Разные цвета поглощают и отражают разное количество тепловой энергии солнечного света. Понимание того, какие цвета отражают больше всего тепла, может быть полезным для различных применений. Например, выбор светлых красок или тканей для зданий и одежды в жарком климате может помочь сохранить прохладу в интерьерах. С другой стороны, темные цвета могут быть предпочтительнее в более холодном климате, чтобы поглощать больше тепла от солнца. Количество отраженного или поглощенного тепла зависит от конкретных пигментов и красителей, используемых для окрашивания материалов.
Цвет объекта влияет на то, сколько лучистого тепла от солнца он поглотит. Более темные цвета поглощают больше световой энергии и преобразуют ее в тепло, в то время как более светлые цвета отражают большую часть света. Черный поглощает больше света и тепла, а белый отражает больше всего.
Когда солнечный свет попадает на объект, некоторые длины волн поглощаются, а другие отражаются. Поглощенные длины волн преобразуются в тепло. Более темные пигменты поглощают больше видимого светового спектра, чем более светлые. Например, черная поверхность может поглощать 90–98% солнечного света, преобразуя его в тепло. Напротив, белая поверхность может отражать более 80% солнечного света.
Чем светлее цвет, тем больше лучистого тепла он будет отражать. Вот несколько примеров светлых цветов, которые отражают больше всего тепла, от высокой до низкой отражательной способности:
– Белый
– Светлые пастельные тона, такие как желтый, розовый, светло-голубой
– Бежевый, желтовато-коричневый, светло-серый
– Яркие оттенки, такие как желтый, светло-зеленый
Белый отражает больше всего тепла из всех цветов, потому что он поглощает наименьшее количество энергии солнечных лучей. Белые поверхности могут отражать 80–90% солнечного света. Другие очень светлые цвета также имеют высокую отражательную способность, включая пастельные тона, такие как светло-желтый, розовый и синий. Яркие белые и светлые цвета поглощают мало энергии и выделяют ее обратно в виде света и тепла. Более темные оттенки тех же цветов поглощают и отражают больше тепла, чем более светлые.
Более темные цвета поглощают больше лучистого тепла от солнечного света, чем более светлые. Вот несколько примеров темных цветов, которые поглощают больше всего тепла, от высокого до низкого поглощения тепла:
– Черный
– Темно-синий, темно-фиолетовый
– Темно-красный
– Темно-зеленый
– Коричневый
Черный поглощает больше всего тепла, так как отражает меньше всего солнечного света. Черный может поглощать 90–99% солнечной энергии. Другие темные цвета, такие как темно-синий, фиолетовый и красный, также легко поглощают тепло. Несмотря на то, что темно-зеленые и коричневые цвета отражают немного больше, чем некоторые другие темные оттенки, они все равно поглощают значительную часть солнечного света в виде тепла.
В целом, более глубокие и насыщенные цвета поглощают и сохраняют больше тепла, чем приглушенные или более светлые версии того же оттенка. Металлические цвета также легко поглощают и проводят тепло по сравнению с неметаллическими эквивалентами.
Материал, из которого состоит объект, также влияет на приток тепла наряду со своим цветом. Некоторые материалы поглощают и проводят тепло больше, чем другие. Например, асфальтовые дороги, металлические крыши и кирпичные или бетонные здания легко проводят тепло в помещении, независимо от цвета. Ландшафтные материалы, такие как камни и голая почва, также поглощают и выделяют тепло в течение дня.
Такие материалы, как дерево, фиброцемент и пластик, поглощают меньше тепла, чем металл или каменная кладка. Ткани, такие как хлопок и лен, отражают больше тепла, чем синтетика, которая удерживает тепло и может казаться более горячей. Свободное переплетение натуральных тканей позволяет теплу уходить за счет конвекции.
Способность материала отражать солнечное тепло измеряется его отражательной способностью, также называемой альбедо. Альбедо измеряется от 0 до 1:
– 0 = поглощает весь солнечный свет (как черный)
– 1 = отражает весь солнечный свет (как белый)
Большинство поверхностей имеют альбедо между этими крайностями. Выбор материалов с более высокой отражательной способностью снижает приток тепла. Вот некоторые распространенные материалы и их альбедо:
| Материал | Коэффициент отражения солнечного света (альбедо) |
|---|---|
| Белая краска | 0,80-0,90 |
| Светло-серая краска | 0,50-0,60 |
| Красный кирпич | 0,30-0,40 |
| Черная акриловая краска | 0,05-0,10 |
| Зеленая трава | 0,20-0,35 |
Как показано, белая краска имеет самое высокое альбедо, отражая 80-90% солнечного света. Черная акриловая краска поглощает больше всего тепла с альбедо всего 0,05-0,10. Натуральные материалы, такие как кирпич и трава, попадают в средний диапазон. В целом, искусственные строительные материалы имеют более низкое альбедо, чем белые краски и покрытия.
