子計畫二研究方法

隔熱塗裝之隔熱性能研究

前期計劃已針對黏著層添加相變化材料、氣凝膠做熱傳實驗。今年本團隊便針對黏著層進行產品 開發，透過與成大昶閎合作，將防水水泥沙與相變化材料及氣凝膠結合，開發出隔熱塗裝產品，之後 再將此產品噴灑在建材上進行隔熱測試，如圖 10。

圖 10 隔熱塗裝應用於水泥磚 材料特性測試：

1. 為 確 保 相 變 化 材 料 ( 固 態 及 液 態 ) 的 穩 定 性 及 熱 性 質 ， 我 方 將 持 續 透 過 國 科 會 計 畫 (101-2923-E-168-001-MY3)與印度石油技術學院(RGIPT)學者A.Sharma繼續研發高蓄熱性之相變 化材料，並以”示差掃描熱量分析儀”分析該材料熔點溫度。印方及我方已備有該儀器，如圖11 所示。

2. 為確保相變化蓄熱材料在水箱內連續吸熱或放熱過程中，蓄熱性能不會衰退影響其應用端，本 計畫預計以”熱疲勞測試儀”測試材料之蓄熱性能，我方先前藉由計畫補助已有該儀器，如圖 12 所示。

3. 為確保氣凝膠之光穿透率是否影響建材之微熱傳導機制，本計畫預計以拉曼光譜儀、X 光繞射 分析儀、光致發光光譜儀(PL)等檢測儀器測試氣凝膠之穿透率及光譜，本校之奈米研發中心已 有多項相關設備，如圖 13 所示。

圖 11 示差掃描熱量分析儀 圖 12 熱疲勞測試儀

圖 13 穿透率及光譜檢測儀器(拉曼光譜儀、X 光繞射分析儀、光致發光光譜儀(PL))

圖 14 氮氣吸脫附比表面積分析儀圖 3.2-6SEM 分析儀

防水隔熱漆之防水與隔熱性能研究

本團隊將氣凝膠與防水漆結合開發出「防水隔熱漆」，讓原本的防水漆具有隔熱功能及疏水性。

本技術運用在木板上如圖 15。

熱傳實驗採用隔熱實驗平台，同時測試有結合氣凝膠的防水隔熱漆及一般防水漆在同樣照度下之 溫度。疏水性測試採用將水倒在樣品上，來測試防水隔熱漆的疏水效果。

圖15防火塗料製作 2.3 子計畫三之研究方法

子計畫三之研究步驟共分為(1)場址微氣候分析、(2)設計與建造、(3)能源與環境監測、(4)室內環 境(光、熱、風)現地調查與診斷與(5)使用後評估等五大步驟，如圖16所示。各步驟之說明如下：

圖16 子計畫三流程圖 1. 零耗能貨櫃屋場址微氣候分析

為了解本計畫實驗貨櫃屋場址之實際微氣候，研究團隊首先從氣象局收集當地的氣象資料，再於 場址建立微型氣象站量測貨櫃屋場址的微氣候條件並進行分析。下圖為第1座既有貨櫃屋：高雄 駁二哨船頭之實景照片。本研究將量測此場址之溫度、相對濕度、日照輻射強度、風速等微氣候 資料。接著將以Autidesk Revit電腦繪圖軟體建立3D電腦模型，並且分析全年之日照陰影分布。同 時，本研究亦針對其室內(熱、光、風)環境以及全年用電量進行量測與收集，建立改建前資料庫

。

圖17 高雄駁二哨船頭實景照片 2. 零耗能貨櫃屋設計與建造

本研究計畫為了使零耗能貨櫃屋兼具美觀、節能與人體舒適，特地結合各領域專家。期望透過設 計者與機電能源專家的專業觀點整合設計，展現零耗能貨櫃屋的建築創新性及節能優異性。再者

