研究動機與目的

耗能與都市熱島效應之策略與技術發展，有增設綠帶、安裝綠色屋頂(Green Roof)、

冷屋頂(Cool Roof)與冷道路鋪面(Cool Pavement)等。其中在冷屋頂(Cool Roof)設計手 法研究及開發相關節能建材，是目前世界上發展最快的，僅美國有美國冷屋頂性能評 估協會(Cool Roof Rating Council, CRRC)訂定冷屋頂量測標準與資料庫，能源之星與 加州政府法規有訂定評定基準。而其他國家雖然重視冷屋頂對於建築節能與降低都市 熱島效應之效果，但是對於冷屋頂的法令制訂與推廣均在起步階段。例如，歐盟國家 是在 2009 年才在美國勞倫斯國家實驗室的協助下成立歐洲冷屋頂性能評估協會(EU Cool Roofs Council, EU CRC)，其他諸如 APP(Asia Pacific Partnership on Clean Developmentand Climate (India, China, Australia, Japan, Korea, Canada, and US)、亞太經 貿聯盟(Asia Pacific Economic Cooperation (21 Pacific Rim Countries, key areas South East Asia (Indonesia,Thailand, Malaysia, etc) 等國家均在準備階段。再者，目前美國 LEED 綠建築評估指標 7.2 項亦規定其設計屋頂總面積之 75%必須採用太陽熱反射係 數(Solar Reflective Index ,簡稱 SRI 值)達 78 以上之材料才能得分，亦顯現發展冷屋頂 的重要性。台灣地區位居亞熱帶，外氣高溫且潮濕，終年日照充足，日射熱得量常造 術，經由屋頂塗佈反射塗料(solar reflective coating)方式，或綠屋頂(green roof)等設計 手法來降低室內熱負荷，進而達到建築節能效果，如圖 1-3 所示。國外案例顯示，以

美國德州地區之濕熱型氣候為例，實施冷屋頂技術可減少空調耗電 11%與降低電力尖 峰負載 14%，成效顯著，值得大力推廣應用。

圖 1-1 都市 熱島效 應

圖 1-2 太陽輻射經由屋頂之 路 徑 示意圖

冷屋頂未必就是白色的。如果由於審美需求，建築師非得將建築屋頂設計成黑色 的，則當採用具有足夠“涼爽”的顔色時也不會犧牲建築的吸引力。冷屋頂市場中最 新趨勢包括“涼爽色”産品，這類産品使用暗色顔料，暗色顔料在太陽光譜的近紅外

（不可見）部分具有很高的反射率。隨著“涼爽色”技術發展，現在的冷屋頂已經有 綠色、紅色、藍色以及幾乎所有我們能夠想得到的顔色。除了顔色選擇問題之外，冷

第一章 緒論

圖 1-3 屋頂反 射率 與發射 率對室 內溫度 影響 示意圖

圖 1-4 冷屋頂的顏色

冷屋頂是綠色建築的重要元素。建築居住者和業主可以獲得以下好處：

提高舒適性：冷屋頂意味著建築內部經歷更少的熱量擴散，在溫暖季節保持 更加涼爽。

降低能源成本：由於降低了空調使用率，冷屋頂能降低 10～50%的空調耗能 成本。

 延長空調設備壽命：由於降低了空調負荷。

延長屋頂使用壽命：由於降低了熱波動，並防護紫外線，紫外線能夠導致褪 色和表面老化。

再者，從宏觀的角度而言，冷屋頂的環境效益是多方面的，具有全局性影響，例 如：

減少霧霾形成：因爲較低的都市溫度減少了光化學反應，

降低溫室氣體排放：由於空調能耗降低而降低石油和煤炭電廠的排放，

提高空氣質量和健康水平：因爲降低了霧霾和排放，

減輕城市熱島效應 ：紅外線反射回大氣從而使城市核心保持涼爽。

（一）冷屋頂對節能之影響：

由於冷屋頂將太陽熱量反射和輻射到天空中，而非將熱量傳導到建築之下，因此 冷屋頂可以獲得更低的表面溫度，降低傳導到建築內部的熱量，並降低建築在炎熱夏 季的空調負荷。美國勞倫斯伯克利國家實驗室和加州戴維斯能源集團的一項研究表 明，安裝冷屋頂可以有效地降低每棟建築屋頂表面的峰值溫度，並且降低空調設備的 能源消耗達到 52%。使用測量的資料和修訂的電腦模擬程式，研究人員估計在加州所 有 16 個氣候區內安裝冷屋頂的效益爲：平均峰值需求大概節能 3.9 到 6.6 瓦/平方米，

