第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬
第二節 熱環境實驗室建材隔熱性能量測儀器之設備特性、
精度校正分析
2第 2-2-1 節 攜帶式熱傳導係數與比容量測儀設備特性與功能分析
一、功能說明：
攜帶式熱傳導係數與比容量測儀可測試：
熱傳導係數值 [W/mK]（儀器之結果輸出代號為λ）
體積熱容量值 [J/m3K] （儀器之結果輸出代號為α）
熱擴散值 [m2/s] （儀器之結果輸出代號為 Cp）
溫度[℃]
二、基本特性：
ISOMET 為一攜帶型可直接測試材料熱物理性質之量測儀器（如圖 2-3 所示），使用範圍甚廣，探測計依材料特質分成探針式及表面接觸式兩種（如 圖 2-4、2-5 所示），針式探測計大部份用於透水性、纖維狀或軟質材料；
表面接觸式則用於硬質材料測試。
熱傳導係數測試時間約 8~16 分鐘，主機視窗為四行字母及數字顯示，
探測計可使用相關標準材質試片校正，測試資料可儲存於記憶體中，亦可 經 RS232 傳輸至個人電腦，主電源不夠用或於現場測試時，可使用充電式 電池電源。
2王佑萱，“建築物屋頂單一建材之隔熱性能研究與檢測方法分析”， 內政部建築研究所自行 研究報告，民國 93 年。
圖 2-3 攜帶式熱傳導係數與比容量測儀外觀
（資料來源：本研究整理）
圖 2-4 探針式探測計
（資料來源：本研究整理）
圖 2-5 表面接觸探測計
（資料來源：本研究整理）
三、測試範圍
攜帶式熱傳導係數與比容量測儀共含四種量測範圍之探針式與三種表面 接觸探測計，其量測範圍如表 2-1 所示。
表 2-1 攜帶式熱傳導係數與比容量測儀探測計之量測範圍
Thermal Conductivity Volume Heat Capacity Temperature Needle ProbeAPI 210402 0.035-0.20W/m.K 4.0×104-1.5×106Jm-3K-1 -20℃~+70℃
Needle Probe
API 210403 0.20-1.0W/m.K 1.5×106-4.0×106Jm-3K-1 -20℃~+70℃
Needle Probe
API 2104022 0.015-0.20W/m.K 4.0×104-1.5×106Jm-3K-1 -20℃~+70℃
Needle Probe
API 210404 1.0-2.0W/m.K 1.5×106-4.0×106Jm-3K-1 -20℃~+70℃
Surface Probe
API 210411 0.030-0.30W/m.K 4.0×104-1.5×106Jm-3K-1 -15℃~+50℃
Surface Probe
API 210412 0.30-2.0W/m.K 1.5×106-4.0×106Jm-3K-1 -15℃~+50℃
Surface Probe
API 210413 2.0-6.0W/m.K 1.5×106-4.0×106Jm-3K-1 -15℃~+50℃
四 、 精 度
Measurement Range Accuracy 0.015-0.050W/m.K 5 % of reading + 0.003Wm-1K-1
0.050-0.70W/m.K 5 % of reading + 0.001Wm-1K-1 Thermal Conductivity
0.70-6.0W/m.K 10 % of reading
Volume Heat Capacity 4.0×104-4.0×106Jm-3K-1 15 % of reading + 1×103Jm-3K-1 Temperature -20℃~+70℃ 1℃
五 、 再 現 性
Thermal Conductivity 3 % of reading + 0.001Wm-1K-1 Volume Heat Capacity 3 % of reading + 1×103Jm-3K-1
（ 資 料 來 源 ： ISOMET 2104 USER’S GUIDE,2004）
六、規格
操作環境溫度：0～40℃
內部記憶體容量：1000 measurement records
電源供應：12V DC 或 internal NiCd rechargeable batteries 電池使用量：約 3 小時（視量測材料之特性而定）
傳輸介面：serial link RS 232 體積：310×300×110 mm 重量：4.5 kg
a.-Needle probes 針式探測計 b.-Surface probes 表面探測計
