M EDIÇÃO DA R EFLETÂNCIA E A BSORTÂNCIA SOLAR

No âmbito da medição da refletância solar superficial, existem quatro métodos regulamentados em normas internacionais da American Society for Testing and Materials (ASTM).

Figura 11- Valores experimentais dos coeficientes de refletância e absortância em superfície com e sem "Cool Pigments" (Carneiro, 2016)

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Neste capítulo, serão apresentados, sucintamente, todos os métodos normalizados de medição de refletâncias em superfícies opacas e o método alternativo utilizado para o desenvolvimento experimental deste trabalho de investigação.

No Quadro 6 apresentam-se todos os métodos relevantes para este tema da medição da refletância solar.

Quadro 6 - Quadro Síntese dos Métodos ASTM para medição da refletância solar

Método Título Equipamento

Utilizado Descrição Sucinta

ASTM C1549 “Standard Test Method for Determination of Solar Reflectance Near Ambient Temperature Using a Portable Solar Reflectometer” Refletómetro Solar Portátil SSR

O refletómetro solar portátil é constituído por uma cabeça de medição que possui uma lâmpada difusa de tungsténio- halogénio e um cabo de conexão ligado a um módulo eletrónico.

O refletómetro solar portátil apenas efetua medições nos seguintes quatro comprimentos de onda: 380, 500, 650 e 1220 nm, explicando-se assim a necessidade dos quatro detetores. Antes de se realizarem medições é necessário efetuar uma calibração prévia do equipamento, que vai servir como base para a extrapolação das medições.

Permite realizar medições em Laboratório e “In Situ” com amostras de maiores dimensões (superiores aos 2,5 cm de diâmetro da abertura da cabeça de medição).

ASTM E903

“Standard Test Method for Solar

Absorptance, Reflectance and Transmittance of Materials Using Integrating Spheres” Espetrofotómetro UV-VIS-NIR

O espectrofotómetro é constituído por uma esfera de integração que mede a refletância espetral solar de uma superfície plana e homogénea de dimensões reduzidas (não

deverá ser maior que 150 𝑐𝑚2_).

Faz incidir sobre uma amostra um feixe de radiação com uma faixa de comprimentos de onda entre os 250 a 2500 nm, que corresponde aproximadamente aos mesmos comprimentos de onda de um espetro solar.

Posteriormente, mede através de dois detetores (um detetor mede as faixas do ultravioleta e visível, e o outro a faixa do infravermelho próximo) a energia que é refletida nessa amostra em cada comprimento de onda, considerando uma energia constante em todo o espetro.

Só permite realizar medições das amostras em laboratório.

ASTM E1980 “Standard Practice for Calculating Solar Reflectance Index of Horizontal and Low-sloped Opaque Surfaces” -

O principal objetivo deste método é obter o índice de refletância solar (SRI).

Estima a capacidade de uma superfície refletir a radiação solar recebida, tomando como base a temperatura de uma superfície negra padrão (Tb) e de uma superfície branca padrão (Tw), em condições ambientais normais.

Define-se como padrão negro um material com refletância de 0,05 e emitância de 0,9. O padrão branco tem uma refletância de 0,8 e emitância de 0,9.

23 ASTM E1980 “Standard Practice for Calculating Solar Reflectance Index of Horizontal and Low-sloped Opaque Surfaces” -

Para uma superfície exposta ao sol e isolada na parte inferior, a temperatura superficial de equilíbrio Ts é obtida a partir de

uma equação dependente dos valores de absortância (α),

emissividade (ε) e coeficiente convectivo (hc).

Para estes parâmetros de entrada e com a utilização de uma equação especifica, é possível estimar o SRI que pode variar de 0 a 100.

Portanto, o cálculo do SRI depende de dois fatores essenciais: a absortância solar (α) e a emissividade térmica (ε).

ASTM E1918 “Standard Test Method for Measuring Solar Reflectance of Horizontal and Low-sloped Surfaces in the Field” Piranómetro

Destinado à medição da refletância solar “In Situ” de superfícies horizontais ou de baixa inclinação (inferiores a 9,5º ou 16,7% em relação ao plano horizontal).

Possibilita a sua aplicação em superfícies curvas, muito

rugosas e com maiores dimensões (10 𝑚2_{), ao contrário do}

método da norma ASTM E903.

O piranómetro é então um equipamento que tem a capacidade de medir a totalidade de energia solar radiante que incide e que reflete na superfície por unidade de tempo e unidade de área. Chegando assim ao valor da refletância solar.

Esta metodologia só deve ser aplicada em dias claros e com sol intenso, sem nuvens ou neblina durante as medições, e as superfícies das amostras devem ser homogéneas e apresentarem-se secas.

O ensaio deverá ainda só ser efetuado quando o ângulo do sol com a normal da superfície é inferior a 45º.

E 1918A “Standard Test Method for Measuring Solar Reflectance of Horizontal and Low-sloped Surfaces in the Field” Piranómetro

Método alternativo baseado na norma ASTM E1918 que permite medir a refletância de superfícies circulares ou quadradas, com cerca de 1 m de diâmetro ou 1 m de lado (valores mínimos recomendados), respetivamente.

Tal como o método ASTM E1918, este também permite a medição de superfícies planas, curvas ou muito rugosas, possibilitando a eliminação dos erros causados pela envolvente.

Acrescenta-se às amostras existentes para medição um par de máscaras brancas e pretas opacas de refletâncias conhecidas (pelo método ASTM E903) e com dimensões iguais às das amostras.

Tal como para o método ASTM E1918 esta metodologia também só deve ser aplicada em dias claros, com sol intenso, sem nuvens ou neblina durante as medições.

O ensaio deverá ainda só ser efetuado quando o ângulo do sol com a normal da superfície é inferior a 45º.

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Como foi anteriormente referido, no desenvolvimento do trabalho experimental da dissertação, toda a análise e tratamento dos resultados relativos à refletância solar das amostras “In Situ” vai ser efetuada com os princípios da norma ASTM E1918, referida no capitulo 2.3.2. Com esta norma só é possível efetuar as medições se a amostra tiver pelo menos 10 𝑚2 de área e forma praticamente quadrada ou circular. Toda a dificuldade de transportar tais amostras de dimensões tão elevadas para serem submetidas à exposição solar natural requerida pelo CRRC (Cool Roof Rating Council), torna as necessidades de tamanho da amostra, caras e inconvenientes (Akbari & Levinson, 2008).

Foram elaboradas experiências propostas por Akbari e Levinson, em que o principal objetivo era efetuar a medição da refletância solar em amostras unicolor e multicolor utilizando os dois métodos. Prova-se que o valor absoluto da diferença nas medições de refletância solar (E1918A - E1918) não excede 0,02. Os conjuntos multicolores tendem a apresentar uma maior diferença entre a refletância E1918 e E1918A porque a mistura de cor na área menor (1 𝑚2) associada a E1918A não era necessariamente idêntica à da área maior (10 𝑚2) associada a E1918 (Akbari & Levinson, 2008).

A proximidade entre as medições de refletância solar E1918 e E1918A, demonstra que E1918A pode ser utilizado em vez de E1918 para medir a refletância solar de amostras tão pequenas quanto 1 𝑚2 sem perder precisão significativa nas medições (Akbari & Levinson, 2008).