如圖 1-5 所示。

在世界上的很多氣候區域，藉由冷屋頂的普及確實能夠顯著降低建築空調負荷耗 能。然而冷屋頂的設置也有其對節能造成負面的影響，亦即冷屋頂會增加冬季的供熱 成本，事實上根據研究顯示冷屋頂會造成冬季供熱成本略有增加，但其增加量也完全 可以被夏季的空調節能量所抵消。大多數北方氣候區在寒冷的冬季，太陽在天空中比 較低，常是陰天氣候，並且屋頂會被雪覆蓋，因此在冬季通過屋頂獲得的熱量通常可 以忽略不計。如前所述，冷屋頂結合絕熱措施是提高建築能效的最佳方法，並能使建 築在寒冷的氣候區也能有節能的成效。

第一章 緒論

圖 1-5 冷屋頂之節能效益

（二）冷屋頂對降低城市熱島效應之影響：

與附近郊區相比，城市熱島效應將使溫度提高 1-1.5℃。城市熱島效應是指由於 城區建築材料集中吸熱而使得城市溫度大大高於圍區域的現象。由於環境溫度的提高 而增加峰值用能需求，從而對社區産生不利影響，空調費用增加、空氣污染等級上升、

霧霾增多、熱相關的疾病增加。包括台北在內的許多國際城市都已經被高溫困擾，受 城市熱島效應之困。在城市中使用冷屋頂，其節能效果能夠更加顯著地降低城市熱島 效應，冷屋頂通過將太陽能反射回大氣而有助於降低熱島效應的負面影響。

（三）冷屋頂能增加屋頂壽命：

研究結果顯示冷屋頂能夠有效延長屋頂的使用壽命。因為，日復一日的紫外線輻 射、紅外線（IR）輻射、熱通量都能損耗屋頂材料。通過反射作用，冷屋頂系統的紫 外線輻射、紅外線（IR）輻射作用減緩了老化速率，並使得屋頂保持在更加穩定的溫 度範圍內。延長屋頂使用壽命有助於降低維修成本，並降低廢棄物的生成量。

（四）冷屋頂與再生和無毒材料之結合：

綠色建築的另一個重要方面就是使用盛行的再生和/或無毒材料。很多製造商已

經在其冷屋頂産品配方中綜合了額外的環境效益元素。例如，在金屬材料和一些合成 材料中使用再生成分進行生産。而且，一些産品本身就設計成完全可再回收的，在結 束使用壽命後再回收利用。再生建材意味著使用更少的一次資源，從而降低能源消耗 並減輕了建築廢棄物生成的壓力。

冷屋頂除了上述之優點外冷屋頂的應用可以與政府法令或綠建築規章結合，使得 建築物的能耗更低，最後達到更實質地節能減碳效益。

（五）國內外有關本計畫之研究情況：

1. 冷屋頂評級委員會

冷屋頂評級委員會 （CRRC）成立於 1998 年，是一家獨立的、非盈利性評鑑單 位，它測量屋頂産品表面的輻射特性。通過 CRRC，屋頂産品製造商和銷售商能夠由 CRRC 授權的獨立測試實驗室（AITL）測量産品的輻射特性，並且將産品列於 CRRC 的線上評級産品目錄中。除了公開、公正、準確、公信地進行屋頂表面的能源性能評 級之外，CRRC 也進一步從事屋頂表面能源相關的輻射特性研究，並提供屋頂節能相 關的教育和資訊。CRRC 提供屋頂産品輻射特性的第三方認證，是使用者尋找合適屋 頂的一個重要參考資源。

