Metodi di prova standard ASTM E424 per la trasmissione solare e la riflessione (terrestre) dei materiali in fogli

Lo standard "ASTM E424 Standard Test Methods for Solar Energy Transmittance and Reflectance (Terrestrial) of Sheet Materials" sviluppato dall'American Society for Testing and Materials (ASTM) descrive metodi di prova che includono la misurazione della trasmittanza e della riflettanza dell'energia solare (terrestre) dei materiali in fogli.

La procedura di prova ASTM E424 include due tecniche di prova per misurare la trasmittanza e la riflettanza dell'energia solare nei materiali in fogli. Entrambe le tecniche di prova producono essenzialmente gli stessi risultati per i materiali esaminati dalla task force di redazione:

• Metodo A: Le misure di trasmittanza o riflettanza spettrale rispetto a uno standard di ossido di magnesio vengono effettuate utilizzando uno spettrofotometro a sfera integratrice nell'intervallo spettrale da 350 a 2500 nm. La modalità di illuminazione e di imaging deve essere normale-diffusa o diffusa-normale. L'energia solare trasmessa o riflessa si ottiene integrando su una curva di distribuzione dell'energia solare standard utilizzando ordinate ponderate o selezionate per la distribuzione appropriata dell'energia solare. Viene utilizzata la distribuzione a livello del mare, con una massa d'aria pari a 2. Il Metodo A, che utilizza uno spettrofotometro, è valido sia per la trasmittanza che per la riflettanza ed è il metodo di riferimento.
• Metodo B: si utilizza il sole come sorgente e un piranometro come rivelatore, e il campione viene posizionato sul coperchio di un contenitore con il piano perpendicolare alla radiazione incidente. La trasmittanza viene misurata come rapporto tra l'energia trasmessa e l'energia incidente. Strumenti che utilizzano questo metodo sono stati utilizzati per misurare la riflettanza dell'energia solare, ma attualmente non si dispone di sufficiente esperienza con questa tecnica per standardizzarla.

Per il Metodo A, la dimensione dei campioni è limitata dalla geometria dello spettrofotometro, mentre per il Metodo B sono necessari 0,61 m² di campione. Per i materiali esaminati dal gruppo di lavoro di disegno, entrambi i metodi di prova producono risultati sostanzialmente equivalenti.

La trasmittanza e la riflettanza solare sono fattori importanti nella trasmissione del calore attraverso le finestre, principalmente attraverso vetro o plastica. Questi metodi consentono di misurare questi fattori in condizioni di incidenza e visibilità costanti. Sebbene questi dati possano aiutare i progettisti nella selezione e nella specifica dei materiali per le vetrate, la trasmittanza e la riflettanza solare da sole non sono sufficienti per definire le velocità di trasferimento del calore senza informazioni su altri fattori importanti. Questi metodi si sono dimostrati pratici sia per i materiali trasparenti che traslucidi, nonché per i materiali la cui trasmittanza è ridotta da rivestimenti altamente riflettenti. Il metodo B è particolarmente adatto per misurare la trasmittanza di materiali non omogenei, decorati o ondulati, poiché la trasmittanza viene calcolata mediamente su un'ampia area.

Ai fini del presente standard si applicano i seguenti termini e definizioni:

• Assorbanza solare: è il rapporto tra l'energia radiante assorbita e l'energia radiante incidente (pari al valore ottenuto sottraendo la riflettanza e la trasmittanza a unità).
• Ammissione solare: trasferimento di calore solare che tiene conto dell'energia riemessa e trasportata.
• Energia solare: per questi metodi, si tratta dell'intensità della radiazione solare diretta a livello del mare attraverso lo spettro solare. È espressa in watt per unità di superficie.
• Riflettanza solare: percentuale di radiazione solare riflessa da un materiale (watt/unità di superficie).
• Spettro solare: ai fini di questi metodi, si tratta dello spettro solare che si estende da 350 a 2500 nm al livello del mare.
• Trasmittanza solare: percentuale di radiazione solare trasmessa da un materiale (watt/unità di superficie).

