太阳光反射指数在反射隔热及辐射制冷涂料中的研究与应用

冯汕城，刘旭，姬乙凡，徐凯斌

（上海澳润新材料科技有限公司，上海201800）

摘要：【目的/意义】太阳光反射指数（SRI）可实现阳光下表面稳态温度的直接对比，SRI越高，材料表面在太阳辐射下的温度越低。作为反射隔热与辐射制冷涂料降温性能的重要评价指标，SRI具备测算简便、适配性强、标准化程度高的优势，已在许多国家和地区得到广泛应用，但我国对其研究与应用程度较低，相关技术梳理工作较为欠缺。【分析/评论/进展】解析了SRI的定义、原理及其与涂料反射率、发射率等关键性能参数的内在关联，梳理了主流的测试与老化模拟方法，对比分析了SRI综合评价体系与国内“隔热温差”评价方法的技术优劣，结合国内外多项建筑节能标准、LEED等绿色建筑认证体系及各地区行业规范，系统总结了SRI的国际应用现状。【结论/展望】目前欧美、中东、东南亚等地区已将涂料老化前后的SRI纳入建筑节能强制要求，而我国仅少量标准提及SRI概念，未设置明确量化指标。将SRI纳入国内涂料行业标准，可完善节能涂料性能评价体系，推动国产节能涂料技术、标准与国际接轨，助力建筑节能领域高质量发展。

关键词：太阳光反射指数；太阳光反射率；发射率；反射隔热涂料；辐射制冷涂料

随着城市化进程加快，热岛效应日益凸显，建筑物过热问题成为亟待解决的关键环境课题^[1]。研究显示亚洲及大洋洲百余个城市的热岛强度介于0. 4~11 K，平均强度达4. 1 K^[2]。为了科学评估材料阳光照射下的热行为，太阳光反射指数（SRI）被提出。SRI是基于待测表面的太阳光反射率、发射率等核心参数，纳入空气温度、天空温度、风速及太阳辐照度等环境条件，通过严谨物理计算得出的量化指标。反射率低的表面易吸热升温，发射率低的表面则难以通过辐射散热，二者共同决定材料的表面温度。SRI综合考量材料的多项表面光热特性，测算简便，可有效表征阳光照射下材料表面的热行为，因此在国际上获得广泛认可。目前，LEED（Leadership in Energy & Environmental Design，能源与环境设计先锋）等欧美主流绿色建筑评价体系及相关法规，已将SRI纳入核心考量指标。然而，我国标准尚未提出明确的SRI要求，相关从业人员对其了解不足。为此，本文系统梳理SRI的相关理论与应用要点，旨在推动国内相关产品设计和标准制定与国际接轨，为反射隔热和辐射制冷涂料拓展国际市场提供科学依据。

1　SRI 的概念

SRI 是由美国劳伦斯伯克利国家实验室基于ASTM E1980-98e1 提出的（目前最新版本为ASTM E1980-24），旨在实现阳光下不同表面之间稳态温度的直接对比。SRI的定义为：在标准太阳辐射与标准环境条件下，某一材料表面的相对温度，其标定基准为标准白色表面与标准黑色表面的稳态温度，分别为T_w（318 K，45 ℃）和T_b（356K，83 ℃），可按式（1）计算。标准黑色表面的反射率为0. 05，发射率为0. 9，其SRI被定义为0；标准白色表面的反射率为0. 80，发射率为0. 9，其SRI被定义为100。

其中，Ts是所关注的表面在标准环境条件下，3种不同对流传热系数hc[分别对应于低（风速<2 m/s）、中（2 m/s <风速><6 m/s）和高（6 m/s <风速><10 m/s）风速，即5 W（/ m ²·K）、12 W（/ m ²·K）和30 W（/ m ²·K）时]达到稳态时的温度。在进行产品比较时，通常采用中风速进行计算。Ts可由斯蒂芬-波尔兹曼方程计算，对于暴露在阳光下的表面，当材料内部的导热为零时，可通过式（2）计算稳态表面温度，将相关数值代入后，Ts可由式（3）估算，误差在1 K之内。

式中：I—太阳光辐照强度，1 000 W/m^-2；ρ—太阳光反射率；ε—发射率；σ—斯蒂芬-波尔兹曼常数，5. 670 37×10-8 W（/ ㎡·K4）；T_sky—天空温度，300 K；h_c—热对流系数，12 W（/ ㎡·K）；T_a—空气温度，310 K。

在标准环境条件下，式（1）可简化成式（4），其中x 按式（5）得到。

以反射率ρ为0. 9，发射率ε为0. 9的某涂料为例，h_c取中风速，代入式（5）后可得x 为0. 075，将有关数值代入式（4）和式（3）后可得SRI为113，T_s为313 K。

