內政部建築研究所
創新低碳綠建築環境科技計畫
「建築玻璃用隔熱膜性能衰減試驗
方法研訂之研究」
資料蒐集分析報告
研究主持人：羅時麒 組長
協同主持人：黃國倉 博士
研究員：黃瑞隆、黃恩浩、陳麒任、林招焯
研究助理：陳世禎、賴怡廷
研究期程：中華民國
107 年 3 月至 107 年 12 月
研究經費：新臺幣：96.15 萬元
內政部建築研究所協同研究報告
中華民國 107 年 12 月
(本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見)
目次
表次... II 圖次... III 摘要... V Abstract ... VII 緒論... 1 第一節 研究緣起與背景 ... 1 第二節 本研究計畫之重要性 ... 2 第三節 玻璃日射熱取得機制 ... 4 國內外文獻回顧與評析 ... 5 第一節 影響建築用玻璃隔熱膜劣化之因素 ... 5 第二節 材料劣化試驗方法 ... 8 第三節 加速劣化試驗採用光源之種類 ... 10 第四節 各種材料劣化之標準文獻回顧 ... 15 研究方法 ... 27 第一節 研究流程 ... 27 第二節 隔熱膜性能劣化標準之內容架構 ... 31 第三節 隔熱膜性能劣化前測試驗 ... 32 第四節 隔熱膜光學性能計算方法 ... 36 隔熱膜性能劣化前測實驗結果 ... 39 建築玻璃隔熱膜光學性能衰減試驗方法 ... 41 第一節 草案內容 ... 41 第二節 人工加速劣化對比自然劣化時間之等價換算 ... 46 結論與建議 ... 51 第一節 結論 ... 51 第二節 建議 ... 52 附錄一：期初審查意見回覆表 ... 53 附錄二：期中審查意見回覆表 ... 54 附錄三：期末審查意見回覆表 ... 56 附錄四：專家學者諮詢會議記錄 ... 58 參考書目 ... 59
表次
表 2-1 UVA-340 燈之相對紫外光譜輻照度要求 ... 14 表 2-2 國際加速劣化標準與使用燈源整理 ... 16 表 2-3 紫外線螢光燈曝光週期表 ... 22 表 2-4 摘錄 DIN BS EN15752-1 標準之內容 ... 23 表 2-5 摘錄 JIS A5759 標準之內容 ... 25 表 3-1 「建築玻璃隔熱膜性能衰減試驗方法」草案架構內容 ... 31 表 3-2 樣品編號與實驗規劃 ... 33 表 3-3 樣本性能劣化前之光學性能數據 ... 36 表 4-1 二種隔熱膜經過不同程度劣化後之光學與熱性能變化 ... 39 表 5-1 建築玻璃隔熱膜光學性能衰減試驗方法草案內容 ... 41 表 5-2 玻璃放置於水平面時等價於台北、高雄兩地之自然劣化時間比較表 ... 50圖次
圖 2-1 太陽光之頻譜範圍 ... 6 圖 2-2 自然暴露劣化試驗 ... 9 圖 2-3 加速劣化試驗環境因子設定之 ISO 國際標準關聯圖 ... 9 圖 2-4 氙弧燈、紫外線螢光燈與日光頻譜特性比較表 ... 10 圖 2-5 二種紫外線螢光燈之頻譜特性(a)UVA-340(b)UVB-313 ... 12 圖 2-6 碳弧燈之頻譜特性 ... 13 圖 2-7 氙弧燈之頻譜特性 ... 13 圖 3-1 研究流程圖 ... 30 圖 3-2 QUV 耐候劣化試驗機外觀 ... 33 圖 3-3 QUV 耐候試驗機之內部構成與控制原理 ... 34 圖 3-4 試驗樣本準備與編號 ... 34 圖 3-5 試驗樣本安裝於試驗機之夾具(a)夾具劣化曝露面(b)夾具背側固定面 . 35 圖 3-6 樣本夾具安裝於 QUV 試驗機中間位置上準備劣化實驗 ... 35 圖 4-1 PR40 劣化前後光學性能變化趨勢 ... 40 圖 4-2 RE35 劣化前後光學性能變化趨勢 ... 40 圖 5-1 太陽光光譜與 UVA-340 光源光譜之對照圖 ... 47 圖 5-2 太陽光譜中，波長 310nm 到 360nm 波段總輻射能量與波長 305nm 到 2800nm 波段總輻射能量之占比 ... 48 圖 5-3 UVA-340 光源放大後之光譜圖與原幅照度 ... 49摘要
關鍵詞：玻璃隔熱膜、光學性能衰減、加速劣化 一、研究緣起 近年來玻璃隔熱膜科技逐漸成熟，應用之隔熱原理亦多元。玻璃隔熱膜由 於施工簡易且由於無須施工鷹架等假設工程，尤其便於應用在針對既有建築之外 殼玻璃之隔熱改善上。過去之研究顯示，在未考量隔熱性能之耐久性下，玻璃隔 熱膜確實對減少室內之日射熱得有正面助益。然而，對比於傳統外遮陽版，隔熱 膜之隔熱性能會隨時間劣化之情形將影響建築之應用與未來建築實際之節能效 果，其節能上的性能劣化情形是建築使用者、建築設計者與產品生產者共同所關 心的重要因子。目前業界對於隔熱膜所稱之保固，僅包括隔熱膜本身之物理性劣 化，如產生氣泡、隔熱膜變色、脫膠等，對於隔熱性能上之劣化衰減也因為國內 目前無相關性能衰減試驗規範，而無從評斷產品之耐久性。本研究之目的在於透 過國內外相關文獻之回顧評析，建立建築玻璃用隔熱膜之隔熱性能衰減試驗方式， 提供研訂相關標準草案之參考，以量化隔熱膜之性能劣化情形，將有助於建築設 計者選用參考，並引導隔熱膜廠商研發高性能與耐久化之產品。 二、研究方法及過程 由於國際上目前尚無針對建築玻璃隔熱膜之性能衰減測試標準，而僅有耐 候性測試之規範，其目的與本研究所欲探討光學性能上之衰減不同。為建立隔熱 膜光學性能衰減之標準，因此本研究首先蒐集國內外有關材料或塗料類建材之標 準性能劣化方式標準、規範或文獻，以探討並歸納國際上通用之性能劣化方式， 以為本研究研訂草擬CNS「隔熱膜性能衰減試驗方法」草案之基礎。有鑑於擬定 之標準試驗應能有效測得市售隔熱膜之性能隨時間衰減之程度，在國內外無相關 文獻探討隔熱膜之性能衰減率下，本研究需事先進行前測試驗，以確定隔熱膜在 加速劣化下其性能隨時間衰減之程度，藉以研訂標準測試之時間。因此，本研究 借重內政部建築研究所性能實驗室，進行二種主要隔熱膜類型之加速劣化試驗， 以及劣化前後隔熱膜光學性能測試，據以針對隔熱膜進行加速劣化時訂定合理之 加速劣化光照暴露時間。三、重要發現
