本研究乃根據 ASTM(American Society for Testing and Material) C976[2]之 標準所建造的校正熱箱儀來量測建材的熱傳導係數，進而可量測各種不同型 式之建築外殼構材的等效熱傳導係數或虛表熱傳導係數(Effective thermal conductivity or Apparent thermal conductivity)。由於此校正熱箱儀的基本假設為 一維穩態(Steady state)的環境，故試件的長度和寬度須遠遠大於其厚度，本研 究之試件的長度和寬度為國際間之最小標準尺寸 120 cm 和 120 cm，由於所 使用之試件為較大尺寸，以致到達穩態所需之時間較久，依試件及設定條件 不同而有所變化，一般約需 36 小時左右。試件材料基本上以目前國內較常使 用之建築外殼建材為主。傳統的隔熱觀念往往只偏重於材料的熱傳導係數，
而忽略了對流和輻射的重要性，故本研究也嘗試量測各種建築外殼建材試件 的熱貫流率，以了解其隔熱性能的好壞。經由本研究一連串的實驗測試可找 出最適合本國之建築外殼建材的隔熱性能檢測標準試驗方法及程序，進而逐 步建立本國建築外殼建材之隔熱性能資料庫。研究流程與步驟如圖 1-1 所示。
值得注意的是本校正熱箱儀之熱損失的校正值對熱傳導係數和熱貫流率的量 測值影響很大。
此外，本研究內容尚包含蒐集國內外有關建材熱傳導係數、密度及比熱 之儀器設備的相關資料，並訂定儀器設備之採購規格。
研究動機與目的
相關文獻資料整理
量測k值、密度及比熱之 儀器設備的資料收集 測量k值之儀器設備的
校正與調整
採購儀器設備之規格訂定
儀器設備之招標作業 量測方法及步驟確立
實驗操作
實驗數據之分析整理
實驗結果討論
撰寫報告 工作會議及專家
學者意見彙整
計畫結束繳交報告
熱流計法部分 熱箱法部分
圖 1-1 研究流程與步驟
第二章 建材熱傳導係數之檢測標準的操作程序
本章之內容乃根據內政部建築研究所性能實驗群之校正熱箱儀所撰寫之 熱傳導係數檢測標準的操作程序，內容包含實驗儀器設備裝置及功能說明、
量測建材熱傳導係數之理論分析、實驗設施及量測系統之校正、實驗操作程 序及實驗數據分析，詳細說明如下所述。
第一節 實驗儀器設備裝置及功能說明
本研究乃使用內政部建築研究所性能實驗群之熱環境實驗室的校正熱箱 儀來進行建材的熱傳導係數量測，此設備的實驗箱體乃依據美國 ASTM C976[2]之規範以及其他相關文獻[3-8] 設計建置而成，並經由內政部建築研究 所 89、90 及 91 年度之研究及規劃。整個實驗箱體主要區分成室外側、室內 側及試件三個部分，如下圖所示。
試 件
圖 2-1 實驗箱體示意圖
室內側與室外側箱體內各裝置一組加熱器、冷卻器與風扇，能獨立控制 該側之空氣溫度及氣流速度。試件置於四周絕熱之支撐架（成口字形）中央，
實驗進行時需將試件與支撐架間作成氣密狀態，以完全分隔室內側與室外側 之氣流，使互不相影響兩邊之設定條件。室內側溫度可控制範圍為 5 ~ 40 ℃ ， 穩態風速為 0 ~ 0.5 m/s。室外側溫度可控制範圍為 0 ~ 60 ℃，穩態風速為 0 ~ 3 m/s，最大風速可達 10 m/s。
