ASTM E424 Standardtestverfahren für Sonnendurchlässigkeit und -reflexion (terrestrisch) von Plattenmaterialien

Der von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelte Standard „ASTM E424 Standard Test Methods for Solar Energy Transmittance and Reflectance (Terrestrial) of Sheet Materials“ beschreibt Testmethoden, die die Messung der Solarenergiedurchlässigkeit und -reflexion (Terrestrial) von Plattenmaterialien umfassen.

Das Prüfverfahren ASTM E424 umfasst zwei Prüftechniken zur Messung der Durchlässigkeit und Reflexion von Sonnenenergie in Plattenmaterialien. Beide Prüftechniken liefern für die von der Arbeitsgruppe untersuchten Materialien im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse:

• Methode A: Spektrale Transmissions- oder Reflexionsmessungen gegen einen Magnesiumoxid-Standard werden mit einem Ulbrichtkugel-Spektralphotometer im Spektralbereich von 350 bis 2500 nm durchgeführt. Die Beleuchtungs- und Abbildungsmodi sollten entweder normal-diffus oder diffus-normal sein. Die transmittierte oder reflektierte Sonnenenergie wird durch Integration über eine Standard-Solarenergieverteilungskurve unter Verwendung gewichteter oder ausgewählter Ordinaten für die entsprechende Sonnenenergieverteilung ermittelt. Es wird die Verteilung auf Meereshöhe mit einer Luftmasse von 2 verwendet. Methode A, die ein Spektralphotometer verwendet, ist sowohl für die Transmission als auch für die Reflexion gültig und ist die Referenzmethode.
• Methode B: Die Sonne dient als Quelle und ein Pyranometer als Detektor. Die Probe wird senkrecht zur einfallenden Strahlung auf den Deckel eines Behälters gelegt. Die Transmission wird als Verhältnis der durchgelassenen zur einfallenden Energie gemessen. Instrumente, die diese Methode verwenden, wurden bereits zur Messung der Sonnenenergiereflexion eingesetzt, allerdings liegen derzeit nicht genügend Erfahrungen mit dieser Technik vor, um sie zu standardisieren.

Bei Methode A ist die Probengröße durch die Geometrie des Spektralphotometers begrenzt, während für Methode B eine Probenfläche von 0,61 m2 erforderlich ist. Für die von der Zeichenarbeitsgruppe untersuchten Materialien liefern beide Prüfmethoden im Wesentlichen gleichwertige Ergebnisse.

Solartransmission und -reflexion sind wichtige Faktoren bei der Wärmeübertragung durch Fenster, meist durch Glas oder Kunststoff. Diese Methoden bieten eine Möglichkeit, diese Faktoren unter konstanten Einfalls- und Betrachtungsbedingungen zu messen. Diese Daten können Planern zwar bei der Auswahl und Spezifikation von Verglasungsmaterialien helfen, doch reichen Solartransmission und -reflexion allein ohne Informationen zu anderen wichtigen Faktoren nicht aus, um die Wärmeübertragungsrate zu bestimmen. Diese Methoden haben sich sowohl für transparente und durchscheinende Materialien als auch für Materialien, deren Transmission durch hochreflektierende Beschichtungen reduziert ist, als praktikabel erwiesen. Methode B eignet sich besonders zur Messung der Transmission von inhomogenen, gemusterten oder gewellten Materialien, da die Transmission über eine große Fläche gemittelt wird.

Für die Zwecke dieser Norm gelten die folgenden Begriffe und Definitionen:

• Solarabsorptionsgrad: Dies ist das Verhältnis der absorbierten Strahlungsenergie zur einfallenden Strahlungsenergie (entspricht dem Wert, der durch Subtraktion des Reflexionsgrads und des Transmissionsgrads von eins erhalten wird).
• Solareintritt: Solare Wärmeübertragung, die die wieder abgestrahlte und transportierte Energie berücksichtigt.
• Solarenergie: Bei diesen Methoden handelt es sich um die direkte Strahlungsintensität der Sonne auf Meereshöhe über das gesamte Sonnenspektrum. Sie wird in Watt pro Flächeneinheit ausgedrückt.
• Solarreflexion: Der Prozentsatz der von einem Material reflektierten Sonnenstrahlung (Watt/Flächeneinheit).
• Sonnenspektrum: Für die Zwecke dieser Methoden ist dies das Sonnenspektrum, das sich von 350 bis 2500 nm auf Meereshöhe erstreckt.
• Solartransmissionsgrad: Der Prozentsatz der von einem Material durchgelassenen Sonnenstrahlung (Watt/Flächeneinheit).