，為了快速學習與累積國外零耗能建築設計之經驗，本研究邀請諾丁漢大學Benson Lau教授參與

，將英國零耗能建築之經驗與技術傳遞給研究團隊。諾丁漢大學執行Creative Energy Homes歐盟 計畫 與許多廠商合作共在校園中建造7座建築物(圖18)，採用不同的建材、空調與照明設備、再 生能源，並且配合智慧電網監測全年的耗電量與產電量。Creative Energy Homes所累積的零耗能 建築經驗將成為本計畫成功之重要參考依據。而且為達到提升我國相關產業之產業效益，本研究 所蓋之零耗能實驗屋均使用台灣本土之建材與設備。

在設計階段，研究團隊首先提出可行的設計方案供設計團隊參考，再利用電腦資訊模型(Building Information Model)預測設計團隊設計的貨櫃屋之全年耗電量、再生能源產電量、室內光、通風環 境，以確保設計出的零耗能貨櫃屋可以達到零耗能之目標。獲得基礎設計後，將繼續由設計、土 木、機電團隊進行零耗能貨櫃屋之細部設計，而後發包建造。

圖18 英國諾丁漢大學Creative Energy Homes

圖19 台灣本土再生能源與節能設備

3. 零耗能貨櫃屋能源與環境監測

在零耗能貨櫃屋除了硬體設計之後，本研究亦由總主持人楊宏澤教授負責智慧電網、智慧監控與 建築能源管理系統之整合，使得本計畫設計之貨櫃屋具備節能、智慧、健康、舒適之特色。而在 零耗能貨櫃屋營運階段，即開始監控能源使用、再生能源產生與室內外環境品質，除了將所有量 測數據紀錄利用無線網路上傳於雲端資料庫儲存外，並即時呈現於室內之電視螢幕。讓使用者與 現場管理者了解零耗能貨櫃屋之室內環境及節能成效。

4. 零耗能貨櫃屋室內環境(光、熱、風)現地調查與診斷

為了前項工作獲得能源使用與產生、室內外溫、溼度與風速資料之外，研究團隊將以現地調查與 診斷，驗證零耗能貨櫃室內環境品質。在室內光環境調查與診斷部分，研究團隊特定由 Benson Lau 教授培訓室內光環境檢測技術台灣團隊。室內光環境檢測項目共分為現地調查拍照與量測以及量 化視覺映射(Vision mapping)兩三大項目。現地調查拍照與量測以及量化視覺映射則是透過高動態 範圍成像(High Dynamic Range imaging)相機現地拍照，使用手持式輝度與照度計量測室內單點表 面光環境品質，最後透過照片與專業軟體整合而獲得整體室內光環境品質。

圖 20 現地調查與量化視覺映射 5. 零耗能貨櫃屋使用後評估

藉由高雄駁二零耗能哨船頭落成啟用後，本研究將採用使用後評估(Post Occupancy Evaluation) 方法，透過候船室的使用者、管理者或關係人之使用經驗調查，以便對當初的規劃（目標、經費、規 範）、設計（創意、問題解決）與施工（方式、過程、條件）進行檢討。第 1 座零耗能貨櫃屋使用後 評估結果將作為第 2 座新建零耗能建築物設計之參考依據。

第三章 研究成果

市場售價 6000~10000 元/公 斤，預估成本約 4000 元/公斤

25% 品低 15%

氣凝膠岩棉 複合材

岩棉板材  熱傳導係數從 0.038 W/m-K 降至 0.033 W/m-K

 隔熱性能良好之防火 保溫材料。

 相同保溫效果，可以 減少使用厚度約 10%

 成本約增加 400 元/m2

 售價可提高 40%

建築外牆保溫 工業保溫

3.2氣凝膠複合建材之開發

圖 21 應用材料-氣凝膠複層玻璃: U 值降低 15%、Sc 值降低 30%

圖 22 氣凝膠複層玻璃-保有隱密性兼具高透光度與隔熱效果

圖 23 氣凝膠酚醛發泡複合板，其產品耐燃性能從耐燃二級增進為耐燃一級

圖 24 添加氣凝膠與相變化材料之隔熱塗料為結合防水水泥砂噴灑於鐵皮

3.3 結合相變化塗料之開發

結合相變化蓄熱材料並以水泥為介質，進行隔熱建材開發。為確切瞭解相變化蓄熱材料之效果，

本實驗製作添加 0%、3%、6%、9% PCM(10cm*10cm*1.5cm)之樣品，讓一鹵素燈同時照射表面，再 控制室溫為恆溫，最後利用熱流計量測熱流狀況。實驗中每個%數 PCM 磚塊都製作 3 塊，每塊做實 驗取平均值，確保產品穩定性及實驗準確性，實驗結果如下。