In breve, la norma ASTM E424 è particolarmente utile in settori come l'architettura, la scienza dei materiali e la progettazione dell'efficienza energetica, dove comprendere come i materiali interagiscono con la radiazione solare è fondamentale. L'obiettivo principale di questa norma è fornire un metodo coerente e ripetibile per misurare:

• Trasmittanza solare: frazione di radiazione solare che attraversa un materiale.
• Riflettanza solare: frazione della radiazione solare riflessa dalla superficie di un materiale.

Queste misurazioni vengono effettuate utilizzando uno spettrofotometro a sfera integratrice, che garantisce la precisione catturando la luce diffusa, un aspetto che gli strumenti di misurazione tradizionali potrebbero non rilevare.

Questo standard è concepito per applicazioni terrestri, ovvero si applica alle condizioni riscontrabili sulla superficie terrestre e non nello spazio.

Le caratteristiche principali di questo standard sono:

• Utilizzo di una sfera integratrice: la sfera integratrice è il cuore del test. Fornisce una misurazione completa delle proprietà ottiche di un materiale raccogliendo accuratamente sia la radiazione speculare che quella diffusa.
• Intervallo di lunghezze d'onda: il metodo si concentra sullo spettro solare, tipicamente compreso tra circa 300 e 2500 nanometri (nm), comprendente la radiazione ultravioletta (UV), visibile (VIS) e vicina all'infrarosso (NIR). Questo è coerente con lo spettro solare di riferimento standard ASTM G173, che modella la radiazione solare che raggiunge la Terra.
• Tipi di materiali: lo standard ASTM E424 è applicabile a un'ampia varietà di materiali in fogli trasparenti, traslucidi o opachi, come:
  • Vetro architettonico
  • Lastre in policarbonato
  • pellicole per il controllo solare
  • Superfici rivestite utilizzate in applicazioni edilizie o automobilistiche

I risultati dei test standard ASTM E424 sono fondamentali per molti settori:

• Costruzione e struttura: selezione di materiali che consentano il passaggio della luce naturale riducendo al contempo l'apporto di calore solare.
• Automotive: valutazione di pellicole e rivestimenti per vetri per migliorare il comfort termico e l'efficienza energetica.
• Energia solare: progettazione dei materiali per collettori solari o sistemi fotovoltaici.
• Certificazione di edifici ecologici: supporto alla conformità a standard quali LEED documentando le scelte di materiali efficienti dal punto di vista energetico.

I vantaggi della conformità allo standard ASTM E424 includono:

• Garantisce precisione e affidabilità grazie alla metodologia standardizzata.
• Informazioni più approfondite sulle prestazioni dei materiali aiutano gli sviluppatori a selezionare o progettare prodotti migliori.
• Il supporto normativo e di certificazione fornisce dati di prova conformi ai codici edilizi ed energetici internazionali.

D'altro canto, pur essendo uno standard completo, presenta anche alcune limitazioni:

• Non tiene conto del degrado a lungo termine dei materiali o dell'esposizione agli agenti atmosferici.
• È progettato principalmente per materiali in fogli piatti, non per geometrie complesse o assemblaggi multistrato.
• Per un uso corretto sono necessarie attrezzature specializzate e personale qualificato.

Di conseguenza, l'ASTM E424 è uno standard fondamentale per valutare l'interazione dei materiali in fogli con la radiazione solare e prendere decisioni consapevoli sulle prestazioni energetiche e sull'impatto ambientale. Il suo utilizzo nei test sui materiali supporta l'innovazione nell'architettura sostenibile, nella progettazione automobilistica e nelle tecnologie per le energie rinnovabili. Per i progettisti, comprendere e implementare questo standard non solo garantisce che i prodotti funzionino come previsto sotto la luce solare, ma contribuisce anche a un futuro più efficiente dal punto di vista energetico e sostenibile.

La nostra organizzazione, che da anni supporta aziende di tutti i settori attraverso un'ampia gamma di attività di test, misurazione, analisi e valutazione, vanta un solido team di dipendenti che seguono da vicino gli sviluppi scientifici e tecnologici globali e si aggiornano costantemente. In questo contesto, forniamo anche servizi di prova in conformità con i metodi di prova standard ASTM E424 per la trasmittanza e la riflettanza dell'energia solare (terrestre) dei materiali in fogli.