反射型隔熱塗料技術

刊登日期:2015/11/5
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近年來,全球人口快速成長,全球暖化與氣候變遷問題日趨嚴重,溫室氣體會造成全球氣溫上升。節能減碳為各國積極推動之策略,科學家也積極投入開發隔熱節能技術。由於台灣地理位置處於亞熱帶,夏季日照強烈;建築物各部位受到太陽光照射而升溫蓄熱。建築物吸收熱能逐漸傳入室內,導致溫度上升,進而增加其空調需求,造成夏天電力使用量屢創新高。

建築物外殼結構主要為窗戶、屋頂與外牆所構成。外殼進入的熱消耗佔整個建築空調用電的 74%,比例非常高。建築物外殼結構主要為窗戶、屋頂、外牆所構成。對於一般住宅而言,約有 40%的太陽熱能由屋頂與外牆進入室內,這兩個使用的建材都可以利用隔熱塗料將熱量阻隔,避免熱能進入室內而達到降溫之目的。
 
隔熱原理與技術
太陽輻射能量分佈為三個部分,分別為紫外光區、可見光區和紅外光區。太陽的溫度高主要放射波長位於可見光區,人體、建築物的溫度在室溫附近主要放射能量位於遠紅外線4~50 μm範圍區間,屬於非太陽產生的熱。太陽的熱能分佈如圖一所示:380~780nm 的可見光波段,780~2,500nm 的紅外線波段( 以近紅外線為主),100~380nm 紫外線波段,其中紅外線約佔整個太陽光分佈之 53%,可見光約佔 43%,紫外線約佔 4%。這些光線再經過建築物屋頂、外牆時,會產生光反射或光吸收。一旦產生光線吸收,就會使物質產生電子激發,並產生能階變化,在能階變化之過程中形成熱能釋放;或將太陽光中的紅外線直接吸收,讓物質產生化學鍵結的震動,造成熱能釋放。


圖二、冷屋頂示意圖
 
隔熱塗料主要應用於建材表面之塗層,其不透明部分對外殼建材之節能特性,為了避免太陽熱能進入室內,必須提高塗料太陽光反射率( TSR ),避免吸收光線。如有太陽光吸收產生,必須要降低塗料之熱傳導能力,避免光線會讓物質產生吸收,並轉換成熱能造成室溫上升。從另一個角度來看,建築物熱量來源包含上方、橫向與下方,其中熱輻射與熱對流為主要來源。所以良好的隔熱塗層設計需高太陽光反射率與高輻射放射率,並結合低熱傳導係數建材,降低建築物本體溫度,使冷氣的負載降低,同時減少熱氣的排放,達到節能減碳。
 
 
圖四、紅外線熱像儀溫度顯示無隔熱樣品(左)與隔熱樣品(右)
 
工研院反射型隔熱塗料研究結果
一般隔熱塗料實際降溫效果, 初期會將塗料塗佈於基材上,進行表面溫度測試。透過表面溫度結果,得知其隔熱效果,隔熱測試示意圖如圖六所示,表三為反射型隔熱塗料測試結果整理。市售白漆塗料,太陽光反射率大於 80%,會有光害與美觀等問題。市售黑漆塗料主要成分為碳黑,太陽光反射率小於 15%,不具隔熱效能。美國 Shepherd 發表之黑色顏料產品 10C909A,太陽光反射率約為 25%,太陽光反射率高於傳統碳黑。

工研院材化所研究團隊研發反射型隔熱塗料,透過材料結構設計與分散穩定性調控,太陽光反射率達 40%,優於目前市售產品。由表面溫度測試結果,與市售黑漆比較,表面溫差達 15度,與美國 Shepherd 10C909A 比較,表面溫差約為 6度。此技術未來可廣泛應用於建築、屋頂與汽車等 ……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
作者:傅懷廣/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」347期,更多資料請見下方附檔。

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