طرق الاختبار القياسية ASTM E424 الخاصة بنفاذية الطاقة الشمسية وانعكاسها (الأرضي) لمواد الألواح

يصف المعيار "ASTM E424 طرق الاختبار القياسية لنفاذية الطاقة الشمسية وانعكاسها (الأرضي) للمواد الصفائحية" الذي طورته الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد (ASTM) طرق الاختبار التي تتضمن قياس نفاذية الطاقة الشمسية وانعكاسها (الأرضي) للمواد الصفائحية.

يتضمن إجراء اختبار ASTM E424 تقنيتين لقياس نفاذية الطاقة الشمسية وانعكاسيتها في مواد الصفائح. تُعطي كلتا التقنيتين نتائج متطابقة تقريبًا للمواد التي بحثها فريق العمل المسؤول عن الصياغة:

• الطريقة أ: تُجرى قياسات النفاذية أو الانعكاسية الطيفية مقابل معيار أكسيد المغنيسيوم باستخدام مطياف كروي متكامل في النطاق الطيفي من 350 إلى 2500 نانومتر. يجب أن يكون وضع الإضاءة والتصوير إما عموديًا-منتشرًا أو عموديًا-منتشرًا. يتم الحصول على الطاقة الشمسية المنقولة أو المنعكسة من خلال التكامل على منحنى توزيع الطاقة الشمسية القياسي باستخدام إحداثيات مرجحة أو مختارة لتوزيع الطاقة الشمسية المناسب. يُستخدم التوزيع عند مستوى سطح البحر، مع كتلة هوائية مقدارها 2. الطريقة أ، باستخدام مطياف ضوئي، صالحة لكل من النفاذية والانعكاسية، وهي الطريقة المرجعية.
• الطريقة ب: تُستخدم الشمس كمصدر، ومقياس الإشعاع الشمسي (البيرانوميتر) ككاشف، وتُوضع العينة على غطاء حاوية بحيث يكون مستواها عموديًا على الإشعاع الساقط. تُقاس النفاذية بنسبة الطاقة المنقولة إلى الطاقة الساقطة. استُخدمت أجهزة تستخدم هذه الطريقة لقياس انعكاس الطاقة الشمسية، ولكن الخبرة في هذه التقنية لا تكفي حاليًا لتوحيدها.

في الطريقة (أ)، يقتصر حجم العينات على هندسة جهاز قياس الطيف الضوئي، بينما في الطريقة (ب)، يلزم استخدام عينة بحجم 0,61 متر مربع. بالنسبة للمواد التي فحصتها مجموعة عمل الرسم، تُعطي كلتا طريقتي الاختبار نتائج متماثلة تقريبًا.

يُعدّ نفاذية وانعكاسية الشمس عاملين مهمين في انتقال الحرارة عبر النوافذ، خاصةً عبر الزجاج أو البلاستيك. تُتيح هذه الطرق قياس هذه العوامل في ظل ظروف سقوط ورؤية ثابتة. في حين أن هذه البيانات قد تُساعد المصممين في اختيار وتحديد مواد التزجيج، إلا أن نفاذية وانعكاسية الشمس وحدهما لا يكفيان لتحديد معدلات انتقال الحرارة دون معلومات عن عوامل مهمة أخرى. وقد وُجدت هذه الطرق عملية لكل من المواد الشفافة وشبه الشفافة، وكذلك للمواد التي تُقلّل نفاذيتها باستخدام الطلاءات شديدة الانعكاس. تُعد الطريقة (ب) مناسبة بشكل خاص لقياس نفاذية المواد غير المتجانسة أو المنقوشة أو المموجة، حيث يتم حساب متوسط ​​النفاذية على مساحة كبيرة.

ولأغراض هذا المعيار، تنطبق المصطلحات والتعريفات التالية:

• امتصاص الطاقة الشمسية: هو نسبة الطاقة الإشعاعية الممتصة إلى الطاقة الإشعاعية الساقطة (تساوي القيمة التي تم الحصول عليها عن طريق طرح الانعكاسية والنفاذية إلى واحد).
• قبول الطاقة الشمسية: نقل الحرارة الشمسية الذي يأخذ في الاعتبار الطاقة المعاد إشعاعها ونقلها.
• الطاقة الشمسية: في هذه الطرق، هي شدة الإشعاع الشمسي المباشر عند مستوى سطح البحر عبر الطيف الشمسي. وتُقاس بالواط لكل وحدة مساحة.
• انعكاس الشمس: نسبة الإشعاع الشمسي المنعكس من مادة ما (واط/وحدة مساحة).
• الطيف الشمسي: لأغراض هذه الأساليب، هذا هو الطيف الشمسي الممتد من 350 إلى 2500 نانومتر عند مستوى سطح البحر.
• نفاذية الشمس: النسبة المئوية للإشعاع الشمسي الذي تنقله مادة ما (واط/وحدة مساحة).

