智慧型節能窗開發

‰prototype A4面積 智慧型節能玻璃展

2008 2009

執行進度執行進度

‰空間模型 展品製作

目標與進度

圖2-14 智慧型節能窗的結構設計

New Smart Window

T%

UV VIS NIR MIR FIR 0.4 0.76 1.5 4 14μm Reflection

Absorption Variable T.

Reflection

（二）液晶膜製作與技術功能說明

智慧型節能窗為液晶與聚合物單體以適當比例混合而成。在不通電的狀態下，智 慧型節能窗中液晶的光軸取向是隨機的，其薄膜內的單一液晶分子會朝某一方向，但 不同顆粒間的液晶分子指向會有所差異，所以當光線入射時，光折射率會隨著液晶顆 粒內分子偏向的不同而不一樣，在聚合物和液晶顆粒的交界面上形成折射率不連續的 邊界，這些顆粒便會造成光的散射(圖 2-16)，此時智慧型節能窗薄膜會呈現非透明狀 態(圖 2-17)。將智慧型節能窗薄膜與玻璃膠合後，在不通電時穿透光譜的測量下顯示 90%的可見光可以被阻隔。

通電後，在足夠的電場作用下，液晶分子會重新轉向，此時每個分子的光軸都會 沿著電場方向垂直玻璃表面讓光透過(圖 2-17)，智慧型節能窗膜呈現透明狀態(圖 2-19)。去除電場後，由於液晶與聚合物的介面作用力，液晶又恢復到最初的不規則取 向，智慧型節能窗膜也恢復到不透明狀態(圖 2-17)。

圖2-16 智慧型節能窗在不通電狀態(off)下的液晶排列情形

OFF

圖2-17 智慧型節能窗(A4 尺寸)在不通電狀態下呈現不透明

圖2-18 智慧型節能窗在通電狀態(on)下的液晶排列情形

ON

圖2-19 智慧型節能窗(A4 尺寸)在通電狀態下呈現透明

（三）檢測「智慧型節能窗」光/熱性能

太陽光照射於地球上，其中約有 46%為可見光、49%為紅外光(IR)和 5%的紫外光 (UV)，智慧型節能窗的主要功能之一是將日光引至室內，因此，若能兼具隔絕日照紅 外線又讓足量的可見光透射，如此既可節省冷房負荷又能充分利用日光照明來省電，

為了了解所開發的智慧型節能窗其對於太陽光的光學性質(紫外光穿透率、可見光穿透 率、總陽光穿透率)，則根據 ISO 9050(〝Glass in building-Determination of light transmittance, solar direct transmittance, total solar energy transmittance, ultraviolet trandmittance and related glazing factors〞)可量測玻璃的紫外光穿透率、可見光穿透率、

總陽光穿透率。

利用「分光光譜儀」針對智慧型節能窗的薄膜或膠合玻璃進行穿透光譜的量測，

再依據定義，將所量測出來的各分光光譜之分布情形進行計算，則可得到智慧型節能 窗的薄膜或膠合玻璃之紫外光穿透率、可見光穿透率和總陽光穿透率的相關參數。

紫外線透過率、陽光反射率、太陽熱能反射率（陽光吸收率）、太陽熱能吸收再幅射射 出（陽光吸收之後再輻射至室外的部份）、太陽熱能吸收再幅射射入（陽光吸收之後再 輻射至室內的部份）、太陽熱能直接透過率（陽光穿透率）、太陽熱能總透過率（日光 熱輻射取得率，SHGC）、太陽熱能總熱透過率、冬日的 U 值、夏日的 U 值、遮蔽係數

（Shading factor）。

目前已完成 A4 大小之 prototype 智慧型節能玻璃產品的製作(圖 2-20)，通電時呈

智慧型節能玻璃產品的光學性質以UV-VIS-IR 分光光譜儀量測，並與一般玻璃、

400 800 1200 1600 2000 0

Wavelength (nm)

液晶膜液晶膜

液晶膠合玻璃 液晶膠合玻璃

圖2-22 智慧型節能膠合玻璃之光穿透率與電壓大小之關係圖

uv vis IR

400 800 1200 1600 2000 0

smart window-off

smart window-on glass

T %

Wavelength (nm)

圖2-23 智慧型節能膠合玻璃之光穿透率與電壓大小之關係圖

表 2-1 智慧型玻璃與液晶膜的光譜數據

圖2-25 顯示智慧型節能窗具有下列之產品特色， 1.具可調光的特性:可見光穿透 率可在 1-50%之間調控，將提供消費者的另一選擇。2.具有高隔熱的特性: IR 阻隔率 80-99%，性能媲美市售頂級隔熱紙。3.具低驅動電壓、低耗電的特性:驅動電壓≤ 40V，

耗電≤ 1W(A4 大小)。4.具成本低的特性:塗佈量產薄膜產品, 成本低。 料，輸入於建築能耗模擬軟體的核心計算程式（Building Description Language, BDL）

