Hướng dẫn sử dụng công cụ tính toán SRI

• Hệ số phản xạ (reflectance) là đại lượng biểu thị khả năng phản xạ năng lượng của bề mặt vật liệu, với giá trị từ 0 đến 1. Hệ số phản xạ bằng 0 thể hiện vật liệu hấp thụ hoàn toàn năng lượng tới (như vật liệu đen hoàn hảo), còn hệ số phản xạ bằng 1 đại diện cho bề mặt phản xạ hoàn toàn năng lượng tới (như vật liệu trắng hoàn hảo). Nếu hệ số phản xạ năng lượng mặt trời của vật liệu được cung cấp dưới dạng phần trăm, bạn có thể chuyển đổi sang số thập phân (ví dụ: 68,6% = 0,686).
• Hệ số phát xạ (emissivity) là đại lượng đo lường khả năng bức xạ nhiệt của bề mặt vật liệu so với bề mặt đen tuyệt đối (black body) ở cùng nhiệt độ. Về mặt định lượng, hệ số phát xạ có giá trị trong khoảng từ 0 đến 1; vật liệu với hệ số phát xạ là 1 là bề mặt đen tuyệt đối, hấp thụ và phát xạ toàn bộ năng lượng nhiệt nhận được, trong khi vật liệu có hệ số phát xạ nhiệt là 0 thì không phát xạ nhiệt. Nếu hệ số phát xạ nhiệt của vật liệu được cung cấp dưới dạng phần trăm, bạn có thể chuyển đổi sang số thập phân (ví dụ: 86,6% = 0,866).
• Chỉ số SRI (Solar Reflectance Index) là chỉ số đánh giá khả năng của bề mặt vật liệu trong việc phản xạ nhiệt từ bức xạ mặt trời và giữ cho bề mặt mát hơn khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Chỉ số SRI kết hợp hai yếu tố quan trọng: hệ số phản xạ năng lượng mặt trời và hệ số phát xạ nhiệt của vật liệu và được tính toán theo ASTM E1980. SRI = 0 tương ứng với vật liệu màu đen tiêu chuẩn, hấp thụ hoàn toàn năng lượng và giữ nhiệt cao nhất; SRI = 100 tương ứng với vật liệu trắng tiêu chuẩn, phản xạ nhiệt tốt nhất và duy trì bề mặt mát mẻ. SRI > 100 có thể xảy ra với một số vật liệu có độ phản xạ và phát xạ nhiệt rất cao, giúp chúng mát hơn cả bề mặt trắng tiêu chuẩn khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời.

Ý nghĩa chỉ số phản xạ năng lượng mặt trời SRI 

Dưới ánh sáng mặt trời, bề mặt màu đen thường nóng hơn nhiều so với bề mặt màu trắng. Để giảm thiểu hiện tượng đảo nhiệt đô thị, bề mặt mát hơn là lựa chọn ưu tiên. Tuy nhiên, việc so sánh nhiệt độ bề mặt trực tiếp khi lựa chọn vật liệu gặp nhiều khó khăn do nhiệt độ bề mặt phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm bức xạ mặt trời và tốc độ gió. SRI (Solar Reflectance Index) là chỉ số chuẩn hóa để so sánh nhiệt độ bề mặt của các vật liệu khác nhau. Độ phản xạ mặt trời càng cao, càng nhiều năng lượng mặt trời được phản xạ ra khỏi bề mặt, giúp bề mặt hấp thụ ít nhiệt hơn. Tuy nhiên, một phần năng lượng mặt trời vẫn bị bề mặt hấp thụ dưới dạng nhiệt. Độ phát xạ nhiệt càng cao, càng nhiều nhiệt lượng đã bị hấp thụ được bức xạ ra khỏi bề mặt, giúp bề mặt duy trì ở nhiệt độ mát hơn.  Nhiệt độ bề mặt của vật liệu được xác định bởi hai yếu tố chính:

• Bức xạ mặt trời hấp thụ: Đây là lượng bức xạ mặt trời mà vật liệu hấp thụ, làm tăng nhiệt độ bề mặt của vật liệu.
• Nhiệt lượng tỏa ra: Là lượng nhiệt mà bề mặt vật liệu, sau khi đã hấp thụ bức xạ mặt trời, tản ra môi trường xung quanh thông qua các quá trình như đối lưu và bức xạ, giúp làm giảm nhiệt độ bề mặt của vật liệu.