Поскольку более светлые цвета отражают больше солнечного света, их можно использовать стратегически, чтобы минимизировать приток тепла. Вот несколько способов воспользоваться преимуществами цветов с высоким альбедо:
– Покрасьте крыши и наружные стены в белый или светлые цвета. Это снижает теплопроводность в здании.
– Используйте более светлые покрытия, такие как бетон, а не черный асфальт. Белый цемент и серый заполнитель имеют более высокое альбедо, чем асфальт.
– Покрасьте уличную мебель в белый или светлые пастельные тона, чтобы ограничить поглощение тепла.
– Носите светлые ткани с неплотным переплетением, такие как лен, чтобы оставаться в прохладе в солнечную погоду.
– Наносите светоотражающие покрытия на темные поверхности, такие как черные крыши, чтобы увеличить альбедо.
Более светлые краски и материалы делают открытые пространства, такие как патио, более прохладными и комфортными летом. Поверхности с высоким альбедо также уменьшают эффект городского острова тепла в городах и снижают потребление энергии для охлаждения зданий.
Хотя темные поверхности поглощают больше тепла от солнечного света, это может быть полезно в некоторых более холодных климатах. Области применения, где желательно поглощение тепла, включают:
– Плоские поверхности крыш для таяния снега и льда зимой. Обычно используются черные резиновые крыши EPDM.
– Подъездные пути и пешеходные дорожки для таяния снега и льда. Темный бетон и асфальт лучше сохраняют тепло, чем светлые поверхности.
– Стены зданий для получения солнечного тепла зимой для обогрева помещений. Темные стены, выходящие на юг, максимизируют приток тепла.
– Тротуарные плиты и камни для согрева ног и сохранения тепла на открытом воздухе, а также для продления использования открытых пространств.
– Темные покрытия на солнечных тепловых коллекторах для лучшего поглощения солнечного света и преобразования его в полезное тепло.
– Темная одежда в более холодных условиях для поглощения тепла тела. Черная одежда лучше поглощает и сохраняет тепло, чем светлая.
Таким образом, в более прохладном климате более темные строительные материалы могут помочь снизить потери тепла зимой и опасность снега/льда. Принципы цвета и тепла применяются круглый год как в отопительный, так и в охлаждающий сезоны.
Хотя цвет является основным фактором, некоторые другие соображения также влияют на поглощение тепла:
– Текстура – Более грубые поверхности поглощают больше тепла, чем гладкие, глянцевые.
– Ориентация – Поверхности, обращенные на юг, получают больше всего прямого солнечного света в Северном полушарии. Восточные и западные стены имеют высокие углы рано и поздно днем.
– Изоляция – Хорошо изолированные поверхности поглощают меньше тепла, чем неизолированные. Изоляция замедляет поток тепла в здание.
– Вентиляция – Прохождение потока воздуха за поверхностью снижает поглощение тепла. Небольшие воздушные пространства за сайдингом или кровельными материалами обеспечивают вентиляцию.
– Тень – Устройства затенения, такие как навесы, тенты и ландшафтный дизайн, уменьшают воздействие солнечного света и поглощение тепла.
– Тепловая масса – Тяжелые, плотные материалы с высокой тепловой массой поглощают больше тепла в течение дня. Легкие материалы быстрее набирают тепло, но и быстрее его отдают.
– Расположение – Поверхности в жарком солнечном климате поглощают больше солнечного тепла, чем в более облачных регионах. Более прохладный климат может выиграть от более темных теплопоглощающих поверхностей.
Таким образом, в дополнение к цвету, эти другие факторы помогают определить, сколько солнечного тепла поглощает поверхность. Их можно оптимизировать вместе с цветом для управления теплопритоком.
Более светлые цвета отражают больше всего лучистого тепла от солнечного света, в то время как более темные цвета поглощают больше всего. Белый и светлые пастельные тона отражают до 90% солнечного света, сохраняя поверхности более прохладными. Напротив, черный поглощает до 99% света в виде тепла. В то время как более темные цвета выгодны в некоторых более холодных климатах, самая высокая отражательная способность идеальна для жарких солнечных регионов, чтобы минимизировать приток тепла. Выбор строительных материалов, покрытий и отделки позволяет управлять поглощением тепла через высокое или низкое альбедо по мере необходимости. Понимание принципов цвета и солнечного тепла позволяет проектировать удобные, энергоэффективные конструкции и ландшафты.