Kurz gesagt: ASTM E424 ist besonders wertvoll in Bereichen wie Architektur, Materialwissenschaft und Energieeffizienz, wo das Verständnis der Wechselwirkung von Materialien mit Sonnenstrahlung entscheidend ist. Das Hauptziel dieser Norm ist die Bereitstellung einer konsistenten und wiederholbaren Messmethode für:

• Solartransmissionsgrad: Der Anteil der Sonnenstrahlung, der durch ein Material dringt.
• Solarreflexion: Der Anteil der Sonnenstrahlung, der von der Oberfläche eines Materials reflektiert wird.

Diese Messungen werden mit einem Ulbrichtkugel-Spektralphotometer durchgeführt, das durch die Erfassung von Streulicht für Genauigkeit sorgt – etwas, das herkömmlichen Messinstrumenten möglicherweise entgeht.

Dieser Standard ist für terrestrische Anwendungen konzipiert, d. h. er gilt für die Bedingungen auf der Erdoberfläche, nicht im Weltraum.

Die Hauptmerkmale dieses Standards sind:

• Verwendung einer Ulbrichtkugel: Die Ulbrichtkugel ist das Herzstück des Tests. Sie ermöglicht eine umfassende Messung der optischen Eigenschaften eines Materials, indem sie sowohl gerichtete als auch gestreute Strahlung präzise erfasst.
• Wellenlängenbereich: Die Methode konzentriert sich auf das Sonnenspektrum, typischerweise im Bereich von etwa 300 bis 2500 Nanometern (nm), das ultraviolette (UV), sichtbare (VIS) und nahinfrarote (NIR) Strahlung umfasst. Dies steht im Einklang mit dem Standardreferenz-Sonnenspektrum ASTM G173, das die die Erde erreichende Sonnenstrahlung modelliert.
• Materialtypen: Der ASTM E424-Standard ist auf eine Vielzahl transparenter, durchscheinender oder undurchsichtiger Plattenmaterialien anwendbar, wie beispielsweise:
  • Architekturglas
  • Polycarbonatplatten
  • Sonnenschutzfolien
  • Beschichtete Oberflächen für den Einsatz im Bau- oder Automobilbereich

Die Testergebnisse des ASTM E424-Standards sind für viele Branchen von entscheidender Bedeutung:

• Konstruktion und Struktur: Auswahl von Materialien, die Tageslicht durchlassen und gleichzeitig die solare Wärmeaufnahme reduzieren.
• Automobilindustrie: Bewertung von Fensterfolien und -beschichtungen zur Verbesserung des thermischen Komforts und der Energieeffizienz.
• Solarenergie: Materialdesign für Solarkollektoren oder Photovoltaikanlagen.
• Zertifizierung für umweltfreundliches Bauen: Unterstützung der Einhaltung von Standards wie LEED durch die Dokumentation der Auswahl energieeffizienter Materialien.

Zu den Vorteilen der Einhaltung des ASTM E424-Standards gehören:

• Es bietet Präzision und Zuverlässigkeit dank standardisierter Methodik.
• Verbesserte Erkenntnisse zur Materialleistung helfen Entwicklern, bessere Produkte auszuwählen oder zu entwerfen.
• Durch die Unterstützung bei Regulierung und Zertifizierung werden Testdaten bereitgestellt, die den internationalen Bau- und Energievorschriften entsprechen.

Obwohl es sich um einen umfassenden Standard handelt, weist dieser Standard andererseits auch einige Einschränkungen auf:

• Dabei wird die langfristige Verschlechterung der Materialien oder die Witterungseinflüsse nicht berücksichtigt.
• Es ist in erster Linie für flache Plattenmaterialien konzipiert, nicht für komplexe Geometrien oder mehrschichtige Baugruppen.
• Für die ordnungsgemäße Verwendung sind spezielle Geräte und geschultes Personal erforderlich.

Daher ist ASTM E424 ein wichtiger Standard für die Bewertung der Wechselwirkung von Plattenmaterialien mit Sonneneinstrahlung und für fundierte Entscheidungen hinsichtlich Energieeffizienz und Umweltauswirkungen. Seine Verwendung in der Materialprüfung unterstützt Innovationen in nachhaltiger Architektur, Automobildesign und erneuerbaren Energietechnologien. Für Designer stellt das Verständnis und die Umsetzung dieses Standards nicht nur sicher, dass Produkte unter Sonnenlicht die erwartete Leistung erbringen, sondern trägt auch zu einer energieeffizienteren und nachhaltigeren Zukunft bei.

Unser Unternehmen unterstützt seit Jahren Unternehmen aller Branchen mit einem breiten Spektrum an Test-, Mess-, Analyse- und Evaluierungsaktivitäten. Es verfügt über ein starkes Team von Mitarbeitern, die die globalen Entwicklungen in Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgen und sich ständig weiterentwickeln. In diesem Zusammenhang bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß ASTM E424 Standardtestmethoden für die Durchlässigkeit und Reflexion von Solarenergie (terrestrisch) von Plattenmaterialien an.