低碳節能材料在建築之應用

 

刊登日期:2019/3/5
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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。建築物外牆隔熱塗料主要為兩種:日光反射型以及低熱傳導型。目前廣泛使用的日光反射型隔熱塗料多為淺色系列,主要以白色為主,具有高太陽光反射率,但使用上有美觀與光害等問題。而低熱傳導建築塗料則是利用塗層低熱傳導特性,阻隔室內外熱量傳遞與交換,能有夏天隔熱、冬天保溫雙重節能效果。目前低熱傳導塗料多以中空球狀為主要低熱傳導來源,塗料熱傳導係數多為0.09 W/m·K以上。本篇介紹以多孔隙氣凝膠(熱傳導係數0.01~0.02 W/m·K)材料配製成塗料,其熱傳導係數可降至0.05 W/m·K以下,可有效降低建築能源使用量。
 
本文將從以下大綱,介紹以深色反射達到降低室內溫度之技術,提供更多建築物顏色設計選擇,以及改善光害問題。
‧前言
‧高日射反射率塗料最新動向
‧低熱傳導塗料最新動向
‧工研院反射型隔熱塗料與低熱傳導塗料研究結果
‧工研院低熱傳導塗料開發
‧結論
 
【內文精選】
前言
熱傳輸(Heat Transfer)方式有熱傳導(Conduction)、熱對流(Convection)與熱輻射(Radiation)。其中對流常指液體或氣體流動所造成的熱傳輸,建築隔熱塗料(Coatings)上較難進行隔熱設計。熱輻射是建築物熱量主要來源,主要原因是日光透過熱輻射方式將熱量傳遞到室內,造成室內溫度上升。固體熱傳輸通常是以傳導為主。表一顯示金屬材料熱傳導係數較高,而氣體相對於固體熱傳導係數偏低,結合氣體與聚苯乙烯高分子材料所組合而成的發泡材料可大幅降低整體材料熱傳導係數至0.03 W/m·K。因此,低熱傳導(Low Conductivity)保溫材料技術皆是結合氣體與固體所形成的多孔隙材料。
 
低熱傳導塗料最新動向
低熱傳導保溫材料主要目的包含保溫節能、降低表面溫度避免人員燙傷、避免水氣凝結等安全性問題。常見隔熱材如岩棉、珍珠板、PU發泡、PS發泡等,皆具有好的絕熱效果,但板材類保溫材料形狀與施工常常受到限制。相對的,塗料類保溫材則具有易施工、應用範圍廣等優點,因此低熱傳導塗料一直受到市場重視。近年來研究著重在於如何降低熱傳導係數。
 
低熱傳導塗料技術主要分為三種:①中空玻璃球;②中空陶瓷顏料;③氣凝膠三大類。Achar等人研究中空玻璃球、氣凝膠在水性保溫隔熱塗料之影響,此篇文章使用中高Tg (19˚C)壓克力樹脂A與低Tg(13˚C)壓克力樹脂B添加不同比例之中空玻璃球以及氣凝膠材料,以75%顏料體積濃度(PVC)配置,所得的結果如表三。Liu等人研究使用潤濕劑與界面活性劑組合,提高氣凝膠分散效果,氣凝膠平均粒徑從數微米下降至80奈米,使用壓克力樹脂添加5%氣凝膠,即可讓塗層熱傳導係數下降至0.08 W/m·K,隔熱效果表現上也可從59.2˚C表面溫度下降至47.2˚C。
 
工研院反射型隔熱塗料與低熱傳導塗料研究結果
一般隔熱塗料實際降溫效果,初期會將塗料塗佈於基材上,透過鹵素燈照射,進行表面溫度測試,其隔熱模擬測試裝置如圖三所示。然而,太陽光反射率高,其表面溫度低;反之,太陽光反射率低,表面溫度高。
 
將模型屋左右兩側屋頂分別塗以一般黑漆與反射型隔熱節能塗料,鹵素燈照射後其可見光與紅外光熱影像照片如圖四所示。經過量測,左側(一般黑漆)屋頂表面溫度為78˚C;右側(反射型隔熱節能塗料)屋頂表面溫度為40˚C。表面溫度差約38˚C。透過紅外線顯影設備測試,可明顯看出溫度差異。
 
圖四、實際表面溫度測試示意圖,(a)可見光影像;(b)紅外光熱影像
圖四、實際表面溫度測試示意圖,(a)可見光影像;(b)紅外光熱影像
 
工研院低熱傳導塗料開發
工研院利用圖五所示之日光反射顏料以及中空低熱傳導研究等配方技術,開發出隔熱保溫塗料技術如表五。工研院使用超高孔隙率之氣凝膠粉體作為Filler,利用改質、分散等技術,使得水性樹脂不進入氣凝膠粉體之孔隙中,進而維持其低熱傳特性,同時維持樹脂之塗佈性與物性,開發出可塗佈型熱傳導係數為0.05 W/m·K之超低熱傳導塗料,有利於大面積塗佈...…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
圖五、隔熱塗料技術
圖五、隔熱塗料技術
 
作者:蘇一哲、傅懷廣、劉邦弘、黃元昌、簡淑雲、徐雅怡/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」387期,更多資料請見下方附檔。

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