箱體內空氣溫度的控制，乃藉由加熱器與冷卻器相互搭配運轉，以達到 精確的溫度調整與控制。加熱器是採用電阻加熱的方式，藉由電源供應器調 整電流大小，來控制加熱量。冷卻器則由冰水機提供低溫之滷水，利用流量 的控制來調節箱體內部空氣之溫度。在氣流條件的控制方面，則直接使用變 頻器控制風扇的轉速以達到所要求之風速。另外兩側箱體內部亦裝設有濕度 計，以記錄實驗時箱體內部之濕度，作為量測試件隔熱性能之參考。實驗儀 器設備之詳細說明可參考文獻[10,11]
為了模擬垂直牆面或水平屋頂的狀況，整個測試箱體可以垂直或水平方 式擺設，其箱體之組合狀況分別如下圖所示：
圖 2-2 進行垂直實驗時之實驗箱體的組合示意圖
圖 2-3 進行水平實驗時之實驗箱體的組合示意圖
其運轉方式如下所述：室內側箱體藉由固定式升高架、旋轉軸及下方之 軌道可以直立或平躺，分別用於進行垂直試件及水平試件之測試。室外側箱 體藉由移動式升高架、旋轉軸及軌道，同樣可以直立或平躺以進行垂直及水 平測試。不同的是室外側箱體能做水平方向的移動，以方便試件的安裝。主 要附屬量側儀器包括有記錄器(60 Channel，精確度± 0.5 %，溫度量測精確度±
0.1 ℃)、功率計（Power meter，精確度± 0.5 %）、熱電偶(精度要求 ± 0.1 ℃)、
風速量測儀器(採用熱線 hot-wire 式)、溫度控制器(精度要求 ± 0.1 ℃)、流量 計(提供滷水流經箱體之流量，藉以計算出其帶走之能量)。由於風扇所使用之 電源為 3 相 220V，因此外加一組 3 相 220V 自偶變壓器及功率計補足實驗儀 器之不足。
本校正熱箱儀之功能為藉由控制試件兩側箱體內部空氣溫度、空氣速度 及熱輻射條件，以求得穿過試件之熱傳量。而後，經由量取試件於室外側及 室內側之表面溫度及試件的表面積與厚度，並配合傅立葉熱傳導定律以求得 試件的熱傳導係數。本測試方法適用於大尺寸之均質( Homogeneous )及非均 質( Non-homogeneous )的建築材料或複合型建材[12]。
第二節 量測建材熱傳導係數之理論分析
根據能量守恆定律，當系統到達穩定時，傳入系統的能量會等於傳出的 能量。校正熱箱儀便是依據此原理，並搭配適當的實驗設備記錄傳入和傳出 室外側箱體( Metering Chamber )之能量，進而利用傅立葉熱傳導定律(Fourier’s Law)求出試件的熱傳導係數。室外側箱體在穩態下之能量平衡示意圖如下所
Flanking Loss Qfl
Fan Energy Qf Heater Energy Qh
Climatic Chamber Metering
Chamber Box Cooling Qc
Specimen
Specimen Heat Loss Qs Ts,c
Qs：穿透試件之能量，W。
側之空氣溫度與室內側之空氣溫度一定會有落差存在，此溫度差所產生之熱 傳大致可以區分為兩個途徑，一是穿過試件的熱傳量，另一者為從試件側邊 滲透之熱傳量，此熱傳量即為 值。另外，室外側之空氣溫度與環境溫度亦 有溫度差存在，所以有經由箱壁傳到環境中之熱損失，Q 值。Q 值及Q 值皆 須在量測建材熱傳導係數實驗進行前，藉由校正實驗事先求得。
Qfl
m fl m
儀器設備校正
箱壁與環境之熱損失 及側邊滲透熱傳量校正實驗
建築外殼建材之量測實驗 實驗數據計算及結果分析
包含以下校正項目：
1.流量計 2.電力計 3.風速計 4.濕度計
5.溫度量測設備 6.線路熱損失
圖 2-5 實驗流程圖
本實驗設備之校正實驗可由下列步驟進行之。
