses theoretische Maximum wird von realen Körpern nicht vollständig erreicht. Das plancksche Strahlungsgesetz beschreibt die spektrale Strahlungsintensität, die bei gegebener Wellenlänge und Temperatur von einem idealen schwarzen Körper emittiert wird.
Weil bei üblichen Umgebungstemperaturen das Strahlungsmaximum im infraroten Bereich liegt, wird umgangssprachlich unter Wärmestrahlung meist nur die nicht sichtbare infrarote Strahlung verstanden. Jedoch verschiebt sich mit steigender Temperatur das Strahlungsmaximum der Wärmestrahlung zu kürzeren Wellenlängen, beim Sonnenlicht z. B. in den sichtbaren Bereich mit Ausläufern bis ins Ultraviolett. Im sichbaren Spektralbereich wird die Wellenlänge als Farbe wahrgenommen.
Emission und Absorption von Wärmestrahlung ist neben Konvektion und Wärmeleitung ein Weg zur Übertragung von Wärme, im Vakuum der einzig mögliche.
Der von einem Körper abgestrahlte Wärmestrom Q kann über das Stefan-Boltzmann-Gesetz wie folgt berechnet werden:
wobei:
Q: Wärmestrom bzw. Strahlungsleistung
ε: Emissionsgrad. Die Werte liegen zwischen 0 (perfekter Spiegel) und 1 (idealer Schwarzer Körper).
(dies ist die Stefan-Bolzmann-Konstante)
A: Oberfläche des abstrahlenden Körpers
T: Temperatur des abstrahlenden Körpers
In der Geothermie spielt Wärmestrahlung zum Energietransport im Gestein neben Konduktion und Konvektion bei hohen Temperaturen eine Rolle.
Auch der Wärmetransport durch Strahlung im Boden berechnet sich nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz:
q=σ∙ε∙T4
Hierin ist σ die Stefan-Boltzmann-Konstante (σ = 5,67 ∙ 10-8 W/(m2K4)), welche die Strahlungsenergie eines schwarzen Körpers beschreibt. Die Temperatur T des abstrahlenden Körpers ist hier in der Einheit Kelvin [K] einzusetzen. Der Emissionsgrad ε beschreibt das tatsächliche Emissionsverhalten des Körpers in Abhängigkeit des Materials und der Oberflächenbeschaffenheit.
Der Wärmetransport infolge Strahlung im Boden kann alternativ in Analogie zur Wärmeleitung über eine Strahlungsleitfähigkeit λStrahlung [W/(mK)] in Abhängigkeit des Korndurchmessers dK [m] ausgedrückt werden (VDI, 2006):
λStrahlung = 2Bs+ε(1−Bs)2(1−Bs)−ε(1−Bs)∙4∙σ∙T3∙dK
Die Strahlungsdurchlasszahl Bs [-] kann für Porenanteile von ca. 40 % zu Bs = 0,1 angenommen werden (VDI, 2006).
Der Wärmetransport aus Strahlung ist für natürliche Böden in der Regel vernachlässigbar, da erst bei sehr hohen Temperaturen im Untergrund (T > 150 °C) und einem geringen Sättigungsgrad eine nennenswerte Strahlungsleitfähigkeit und damit ein spürbarer Wärmestrom vorhanden ist (Kürten et al., 2013b).
https://de.wikipedia.org/wiki/Wärmestrahlung
Kürten, S.: Zur thermischen Nutzung des Untergrunds mit flächigen thermo-aktiven Bauteilen, Dissertation, Fakultät für Bauingenieurwesen:
Aachen : Dissertation, Fakultät für Bauingenieurwesen, RWTH Aachen University, 2014.
Weitere Literatur siehe:
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