a-針式探測計只要直接或經由原先所鑽之小孔（孔徑不可太大）插入試 片即使是低傳導如保麗龍，也不會降低其測試精度，惟硬質材料孔隙大小影 響較大，針式探測計感應部份為針端 15 mm 算起共 50 mm，圍繞探測針之厚
度從為 10 mm～15 mm 為最佳。探針完全插入試片時，能增加測試精度，惟 大部份探測針深度至 80 mm；針式探測計對軟質材料直接插入即可，無須任 何熱性媒介物，但硬質材料孔徑稍大時，應以矽油將孔隙填滿。
b-表面探測計適用於固體堅硬且表面光滑之試片，試片直徑至少 60 mm，試片表面越平整更能增加其測試精度，依據傳導性，擴散性，試片厚度 範圍 10 mm～15 mm 最佳。基本上表面探測計對極低傳導性泡沫狀材料測試 亦極有效，物質表層屬性及內部構造差異，對測試影響很大。（表面探測計出 廠已校正無再校正改善）
第 2-2-2 節 建材隔熱性能量測儀之設備特性與功能分析
建材隔熱性能量測儀之操作區分為儀器操作與電腦操作兩個流程。在儀 器操作流程主要是著重在將試件放置在量測平台上以及儀器運轉設定上；而 在電腦操作流程上則是著重在量測參數設定以及量測數據存取上。儀器操作 與電腦操作流程之詳細步驟分述如下：一、Unitherm 2022 儀器操作步驟 1. 操作前恆溫槽確認:
(1) 注意量測溫度範圍為 RT-100℃時:恆溫槽(chiller)設定恆溫溫度為 0
℃，且是用銅間隔環(如圖 2-6 所示)。
圖 2-6 銅製間隔環
(2) 注意量測溫度範圍為 100-300℃時: 恆溫槽(chiller)設定恆溫溫度為 20℃，且是用 Vespel 硬樹脂間隔環(如圖 2-7 所示)。
圖 2-7 硬樹脂間隔環
註: 1. 間隔環(Spacer)的功能為減少熱向下傳至底部。
2. 恆溫槽(chiller)進水與出水口之位置圖(如圖 2-8 所示):
圖 2-8 恆溫槽進水與出水口之位置
進水口 出水口
(3) 確認恆溫槽(chiller)設定恆溫溫度，直到溫度正確，才可開始測試(如 圖 2-9 所示)。
圖 2-9 溫控開關
2. 試片安裝:
(4) 將樣本之兩面塗佈熱傳導膏(Thermal Compound)，並以手指輕拍(如圖 2-10 所示)，確認每一點都被塗佈到(如圖 2-11 所示)。
圖 2-10 以手指輕拍試件 圖 2-11 確認均勻塗覆
(5) 以酒精擦拭試件表面與間隔環表面，放入試件(如圖 2-12 所示)。
圖 2-12 間隔環表面
(6) 按儀器上的旋鈕固定在”Move”和”Down”的位置，而將試件壓住(如 圖 2-13 所示)。
圖 2-13 旋鈕固定在”Move”和”Down”的位置
(7) 按儀器上的旋鈕固定在 Free 的位置和用手調整試件 (如圖 2-14 至 圖 2-15 所示)。
圖 2-14 旋鈕固定在 Free 的位置 圖 2-15 用手調整樣本
(8) 按儀器上的旋鈕固定在”Move”和”Down”的位置，而將試片完全固定(如圖 2-16 所示)。
(9) 降下防護蓋 (如圖 2-17 所示)。
圖 2-16 操控旋鈕將試片 圖 2-17 試件放置在防護蓋內 完全固定
(10)裝上防止碰觸的透明壓克力蓋，可以用酒精將壓克力外蓋清潔明亮 (如圖 2-18 所示)。
圖 2-18 試件安裝完成圖
第 2-2-3 節 固定式熱傳導係數與比熱量測儀設備特性與功能分析
Thermal conductivity: 0.1W/m.K …4.0W/m.K Volume heat capacity: 1.5×10 J/6
m .K …4.0×
3 10 J/6m .K
3 Temperature inside the measurementchamber: From room temperature up to 200℃
Maximum force developed by
Expansion of specimen: 215KN Maximum pressure of steam 3.0MPa
（資料來源：Thermal Properties Analyzer APT-P01 USER’S GUIDE,2004）
三、特色與功能
(6)測試室絕緣罩 (7)昇降手臂 (8)荷重感應器
(9)數值顯示與控制器：量測熱物理性質，溫度與力量。包括電源開關 (MAINS SWITCH) ， START 及 STOP 按 鈕 ， 上 蓋 移 動 開 關 (CAP MOVEMENT)，及兩個執行按鈕，START 指示器，LED 力量指示 (FORCE LED)，HEATER lever 開關，加熱控制器(HEATER CONTROL) 及評估測試器。
圖 2-19 APT-P01 外觀構造圖
