ГОСТ Р 53615-2009 (МЭК 60721-2-4:1987) Воздействие природных внешних условий на технические изделия. Общая характеристика. Солнечное излучение и температура

     4 Общие положения

Солнечное излучение воздействует на изделия в первую очередь путем нагрева материалов и окружающей их среды и путем фотохимического старения материала.

Ультрафиолетовая составляющая солнечного излучения вызывает фотохимическое старение большей части органических материалов. Она отрицательно воздействует на эластичность и пластичность некоторых каучуковых смесей и пластических материалов. Оптические стекла могут потерять прозрачность.

Вследствие солнечного излучения выцветают краски на картинах, текстильных материалах, бумаге и т.п. Это может быть важно, например, в компонентах цветового кода.

Наиболее значительным эффектом воздействия солнечного излучения является нагрев материалов. Установление степеней жесткостей солнечного излучения должно относиться к плотности энергии излучения на поверхность или освещенности, выраженной в ваттах на квадратный метр.

Температура изделия, подвергаемого воздействию солнечного излучения, зависит в первую очередь от температуры окружающего воздуха, энергии солнечного излучения и угла падения излучения на изделие. Другие факторы (например, ветер и теплопередача через места крепления изделия) могут не приниматься во внимание. Кроме того, имеет значение коэффициент поглощения поверхностью излучения с длинами волн, составляющими полный (интегральный) солнечный спектр.

Кажущаяся температура воздуха может быть определена как температура поверхности, образующаяся в результате воздействия (при установленных условиях) реальной температуры воздуха и дополнительного воздействия плотности потока энергии солнечного излучения .

Приблизительное значение вычисляется по формуле

.

Коэффициент - это коэффициент теплоотдачи поверхности, Вт/(м·°С), включающий теплоизлучение в окружающую среду, теплопроводность и конвекцию в результате действия ветра.

Коэффициент поглощения зависит от цвета поверхности (по отношению к теплопоглощению), отражения и прозрачности поверхности.

Ниже приведены типовые значения вышеуказанных коэффициентов для ясного неба:

0,7;

20 Вт/(м·°С);

900 Вт/м.

При этих значениях превышение температуры вследствие солнечного излучения составляет приблизительно 30 °С. Можно видеть, что погрешность 10% в оценке интенсивности солнечного излучения влияет на температуру не более чем на 5 °С. Таким образом, в этой классификации нет необходимости учитывать экстремально точные жесткости солнечного излучения, а неосновными факторами, определяемыми теплоизлучением, можно пренебречь.

Эффект нагревания вызывается в основном кратковременным излучением высокой интенсивности, то есть солнечным излучением в полуденное время в безоблачные дни. Эти значения приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Типичные пиковые значения интегральной поверхностной плотности потока солнечного излучения (в ваттах на квадратный метр, при безоблачном небе)

Согласно обобщенным экспериментальным данным дополнительное увеличение температуры поверхности вследствие нагрева солнечными лучами может быть принято: для поверхностей, имеющих белый или серебристо-белый цвет - 15 °С, для поверхностей, имеющих иной цвет - 30 °С; при этом оказалось, что для второго случая различие в цвете изделий (например, даже различие между светло-серым и черным цветами) играет несущественную роль. Дополнительное увеличение номинальной температуры изделия в целом будет меньше, чем для поверхности изделия, по нескольким причинам.

 Учитывается, что нагрев солнцем оболочки изделия происходит только с одной его стороны, противоположная же сторона оболочки имеет температуру окружающего воздуха. Как правило, между оболочкой и критическими узлами изделий также существует определенный перепад температуры.
     
     В ГОСТ 15150 явление дополнительного увеличения температуры изделия вследствие нагрева солнечными лучами описывается не путем введения понятия "кажущаяся температура воздуха", а при установлении номинальных значений температуры изделия путем введения поправки на нагрев поверхности изделия солнечным излучением; поправка зависит от вида климатического исполнения изделия, некоторых особенностей конструктивного исполнения изделия (например, от особенностей охлаждения изделия, от цвета его поверхностей, от материала оболочки - металл, пластмасса, дерево), а также от того, вводится ли поправка к рабочему или к предельному рабочему значению температуры.

В настоящем стандарте также рассмотрен вопрос определения низших возможных значений излучения тепла с поверхности изделия в атмосферу при ясном ночном небе (см. рисунок 1); эти значения можно использовать для определения дополнительного понижения температуры поверхности изделия, находящегося ночью под открытым небом.

Рисунок 1 - Излучение тепла в атмосферу при ясном ночном небе