中，則可以計算出熱得、冷負荷、熱排除率、尖峰冷負荷(值與時刻) 、用電量、用電 度數、用電金額…等結果。

本例所模擬研究的是棟一層樓的建築物，內有1 個空間，此建築物的所在位置（台 北）、尺寸（7m（寬）×7m（深）×3.2（高）），方位為南北向(正門朝北)，等價開窗率 為15.7%，而沒有外周區。所採用的氣候資料是 94 年份的台北氣象資料，所輸入的氣 象資料是逐時資料，所以有8760 筆氣象資料，氣象資料有包括氣溫、溫度、日射量、

雲量等變因，所採用的氣象資料為TMY2 的檔案格式，當年台北的平均溫度是 22.8℃，

最高溫度是36.67℃（發生時間 7 月 30 日），最低溫度是7.2℃（發生時間 1 月 24 日）。

此次模擬主要改變的變因是窗玻璃（Base Case 和 Case1～4）。5 個案例的材料性 能參數之資料，內容有：屋頂/牆壁的表面輻射率、表面反射率、HC 值（比熱×密度×

厚度）和U-factor，窗玻璃的 SHGC、VT、U-factor 和等價開窗率，此次模擬所使用的 牆體構造是根據「建築節約能源技術規範」中所提的常用鋼筋混凝土牆(編號:W001)，

所以，牆體的完整構造為(從室外到室內)：1cm 磁磚+1.5cm 水泥砂漿+12cm 鋼筋混凝 土+1cm 水泥砂漿，以 6" Conc 簡略稱之。

在模擬的過程中都有一最基本的參考比較基準，然後再根據Base Case 的條件來做 變因的改變。 Case 1～Case 4 與 Base Case 之間的差別就是只有窗玻璃的不同，Base Case 所選用的窗玻璃是 6mm 清玻璃，Case1 和 Case2 的窗玻璃是採用液晶膜玻璃，而 Case1 是當液晶膜為 off 的情況，Case2 是當液晶膜為 on 的情況；Case3 和 Case4 的窗 玻璃是採用智慧型玻璃，而 Case3 是當液晶膜為 off 的情況，Case4 是當液晶膜為 on 的情況。由於窗玻璃的選用不同，造成太陽輻射熱進入建築物內的熱量會有所不同，

進而影響整棟建築物的用電情形，當選用不同的案例於這棟建築物使用時，用電情形 會有如何的變化。

可以發現，當智慧型玻璃的液晶膜是on 的情形時(Case4)，其可見光透過率還超過 50%，所以視野是屬於清晰的狀況，但可節省的空調用電(與 Base Case 比較)達 12%(從 4823 度電降到 4249 度電)，也比液晶膜玻璃(Case2)節電約 7%。

當智慧型玻璃的液晶膜是off 的情形時(Case3)，其可見光透過率低於 5%，所以視 野是屬於無法看到戶外的狀況，但可節省的空調用電(與 Base Case 比較)達 19%(從 4823 度電降到3899 度電)。

表2-2 建築物資訊

U-factor window W/m²K

glass：single clear 6mm

wall：6" Conc., 70%

roof：R-49 Mass

0.9 0.3 163.52 1.75 0.815 0.881 5.818 15.7

glass：single clear 6mm

wall：6" Conc., 70%

roof：R-49 Mass

1294 510 3414 1409 6627 16148

Case 1 glass：液晶膜玻璃

-off 1294 510 2709 1195 5708 13407

Case 2 glass：液晶膜玻璃

-on 1294 510 3218 1352 6374 15389

Case 3 glass：智慧型玻璃

-off 1294 510 2705 1194 5703 13392

Case 4 glass：智慧型玻璃

-on 1294 510 2972 1277 6053 14432

（五）示範應用規劃

智慧型節能窗的開發結果已於 97/11/13 於台北展示交流會中展示，會中除將整體 開發成果向與會人員報告外，亦當場展示A4 size 智慧型節能窗展品與其隔熱性能的展 現(圖 2-26 和圖 2-27)。圖 2-28 顯示隔熱測量展品與內容:主要內容包括:1.A4 面積智慧 型節能玻璃展示品。2.隔熱測量空間模型:設置實驗組及對照組呈現隔熱效果: 對照組 為一般玻璃，實驗組為智慧型節能玻璃，實驗條件下兩者相差>7℃，明顯展示出隔熱 效果。3.針對所開發的智慧型節能玻璃進行光學與隔熱檢測，並將所檢測的結果於交 流會中展示，展示說明可應用的場合、使用方式、隔熱特性等。會中並與廠商和台大、

南亞技術學院等教授做意見交流。

圖2-26 智慧型節能窗之展示內容 圖 2-27 智慧型節能窗之展示現場狀況

圖2-28 展示交流會隔熱測試空間模型與展示內容