Czy „zimne powłoki” muszą mieć jasne barwy?

• Autorzy: Suchoń Katarzyna , Langer Ewa , Kamińska-Bach Grażyna , Zubielewicz Małgorzata

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2025.4.1

Warianty tytułu

EN

Do ‘cool coatings’ have to be light colors?

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Nagrzewanie się powierzchni pod wpływem promieniowania słonecznego powoduje powstawanie miejskich wysp ciepła, co przyczynia się do wzrostu zużycia energii na chłodzenie oraz niekorzystnie wpływa na komfort życia mieszkańców i na środowisko. Jedną z metod stosowanych w celu zmniejszenia nagrzewania się powierzchni jest nakładanie powłok zawierających pigmenty o dużym współczynniku odbicia promieniowania słonecznego. W ramach projektu Moduo_Tech opracowano wyroby lakierowe z użyciem różnych pigmentów o strukturze hematytu. Charakterystykę widmową powłok mierzono w zakresie promieniowania o długościach fal od 250 nm do 2500 nm. Całkowite odbicie światła słonecznego (TSR) obliczono zgodnie z normą ASTM E903. Badanie nagrzewania się powłok przeprowadzono w komorze zaprojektowanej i zbudowanej zgodnie z normą ASTM D4803. Stwierdzono, że wszystkie zastosowane pigmenty skutecznie obniżają temperaturę nagrzewania się metalowego podłoża, a niewielkie różnice we właściwościach odbijających wynikają z różnic w chemicznym składzie pigmentów. W czasie starzenia w warunkach atmosferycznych powłoki nie tracą zdolności do ochrony podłoża przed nadmiernym nagrzewaniem się.

EN

Heat build-up of coated surfaces due to solar radiation causes the formation of urban heat islands, which contributes to the increase in energy consumption for cooling and has negative effect on the comfort of life of residents and on the environment. One of the methods used to decrease the heat build-up of surfaces is to apply coatings containing pigments with a high solar radiation reflectance properties. As part of the project Moduo_Tech, coating materials were developed using various pigments with a hematite structure. Spectral characteristics of coatings were measured at wavelengths from 250 nm to 2500 nm. The total solar reflectance (TSR) was calculated according to ASTM E903. Heat build-up testing was carried out in a box designed and constructed according to ASTM D4803. It was found that all the pigments used effectively reduce the heating temperature of the metal substrate, and that slight differences in reflective properties result from differences in the chemical composition of the pigments. During aging in atmospheric conditions, the coatings do not lose their ability to protect the substrate from excessive heating.

Słowa kluczowe

PL

nagrzewanie się pomalowanych powierzchni; powłoki odbijające promieniowanie słoneczne; łagodzenie efektu wysp ciepła

EN

heat build-up of coated surfaces; solar reflecting coatings; heat island mitigation

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 4
• Strony: 98--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 58 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Suchoń Katarzyna

