Lämpösäteily
Energian vaihto

Lämpö­säteily on yksi lämmön pää­asiallisista siirtymis­mekanismeista; muut ovat konvektio eli kuljettuminen sekä lämmön johtuminen. Lämpö­säteilystä aiheutuvaa kappaleen energian vaihtoa kuvaa yhtälö:
Tässä  \alpha  osoittaa, kuinka suuren osuuden siihen osuvasta säteilystä kappale absorboi esittää,  \rho  kuinka suuren osan se heijastaa ja  \tau  kuinka suuren osan se päästää lävitseen. Nämä osuudet riippuvat säteilyn aallon­pituudesta funktioita. Kirchhoffin säteilylain mukaan spektraalisen absorption osuus kullakin aallonpituudella on yhtä suuri kuin kappaleen emissiivisyys  \epsilon  samalla aallonpituudella. Kappaletta sanotaan mustaksi kappaleeksi, jos kaikilla aallonpituuksilla on
Tavanomaisissa olosuhteissa huoneenlämmössä ihminenkin luovuttaa merkittävästi energiaa lämpö­säteilyn vuoksi.  Ihmisen ihon emissiivisyys onkin lähellä arvoa 1.0. Tämä infrapunasäteilynä menetetty energia saadaan kuitenkin osittain takaisin, koska ihminen myös absorboi ympärillään olevien kappaleiden säteilemää energiaa; erotus korvautuu aineen­vaihdunnassa syntyvällä lämmöllä. Jäljempänä esitettävien kaavojen avulla voidaan laskea, että kun ihmisen pinta-ala on noin 2 m2 ja lämpötila  noin 307 K (34 °C), ihmisestä lähtee jatkuvasti säteilyä noin 1 000 watin teholla. Sisätiloissa, jossa lämpötila on 296 K (23 °C), hän tästä takaisin huoneen seinistä, katosta ja muiden ympäröivien esineiden lähettämänä säteilynä, joten nettomääräinen lämmön poistuminen on vain noin 100 wattia. Tämä lämmön siirtyminen riippuu kuitenkin suuresti myös muista tekijöistä, esimerkiksi vaatetuksesta, joka vähentää lämmön johtumista ja samalla lämmön poistumista ihmisestä. Kun lisäksi ympäröivien esineiden emissiivisyys vaihtelee, vain täysin harmaiden eli sellaisten esineiden säteilyteho, joiden emissiivisyys on riippumaton säteilyn aallon­pituudesta, on käytännössä arvioitavissa  Stefanin–Boltzmannin lain avulla. Tällaista "ideaalisesti laskettavissa olevaa" tilannetta ei käytännössä esiinny, joskin lämpö­taloudellisissa laskelmissa usein oletetaan ympäristön olevan tämän mallin mukainen. Näin saadaan kuitenkin hyviä likiarvoja, sillä useimmiten poikkeama Stefanin–Boltzmannin lain mukaisiin ratkaisuihin nähden on varsin pieni.
Sellaisetkaan kappaleet, jotka näyttävät valkoisilta, koska ne heijastavat lähes kaiken näkyvän valon, eivät välttämättä heijasta kaikkea infrapuna­säteilyä, ja näin ollen niiden emissiivisyyskään ei infrapuna-alueella ole lähellä arvoa 1. Akryyli- ja uretaanipohjaisten valkoisten maalien emissiivisyys huoneilmassa on noin 93 %, mikä merkitsee, että ne absorboivat suurimman osan infrapunasäteilystä, vaikka heijastavatkin hyvin näkyvää valoa. Huoneenlämmössä ne säteilevätkin valkoisesta väristään huolimatta lähes mustan kappaleen tavoin. Toisaalta myös asuin­huoneistojen lämpöpatterit on tavallisesti maalattu valkoisiksi, mutta ne eivät ole niin kuumia, että niiden lämpö­säteilyllä olisi mainittavaa merkitystä, vaan lämpö siirtyy niistä huoneilmaan johtumalla metallisen patterin läpi, ja näin ollen niiden lämmitys­teho ei olisi juuri suurempi, vaikka ne olisi maalattu mustiksikin.
