几种典型舰船涂料太阳反射率测试对比分析
杨光付1， 2，张广智2，左禹1
（1.北京化工大学，北京100029；2.海军装备技术研究所，北京102442）
1 引言
由于温度的原因而引起的辐射叫热辐射，热辐射发出的电磁波叫热射线。波长由短到长，电磁波可分为宇宙射线、γ 射线、X 射线、紫外线、热射线及无线电波，如图1 所示。波长通常用μm 度量。
热射线主要包括可见光和红外线2 部分。真空中，可见光的波长为0.38 ～ 0.78 μm，红外线的波长为0.78～ 1 000 μm。红外线又可分为近红外、中红外和远红外3 个区域，但也有仅分为近红外与远红外2 区的。这几个区域的严格界限现在还没有统一的规定，不同的分类法有不同的数值。
当太阳辐射进入大气层后，太阳光谱中的X 射线及其它波长更短的辐射，因在电离层被氮、氧及其它大气分子强烈地吸收不能到达地表；大部分紫外线被臭氧所吸收。至于在可见光范围内的光谱能量的减弱，则主要是由于地球大气强烈散射所引起的；而近红外范围内的光谱能量的减弱，则主要是水汽对太阳辐射选择性吸收的结果。波长超过2.5 μm 的远红外辐射，在大气层上界的辐射强度就相当低，再加上CO2 和H2O对它强烈地吸收，所以能到达地面的能量已是微乎其微了。因此，在到达地面的太阳辐射中，辐射能量的97％以上集中在0.2 ～ 3.0 μm 的波长范围内，其中：
紫外区：＜ 0.38 μm，约占7％；
可见光区：0.38 ～ 0.78 μm，约占47％；
近红外线区：0.78 ～ 2.50 μm，约占42％；
远红外线区：＞ 2.50 μm，约占4％。
一般地，在地球上利用太阳能，仅需考虑波长为0.29 ～ 2.50 μm 的太阳辐射。
2 热反射涂层降温性能探讨
2.1 涂层对太阳辐射的吸收
太阳辐射是一个近似黑体的辐射。地球大气层外边缘上与太阳射线相垂直的表面可以接受太阳辐照度1 353 W/m2。由于地球大气层的吸收、散射和反射作用，以及受地球绕太阳运行的位置、月球位置和气候因素的影响，实际到达地球表面的太阳能小于这个数字。在天气晴朗的情况下，在大气质量为1 时，地球表面所能接受到的太阳辐射光谱分布，采用分段积分，得出太阳辐射的总能量
。如果采用分光光度计测量出涂层的吸收比或反射比光谱曲线，采用分段积分，就可以得出涂层表面吸收太阳辐射的能量Q，即。式中，α 为吸收率，ε 为发射率，Eλ 为单色光太阳辐射密度。
2.2 热反射涂层的降温极限
文献[1]假设涂料是涂在很大的甲板上或水平位置的平板上，在极限工作状态，即微风（约2 m/s），天空温度为－10 ℃，环境温度为36 ℃，通过逼近法求得涂层表面与环境达到热平衡状态时，其理想的降温极限温度为23 ℃，进一步地计算得出，若灰色热反射涂料在近红外的反射率分别为50％、60％、70％，其降温极限温度分别为10 ℃、12 ℃、15 ℃。分析认为，在实际使用中，灰色热反射涂料的降温效果受到结构设计、环境因素等影响，实际效果将要小得多。
3 测试原理与样品
3.1 测试原理
本方法是一种光谱反射率的测试法。试样放置于积分球中心位置，通过测试试样在波长为λi 时的光谱反射率，按式⑴和⑵计算得到试样的太阳反射率。
式中：ρ ──试样的太阳反射率，％；
ρλi──波长为λi 时试样的光谱反射率，％；
Es （ λi ） ──在波长λi 处的太阳光谱辐照度（可从GB/T 17683.1 表1 中查得），W/（m2·μm）；
Δλi ──波长间隔，μm；
n ──波长0.38 ～ 0.78 μm 范围内测试点数目，一般应不少于30 点；波长0.78 ～ 2.50 μm 范围内测试点数目，一般应不少于50 点。
3.2 测试仪器
