發(fā)射率與太陽反射率：材料熱光學(xué)性能測量的兩個(gè)維度

在做材料熱性能評估的時(shí)候，"發(fā)射率"和"反射率"這兩個(gè)參數(shù)經(jīng)常被提到，但很多人對它們的物理含義、測量方法和應(yīng)用場景的區(qū)分不是特別清楚。這篇文章把這兩個(gè)概念梳理一下。

什么是發(fā)射率

發(fā)射率（emittance或emissivity）衡量的是材料表面以熱輻射方式向外散發(fā)熱量的能力，數(shù)值從0到1。理想黑體的發(fā)射率是1——它在任何溫度下都能以熱輻射的形式散發(fā)掉所有熱量。一般材料的發(fā)射率在0到1之間：金屬的發(fā)射率通常比較低（比如拋光的鋁大約0.03到0.1），非金屬材料通常比較高（比如白色涂料大約0.8到0.95）。

發(fā)射率是波長的函數(shù)：同一個(gè)材料在不同紅外波段的發(fā)射率可能不一樣。對于建筑節(jié)能來說，關(guān)注的是常溫（約300K）附近的紅外發(fā)射率——峰值波長在8到14微米附近。Devices and Services的AE1發(fā)射率測量儀就是在這個(gè)條件下測的。

影響發(fā)射率的因素主要有：材料本身的化學(xué)組成、表面粗糙度、氧化程度、涂層厚度等。比如不銹鋼拋光后的發(fā)射率大約0.1，但氧化之后可以升到0.5以上。

什么是太陽反射率

太陽反射率（solar reflectance）衡量的是材料表面對太陽輻射的反射能力，數(shù)值也是0到1。太陽輻射的光譜范圍大致是紫外到近紅外（約0.3到3微米），和常溫?zé)彷椛洌ㄖ羞h(yuǎn)紅外，約3到50微米以上）是不同的波段。

太陽反射率高意味著材料表面能把大部分太陽光反射回去，自身吸收的太陽熱量少。這個(gè)特性在建筑節(jié)能中很重要——屋頂和墻面使用高反射率的材料（"冷屋面"技術(shù)），可以降低建筑的空調(diào)負(fù)荷。Devices and Services的SSR-ER就是用來測量這個(gè)參數(shù)的設(shè)備。

太陽反射率和發(fā)射率是兩個(gè)獨(dú)立的概念：一種材料可以同時(shí)具有高太陽反射率（比如0.85）和高紅外發(fā)射率（比如0.90）——白色涂料就是典型的例子。也可以高太陽反射率但低紅外發(fā)射率——某些金屬鍍膜就是如此。

兩個(gè)參數(shù)，兩個(gè)波段，兩種設(shè)備

正是因?yàn)榘l(fā)射率和太陽反射率對應(yīng)的光譜范圍不同，所以測量它們需要使用不同的設(shè)備：

測量紅外發(fā)射率（常溫）→ 用AE1這樣的發(fā)射率測量儀，探測器工作在紅外波段。

測量太陽反射率 → 用SSR-ER這樣的太陽光譜反射率儀，光源和探測器覆蓋太陽光譜波段。

測量鏡面反射率（用于太陽能聚光鏡）→ 用15R這樣的鏡面反射率儀，測量的是特定波長下的定向反射率。

這三類設(shè)備Devices and Services都有，覆蓋了從熱輻射到太陽光譜、從漫反射到鏡面反射的不同測量需求。

實(shí)際應(yīng)用中的考量

在建筑節(jié)能評估中，通常會同時(shí)關(guān)注太陽反射率和紅外發(fā)射率。比如美國LEED綠色建筑評價(jià)體系中，屋頂材料的"太陽反射指數(shù)"（SRI）就是由太陽反射率和紅外發(fā)射率兩個(gè)參數(shù)共同計(jì)算得出的。SRI高的材料，在太陽照射下的表面溫度比SRI低的材料要低得多。

在太陽能熱發(fā)電中，聚光鏡需要高鏡面反射率（所以用15R來測），而集熱管上的選擇性吸收涂層需要高太陽吸收率（即低太陽反射率）和高紅外反射率（即低紅外發(fā)射率，因?yàn)榧t外發(fā)射率低意味著熱輻射損失小）——這需要配合不同的設(shè)備來分別表征。

技術(shù)服務(wù)支持

上海明策光電技術(shù)有限公司作為Devices and Services品牌在中國的授權(quán)代理商，提供從發(fā)射率到太陽反射率的測量方案。如果對材料的熱光學(xué)性能測試有需求，可以聯(lián)系明策光電做技術(shù)溝通。