Development of measurement procedures for the evaluation of energy performances and ageing resistance of innovative cool coloured materials

The objective of the present work is to define test procedures for the evaluation of energy and durability performances of innovative cool coloured products developed within COOL-Coverings project, co-funded by EU commission under FP7. These materials are spectrally selective (absorbing in the visible and reflecting in the NIR) thus combining aesthetics (colour) and cooling capabilities. Three products have been addressed: ceramic tiles and paints for façades and bituminous roof membranes. Radiative properties have been initially analysed with a spectrophotometer. To understand the impact of such technologies on buildings, a testing protocol has been defined in which cool and standard materials are applied to calibrated mock-ups and different thermal parameters are continuously monitored. Cooling energy savings have been finally estimated for different climates and applications using numerical building models validated by the experimental data collected in the demo campaign. Besides energy performances, an important issue for cool materials is represented by natural ageing that can determine a progressive reduction of radiative properties over the time. Current standards define a period of 3 years for the evaluation of ageing resistance. Such a duration is not compatible with industrial needs, while existing accelerated standards are not adequate, neglecting the soiling effect that has instead a large impact on cool performances. Part of the research was therefore dedicated to investigate ageing mechanisms identifying the main factors and quantifying the loss of reflectance on standard and cool materials. Finally, an accelerated ageing method recently proposed by the LBNL to simulate 3 year ageing in few days of lab test has been analysed. The applicability of this procedure, designed for roof and US climate, has been verified also for new products and Mediterranean climate demonstrating a correlation degree with natural testing higher than current predictive models.

Il presente lavoro descrive lo sviluppo di procedure di misura per la valutazione delle proprietà energetiche e di durabilità di rivestimenti cool colorati sviluppati nell’ambito del progetto EU COOL-Coverings finanziato all’interno del FP7. I materiali cool sono caratterizzati da un comportamento selettivo con elevata assorbanza nel visibile (colorati) ed elevata riflettanza nel NIR (cool). L’attività è stata focalizzata su tre tipologie di materiali per le coperture edili: piastrelle ceramiche e pitture per facciate e membrane bituminose per tetti. In una prima fase sono state analizzate, mediante spettrofotometro, le proprietà radiative dei nuovi prodotti. Quindi, per quantificarne l’impatto su edifici reali, è stato definito un protocollo di prova nel quale rivestimenti standard e cool vengono applicati su dimostratori in scala calibrati e diversi parametri termici continuamente monitorati nel lungo termine. Infine, grazie ad un modello numerico validato sulla base dei dati sperimentali, è stato stimato il risparmio energetico per diverse tipologie di edificio e condizioni climatiche. Uno dei principali limiti dei materiali cool è rappresentato dall’invecchiamento naturale che causa una riduzione progressiva delle proprietà radiative nel tempo. Per la determinazione della durabilità, gli attuali standard prevedono un periodo di tre anni che tuttavia non è compatibile con il mondo dell’industria. Inoltre le attuali procedure accelerate non sono applicabili in quanto non prendono in considerazione il fenomeno del soiling che ha un impatto rilevante nella riduzione di riflettanza. È stato quindi condotto uno studio sui meccanismi di invecchiamento naturale al fine di identificarne le principali cause e di quantificarne l’effetto in termini di riflettanza. Infine, è stato analizzato un metodo accelerato, recentemente proposto dal LBNL, la cui validità per i nuovi prodotti è stata verificata confrontandone i risultati con quelli ottenuti in per esposizione naturale.