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników, Toruń

• https://orcid.org/0000-0003-4574-9130

autor

Langer Ewa

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników, Toruń

• https://orcid.org/0000-0002-8193-1987

autor

Kamińska-Bach Grażyna

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników, Toruń

• https://orcid.org/0000-0001-8595-3190

autor

Zubielewicz Małgorzata

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników, Toruń

• https://orcid.org/0000-0003-1487-2494

Bibliografia

• [1] K. A. Hibbard, F. M. Hoffman, D. Huntzinger, T. O. West. 2017. Changes in Land Cover and Terrestrial Biogeochemistry. In: D. J. Wuebbles, D. W. Fahey, K. A. Hibbard, D. J. Dokken, B. C. Stewart, T. K. Maycock (eds.). Climate Science Special Report: Fourth National Climate Assessment. Vol. I. Washington, DC: USGCRP. DOI: 10.7930/J0416V6X.
• [2] Urban Heat Islands. My NASA Data. https://mynasadata.larc.nasa.gov/basicpage/ urban-heat-islands (dostęp: 2.12.2024).
• [3] Learn About Heat Islands. US EPA. https://www.epa.gov/heatislands/learnabout- heat-islands (dostęp: 20.08.2024).
• [4] M. Santamouris. 2015. “Regulating the Damaged Thermostat of the Cities – Status, Impacts and Mitigation Challenges.” Energy and Buildings 91: 43–56. DOI: 10.1016/j.enbuild.2015.01.027.
• [5] M. Santamouris, C. Cartalis, A. Synnefa, D. Kolokotsa. 2015. “On the Impact of Urban Heat Island and Global Warming on the Power Demand and Electricity Consumption of Buildings – A Review.” Energy and Buildings 98(1): 119–124. DOI: 10.1016/j.enbuild.2014.09.052.
• [6] M. Santamouris. 2020. “Recent Progress on Urban Overheating and Heat Island Research: Integrated Assessment of the Energy, Environmental, Vulnerability and Health Impact: Synergies with the Global Climate Change.” Energy and Buildings 207(15): 109482. DOI: 10.1016/j.enbuild.2019.109482.
• [7] M. González-Torres, L. Pérez-Lombard, J. F Coronel, I. R., Maestre, D. Yan. 2022. “A Review on Buildings Energy Information: Trends, End- -Uses, Fuels and Drivers.” Energy Reports 8: 626–637. DOI: 10.1016/j.egyr.2021.11.280.
• [8] T. Kober, H.-W. Schiffer, M. Densing, E. Panos. 2020. “Global Energy Perspectives to 2060 – WEC’s World Energy Scenarios 2019.” Energy Strategy Reviews 31: 100523. DOI: 10.1016/j.esr.2020.100523.
• [9] World Energy Consumption Statistics. Enerdata. https://yearbook.enerdata.net/total-energy/world-consumption-statistics.html (dostęp: 12.05.2023).
• [10] K. M. Al-Obaidin, M. Ismail, A. M. A. Rahman. 2014. “Passive Cooling Techniques through Reflective and Radiative Roofs in Tropical Houses in Southeast Asia: A Literature Review.” Frontiers of Architectural Research 3(3): 283– 297. DOI: 10.1016/j.foar.2014.06.002.
• [11] M. Calovi, A. Zanardi, S. Rossi. 2023. “Improvement of the Thermal Efficiency of Organic Roof-Coatings through Design Aimed at Increasing the Durability of Thermochromic Pigments.” Progress in Organic Coatings 185: 107928. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2023.107928.
• [12] E. Coser, V. F. Moritz, A. Krenzinger, C. A. Ferreira. 2015. “Development of Paints with Infrared Radiation Reflective Properties.” Polímeros: Ciência e Tecnologia 25(3): 305–310. DOI: 10.1590/0104-1428.1869.
• [13] C. Fabiani, A. L. Pisello, E. Bou-Zeid, J. Yang, F. Cotana. 2019. “Adaptive Measures for Mitigating Urban Heat Islands: The Potential of Thermochromic Materials to Control Roofing Energy Balance.” Applied Energy 247: 155–170. DOI: 10.1016/j.apenergy.2019.04.020.
• [14] A. L. Pisello. 2017. “State of the Art on the Development of Cool Coatings for Buildings and Cities.” Solar Energy 144: 660–680. DOI: 10.1016/j.solener.2017.01.068.
• [15] E. Crespo Sánchez, D. Masip Vilà. 2022. “Thermochromic Materials as Passive Roof Technology: Their Impact on Building Energy.” Performance. Energies 15(6): 2161. DOI: 10.3390/en15062161.
• [16] A. K. Bendiganavale, V. C. Malshe. 2008. “Infrared Reflective Inorganic Pigments.” Recent Patents on Chemical Engineering 1: 67–79. DOI: 10.2174/1874478810801010067.
