工業材料雜誌11月號推出「熱管理」與「隔熱節能材料」技術專題

 

刊登日期:2015/11/9
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熱管理技術專題 
隨著4G飆速上網及物聯網時代的來臨,行動智慧裝置對影音及資料傳輸需求速度越來越快,並朝向多功能化、高能耗密度及輕薄化的趨勢發展,行動智慧裝置的散熱問題也日益嚴苛。因應物聯網及雲端服務日益普及的趨勢,伺服器、資料中心及行動智慧裝置的散熱需求,成為帶動及支撐整體熱管理產業持續發展的主要動能。

在節能化、輕薄化及高速化的需求下,散熱技術的精進及創新突破將充滿挑戰,同時也帶來龐大的市場商機。根據國際市調機構分析,2015年智慧手機全球出貨量將達12億支,平板電腦全球出貨量亦有2億台左右,因此,行動裝置的散熱市場是繼PC之後另一個相當可觀的商機。有鑒於此,本期(11月號)工業材料雜誌「熱管理」技術專題,即針對伺服器、資料中心及行動智慧裝置等的散熱設計及技術發展趨勢做一系列介紹,包括「行動裝置之散熱對策」、「資料中心氣流熱管理」、「伺服器巿場展望及散熱設計」以及「熱管熱交換器之運作原理與應用」等精彩內容,期透過本專題,讓國內相關各界能掌握這一波由物聯網及雲端服務所開啟的散熱新契機。

在「行動裝置之散熱對策」一文中,探討行動智慧裝置除了散熱問題外,由於其使用時需貼近皮膚,根據國際安全標準UL/IEC 62368-1的規定,手持裝置的表面溫度僅可達到攝氏48˚C,這也使得行動智慧裝置的散熱設計造成額外挑戰。因應輕薄型行動智慧裝置的散熱需求,本文將針對超高導熱人造石墨片、薄型熱管及均熱板等薄型散熱元件之發展趨勢做一完整介紹。

由於網路使用逐年增加,對網際網路資料中心的需求也跟著上升,對於機房中伺服機數量不斷增加的情況下,散熱和節能的熱管理問題成為主要議題。因此在「資料中心氣流熱管理」一文中,透過本研究的實驗方式,架設天花板供風之機房,觀察熱流場,以擋板、調整機櫃發熱量和機櫃的擺置,進行改善機櫃過熱點和熱空氣回流等問題。

當PC在2007年到達顛峰之後,行動裝置快速崛起,隨著Apple的iOS與Google的Android平台,開啟了行動上網平台的新紀元,愈來愈多的商業行為、社群網站、影音遊戲、資料傳輸等都在網路上完成,造成PC逐漸被行動裝置取代。但由於網路的App服務平台越來越多,更多的資料中心才能滿足消費者的連網需求,使伺服器成為行動裝置之外,另一個快速成長的新藍海巿場,因此在「伺服器巿場展望及散熱設計」一文中,將會探討伺服器為了因應龐大資料流量所發展的散熱技術及其種類。

熱交換器,顧名思義就是可將熱能從廢氣中取出,並將熱能轉換至其他需要的應用場合。由於環境法規的要求,現代工業製程中處處可以看到該項裝置的存在,其中包含熱管熱交換器。「熱管熱交換器之運作原理與應用」一文將介紹熱管熱交換器的基本操作原理,讓熱管熱交換器更廣為人知;同時本文將介紹熱管熱交換器的傳統應用與近期發展現況,以利熱管熱交換器的推廣。

隔熱節能材料 
具隔熱與保溫功能之節能材料,為產業發展節能減碳綠色材料暨永續環境之重要一環,同時可以協助產業達到節能減碳之目的。工研院材化所結合法人、產業界以及學界,如成大、崑山大學等推動隔熱節能相關產業聯盟,導引國內外技術交流與合作,並建立相關材料開發、驗證或認證測試中心及平台技術與能量,運用化學及材料相關技術,開發隔熱與保溫節能材料,透過實體建築物及大型建物之節能降溫效果,驗證隔熱及保溫材料實地應用之可行性及節能效益,協助隔熱節能材料產業之推廣。

本期隔熱節能材料技術專題,主要內容包括市場資訊、高性能材料開發、實體建築物及大型建物節能效益等。在「節能隔熱窗膜」一文中將論述吸熱、熱反射及低輻射膜節能窗膜,並探討隔熱膜及隔熱窗之發展軌跡,而「反射型隔熱塗料技術」一文將介紹有別於深色吸收型隔熱塗料系列之新型淺色及深色之反射型隔熱塗料技術;「隔熱塗料於實體建築物之節能降溫效果探討」一文將以實驗方式探討隔熱塗料於各實體建築物之降溫效果比較與分析;另外,「PU高發泡隔熱及生質保溫材之應用與發展趨勢」則將介紹PU高發泡隔熱及使用生質綠色環保保溫材之應用與發展趨勢,內容包括冷凍庫板、隔熱浪板及保溫箱等材料及應用特性。期藉此協助讀者及產業界進一步了解高性能隔熱節能材料之應用模式及效益,以快速進入隔熱市場。