APT-P01 操作按鈕之功能說明如下： MAIN 開關依順時針方向由 0 轉至 1，APT-P01 為開啟狀態，反時針方
HEATER CONTROL (TLK43)在控制測試室溫度，有兩行顯示，第一行 為目前所測得之室溫，第二行為操作者所設定之溫度，均以℃表示，控
第 2-2-4 節 儀器之準確度印證與精度校正分析
一、攜帶式熱傳導係數與比容量測儀準確度印證
本儀器準確度之驗證，主要藉由原廠所附之 Extruded polystyrene、 Cork 及 Marble HOR03 等 3 種標準試片進行量測，並與之原廠測試報告進行比對，
以驗證此儀器是否符合規範。經實驗室現場實測結果顯示，3 種標準試件熱 傳導係數實測值與原廠所附國際標準認證報告數值兩者間之誤差均在儀器所 定之誤差範圍內，故本儀器之熱傳導係數實測值具有符合國際標準之準確 度。原廠標準試件如圖 2-20 所示。
圖 2-20 原廠所附之標準試片
（Extruded polystyrene、 Cork 、Marble HOR03）
以下為三種標準試片之量測與比對結果：
1. 試片一：（Extruded polystyrene）
圖 2-21 試片一量測示意圖
表 2-3 試片一（Extruded polystyrene）量測結果
測試結果代號 λ Cp α 溫度
測驗次數與結
果單位 W/m.K J/m3K m2/s ℃
1 0.037 0.114×106 0.325×10-6 31.96 2 0.038 0.109×106 0.344×10-6 31.66 3 0.037 0.107×106 0.347×10-6 31.4 平均 0.037 0.110×106 0.339×10-6
（資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。）
標準試片原廠量測值：0.036 W/m.K 最大誤差計算：
(0.038-0.036)/0.036×100%=3.57% < 5 % of reading + 0.003Wm-1K-1
圖 2-22 試片一原廠測試報告
2. 試片二：（Cork）
圖 2-23 試片二（Cork）量測中
表 2-4 試片二（Cork）量測結果
測試結果代號 λ Cp α 溫度
測驗次數與結
果單位 W/m.K J/m3K m2/s ℃
1 0.067 0.364×106 0.185×10-6 30.99 2 0.069 0.381×106 0.18×10-6 32.30 3 0.068 0.377×106 0.18×10-6 31.99 平均 0.068 0.374×106 0.182×10-6
（資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。）
標準試片原廠量測值：0.067 W/m.K 最大誤差計算：
(0.069-0.067)/0.0665×100%=3.31% < 5 % of reading + 0.001Wm-1K-1
圖 2-24 試片二(Cork)原廠測試報告
3. 試片三：（Marble HOR03）
圖 2-25 試片三(Marble)量測中
表 2-5 試片三(Marble)量測結果
測試結果代號 λ Cp α 溫度
測驗次數與結
果單位 W/m.K J/m3K m2/s ℃
1 4.960 2.49×106 1.99×10-6 28.78 2 4.920 2.5×106 1.97×10-6 29.15 3 4.890 2.51×106 1.95×10-6 29.45 平均 4.923 2.5×106 1.97×10-6
（資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。）
標準試片原廠量測值：4.86 W/m.K 最大誤差計算：
(4.96-4.86)/4.86×100%=2.06% < 10 % of reading
圖 2-26 試片三(Marble)原廠測試報告
二、隔熱性能量測儀準確度印證
本儀器準確度之驗證，主要藉由原廠所附之 Borosilicate Glass、 Stainless Steel 、Vespel 及 Ceramic 等 6 種標準試片進行量測，並與之原廠測試報告進 行比對，以驗證此儀器是否符合規範。經實驗室現場實測結果顯示，6 種標 準試件熱傳導係數實測值與原廠所附國際標準認證報告數值兩者間之誤差均 在儀器所定之誤差範圍內，故本儀器之熱傳導係數實測值具有符合國際標準 之準確度。以下為 6 種標準試片之量測與比對結果：
