隔熱防火建材的發展與應用

 

刊登日期:2019/6/5
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節能減碳是全球共同目標。建築的能源消耗多,具有低熱傳導係數的隔熱建材可以大幅降低建築的冷熱空調能源消耗。隨著人類生活水準的提高以及對生命財產的重視,火災的預防變得愈來愈重要,建材同時具備隔熱及阻燃/防火特性也因之益發受到重視。
 
本文將從以下大綱,介紹市場上常見的隔熱防火建材與相關防火測試法規;也對高分子發泡隔熱材料使用的阻燃劑對環境影響進行說明;最後將介紹新型隔熱防火建築材料。
‧前言
‧防火隔熱建材市場的材料種類、應用與終端使用
‧建築防火法規在建築中的重要性
 1. 火焰傳播速率
 2. 防火時效
‧用於有機發泡隔熱防火建材的阻燃劑之環境安全性
‧隔熱防火建材的新發展
 1. 氣凝膠
 2. 玻璃纖維預組裝的空氣導管
 3. 工研院REDDEX™隔熱防火材料
‧結語
 
【內文精選】
前言
節能減碳是全球共同目標。為了達到節約能源的目的,必須降低建築物對於熱的傳透能力(U值)。U值是一種與隔熱層熱傳導係數及厚度相關的參數,表示建築物外殼構造於室內外溫差在1 K時,單位建築物外殼面積在單位時間內之傳透熱量。降低平均熱傳透率U的較佳解決方案為使用低熱傳導係數的建材(圖三)。若能以0.05 W/m·K隔熱建材(如聚氨酯泡PU Foam)取代熱傳導係數為0.8 W/m·K的輕質混凝土,可使建築屋頂厚度變為原先的1/50(表一,以屋頂熱傳透率U = 0.94為例),增加居住空間。
 
圖三、降低平均熱傳透率U的較佳解決方案為使用低熱傳導係數的建材
圖三、降低平均熱傳透率U的較佳解決方案為使用低熱傳導係數的建材
 
依據Industry Trends Report 2024報告顯示,2016年全球建築支出超過7.5萬億美元,到2024年將超過15萬億美元。2016年,中國、美國和印度共占全球建築總支出的55%以上。從市場面觀察,建築行業的增長以及消費者對節能意識的提高將推動建築保溫隔熱市場的增長。另外在法規面,包括如德國的節能法規EnEV (Energieeinsparverordnung)、歐盟新化學管制架構REACH和歐盟委員會在內的嚴格法規亦將支持隔熱行業市場增長。減少碳足跡、高節能和產品易使用性是影響建築保溫需求的關鍵因素。不過,影響泡沫塑膠使用的原油價格波動可能會影響行業需求;而越來越多的健康隱憂包括長期接觸非環保型阻燃劑問題,也可能會限制建築保溫隔熱市場。建築保溫隔熱在亞太地區的市場複合年均增長率預計將超過4%,主要集中在中國、日本和印度,建築業興盛是顯著增長的主要原因;以沙烏地阿拉伯和阿聯酋市場為首的多邊環境協定國家(The Middle East and Africa; MEA)預計到2024年建築保溫隔熱市場將超過3.2億美元。
 
防火隔熱建材市場的材料種類、應用與終端使用
圖四顯示隔熱建材的材料、市場應用與終端使用。依據IndustryDataAnalytics報告顯示,全球隔熱建材市場中有機類的發泡塑膠(EPS、XPS、PU/PIR及酚醛)占7成5市場,其次為無機類的玻璃纖維以及岩棉(圖五)。表二顯示各種隔熱建築材料的特性比較,詳細可參看〈台灣建築物強化外殼部位熱性能節約能源設計技術規範〉。輕質混凝土與矽酸鈣板的熱傳導係數很高,無法達到高隔熱的需求。市場上常用有機發泡板(如膨脹EPS、擠出XPS與PU發泡板)來達成建築隔熱、保溫節能或隔音之目的,缺點是非常易燃。而無機類的岩棉與玻璃纖維棉優點是不燃,缺點是熱傳導係數較有機發泡類高與易吸濕。
 
用於有機發泡隔熱防火建材的阻燃劑之環境安全性
有機發泡隔熱材廣泛用於建築的屋頂、牆壁、天花板及其空隙與混凝土板下。發泡隔熱材的優點為隔熱性好,缺點是不耐燃。解決方法就是在泡體的組成中添加阻燃劑。表五列出各種阻燃劑的阻燃機制。阻燃劑大致分成①鹵素;②氫氧化物與③磷系、氮系、石墨系、矽系等三類。三者之中,以鹵素的阻燃效果最好,唯其對於人體健康與環境保護有不良影響。美國綠色科學政策研究所(Green Science Policy Institute)在題為「健康隔熱」(Healthier Insulation)及其研究團隊發表題為「建築隔熱材料中的阻燃劑:重新評估建築規範」的文章中有針對建築隔熱材料的阻燃劑對環境與人體的危害進行探討。表六列出這些可能危害人體與環境的阻燃劑及其影響。分述如下…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
表五、各種阻燃劑的阻燃機制
表五、各種阻燃劑的阻燃機制
 
作者:徐錦上、劉邦弘、邱志龍/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」390期,更多資料請見下方附檔。

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