DOE的研究「Technology Roadmap Energy Efficient Building Envelopes」揭示節能窗膜主要應用於既有建築上,目前全球市場發展處於初始市場,前景可期。「節能隔熱窗膜市場發展」一文將探討影響窗膜市場的要素,並且以日本的3M住友為討論之對象,分析其如何透過提供全產品線,以滿足客戶對節能、穩私等等不同的要求,取得市場發展之先機。

溫室效應造成世界各地之氣候產生極大改變,節能減碳已成為目前重要的應對策略。目前廣泛使用建築隔熱塗料大多為淺色系列,主要以白色為主,具有高太陽光反射率。而反射型隔熱塗料可有效隔絕室外熱量與降低室內溫度,降低空調電力使用量,「反射型隔熱塗料技術」一文即介紹反射型之隔熱材料與塗膜技術,可應用於建築、外牆等,有效降低能源使用量。

建築物熱量主要來自於日光,經由屋頂、外牆與窗戶進入室內造成溫度上升,空調電力使用因此提升。為達到節電效果,「隔熱塗料於實體建築物之節能降溫效果探討」一文以高日光反射、高輻射率之隔熱塗料進行五棟實屋屋頂處理,並在隔熱塗層上塗裝防污塗料,以維持長時間隔熱效果。經由量測結果驗證,室外屋頂溫度可降低9~26˚C,室內溫度可下降2~7˚C,其中一棟建築節電效果可達到15%以上,確實達到節能減碳之效果。

而「PU高發泡隔熱及生質保溫材之應用與發展趨勢」一文將介紹聚氨基甲酸酯發泡主要發展趨勢,包括水發泡、以永續資源生質材料取代石化原料以及提高保溫箱容積率等,由於聚氨基甲酸酯水發泡技術已有相關文獻介紹,著重於生質PU發泡技術部分,並在文章最後針對工研院於生質PU發泡及高容積率保溫箱開發成果進行介紹。

主題專欄 
目前鈦金屬生產結構已出現重大轉變,一般純鈦市場已幾乎被中國大陸所佔據(如商業用鈦材等),在工業應用方面,如葉輪、醫療植入物、航太等對於材料品質要求極高,中國大陸也漸漸著手開發。因此在「鈦材之市場現況分析與最新應用趨勢」一文中,除分析需求量的趨勢變化,亦建議台灣業者應從供應鏈角度切入,思考如何與中國大陸形成互補,並透過應用大陸原料、台灣加工的垂直整合模式,尋求適合發展的方向,以確立台灣未來之鈦金屬產業地位。

由於綠建材的品質政策與推廣效益已經廣泛發酵於綠建築/新建築與各種老屋翻新與都更宅市場,因此,投入面板玻璃資源化再利用的產品與技術開發,建議以取得綠建材標章為主要目標,「綠色建材技術與應用─LCD面板玻璃資源化發泡技術」一文中以面板玻璃與陶瓷資源等再生材料技術開發綠色建材產品(綠建材),並介紹其技術的突破。

隨著全球使用者注重環境安全和個人健康意識逐漸抬頭的潮流趨勢,傳統的氣體感測元件出現了一個革命性的新興應用領域,那就是屬於消費性產品領域中的智慧手機或穿戴式裝置產品。「氣體感測元件之新興應用」一文即點出低成本、低消耗功率與微型化是氣體感測元件整入前述產品的三個核心技術瓶頸,微機電氣體感測器元件可有效克服前述三個技術挑戰點,而目前全球在微機電氣體感測器元件的開發正如火如荼地進行中,由於國內已具備成熟與完善的微機電基礎建設與代工產業,如能及時投入相關開發的話,相信對台灣來說應有其競爭優勢。

植物纖維是地球含量最豐富的生質材料,由於植物纖維複合材料具有補強、輕量化、低能耗等特色,使其在民生、建築、汽車、電子等產業具有快速發展趨勢。目前的工業應用主要聚焦在建築與汽車等產業,其主要的驅動力來自於政府的政策支持、環境法規以及消費者的接受度。隨著微奈米化纖維技術的發展,可開拓其在高附加價值之應用包裝、電子軟性基板與生醫材料等綠色產品。「植物纖維複材在工業應用與發展趨勢」將介紹植物纖維在各產業之可利用性以及應用發展之優勢。

金屬空氣電池憑藉其高能量密度、環境友善與低成本等特性,被視為未來極具發展潛力之儲能技術。「金屬空氣電池之技術與應用現況」一文介紹儲能技術需求與金屬空氣電池基本特性,並深入介紹其空氣電極運作機制、國際趨勢及彙整目前技術研發現況,文末並說明工研院於鋅空氣電池之研發成果。

消費性電子產品日新月異,每每不斷推陳出新,常在輕量化、微小化上多有嶄新的產品呈現。利用內埋式封裝架構,不僅能達到高密度縮裝的效果,同時亦能縮短內部線路之傳輸路徑,達到提昇工作效率之效果。「內埋式功率模組封裝技術」一文探討了內埋式功率模組的架構、特性以及長期信賴性,並介紹了工研院目前的研發突破與進展,極具參考價值。

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