1. 試片一：（Borosilicate Glass，試片厚度：0.6400 cm）
圖 2-27 試片一 Borosilicate Glass
表 2-6 試片一（Borosilicate Glass）量測與比對結果
設定溫度( )℃與結果
標準件熱傳導
(W/mK) 試件溫度( )℃ 熱傳導
(W/mK) 誤差(%) 25 1.095 27.55 1.051 4.4 50 1.14 52.34 1.058 7.4 75 1.175 76.74 1.099 6.4 100 1.21 101.31 1.127 6.8
（資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。）
圖 2-28 試片一（Borosilicate Glass）原廠測試報告
圖 2-29 試片一（Borosilicate Glass）量測結果比對
2. 試片二：（Stainless Steel，試片厚度：0.6400 cm）
圖 2-30 試片二（Stainless Steel）
表 2-7 試片二（Stainless Steel）量測與比對結果
設定溫度( )℃與結果
標準件熱傳導
(W/mK) 試件溫度( )℃ 熱傳導
(W/mK) 誤差(%) 25 原廠未提供測
試數據 34.99 18.667
50 14.68 58.31 17.195 15.9 75 15.145 82.63 17.232 12.8 100 15.61 107.49 17.354 15.7
註 : 因實驗室電壓不穩，造成誤差偏大
（資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。）
圖 2-31 試片二 (Stainless Steel)原廠測試報告
3. 試片三：（Vespel，試片厚度：0.3175 cm）
圖 2-33 試片三 Vespel
表 2-8 試片三（Vespel）量測與比對結果
設定溫度( )℃與結果
標準件熱傳導
(W/mK) 試件溫度( )℃ 熱傳導
(W/mK) 誤差(%) 25 原廠未提供測
試數據 27.74 0.369
50 0.384 51.89 0.366 4.8 75 0.389 76.1 0.36 7.4 100 0.394 100.21 0.372 5.5
（資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。）
圖 2-34 試片三(Vespel)原廠測試報告
4. 試片四：（Vespel，試片厚度：0.4191 cm）
圖 2-36 試片四(Vespel)
表 2-9 試片四（Vespel）量測與比對結果
設定溫度( )℃與結果
標準件熱傳導
(W/mK) 試件溫度( )℃ 熱傳導
(W/mK) 誤差(%) 25 原廠未提供測
試數據 25.64 0.366
50 0.384 50.74 0.364 5.2 75 0.389 76.13 0.366 5.9 100 0.394 101.18 0.38 3.5
（資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。）
圖 2-37 試片四(Vespel)原廠測試報告
5. 試片五：（Ceramic，試片厚度：1.2700 cm）
圖 2-39 試片五(Ceramic)
表 2-10 試片五(Ceramic)量測與比對結果
設定溫度( )℃與結果
標準件熱傳導
(W/mK) 試件溫度( )℃ 熱傳導
(W/mK) 誤差(%)
25 4.04 30.08 3.727 6.1 50 3.8875 54.25 3.615 8.8
75 3.8 78.84 3.43 9.5
100 3.725 103.1 3.473 6.5
（資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。）
圖 2-40 試片五(Ceramic)原廠測試報告
6. 試片六：（Ceramic，試片厚度：0.6400 cm）
圖 2-42 試片六(Ceramic)
表 2-11 試片六(Ceramic)量測與比對結果
設定溫度( )℃與結果
標準件熱傳導
(W/mK) 試件溫度( )℃ 熱傳導(W/mK) 誤差(%)
25 4.04 35.2 3.738 5.2
50 3.8875 59.18 3.636 5.7 75 3.8 83.56 3.502 7.3 100 3.725 108.45 3.435 7.1