Bức xạ mặt trời hấp thụ:

Lượng bức xạ mặt trời mà vật liệu hấp thụ phụ thuộc vào khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời của nó. Độ hấp thụ năng lượng mặt trời là phần năng lượng từ bức xạ mặt trời mà bề mặt vật liệu hấp thụ. Ví dụ, nếu 500 W bức xạ mặt trời chiếu tới và bề mặt hấp thụ 300 W, độ hấp thụ của bề mặt sẽ là 300 W / 500 W = 0,60.

Khả năng hấp thụ này có mối quan hệ trực tiếp với hệ số phản xạ năng lượng mặt trời của vật liệu. Hệ số phản xạ năng lượng mặt trời là phần bức xạ mặt trời mà bề mặt phản xạ lại. Với các vật liệu mờ đục, bức xạ mặt trời chiếu tới bề mặt có thể chỉ bị hấp thụ hoặc phản xạ. Do đó, tổng của khả năng hấp thụ và phản xạ bằng 1. Trong ví dụ trên, phản xạ của bề mặt sẽ là 1 – 0,60 = 0,40. Phản xạ năng lượng mặt trời còn được biết đến là phản xạ năng lượng mặt trời toàn phần (total solar reflectance – TSR).

Nhiệt lượng tỏa ra:

Lượng nhiệt tỏa ra phụ thuộc vào độ phát xạ nhiệt của vật liệu. Sau khi hấp thụ một phần năng lượng mặt trời, bề mặt nóng lên và tỏa nhiệt ra không khí hoặc môi trường xung quanh qua hai cơ chế:

• Đối lưu – Truyền nhiệt qua luồng không khí xung quanh. Sự truyền nhiệt qua đối lưu phụ thuộc vào tốc độ dòng không khí gần bề mặt. Đối với đối lưu, tốc độ dòng không khí không phải là đặc tính cố hữu của vật liệu mà được định nghĩa trong các tiêu chuẩn. Tiêu chuẩn tính SRI quy định ba tốc độ dòng không khí chuẩn (gió yếu, gió trung bình, gió mạnh), đảm bảo các tính toán nhiệt độ bề mặt và SRI được chuẩn hóa trong các điều kiện khác nhau.
• Bức xạ – Truyền nhiệt qua bức xạ hồng ngoại, phụ thuộc vào độ phát xạ của vật liệu.

Tính toán nhiệt độ bề mặt:

Để tính toán nhiệt độ bề mặt của một vật liệu dưới bức xạ mặt trời, hai yếu tố quan trọng cần xem xét là hệ số phản xạ (hoặc hấp thụ) và hệ số phát xạ nhiệt của vật liệu, cùng với ba điều kiện môi trường: gió yếu, gió trung bình và gió mạnh. Những yếu tố này giúp xác định mức độ nóng lên của bề mặt khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời.

Ví dụ, trong một thử nghiệm mẫu tính SRI, một vật liệu có hệ số phản xạ ánh sáng mặt trời là 0,086 (tương đương 8,6%) và hệ số phát xạ là 0,92, khi tiếp xúc với môi trường có gió trung bình, đạt nhiệt độ bề mặt là 353,5 K (80,3 °C). Nhiệt độ cao này cho thấy bề mặt có độ phản xạ năng lượng mặt trời thấp, thường có màu sắc tối như màu đen, khiến vật liệu nóng lên rất nhanh. Mặc dù các giá trị nhiệt độ thực tế có thể rất hữu ích, nhưng chúng không thuận tiện để so sánh trực tiếp giữa các vật liệu khác nhau. Để dễ so sánh, chỉ số SRI (Solar Reflectance Index) chuẩn hóa các giá trị nhiệt độ bề mặt trên thang điểm từ 0 đến 100. Thang điểm này cho phép người dùng dễ dàng đánh giá mức độ mát của bề mặt khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, với các vật liệu có SRI cao thường phản xạ nhiệt tốt và giữ nhiệt độ bề mặt thấp hơn.