Useamman kappaleen välisen säteilystä aiheutuvan lämmön siirtymisen laskeminen, kun mukana saattaa olla myös onteoita, edellyttää yhtälöryhmän ratkaisemista radiositeettimenetelmällä. Näissä laskuissa probleeman geometrinen puoli pelkistetään joukoksi lukuja, joita sanotaan näkymä­tekijöiksi ja jotka osoittavat, kuinka suuri osa minkin kappaleen lähettämästä säteilystä osuu mihinkin muuhun kappaleeseen. Tällaisia laskelmia sovelletaan  lämmitykseen tarkoitettujen aurinkopaneelien, keittimien ja uunien suunnittelussa sekä myös säteenseurantaan perustuvassa tietokone­grafiikassa.
Lämpökameralla otetun (ylempi) ja tavallisen valokuvan (alempi kuva) vertailu osoittaa, että musta muovinen jätesäkki läpäisee infrapunasäteilyä, mutta miehen silmälasit eivät.
Kun auringon lämpöä käytetään hyväksi, voidaan käyttää valikoivasti säteilyä absorboivia pintoja. Esimerkiksi kasvihuoneen katto ja seinät ovat suurimmaksi osaksi lasia. Lasi päästää lävitseen näkyvän valon ja lähi-infrapuna­säteilyn, mutta ei kauko­infrapuna­säteilyä, jonka aallon pituus on suurempi kuin 3 µm. Lasi siis päästää auringon valon lävitseen, minkä vuoksi se on läpinäkyvää. Niinpä kasvihuoneen lasiseinät myös päästävät Auringon lämmittävän säteilyn sisään, mutta sisällä olevien kasvien ja muiden lähellä huoneen­lämpötilaa olevien kappaleiden säteilyä se ei päästä lävitseen ulos. Niinpä se ikään kuin vangitsee lämpöä kasvi­huoneen sisään. Tätä sanotaan kasvihuoneilmiöksi, ja sama ilmiö on havaittavissa myös esimerkiksi aurinkoiseen paikkaan pysäköidyssä autossa. Valikoivia pintoja voidaan käyttää myös aurinko­energian keräimissä. Kuinka paljon ne vaikuttavat, voidaan havaita vertailemalla auringon­säteilyn lämmittämien levyjen tasapaino­lämpötiloja. Auringon suuntaan nähden kohtisuoraan pintaan osuu säteilyä keskimäärin 1350 W/m²:n intensiteetillä, joskin tämä niin sanottu aurinkovakio hieman vaihtelee eri vuodenaikoina Maan radan eksentrisyyden vuoksi. Jos levy oletetaan mustaksi kappaleeksi, sen pinnalta lähtevä säteilyteho on tällöin yhtä suuri kuin sen saama Auringon säteilyteho, kun sen lämpötila on 393 K (120 °C). Mutta jos pinta on valikoiva niin, että sen emissiivyys on näkyvällä valolla noin 0,9 mutta aallonpituudeltaan yli 2,0 mikrometrin infrapunasäteilyllä lähellä nollaa, tämä tasapainolämpötila on noin 1250 K (977 °C). Yksinkertaisuuden vuoksi tässä laskelmassa ei ole oetettu huomioon konvektiosta aiheutuvaa lämmön siirtymistä eikä sitä, että ilmakehä ja pilvet absorboivat osan auringon säteilystä, mutta todellisiin tilanteisiin voidaan silti soveltaa samaa teoriaa.
Jotta mahdollisimman vähän lämpöä poistuisi pinnalta, esimerkiksi lasi-ikkunasta ulkoilmaan, se voidaan peittää sisäpuolelta kirkkaalla heijastavalla alvolla, jolla on alhainen emissiivisyys. Sellaisena voidaan käyttää jopa mikro­skooppisen ohutta, lähes näkymätöntä metalli- tai metalli­oksidi­kerrosta. Tällaisen kalvon avulla voidaan rajoittaa ikkunasta ulos virtaavan lämpösäteilyn määrää ja siten saada lämpö paremmin pysymään sisällä rakennuksessa.