1. 有添加 PCM 之磚塊較一般磚塊熱流量更低，代表 PCM 在磚塊內有達到隔熱效果。

2. 熱流大約於 1 小時候趨近平衡，2 小時候後的數據 3%PCM 約可吸收熱流量 42W/m2，6%、9%PCM 約可吸收熱流量 88W/m2。

3. 添加 3%PCM 磚塊因儲熱量較少，於一開始的熱流無明顯差異；6%PCM 磚塊因儲熱量較多，於 一開始的熱流就有明顯降低現象。9%PCM 磚塊儲熱量與 6%差不多。未來產品化可考慮添加

6%PCM 的配方。

圖 25 添加相變化材料與未添加相變化材料磚塊之熱流量變化圖

隔熱塗裝技術也運用在 OXON 零能耗貨櫃建築示範場域，也有不錯的隔熱效果，如圖 26 所示。

圖 26 隔熱塗裝運用 3.4 低導燃材料之開發

氣凝膠與防水漆結合開發出「防水隔熱漆」，讓原本的防水漆具有隔熱功能及疏水性。本技術運 用在木板上，初步實驗針對有結合氣凝膠的防水隔熱漆及一般防水漆在同樣照度下之溫度。實驗顯示 有結合氣凝膠的防水隔熱漆比一般防水漆表面溫度低 3℃，如圖 27。疏水性也是有結合氣凝膠的防水 隔熱漆較好，如圖 28。

圖 27 隔熱測試，市售防水漆(右)、本產品(左)

圖28 疏水性測試，市售防水漆(右)、本產品(左) 3.5 氣凝膠塗料

本計畫將改質壓克力樹脂，並與氣凝膠相混合，利用高成膜性之壓克力樹脂，以親、疏水、表面官能 基團改質，再利用分散劑等。使氣凝膠能分散於塗料中，同時壓克力樹脂無法進入孔隙中，高孔隙度 維持，且在低樹脂添加含量下，即可達到成膜狀態，因此可形成低熱傳導塗膜之效果。目前以 76 樹 脂表現最佳，在 PVC~80%時，熱傳導係數為 0.049W/mK。

圖 29 氣凝膠不同配比對於塗料熱傳導係數之影響

3.6 氣凝膠科技棉複合防火板

一般泡棉具有優異隔熱效果，但耐燃性較差，厚度 1 cm 在 800 oC 火焰中約 5 sec 即燒穿，並產生 大量有毒濃煙。然而本研究開發之氣凝膠/泡棉複合防火板在燃燒過程中，僅呈現碳化，厚度 1 cm 即 可耐 800 oC 火焰燃燒 5 min，當火焰移除則馬上熄火，燃燒過程中不會產生濃煙。

3.7 零耗能貨櫃建築示範場域

應用本研究團隊開發之氣凝膠節能建材，建置 OXON 零能耗貨櫃建築示範場域及改善前後節能效益 驗證。經過電腦模擬與實際歷史耗電量比較，應用本研究計畫所開發之氣凝膠建材可使既有貨櫃建築 節能 35%之空調耗電量。且經由室內環境現場量測獲得這些建材可以提高人體的熱舒適性。

本研究計畫引進英國建築視覺環境檢測技術，並且整合台灣團隊既有之建築物理環境檢測技術(光、

熱、氣流與空氣品質)，建置台灣最完整之建築室內環境檢測技術。

本團隊研究成果豐碩，科技部於本年度 3 月 27 日及 4 月 12 日二度特選定本計畫進行現場訪視並獲選

本團隊研究成果豐碩，科技部於本年度 3 月 27 日及 4 月 12 日二度特選定本計畫進行現場訪視並獲選