将公式简化后，SRI与T_s（单位取℃）之间大致存在式（6）关系。

从公式可知，SRI和T_s主要取决于2个关键因素：太阳光反射率（ρ）和发射率（ε）。在同等条件下，反射率和发射率更高的表面具有更高的SRI和更低的T_s。

以ρ 和ε为自变量，根据式（4）和式（3）计算SRI和T_s的变化情况，结果如图1所示。

由图1（a）和（b）可见，SRI随反射率和发射率的增加而增加，但是二者对SRI的影响存在不同。图1（a）表明，当反射率趋近于1时，SRI趋近于一个稳定极值，受发射率和热对流系数的影响较小。相比发射率[图1（b）]，提升反射率对SRI的提高更为显著。由图1（c）可见，随着反射率增加，Ts不断下降，当反射率趋近于1，T_s逐渐趋近于一个低于环境温度T_a的极值。而在图1（d）中，随发射率增加，T_s虽然也不断下降，但下降趋势较反射率而言明显放缓。此外，随着风速提高，热对流系数增加，不同材料的SRI和T_s差距缩小，这是因为更强的对流散热削弱了材料自身性能的影响。风速较高时空气对流传热占主导地位，反射率和发射率的影响减弱。

2　SRI 的影响因素

2. 1　反射率

反射率是一个无量纲的参数，其范围介于0~1（或0~100%）之间，通常用百分比表示。美国冷屋面评级协会CRRC（Cool Roof Rating Council）目前接受根据ASTM C1549-16、ASTM E1918-21 和ASTME903-20测得的反射率。ASTM C1549-16使用便携式太阳能反射计测量面积约5 cm²的反射率；ASTME1918-21使用日射强度计测量面积为10 m²的反射率，适合用于粗糙或不均匀的大面积表面；ASTM E903-20 采用带积分球的分光光度计测量面积约0. 1 cm² 的反射率ρ_sol，通过对波长范围在300~2500 nm内的数据按式（7）进行加权计算得到。

式中：ρλ—在特定波长λ 下反射部分与入射辐射总量的比例；Isol，λ—太阳在地球表面的辐射强度。

反射率对SRI和材料表面温度的影响显而易见，Anand等^[3]研究了干热和湿热2种环境下表面温度的变化情况，反射率高于0. 9的屋顶材料，只要发射率与一般非金属商用材料相当，其表面温度始终低于环境空气温度；此时，提高发射率对降温节能影响不大，开发工作的重点应放在最大限度地提高反射率上。

辐射制冷涂料是一类无需电力驱动或主动冷却系统，即便在夏季白天太阳直射环境下，仍可使基材表面温度低于环境空气温度的新一代节能降温涂料^[4]。目前对反射隔热涂料等传统的材料研究已经非常广泛，而辐射制冷材料则对反射率和SRI提出了更高的要求^[5]。Mandal 等^[6] 认为反射率>0. 88（SRI=112）时在干燥沙漠气候可实现被动日间辐射制冷，而达到0. 96（SRI=123）以上时几乎可以在任何气候条件下实现被动日间辐射制冷。Lin等^[7]通过构建稳态热传递模型评估涂料表面的光学特性对其辐射制冷性能的影响，结果显示提高反射率比同等程度提升大气窗口发射率带来的冷却效果提升更为显著。徐凯斌等^[8]对辐射制冷涂料相关研究工作进行了梳理总结，提出了在反射隔热涂料的基础上进一步提升涂料反射率的几种方式：（1）选用波长范围在300~2 500 nm 内具有高反射率，同时具有高或低折射率（≥1. 7 或≤1. 35）且性价比高的光子晶体颗粒，取代涂料工业中常用的金红石型钛白粉；（2）引入空气空隙，增强对太阳光的散射；（3）优化填料颗粒、空气孔隙大小和浓度等参数；（4）采用复合涂层体系。

2. 2　发射率

发射率是材料表面的核心光学特性之一，物体发射的能量与其自身温度的四次方呈正相关。实践表明，即便材料表面拥有较高的反射率，若发射率偏低，其吸收的能量也难以有效向外释放，进而持续累积并最终造成表面过热。对于非金属材料及表面涂覆不透明涂层的金属材料，行业内一般默认其发射率为不随波长变化的定值（约0. 9）^[9]。与之不同的是，裸露金属表面及含铝颜料涂层的发射率相对较低，且在热红外波段内的发射率会随波长变化而波动。

目前已有多项标准提供了发射率的测量方法，一般应用于实验室中少量材料制成的小型样板。其中，ASTM C1371-15中测的是半球发射率（辐射体单位面积向半球空间发射的辐射通量与同温度下黑体的辐射通量之比），JG/T 235—2014《建筑反射隔热涂料》中半球发射率的测试方法参考了该标准。EN 15976∶2011中测的是近法向发射率（辐射体在法向上的辐射出射度与同温度下黑体的辐射出射度的比值），近法向发射率略高于半球发射率，而半球发射率是更适宜表征建筑表面与天空之间红外热传递情况的参数。在本文中如无特别说明，所说的发射率均指半球发射率。ISO 20589∶2025及ISO 19618∶2017分别提供了使用傅立叶变换红外光谱仪测试玻璃（涂层玻璃）及陶瓷材料表面法向发射率的方法。

