低放射率

低放射率(low eまたは低熱放射率) とは、放射熱(熱) エネルギーの放出レベルが低い表面状態を指します。すべての材料はプランクの法則に従って放射エネルギーを吸収、反射、放出しますが、ここでの主な関心事は、放射エネルギーの特定の波長間隔、つまり材料の熱放射です。一般的な使用、特に建築用途では、約 -40 ～ +80 ℃ の温度範囲が焦点となりますが、航空宇宙および産業プロセス エンジニアリングでは、はるかに広い範囲が実際的な関心事となります。

放射率は、完全な黒体と比較した放射熱の比率に基づいて材料に与えられる値で、0 から 1 のスケールで表されます。黒体の放射率は 1 で、完全な反射体の放射率は 0 です。

キルヒホッフの熱放射の法則 では、特定の波長/周波数ごとに吸収が不透明放射率(ε _opaque ) に等しいとされています (材料は多くの場合、異なる波長でかなり異なる放射率を持ちます)。したがって、アスファルトの特定の波長での放射率が 0.90 の場合 (たとえば、波長 10 マイクロメートル、または室温の熱放射)、その熱吸収率の値も 0.90 になります。これは、放射熱エネルギーの 90 パーセントを吸収して放射することを意味します。不透明材料であるため、残りの 10 パーセントは反射する必要があります。逆に、アルミホイルなどの低放射材料の熱放射率/吸収率は 0.03 であり、不透明材料であるため、熱反射率の値は 1.0 - 0.03 =0.97 でなければなりません。これは、放射熱エネルギーの 97 パーセントを反射することを意味します。低放射率建築材料には、金属酸化物コーティングを施した窓ガラスのほか、ハウスラップ材料、反射断熱材、その他の形態の放射熱バリアが含まれます。

さまざまな表面の熱放射率は次の表の通りです。^[1]

窓ガラスは、上の表に示すように、本質的に熱放射性が高い。熱制御（断熱性と太陽光光学特性）を改善するために、生のソーダ石灰ガラスに薄膜コーティングが施される。使用されている主な方法は、熱分解化学蒸着法とマグネトロンスパッタリング法の2 つである。 ^{[2] [3]}前者は、フッ素化二酸化スズを高温で蒸着するものである。熱分解コーティングは通常、フロートガラス工場でガラスを製造するときに適用される。後者は、反射防止層とともに薄い銀層を蒸着するものである。マグネトロンスパッタリングでは、複数の蒸着チャンバーを備えた大型の真空チャンバーを使用して、5～10 層またはそれ以上の層を連続して蒸着する。銀ベースのフィルムは環境的に不安定であり、長期にわたって特性を維持するには、断熱ガラスまたは断熱ガラスユニット（IGU）で囲む必要がある。特別に設計されたコーティングを断熱ガラスの 1 つまたは複数の表面に適用することができる。コーティングの一種 (Low-E コーティング) は、赤外線放射エネルギーの放出を抑え、可視光線を通過させながらガラスの熱を発生源側に留める傾向があります。これにより、ガラスのエネルギー制御が向上します。冬には屋内で発生した熱が内部 (暖かい側) に留まり、夏には外部から熱が放出されないため、内部は涼しく保たれます。

ガラスは異なる熱放射率で作ることができますが、これは窓には使用されません。鉄含有量などの特定の特性は制御可能であり、ガラスの熱放射率特性が変わります。この「自然に」低い熱放射率は、ホウケイ酸ガラスやパイレックスの一部の配合に見られます。当然、低放射ガラスには近赤外線(NIR)/熱放射を反射する特性はありません。代わりに、このタイプのガラスは NIR 透過率が高く、このタイプの窓がある建物では望ましくない熱損失 (または熱増加) につながります。

低反射ガラスの高反射率は太陽光の集中に寄与し、潜在的に周囲に損傷を与える可能性があることが示唆されており、住宅の外壁や自動車への損傷はニュースで報道されているだけでなく、^{[4] [5]}法的問題を引き起こす可能性もあります。^[6]

低反射ガラスは無線周波数信号を遮断する可能性もあります。分散アンテナシステムのない建物では携帯電話の受信状態が悪くなる可能性があります。^[7]

反射断熱材は、通常、アルミホイルと、低密度ポリエチレンフォーム、ポリエチレンバブル、グラスファイバーなどのさまざまなコア材料から製造されます。コア材料はそれぞれ、断熱、消音、湿気の吸収、火災時の燃焼抵抗などの機能に基づいて、それぞれに長所と短所があります。アルミホイルを表面材として使用すると、反射断熱材は放射熱伝達を 97% 遮断できます。最近、反射断熱材メーカーの中には、金属化ポリエチレン表面材に切り替えたところもあります。このような表面材の長期的な効率と耐久性はまだ不明です。

反射断熱材は、住宅、農業、商業、航空宇宙、産業構造物など、さまざまな用途や場所に設置できます。一般的な設置場所としては、ハウスラップ、ダクトラップ、パイプラップ、輻射床下、壁の空洞内、屋根システム、屋根裏システム、航空機胴体システム、宇宙探査システム、床下空間などがあります。反射断熱材は、多くの用途で単独製品として使用できますが、より高いR 値が必要な場合には、質量断熱材と組み合わせたシステムで使用することもできます。

低放射率コーティングはステルス技術に応用されており、電磁スペクトルの短波、中波、長波赤外線領域における軍事機器からの熱赤外線放射を低減します。^[8]

• 選択的表面

• 「窓テクノロジー: Low-E コーティング」。Efficient Window Collaborative。業界団体が管理するウェブサイト。