Температурные характеристики черных и белых автомобилей в жарких и солнечных регионах с течением времени.

Во-первых, вы правы в том, что температура зависит от того, какие длины волн ИК-излучения, а также какие длины волн видимого света поглощаются (независимо от того, какой цвет видят наши глаза).

Существует важное правило, которое гласит, что спектральная излучательная способность объекта, т.е. скорость излучения на данной длине волны, равна спектральной поглощательной способности объекта. «Хитрость» заключается в том, что общее излучение зависит от температуры, а общее поглощение зависит от интенсивности падающего света, т. е. освещенности на каждой длине волны.

Чтобы выяснить, какая машина нагревается больше, вам нужно вычислить интеграл по спектрам коэффициента поглощения, умноженный на энергетическую освещенность, а затем выполнить аналогичный спектральный интеграл коэффициента излучения. Затем есть небольшая проблема удельной теплоемкости автомобиля (джоули на дельта Кельвина), но мы можем оставить это константой, независимой от цвета краски автомобиля.

И, наконец, поскольку предполагается, что автомобиль нагревается, необходимо вычислять интеграл излучения до тех пор, пока общая излучаемая мощность (энергия/время) не сравняется с падающей мощностью, после чего температура автомобиля стабилизируется.

Энергия, падающая на автомобиль при солнечном свете, может достигать 1300 Вт/м^2 в некоторых регионах мира. Отражение этой энергии играет большую роль в том, насколько быстро будет нагреваться салон автомобиля. Этот отчет достаточно хорошо освещает ваш вопрос.

Из аннотации:

Конструкция автомобильных кондиционеров основана на максимальной температуре салона (впитывания), достигаемой при стоянке автомобиля в жаркий солнечный летний день. Краски холодного цвета отражают большую часть солнечной энергии в ближнем инфракрасном диапазоне (0,7–2,5 микрона), а также предлагают выбор цвета в видимом диапазоне (0,4–0,7 микрона). Окрашивание корпусов транспортных средств в эти холодные цвета может снизить температуру пропитывания и, таким образом, повысить экономию топлива за счет уменьшения вспомогательной нагрузки на транспортное средство и разрешения использования кондиционеров меньшего размера.

......

Экспериментальное сравнение идентичных во всем остальном компактных седанов черного и серебристого цвета показало, что увеличение коэффициента отражения солнечных лучей rho корпуса автомобиля примерно на 0,5 снижает температуру впитывания на 5–6 °C. Термический анализ показывает, что мощность кондиционера, необходимая для охлаждения воздуха в салоне в Серебряный автомобиль до 25C за 30 минут на 13% меньше, чем требуется для черного автомобиля.

И их резюме

Мы измерили коэффициент солнечного спектрального отражения и коэффициент теплового излучения более 180 образцов автомобильных покрытий, полученных от двух производителей автомобильных покрытий: BASF Automotive Coatings и PPG. Эти образцы включали как производственные цвета, так и цвета прототипа. Солнечная отражательная способность, видимая отражательная способность, ближняя инфракрасная отражательная способность и цветовые координаты (CIELAB *L, *a и *b) были рассчитаны на основе спектральной отражательной способности солнечного излучения. Индекс солнечного отражения (SRI) был рассчитан на основе коэффициента солнечного отражения и теплового излучения. Наши измерения подтвердили, что холодные цвета прототипа в целом демонстрировали коэффициент отражения солнечного света, превышающий коэффициент отражения видимого света. Солнечная отражательная способность колебалась от 0,04 (обычный черный) до 0,70 (обычный белый), а многие холодные цвета имеют солнечную отражательную способность примерно от 0,20 до 0,50. Все образцы с покрытием показали высокий коэффициент теплового излучения (0,82–0,82).

Именно отражательная способность определяет разницу между темными и светлыми цветами, и предлагается использовать это знание для снижения нагрузки на кондиционер автомобилей.

Причина, по которой ваша машина нагревается в солнечный день, не имеет ничего общего с цветом краски. В основном это связано с парниковым эффектом стекла.

Парниковый эффект возникает, когда свет с более высокой энергией (например, видимый свет) проходит через стекло и поглощается. Поглощенная энергия заставляет внутренние части автомобиля нагреваться и излучать в инфракрасном диапазоне, но эта длина волны отражается стеклом, создавая односторонний энергетический клапан. Этот эффект зависит от того, что воздух не может выйти наружу, поэтому тепло не отводится конвекцией. Изображение ниже из этой статьи о гиперфизике иллюстрирует этот эффект.