ASTM C1371-15 和EN 15976∶2011 中各自提出了一种可供使用的商业化测试仪器。其中基于ASTM C1371-15 的Emissometer Model AE1-RD1（Devices and Services Company，Dallas，USA）是目前使用最广泛的仪器，CRRC和欧洲冷屋面协会ECRC（European Cool Roofs Council）均认可将其用于太阳光反射材料的性能评估（同时ECRC也允许使用基于EN 15976的发射率检测设备），该设备在测量时将探测元件加热至82 ℃，通过已知的辐射热流和表面温度可以确定样品的发射率εs，通过式（8）计算。

式中：k—一个数值固定的比例常数；V—由嵌入在仪器头部的差分热电堆传感器返回的电压信号，与探测元件底面和样品表面之间交换的辐射通量成正比；σ—斯蒂芬-波尔兹曼常数；ε_d—探测元件具有的固定发射率；T_d—探测元件的固定温度；ε_s—样品表面的发射率；T_s—样品表面的温度。

2. 3　材料老化

材料的SRI会随材料老化而发生变化，同时不同环境条件下材料老化速率存在显著差异。长期暴露于紫外线、大气污染物（如SO₂、NO_x）和颗粒物会导致涂料表面变色、变性、风化，从而降低反射率，对初始反射率较高的产品影响尤为明显^[10]。有研究评估了屋顶膜在罗马和米兰经过2 a自然老化后其反射率的变化，初始反射率>0. 80的屋顶膜，其反射率在两地分别平均下降了0. 14和0. 22，而发射率变化很小，最多只有±0. 05；此外，低发射率产品的发射率通常会增加，最高可达0. 07^[11]。

Nutakki等^[12]评估了高SRI涂料在阿联酋历经3 a自然老化后的性能，老化前6个月反射率急剧下降，直至3 a暴露期结束前，其变化曲线类似正弦函数，SRI的变化情况与反射率接近。这主要归因于夏季高粉尘沉积（PM10浓度大）与冬季频繁降雨，凸显了清洗周期（尤其是屋顶涂层）的重要性。所有样品发射率在实验中基本恒定。可见，涂料的SRI受反射率影响更大。

根据标准ANSI/CRRC S100《 Standard Test Methods for Determining Radiative Properties of Materials》，可将样品暴露于其认证的3个不同气候条件的老化试验场以获得样本老化后的反射率、发射率和SRI。然而，由于气候和污染情况的不断变化，老化试验场的环境条件存在一定随机性，可能对测试结果的准确性造成影响。另外，老化试验至少需要3 a，时间较长，在具体实践中的应用受到限制。对此，ASTMD7897-18 提供了替代方法，可在3 d 内模拟产品的3 a自然老化过程。该方法通过将一种经过校准的含有矿物粉末、炭黑、腐殖酸和盐类的水性污染混合物喷洒到10 cm×10 cm试样上，然后将该试样置于商用老化试验机中，通过紫外辐射、热和水的作用模拟自然老化的过程。

如果无法获得表面老化3 a后的数值，有研究者提出可采用经验公式[式（9）]根据反射率初始值ρ_init预测老化后的反射率ρ_aged^[13]。

式中：ρ0—不透明土壤层的反射率；β—表面的抗污性能参数。当β=1时，老化后的表面反射率保持不变；当β=0时，老化后的表面反射率等于土壤的反射率。根据对CRRC和EPA数据库中大量老化样品的分析，建议根据产品特性采用不同β 值，现场施工的涂层β 值取0. 76，而工厂施工的涂层β 值取1^[13]。2016年加利福尼亚州法规规定，现场施工的涂层β 值取0. 65，非现场施工的涂层β 值取0. 70，相对之前的研究，取值更加保守。

3　SRI 的应用

建筑及相关领域从业者在遴选反射隔热与辐射制冷涂料时，常面临反射率与发射率各有优劣而难以直接比较的困境，SRI能够综合二者影响，科学判定哪种涂料可实现更低的表面温度和更优的节能效果。