باختصار، يُعدّ معيار ASTM E424 ذا قيمة خاصة في مجالات مثل الهندسة المعمارية، وعلوم المواد، وتصميم كفاءة الطاقة، حيث يُعدّ فهم كيفية تفاعل المواد مع الإشعاع الشمسي أمرًا بالغ الأهمية. الهدف الأساسي من هذا المعيار هو توفير طريقة متسقة وقابلة للتكرار لقياس:

• نفاذية الشمس: هي جزء الإشعاع الشمسي الذي يمر عبر مادة ما.
• انعكاسية الشمس: هي جزء من الإشعاع الشمسي المنعكس من سطح مادة ما.

يتم إجراء هذه القياسات باستخدام مطياف الكرة التكاملي، والذي يضمن الدقة من خلال التقاط الضوء المتناثر - وهو شيء قد تفوته أدوات القياس التقليدية.

تم تصميم هذا المعيار للتطبيقات الأرضية، مما يعني أنه ينطبق على الظروف التي يتم تجربتها على سطح الأرض، وليس في الفضاء.

الميزات الرئيسية لهذا المعيار هي:

• استخدام كرة التكامل: تُعدّ كرة التكامل جوهر الاختبار، إذ تُوفّر قياسًا شاملًا للخصائص البصرية للمادة من خلال جمع الإشعاع المرآوي والمشتت بدقة.
• نطاق الطول الموجي: تُركز الطريقة على الطيف الشمسي، الذي يتراوح عادةً بين 300 و2500 نانومتر تقريبًا، ويشمل الأشعة فوق البنفسجية (UV) والمرئية (VIS) والأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR). يتوافق هذا مع معيار ASTM G173 المرجعي للطيف الشمسي، الذي يُحاكي الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى الأرض.
• أنواع المواد: ينطبق معيار ASTM E424 على مجموعة واسعة من المواد الشفافة أو شبه الشفافة أو المعتمة، مثل:
  • الزجاج المعماري
  • ألواح البولي كربونات
  • أفلام التحكم في الشمس
  • الأسطح المطلية المستخدمة في تطبيقات البناء أو السيارات

تعتبر نتائج اختبار معيار ASTM E424 بالغة الأهمية للعديد من الصناعات:

• البناء والهيكل: اختيار المواد التي تسمح بمرور ضوء النهار مع تقليل اكتساب الحرارة الشمسية.
• السيارات: تقييم أفلام وطلاءات النوافذ لتحسين الراحة الحرارية وكفاءة الطاقة.
• الطاقة الشمسية: تصميم المواد اللازمة لمجمعات الطاقة الشمسية أو الأنظمة الكهروضوئية.
• شهادة البناء الأخضر: دعم الامتثال للمعايير مثل LEED من خلال توثيق خيارات المواد الموفرة للطاقة.

تتضمن مزايا الالتزام بمعيار ASTM E424 ما يلي:

• ويوفر الدقة والموثوقية بفضل المنهجية الموحدة.
• تساعد رؤى أداء المواد المحسنة المطورين على اختيار أو تصميم منتجات أفضل.
• يوفر الدعم التنظيمي والشهادات بيانات اختبار متوافقة مع قوانين البناء والطاقة الدولية.

ومن ناحية أخرى، ورغم أن هذا المعيار شامل، إلا أنه يحتوي أيضًا على بعض القيود:

• ولا يأخذ في الاعتبار التدهور الطويل الأمد للمواد أو التعرض للعوامل الجوية.
• تم تصميمه في المقام الأول للمواد ذات الصفائح المسطحة، وليس للأشكال الهندسية المعقدة أو التجمعات متعددة الطبقات.
• الاستخدام الصحيح يتطلب معدات متخصصة وموظفين مدربين.

نتيجةً لذلك، يُعدّ معيار ASTM E424 معيارًا أساسيًا لتقييم كيفية تفاعل مواد الصفائح مع الإشعاع الشمسي، واتخاذ قرارات مدروسة بشأن أداء الطاقة وتأثيرها البيئي. ويدعم استخدامه في اختبار المواد الابتكارات في العمارة المستدامة، وتصميم السيارات، وتقنيات الطاقة المتجددة. وبالنسبة للمصممين، فإن فهم هذا المعيار وتطبيقه لا يضمن فقط أداء المنتجات كما هو متوقع تحت أشعة الشمس، بل يُسهم أيضًا في مستقبل أكثر كفاءةً في استخدام الطاقة واستدامةً.

مؤسستنا، التي تدعم الشركات في جميع القطاعات منذ سنوات من خلال مجموعة واسعة من أنشطة الاختبار والقياس والتحليل والتقييم، تفخر بفريق عمل قوي يتابع عن كثب التطورات العالمية في العلوم والتكنولوجيا، ويعمل على تطوير مهاراته باستمرار. في هذا السياق، نقدم أيضًا خدمات اختبار وفقًا لمعيار ASTM E424 لطرق الاختبار القياسية لنفاذية الطاقة الشمسية وانعكاسها (الأرضي) للمواد الصفائحية.