1. 完成國內外有關材料劣化試驗方法以及試驗儀器之相關規範回顧蒐集彙整分 析。綜觀國內外文獻，目前未見針對玻璃隔熱膜之光學性能劣化之專門規範 或標準，大多是針對耐候性之測試之標準。其中比較接近本研究目的者為歐 盟與德國之DIN BS EN15752-1 以及日本 JIS A5759，本研究據此訂定我國之 CNS 草案。 2. 完成挑選反射式與吸熱式等二大分類之隔熱膜共 1800 小時之加速劣化試驗。 結果發現，不論是反射式或吸熱式之隔熱膜在劣化1800 小時後，對於日光輻 射取得係數(SHGC)性能之衰減是比較顯著的，分別有 11.0%與 9.7%之衰減情 形。而可見光波段之透過率與反射率以及日光波段之反射率則無顯著之變化。 3. 依據國內外文獻回顧與加速劣化之前測實驗數據，確立我國可行之建築玻璃 隔熱膜性能劣化方式、使用之設備機器以及劣化操作循環之標準。 4. 完成研擬 CNS「建築玻璃隔熱膜光學性能衰減試驗方法」之草案內容。確立 以加速劣化試驗機並使用 UVA-340 紫外線螢光燈管連續照射三個階段之劣 化實驗。 5. 建立並完成加速劣化時間與等效自然劣化時間之換算方法。 四、主要建議事項 根據本研究成果發現，提出下列具體建議： 建議一 建議轉送本研究成果之產出：「建築玻璃隔熱膜光學性能衰減試驗方法」草案予 經濟部標準檢驗局訂定相關CNS 標準之參考，以推廣綠建築在採用隔熱膜作為 節能改善技術之應用：立即可行建議。 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：經濟部標準檢驗局
Abstract
Keywords: glazing insulation film, optical performance degradation, accelerated
degradation
1. Introduction
The technology of thermal insulation glazing films are maturely developed in recent years. The thermal insulation mechanisms of commercial glazing films are diversified. For the reason that the construction of glazing films is relatively simple and do not need scaffoldings, it is especially suitable for insulation upgrade of the fenestration of an existing building case. A previous research has showed that the glazing films are capable of reducing indoor solar radiation heat gains regardless of the films’ durability. However, the performance degradation of films, especially for the optical performance, is the primary concern factor for application decision by architects, building investors, or film production companies in perspective of building energy conservation. The scope of the warranty of commercially available glazing film given by the production industry only includes its physical degradations, such as discoloring, losing adhesive capability, or appearing alveoli. There are no existing standards or regulations on how to adequately conduct a degradation experiment for the optical degradation of glazing films. The objective of this study is to propose a draft standard of the test method on the degradation of optical properties of adhesive films for building glass by literature reviews and pilot accelerated degradation experiments. The proposed test method provides a standardized optical performance accelerated degradation method for the application of identifying the commercial films’ performance degradation curve.
