更多的建筑科学
周六早上，当我去查塔胡奇河跑步时，我发现我的车就像你在上面照片中看到的那样。让我们忽略我把车一半停在车库里一半停在车外的原因，把注意力集中在霜冻上。如你所见，霜只出现在汽车的后部。车顶下面的那部分车根本没有结霜。
这一现象的物理原理非常有趣，所以让我们来研究一下，然后我们会看到其中的原理是如何影响建筑中发生的事情的，特别是居住者感受到或没有感受到的舒适。
天上岂有霜露坠落吗?
我没有拍到我车库屋顶的照片，但它也被霜覆盖了。霜出现在最高的表面，使它看起来像水蒸气从空气中掉下来，击中了它找到的第一个表面。根据气象学家保罗·奈特，引用在一篇优秀的1985年《芝加哥论坛报》关于这个话题的文章在20世纪初以前，这是普遍的看法。
但这是错误的。房子周围的空气，房子上面的空气，露天车库或车库的空气都有相似的水蒸气浓度。但没有什么东西会导致水蒸气分子在一定温度下从空气中掉落，并落在它们开始下落的地方以下的第一个表面上。
如果这是真的，我的车在屋顶下的部分就会结霜。因为底盘和车顶之间的空间更小，水蒸气更少，所以这一层会更薄。但无论你看得多近，车的那部分都没有结霜。
理解热辐射
既然重力不能解释屋顶下的无霜表面，那什么能解释呢?答案在我九年前写的一篇文章里，裸体的人需要建筑科学．在那篇文章中，我写道:
每个物体都散发热量。它释放出的辐射热取决于它的温度(的4次方!)，表面积和发射率。
任何有温度的东西都会通过内部分子的抖动产生热辐射(也叫辐射热)。热辐射从物体上带走热量。但是这个物体也从周围的物体接收辐射热。下图来自我的赤裸的人文章阐述了在这种情况下辐射传热的不平衡。35华氏度的单玻璃窗户向裸男反射的热量远不如裸男向玻璃反射的热量多。所以净冷却，至少在这个方向上是这样的。
周五晚上我的车也发生了同样的事。结霜的汽车后部和没有结霜的汽车前部之间的区别是辐射热平衡。汽车的后部暴露在夜空中;车的前半部分和车库的天花板，比夜空要暖和得多。
夜空很冷。它可以吸收大量的热辐射而不发回太多。结果是，在晴朗的夜空下，一个地球物体——在这个例子中是我的汽车后座——会变得更冷。屋顶下同样的物体——比如我的汽车前部——会有更平衡的辐射热传递，因此会保持温暖。
这是你们的答案。我的车的后面比前面更冷，因为它向夜空辐射了很多热量，却没有得到多少回报。温度的下降使汽车的那部分表面低于冰点(相当于低于冰点)露点）.
对舒适度的影响
我的裸体的人需要建筑科学文章讨论了在寒冷的窗前裸体对舒适度的影响。就像汽车暴露在夜空中会变得更冷一样，一个人暴露在建筑物中寒冷的表面会比周围温暖的表面更冷。
我的朋友罗伯特·宾在阿尔伯塔省的卡尔加里一直在处理这个问题。这不仅仅是因为他生活在如此冷酷无情的环境中。他也是ASHRAE热舒适委员会的成员。当被问及是什么因素影响热舒适时，很多人会想到空气的温度和湿度，有时还会想到空气的流动，但最重要的一个因素并没有得到应有的重视，那就是与周围表面温度有关的因素。这被称为平均辐射温度，它将你周围所有东西的温度都考虑在内。他们越温暖，你也越温暖。
所以，当你在一个寒冷的夜晚站在一扇大玻璃窗前(穿不穿衣服，你自己选择)，想想我汽车后座上的霜。而无霜的车头就是你站在隔热良好的气封墙前。
同样的现象也适用于我们的建筑使我们太温暖的情况。奖金房是最常见的罪魁祸首，但它也可能发生在其他地方，你有高温在一个不适当的建筑围护组件的一边。
你知道为什么它被称为平均辐射温度吗?这个术语的历史并不为人所知，但它确实有助于你理解它。它被称为平均辐射温度，因为如果你不注意建筑物的表面温度，它们会对你很不利。(好吧，我承认。这段历史并不为人所知，因为是我瞎编的。尽管如此，你还是可以随意分享。)
- - - - - -Allison贝尔斯是一位演说家、作家、建筑科学顾问，也是《能源先锋的博客．你可以在推特上关注他@EnergyVanguard．图片和插图由作者提供。
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8的评论
“夜空很冷。它可以吸收大量热辐射，而不发回太多。”
这似乎是一个小争论，但我们不应该说夜空(尤其是晴朗的夜空)可以传输大量热辐射吗?如果它吸收了它，它最终会以扩散的方式重新发射，包括返回地面。
最初的措辞让它听起来像是夜空充当了一种水槽。虽然在某种程度上确实如此(显然仍有一些能量被吸收了)，但能够增加冷却效果的特性是传动。
这就能解释为什么多云的天空会吸收大量的辐射，却能提供较慢的冷却机制——因为多云的天空中有更多的“物质”来吸收能量并最终重新释放。天空越“干净”，其透过率值就越高，冷却效果就越大。
除非我遗漏了一些东西，比如:天空和它的材料是“冷的”(一个相对的术语)，这是否意味着它实际上可以简单地吸收大量的能量而不释放回那么多?在这种情况下，“干净”的天空仅仅意味着寒冷的天空。嗯。这听起来很合理。我把自己弄糊涂了。哦男孩。
编辑:我将暂时坚持我最初的断言，因为一个由更少的粒子组成的天空(一个清澈、干净的天空)将允许由于传输增加冷却。当我们接近真空时，无论如何都很难确定它的温度。在这种情况下，当我们接近真空时，我们完全依赖于传输。
