近年來隨著聖嬰現象以及各種大自然反撲,人類已漸漸意識到節能的重要性。然而具體方式為何?我們不斷地在開發各種能源,但是不要忘記,為了生產能源開發設備,我們又製造了更多的碳排放。更重要的當務之急是:「我們如何節能」。本文從光的組成(紫外線、可見光、紅外線)及各式玻璃的介紹,並提供內政部建築研究所104年的節能實驗及玻璃建材參數數據,言簡意賅、淺顯易懂地提供讀者關於隔熱應有的認識,期許能為台灣在節能這條路盡到棉薄之力。
本文將從以下大綱,從太陽照射角度、地理位置、氣候條件的不同,來探討傳導熱和輻射熱的差異性,以及台灣的節能方式。
‧前言
‧輻射熱與傳導熱
1. 太陽的照射角度與地球的四季
2. 台灣的氣候地理位置
3. 台灣主要應著重隔「輻射熱」,非「傳導熱」
(1) 中空玻璃的迷思
(2) Low E玻璃的迷思
‧關於隔紫外線、隔光與隔熱
1. 隔光
2. 隔紫外線
3. 隔熱
‧對於台灣地區的熱傳導之研究報告(非熱輻射的研究報告)
‧Low R玻璃(特別針對熱輻射加強阻擋的玻璃)與透明玻璃總熱穿透量
‧結論
【內文精選】
前言
台灣人常出國留學的地方都是日本、美國、歐洲等先進國家,他們擁有許多先進技術值得我們學習,但他們對天氣的應變方式並不適合台灣。因為這些國家大部分寒冷到會下雪,而台灣天氣炎熱,幾乎不下雪,所以不能將歐/美/日等高緯度地區所謂的「保溫節能」和台灣所需要的「隔熱節能」混為一談,兩者本質是完全不同的。美國/歐洲地區「保溫」的英文是Insulation,而「隔熱」的英文也是Insulation,可以顯而易見的知道,在歐/美/日因為室外常下雪,室內需要保溫,他們的隔熱是要讓室內的熱不散出去,而非室外的熱不進來。歐/美/日的做法並非不好,而是他們地處高緯度,屬於寒冷地帶,對於天氣變化所採取的應變方式較著重於「傳導熱」(Conduction),而對於「輻射熱」(Radiation)則與台灣地區恰恰相反。尤其是秋冬季節,高緯度地區希望的是讓太陽的輻射熱穿透室內,並想盡辦法阻止熱逸出室外,所謂「保溫」的概念正與我們「隔熱」的概念有著很大的差異。所以,歐/美/日等高緯地區常用的Low E玻璃—「減少玻璃上的熱源向室外輻射出去,讓多一點『再輻射熱』進入室內,以達保溫節能效果」,並不適合台灣。
輻射熱與傳導熱
1. 太陽的照射角度與地球的四季
首先,讓我們來認識地球和太陽的關係。地球的轉軸傾角大約是23.5˚,因地球繞著太陽運行,因此原先朝向太陽的半球,經過六個月後會逐漸改變成背離太陽的半球,反之亦然。太陽輻射熱經過大氣層「較厚」還是「較薄」是造成春夏秋冬四季變化的主要原因,無論是哪一個半球朝向太陽,此半球的日照角度就高,每天的日照時間就長。並且,陽光在正午時間照射地面的角度越接近垂直,該地區在單位面積內得到的日曬能量也越高。
同樣是「節能」,以北半球為例,冬季時,太陽與北半球距離較遠,高緯地區接受到的太陽能量較少,故高緯地區能接收到的輻射熱並不多。因此,如何防止室內溫度(傳導熱)流失,是溫寒帶國家很重視的問題。反之,夏季時,太陽直照北回歸線,如何將來自太陽的輻射熱能量隔離在室外、有效降低室內溫度,則是身處在亞熱帶的台灣,非常迫切的節能課題(參見圖一太陽的照射角度與地球的四季)。
圖一、太陽的照射角度與地球的四季
3. 台灣主要應著重隔「輻射熱」,非「傳導熱」
台灣整年度的室內外平均溫差才7.8度,有時候晚上睡覺窗戶沒關好,也還能一覺睡到天亮。但在寒冷會下雪的地方,若是冬天的寒風從窗戶隙縫滲透進來,那冷風刺骨的感覺的確令人不好受,晚上絕對冷得發抖,無法入眠。因此氣密窗對於歐美日寒冷地區是非常重要的。但幾乎不下雪、溫暖的台灣是否有必要使用氣密窗呢?氣密窗的雙層中空玻璃是否能隔絕熱輻射呢?下面有清楚的比較。
(1) 中空玻璃的迷思
中空玻璃看起來很厚實,前後有兩片玻璃將中間厚厚的空氣層包夾起來,看起來很像保溫杯的結構。不少人認為這種結構一定比較隔熱,其實並非如此!中空玻璃在台灣地區的隔熱情況如何?表一的數據為各式玻璃隔熱的效果。中空玻璃充填普通空氣和一般認為有隔熱效果的氬氣,熱輻射穿透測試的結果都一樣。令人不解的發現在於6 mm和12 mm的中空玻璃,同樣充填普通空氣,12 mm的總熱輻射穿透率(Shading Coefficient; SC)值竟比6 mm的還高。如果將單層玻璃和中空玻璃做比較,會發現熱傳導力有很大的改變,但是對熱輻射的改變並不大…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
表一、各式玻璃隔熱效果
作者:吳柏村/台灣節能膜公司
★本文節錄自「工業材料雜誌」390期,更多資料請見下方附檔。