（資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。）
圖 2-43 試片六(Ceramic)原廠測試報告
三、固定式熱傳導係數與比熱量測儀準確度印證
本儀器準確度之驗證，主要藉由原廠所附之 Mineral M22、Glass G09 及 PMM acrylate 等 3 種標準試片進行量測，並與之原廠測試報告進行比對，以 驗證此儀器是否符合規範。經實驗室現場實測結果顯示，3 種標準試件熱傳 導係數實測值與原廠所附國際標準認證報告數值兩者間之誤差均在儀器所定 之誤差範圍內，故本儀器之熱傳導係數實測值具有符合國際標準之準確度。
圖 2-45 標準試片（Glass G09、Mineral M22、PMM acrylate）
以下為三種標準試片之量測與比對結果：
1. 試片一：（Glass G09）
圖 2-46 試片一
表 2-12 試片一（Glass G09）量測結果
測試結果代號 λ Cp α 溫度
測驗次數與結
果單位 W/m.K J/m3K m2/s ℃
1 0.999 1.92×106 0.521×10-6 34.17 2 0.992 1.93×106 0.515×10-6 34.92 3 0.997 1.93×106 0.506×10-6 35.06 平均 0.996 1.92×106 0.514×10-6
（資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。）
標準試片原廠量測值：0.916 W/m.K 最大誤差計算：
(0.999-0.916)/0.916×100%=9.06% < 10 % of reading + 0.003Wm-1K-1
圖 2-47 試片一(Glass G09)原廠測試報告
2. 試片二：（Mineral M22）
圖 2-48 試片二（Mineral M22）
表 2-13 試片二（Mineral M22）量測結果
測試結果代號 λ Cp α 溫度
測驗次數與結
果單位 W/m.K J/m3K m2/s ℃
1 2.23 2.15×106 1.04×10-6 30.69 2 2.20 2.16×106 1.02×10-6 31.45 3 2.18 2.16×106 1.01×10-6 31.33 平均 2.2 2.156×106 10.2×10-6
（資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。）
標準試片原廠量測值：2.18 W/m.K 最大誤差計算：
(2.23-2.18)/2.18×100%=2.2% < 10 % of reading + 0.003Wm-1K-1
圖 2-49 試片二(Mineral M22)原廠測試報告
3. 試片三：（PMM acrylate）
圖 2-50 試片三（PMM acrylate）
表 2-14 試片三（PMM acrylate）量測結果
測試結果代號 λ Cp α 溫度
測驗次數與結
果單位 W/m.K J/m3K m2/s ℃
1 0.207 1.49×106 0.139×10-6 34.87 2 0.201 1.49×106 0.135×10-6 36.27 3 0.198 1.50×106 0.132×10-6 36.32 平均 0.202 1.493×106 0.135×10-6
（資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。）
標準試片原廠量測值：0.192W/m.K 最大誤差計算：
(0.207-0.192)/0.192×100%=7.8% < 10 % of reading + 0.003Wm-1K-1
圖 2-51 試片三(PMM acrylate)原廠測試報告
第 2-2-4 節 儀器之準確度印證與精度校正分析
圖 2-53 校正曲線圖
2、實際傳導量測 (Thermal Conductivity Measurement ) :
圖 2-54 由校正曲線求出試件熱傳導係數
註: 1. Unitherm 2022 已做三條校正曲線(Calibration Line)，分別於 25℃，50
℃與 100℃。
2. 由於 Unitherm 2022 是採用穩態(Steady State)量測法，因此Ｑ(Heat Flux)不需量測。
3. 接觸介面之熱阻遠小於被測物之熱阻 ( R Contact <<<R Sample)。
4. 可不用 thermal compound，但是最好用(且在校正過程時中所用之 thermal compound，必須與實際量測時相同材質 )。