A. 溫度校正:
1. 先將所有熱電偶線一端以專用之焊接機將正負兩極焊接在一起，再將另一 端以插頭方式與記錄器連接，逐一確定裝置無誤，且皆可以測得溫度值後 加以編號。
2. 將所有熱電偶線與一支二重管水銀溫度計置入恆溫水槽中，接著將水 槽溫度設定在實驗設備可測定範圍內之最低溫度，俟水槽之溫度達到設定 值並穩定後，觀察水銀溫度計之讀數是否與恆溫水槽之設定溫度相同，藉 此確認恆溫水槽內之實際溫度。
3. 將記錄器顯示之所有熱電偶線所測得之溫度讀數修正至與二重管水銀溫
度計之溫度值相同為止。
4. 接著將恆溫水槽之溫度調整至實驗設備可測定範圍內之最高溫度，同樣 等水槽之溫度達到設定值並穩定後，觀察水銀溫度計之讀數是否與恆溫水 槽之設定溫度相同。
5. 修正記錄器上顯示之所有熱電偶線測得之溫度讀數與二重管水銀溫度計 之溫度值，直至兩者相同為止。
6. 將恆溫水槽之溫度從實驗設備可測定範圍之最低溫度開始，逐步調整至實 驗設備可測定範圍最高溫度為止，並隨時觀察記錄器顯示之溫度讀數與恆 溫水槽內二重管溫度計之溫度值是否相同，若不同則調整記錄器內部之設 定值至相同為止，並重複上述步驟直至在實驗設備可測定溫度範圍內，記 錄器上所顯示之溫度讀數與二重管溫度計之溫度值相同為止。
7. 其餘溫度量測設備由儀器廠商以專用之校正設備進行校正工作，包含室內 側與室外側滷水之入口與出口溫度計及室內側及室外側之空氣溫度計校 正報告請見附件一。
B. 流量校正
1. 由控制盤將室內側或室外側的流量設定在實驗設備可輸出流量的最低 值，並將管內之滷水引流至量桶中，同時以碼錶計時。在一定時間後，根 據記錄器所設定之流量值計算滷水累積流量並與量桶內之水量比較，看是 否相同，若不相同則調整控制盤內之流量計設定值，直至兩者之數值相同 為止。室內側與室外側之校正方式皆相同。
2. 由控制盤將室內側或室外側的流量設定在實驗設備可輸出流量的最大 值，並重複步驟 1 之動作，直至根據控制盤所設定之流量值計算滷水累積 流量與量桶內之水量相同為止。室內側與室外側之校正方式皆相同。
C. 風扇功率計校正:
使用三相 220V 功率計量測風扇功率，使用前與 Yokogawa 功率計(準確度 達±0.5%)進行校正比對，其回歸方程式為
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得之校正關係式求得，又因標準試件之熱傳導係數為已知，所以通過標 準試件的熱傳量便可以經由計算求得。由儀器設備之記錄數據並加以計 算可求得Q 、 與 值。將Q 、Q 、Q 、Q 及Q 代入能量守恆方程式 (2-1)式，便可計算出由箱體側邊所滲透之熱傳量。
h Qf Qc m fl h f c
2. 記錄兩側實驗箱體之空氣溫度差，並配合上述所求得之由箱體側邊所滲透 之熱傳量值可求得由箱體側邊所滲透之熱傳量與箱體間之溫度差的校正 關係式。
第四節 實驗操作程序
經過以上一系列的校正工作後，量測建材熱傳導係數的實驗進行程序如 下所述。
步驟 1：將試件安裝於支撐架上並做好氣密
a. 室外側箱體之支撐架為可移動式滑輪，因此可將室外側箱體以手動方 式移出，直到室外側箱體的位置完全不影響試件之拆卸與安裝。
b. 將試件支撐架以推高機升高至室內側箱體及室外側箱體相同高度之位
b. 將試件支撐架以推高機升高至室內側箱體及室外側箱體相同高度之位