目前 美國 冷屋頂 性能 評估協 會 (Cool Roof Rating Council, CRRC) 已經針對

Built-up Roofing、Foam Roof Systems、Metal、Roof Coatings、Single-Ply–Thermoplastic

CRRC 的標章認證分為新設和三年老化冷屋頂兩種。CRRC 先採用 ASTM 測試 方法 E1918、 C1549 和 E903 進行太陽能反射率測試，也用 C1549 的修訂版 CRRC-1 測試方法#1 進行測量。採用 ASTM C1371 進行熱輻射率測量。CRRC 還針對區域應 用塗層樣品進行厚度測試，以確保被測産品處於製造商所申報的應用範圍內。在經過 新設冷屋頂產品之測試後，産品樣品就送到美國的三個不同氣候區的測試場進行測試

（炎熱/潮濕，寒冷/溫暖，炎熱/乾燥）。每個地方的樣品都要經歷 3 年的風吹雨淋。

第一章 緒論

新測試輻射特性值。進行測試之後，將老化值增列到線上冷屋頂目錄中，使得目錄用 戶能夠看到在三年周期內産品的性能狀況。目前，CRRC 的測試場和測試實驗室僅僅 位於美國境內，但是經 CRRC 評級的産品已經生産、銷售於世界各個角落。

表 1-1 不同測試標準使用之設備和地點

項目 測試標準 儀器設備 測試地點

太陽輻射反射率 ASTM E 903 積分球與光譜儀 實驗室 太陽輻射反射率 ASTM C 1549 可攜式太陽反射率量測器 實驗室/現場

太陽輻射反射率 ASTM E 1918 日照強度計 現場

太陽輻射反射率 CRRC Test Method #1 可攜式太陽反射率量測器 實驗室/現場 熱輻射率 ASTM E 408-71 ^{發射率/反射率量測儀} 實驗室

熱輻射率 ASTM C1371 發射率量測儀 現場

太陽反射指標 ASTM E 1980 無（計算）

(資料來源：本研究整理) 2. 能源之星

除了 CRRC 冷屋頂認證計畫之外，美國另有的一個冷屋頂評定認證計畫是美國 環境保護署的 ENERGY STAR®反射屋頂認證計畫，這是對 CRRC 計畫的補充。

ENERGY STAR 標章是消費者普遍認知的節能標章，製造商生產的冷屋頂産品可以申 請進行 ENERGY STAR 標章認證，只要産品符合 ENERGY STAR 對新設和老化屋頂 的太陽能反射率最低評定基準，就可獲得 ENERGY STAR 標章。能源之星節能標章 對於新設低傾斜度屋頂評定基準必須是 SRI≧0.65，老化低傾斜度屋頂爲 SRI≧0.50；

而新設高傾斜度屋頂必須是 SRI≧0.25，老化高傾斜度屋頂爲 SRI≧0.15。

3. USGBC LEED

美國 LEED 綠建築評估指標在第 7.2 項中規定使用冷屋頂來降低都市熱島效應。

LEED 使用太陽反射指標（SRI）來作為冷屋頂的評定基準。從 2009 年 8 月開始生效 的 LEED 2009 最新版本的評定基準規定當 75%屋頂覆蓋面積滿足或者超過最低 SRI

評定基準（低傾斜度 = 0.78，高傾斜度 = 0.29）材料的建築才能獲得 1 點積分。 根據美國冷屋頂性能評估協會(Cool Roof Rating Council, CRRC)的資料，設置冷 屋頂能降低 7-15%的平均空調冷房成本。然而冷屋頂的設置通常不在建築節能採用策

第一章 緒論

負荷 ， 但是在冬季時卻是會相對增加暖房負荷 。

目前在冷屋頂材料的研究方法除了一般的隔熱塗層外，已經有將相變化材料 (Phase Change Material)、空氣薄膜、奈米隔熱材料等應用在冷屋頂上並且獲致良好的

目前在冷屋頂材料的研究方法除了一般的隔熱塗層外，已經有將相變化材料 (Phase Change Material)、空氣薄膜、奈米隔熱材料等應用在冷屋頂上並且獲致良好的