• [17] M. Zubielewicz, E. Kamińska-Tarnawska, A. Ślusarczyk, E. Langer. 2011. “Prediction of Heat Build-Up of Solar Reflecting Coatings Based on Physico-Chemical Properties of Complex Inorganic Colour Pigments (CICPs).” Progress in Organic Coatings 72(1–2): 65–72. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2011.02.008.
• [18] M. M. Ryan, Jr. 2017. “IR-Reflective Pigments: A Black Rainbow of Options.” Paint and Coatings Industry. https://www.pcimag.com/articles/102920-irreflective-pigments-a-black-rainbow-of-options (dostęp: 3.01.2017).
• [19] COLORTREND® Black IR Reflective. https://www.ulprospector.com/en/eu/Coatings/Detail/3865/327432/COLORTREND-Black-IR-Reflective (dostęp: 3.12.2024).
• [20] J. Mara, A.-E. Bodnár, L. Trif, J. Telegdi. 2023. “Development of Effective Infrared Reflective Coatings.” Applied Science 13(23): 12903. DOI: 10.3390/app132312903.
• [21] W. Miller, K. T. Loye, A. Desjarlais, H. Akbari, S. Kriner, S. Wiel, R. Levinson, R. G. Scichili, P. Berdahl. 2004. “Special Infrared Reflective Pigments Make a Dark Roof Reflect Almost Like a White Roof.” Conference Proceeding by ASHRAE. https://web.ornl.gov/sci/buildings/conf-archive/2004%20B9%20papers/053_Miller.pdf (dostęp: 3.12.2024).
• [22] J. Powers, K. Howard. 2021. “Infrared Reflective Colorants: Optimizing Coatings for Cool Surfaces through IR Management.” Adhesives and Sealants Industry. https://www.adhesivesmag.com/articles/98343-infrared-reflectivecolorants-optimizing-coatings-for-cool-surfaces-through-ir-management (dostęp: 8.02.2021).
• [23] J. Chen, W. Xie, X. Guo, B. Huang, Y. Xiao, X. Sun. 2020. “Near Infrared Reflective Pigments Based on Bi3YO6 for Heat Insulation.” Ceramics International 46(15): 24575–24584. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.06.245.
• [24] J. P. White. 2000. “Complex Inorganic Color Pigments: Durable Pigments for Demanding Applications.” Paint and Coatings Industry 16(3): 54–56.
• [25] J. Liu, Y. Lu, J. Liu, X. Yang, X. B. Yu. 2010. “Investigation of Near Infrared Reflectance by Tuning the Shape of SnO2 Nanoparticles.” Journal of Alloys and Compounds 496(1–2): 261–264. DOI: 10.1016/j.jallcom.2010.01.053.
• [26] Z. You, M. Zhang, J. Wang, W. Pei. 2019. “A Black Near-Infrared Reflective Coating Based on Nano-Technology.” Energy and Buildings 205: 109523. DOI: 10.1016/j.enbuild.2019.109523.
• [27] J. Zhang, W. Lin, C. Zhu, J. Lv, W. Zhang, J. Feng. 2018. “Dark, Infrared Reflective, and Superhydrophobic Coatings by Waterborne Resins.” Langmuir 34(19): 5600–5605. DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b00929.
• [28] J. de Oliveira Primo, D. F. L. Horsth, N. Balaba, P. Umek, F. J. Anaissi, C. Bittencourt. 2023. “Synthesis of Blue Gahnite (ZnAl2O4:Co, Nd): A Cost-Effective Method for Producing Solar-Reflective Pigments for Cool Coatings.” Materials 16(4): 1696. DOI: 10.3390/ma16041696.
• [29] R. Oka, S. Iwasaki, T. Masui. 2019. “Improvement of Near-Infrared (NIR) Reflectivity and Black Color Tone by Doping Zn2+ into the Ca2Mn0.85Ti0.15O4 Structure.” RSC Advances 9(66): 38822–38827. DOI: 10.1039/c9ra07849e.
• [30] R. Ianoș, I. Rus, R. Lazău, R. Ciutan. 2024. “Near-Infrared Reflective Coatings Based on Red-Brown Ce1 − xPrxO2 Pigments.” Applied Materials Today 39: 102301. DOI: 10.1016/j.apmt.2024.102301.
• [31] K. Yamaguchi, S. Mochizuki, Y. Nagato, T. Morimoto, T. Masui. 2023. “Synthesis of High Near-Infrared Reflective Black Pigment Based on YMn2O5.” Colorants 2(4): 705–715. DOI: 10.3390/colorants2040036.
• [32] V. Elakkiya, S. Sumathi. 2022. “Vanadium and Bismuth Doped FePO4 as Near Infra Red (NIR) Reflective Pigment for Energy Saving Application.” Materials Chemistry and Physics 290(11): 126561. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2022.126561.
• [33] A. Rosati, M. Fedel, S. Rossi. 2021. “NIR Reflective Pigments for Cool Roof Applications: A Comprehensive Review.” Journal of Cleaner Production 313: 127826. DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.127826.
• [34] T. Karlessi, M. Santamouris, K. Apostolakis, A. Synnefa, I. Livada. 2009. “Development and Testing of Thermochromic Coatings for Buildings and Urban Structures.” Solar Energy 83(4): 538–551. DOI: 10.1016/j.solener.2008.10.005.