如果这是一个独立的，没有加热的车库，它和周围空气/夜空之间的温差可能没有太大的不同。然而，在相同的温度下，固体和气体散发出的辐射能之间存在着巨大的差异。发射出的能量应该与每个原子的数量成正比，在车库的固体材料中，原子的数量要比外面的气态空气高几个数量级。
漂亮的丹。我在另一篇文章中提到，物体的辐射温度能够超过“环境”(空气)温度的原因与辐射率常数有关，这听起来与你关于固体与气体的辐射率的陈述类似)。我相信这不仅仅是原子的数量——比如分子边界结构——这就是为什么低e涂层(固体)可以存在的原因。
有人可能会说，空气和固体车库之间的“有效”温差——当考虑到辐射测量时——对空气来说更低，因为更多的能量(如我上面指出的)被传输。换句话说，如果你把红外温度计对准天空，你无法读出周围空气的温度。
事实证明，在不补偿辐射交换的情况下，很难准确读出气体的温度。这就是为什么我们需要把标准温度计放在阴凉处，如果我们不希望太阳的直接辐射抬高环境空气的温度测量，同样地，为什么放在同一辆汽车顶部的老式温度计可能会通过它自己的辐射冷却来读取低于环境空气的温度。这就是“有效”的含义，尽管你是正确的，一个准确的环境空气温度读数与悬垂底部等物体的读数相似。
此外，如果没有静止的空气和无云的夜晚，照片中所示的现象发生的可能性要小得多。如果没有空气流动来混合空气，一层过冷空气薄膜就会在表面附近形成，直接向上，并将其热量辐射到宇宙中。该薄膜的温度将大大低于它上面的主体空气的温度。
在暴风雪过后的一个晴朗但极度寒冷的日子里，即使有微风，铺好的车道也被铲掉了，就会看到相反的效果。照射在车道上的阳光会加热裸露路面上的薄薄的边界层，融化边缘的积雪，这些裸露的区域会变大。
要进行良好的空气温度测量，通常需要将热电偶或温度计灯泡放在阴凉处，并置于一个辐射屏蔽罩内，屏蔽罩上有高度抛光的低发射率表面。
你可能都想读一下这篇关于天空温度的入门文章:
https://www.designingbuildings.co.uk/wiki/Sky_temperature#:~:text=
在晴朗的夜晚，天空的温度比空气的温度低得多，而且常常低于空气的露点温度。面对天空的表面通常会下降到邻近空气的露点温度，水分会沉积在表面。由于凝结的水分的汽化热(或者在霜冻的情况下，汽化热和熔化热)，表面温度不会下降到低于空气露点温度的一点点。
空气本身对于大多数深红外光谱是半透明的。靠近表面的气膜可以与上面较热的气膜绝缘，但对阻挡辐射损失没有任何有效作用。
如果有悬挑的屋顶或树木挡住了通往天空的辐射路径，那么被遮挡路径的表面温度将与周围的空气温度保持接近。
“在晴朗的夜晚，天空的温度比空气温度低得多。”
因为我看不出这是对其他评论的回应，所以我认为这是丹(第2条)和我随后(第3条)关于空气温度的讨论。你的观点是“夜空”和相邻空气的温度不相同。这就是讨论辐射的有效温度的要点，因为辐射最终会被传输到太空中。相关的温度贯穿从地面到太空的所有大气层层。
我们不会说它完全、绝对是空间的温度(最上层)，就像我们不会说它完全、绝对是上层大气(中间层)的某个点一样。在整个介质中有粒子充当灰体，向地面发射辐射。“有效”夜空温度的计算不是一个特定点的温度;它们是对地面有效辐射输出的近似，给出了叠加中所有贡献灰体的总和;从地面到太空。尽管有些近似方法会使用真正的理论黑体。参见下面的http://www.ibpsa.org/proceedings/BS2017/BS2017_569.pdf：
“有效温度或等效温度的概念是
介绍了在建筑仿真领域的应用
描述大气的温度，即使
它包含不同温度下的几层。这
称为有效天空温度(ky)，
并提供了一种实用的逼近方法
来自大气(“天空”)的红外热传递。后
引入天空温度，量
天空发出的长波辐射可以计算出来
根据斯特凡-玻尔兹曼定律
天空就像一个黑色的身体。
在再次阅读dan的评论和我的帖子#3后，我可能看到了困惑的担忧。
为了澄清我关于发射率常数允许物体比环境温度更大的冷却的陈述:
我这么说的原因是，如果将周围的空气视为对人体(如汽车屋顶)的相同排放源，那么在其他所有条件都相同的情况下，周围的空气将通过讨论的相同原理以相同的速度冷却。(简化，暂时忽略空气对流的复杂性)。如果我们把一袋空气看作一个散发体，而这个散发体以与车顶相同的速率(相同的常数)散发，那么这袋空气就会以相同的速率冷却。我们永远不会看到物体低于环境温度。
我曾看到空气的发射率值(它确实比大多数固体物体低)，这就是我发表上述言论的理由。我意识到，也许这个归属值更像是一个“有效”值，并不真正适用于气体系统，因为气体系统的发射率行为非常复杂。
这种事情经常发生在我身上，甚至今天早上，当我的挡风玻璃是湿的，后窗上有冰的时候。
我们把两辆车停在我们两层联排别墅前的单车道车道上。两辆车的挡风玻璃都对着(相对温暖的)房子，后窗则直接对着天空。
通常在早上挡风玻璃是干的，后窗是湿的。太糟糕了，只有我一个人在外面……没有人能和我分享这神奇的物理学!
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