图2展示了4种不同的屋顶涂层，其反射率、发射率及SRI 均存在明显差异[8]。在夏季大气温度为35 ℃的工况下，黑色沥青的反射率极低、发射率较高，SRI仅为3，表面温度最高，可达80 ℃；金属板材的反射率较高、发射率极低，SRI为90，显著高于黑色沥青屋顶，表面温度约为60 ℃，明显低于前者；白色反射隔热涂料兼具较高的反射率与发射率，SRI可达107，表面温度进一步降至约40 ℃，但仍略高于环境温度；新型辐射制冷涂料则具备最优的反射率与发射率，SRI高达121，其表面温度仅为30 ℃左右，低于环境空气温度。上述4种涂层的反射率与发射率各不相同，但借助SRI即可对其表面温度及制冷节能效果做出准确判断：SRI越高，材料表面温度越低，降温节能效果越显著。

目前，北美、东南亚等地区诸多法规与标准已对材料的反射率、发射率及SRI 提出了明确的要求（见表1）。

表1中以LEED为代表的绿色建筑评价体系，更是采用了仅规定SRI下限，而不限制反射率和发射率的模式。这种方式赋予了生产商更广阔的材料选择与研发空间，可根据实际工况及材料本征特性灵活调控反射率与发射率，只需确保最终产品的SRI满足要求即可。值得注意的是，许多地区性法规还要求材料需满足老化3 a后的性能指标，这一规定为科学评估材料的服役耐久性提供了依据，也为精准核算材料全生命周期的节能效益奠定了基础。然而，国内现行标准对SRI的规范尚不完善，仅在T/CECS 773—2020《建筑反射隔热饰面层隔热性能现场检测规程》中涉及SRI相关内容。该标准主要明确了太阳光反射率与半球发射率的现场检测条件、适用设备及操作方法，同时简要介绍了SRI的概念与计算方法，但未对SRI具体数值要求作出规定。

表2汇总了国内反射隔热与辐射制冷涂料领域的相关标准，并明确了各标准对反射率、半球发射率等核心光学性能参数的具体要求。国内标准着重提出了涂料经人工实验污染后的反射率指标，而北美等地区标准则普遍聚焦于材料自然老化后的反射率、发射率及SRI三项核心参数。

为满足实际应用场景的性能评估需求，国内多项标准引入“与参比板的隔热温差”测试项目。该测试方法最早见于HG/T 4341—2012《金属表面用热反射隔热涂料》的附录A，其核心流程为：将试验样板与空白样板置于旋转托盘上，经红外灯辐照后，测定两者背面的温度差值即为隔热温差。尽管JC/T 1040—2020《建筑外表面用热反射隔热涂料》与GB/T 25261—2018《建筑用反射隔热涂料》均沿用了这一测试思路，但3项标准在检测仪器规格、实验操作流程、指标要求等方面存在差异，结果之间没有可比性。与之相比，SRI具备完整、严谨的理论基础与标准化体系，已在全球节能涂料应用成熟的国家和地区获得广泛认可与应用。

从国内标准的发展历程可以看出，辐射制冷涂料各项指标要求均高于反射隔热涂料，其节能效果优于传统反射隔热涂料，这一优势可通过SRI精准表征。按照文献中辐射制冷涂料的性能要求（反射率与半球发射率均≥0. 90）计算，其SRI可达114；依据建筑用辐射制冷涂料团体标准T/CECS 10378—2024规定的指标（反射率0. 92、半球发射率0. 88）计算，其SRI更高达117。而现行标准中对白色反射隔热涂料反射率与发射率的要求均为0. 85，计算得SRI 为106，较辐射制冷涂料低约10个单位。由此可见，SRI可直观体现不同涂料的降温性能差异，也因此成为表征涂料节能降温性能的核心量化参数，值得作为一项参考指标增设于国内标准中。

4　结　语

太阳光反射指数（SRI）的计算仅依赖反射率与发射率，无需额外检测设备，可有效表征太阳辐照下建筑表面的热行为，在建筑节能领域具有广泛应用价值。相较于单独采用反射率或发射率，SRI能够更全面地评价材料表面抵御太阳热能的能力。在两大关键参数中，反射率对SRI的影响更为显著。同时，材料老化后的表面性能更能体现其长期服役表现，相关标准与规范制定应充分考虑老化因素的影响。

反射率与发射率是相互独立的核心性能指标，SRI作为综合评价反射隔热与辐射制冷涂料降温效果的关键指标，已在北美、东南亚、中东等节能涂料应用成熟地区得到广泛应用。相比之下，我国对SRI的研究与工程应用仍较为有限，技术体系梳理与标准建设相对滞后。

综上，建议在我国相关标准体系中增设SRI技术要求，将其作为综合表征材料降温节能性能的重要评价指标。该建议具有充分的理论依据与工程实践价值，有利于推动国产隔热节能涂料产品与国际标准接轨，对提升行业技术水平、实现高质量发展具有重要的工程意义与经济意义。

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来源：《涂料工业》2026年第8期

中图分类号：TQ637. 6　文献标志码：A　文章编号：0253-4312（2026）08-0036-09 doi：10. 12020/j. issn. 0253-4312. 2026-003