• [35] C. Fabiani, V. L. Castaldo, A. L. Pisello. 2020. “Thermochromic Materials for Indoor Thermal Comfort Improvement: Finite Difference Modeling and Validation in a Real Case-Study Building.” Applied Energy 262: 114147. DOI: 10.1016/j.apenergy.2019.114147.
• [36] C. Fabiani, A. L. Pisello, E. Bou-Zeid, J. Yang, F. Cotana. 2019. “Adaptive Measures for Mitigating Urban Heat Islands: The Potential of Thermochromic Materials to Control Roofing Energy Balance.” Applied Energy 247: 155–170. DOI: 10.1016/j.apenergy.2019.04.020.
• [37] S. Liu, Z. Liu, J. Wang, X. Ding, X. Meng. 2023. “Effect of the Material Color on Optical Properties of Thermochromic Coatings Employed in Buildings.” Case Studies in Thermal Engineering 45: 102916. DOI: 10.1016/j.csite.2023.102916.
• [38] P. S. Aklujkar, B. Kandasubramanian. 2021. “A Review of Microencapsulated Thermochromic Coatings for Sustainable Building Applications.” Journal of Coatings Technology and Research 18(1): 19–37. DOI: 10.1007/s11998-020-00396-3.
• [39] Z. Tatíčková, J. Kudláček, M. Zoubek, J. Kuchař. 2023. “Behaviour of Thermochromic Coatings under Thermal Exposure.” Coatings 13(3): 642. DOI: 10.3390/coatings13030642.
• [40] W. Zhao, X. Yan. 2022. “Preparation of Thermochromic Microcapsules of Bisphenol A and Crystal Violet Lactone and Their Effect on Coating Properties.” Polymers 14(7): 1393. DOI: 10.3390/polym14071393.
• [41] O. Panák, M. Držková, M. Kaplanová. 2015. “Insight into the Evaluation of Colour Changes of Leuco Dye Based Thermochromic Systems as a Function of Temperature.” Dyes and Pigments 120: 279–287. DOI: 10.1016/j.dyepig.2015.04.022.
• [42] M. Hajzeri, K. Bašnec, M. Bele, M. Klanjšek Gunde. 2015. “Influence of Developer on Structural, Optical and Thermal Properties of a Benzofluoran- Based Thermochromic Composite.” Dyes and Pigments 113: 754–762. DOI: 10.1016/j.dyepig.2014.10.014.
• [43] Y. Li, Q. Wang, X. Zheng, Y. Lia, J. Luana. 2020. “Microcapsule Encapsulated with Leuco Dye as a Visual Sensor for Concrete Damage Indication via Color Variation.” RSC Advances 10(3): 1226–1231. DOI: 10.1039/C9RA09492J.
• [44] Y. Ma, B. Zhu, K. Wu. 2020. “Preparation of Reversible Thermochromic Building Coatings and Their Properties.” Journal of Coatings Technology 72(911): 67–71. DOI: 10.1007/BF02720527.
• [45] S. Özkayalar, E. Adıgüzel, S. A. Aksoy, C. Alkan. 2020. “Reversible Color- -Changing and Thermal-Energy Storing Nanocapsules of Three-Component Thermochromic Dyes.” Materials Chemistry and Physics 252: 123162. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2020.123162.
• [46] PN-EN ISO 2808:2020-01: Farby i lakiery – Oznaczanie grubości powłok.
• [47] ASTM E903: Standard Test Method for Solar Absorptance, Reflectance, and Transmittance of Materials Using Integrating Spheres.
• [48] ASTM D4803: Standard Test Method for Predicting Heat Buildup in PVC Building Products.
• [49] ASTM E1980-11 (2019): Standard Practice for Calculating Solar Reflectance Index of Horizontal and Low-Sloped Opaque Surfaces.
• [50] PN-EN ISO 2813:2014-11: Farby i lakiery – Oznaczanie wartości połysku pod kątem 20 stopni, 60 stopni i 85 stopni.
• [51] PN-EN ISO 6272-2:2011: Farby i lakiery – Badania nagłego odkształcenia (odporność na uderzenie) – Część 2: Badanie za pomocą spadającego ciężarka, wgłębnik o małej powierzchni.
• [52] PN-EN ISO 6860:2006: Farby i lakiery – Próba zginania (sworzeń stożkowy).
• [53] PN-EN ISO 1522:2023-02: Farby i lakiery – Badanie metodą tłumienia wahadła.
• [54] PN-EN ISO 2409: 2021-03: Farby i lakiery – Badanie metodą siatki nacięć.
• [55] PN-EN ISO 9227:2023-02: Badania korozyjne w sztucznych atmosferach – Badania w rozpylonej solance.
• [56] PN-EN ISO 6270-1:2018-02: Farby i lakiery – Oznaczanie odporności na wilgoć – Część 1: Kondensacja (jednostronna ekspozycja).
• [57] PN-EN ISO 4628-2:2016-03: Farby i lakiery – Ocena zniszczenia powłok – Określanie ilości i rozmiaru uszkodzeń oraz intensywności jednolitych zmian w wyglądzie – Część 2: Ocena stopnia spęcherzenia.
• [58] PN-EN ISO 4628-3:2016-03: Farby i lakiery – Ocena zniszczenia powłok – Określanie ilości i rozmiaru uszkodzeń oraz intensywności jednolitych zmian w wyglądzie – Część 3: Ocena stopnia zardzewienia.