2. Methodology
As there are no existing international standards or regulations of the optical performance degradation test method. Most of these standards are focused on the weather durability testing, which is not sufficiently coincide with the aim of this study. Therefore, an extensive literature reviews were conducted regarding the artificial weathering methods of a variety related materials as fundamental references for formulating the standards of the testing method on the degradation of optical properties of adhesive films for building glass. In view of it lacks definitions on how much degradation exposure time is needed for optical performance degradation test; we planned and conducted a preliminary artificial degradation study. Two major types of the commercially available glazing films were tested using the accelerated weathering/degradation equipment for 1800 hours to understand their sensitivity between the exposure intensity and exposure time. This pilot study is conducted in the
national building material testing laboratory.
3. Major findings
（1） Literature reviews of international standards on the testing method for material degradation is conducted. It is found that no existing standards are exclusively for glazing film’s optical degradation, most of them are for weathering test. The German standard, DIN BS EN15752-1, and the Japanese standard, JIS A5759, are the standards exclusively for building glazing films but still is focused on the weathering test.
（2） In this study, both solar reflective and absorptive type films were tested using accelerated degradation machine for study the effect of their optical properties degradation against exposure time due by UV light exposure. After 1800 hours testing, we observed that there is circa 11.0% and 9.7% decrease in the solar heat gain coefficient (SHGC). In contrast, there is no evident degradation in the reflectivity and transmissivity of the visible light as well as the reflectivity of the solar radiation.
（3） By referencing to the existing international and domestic standards, the degradation method, specification of the testing equipment, and the standardize degradation procedure were established.
（4） A standard for the testing method on the degradation of optical properties of adhesive films for building glass was drafted. The content includes using UVA-340 ultraviolet light as the lighting exposure source to a three steps’ degradation procedure utilizing accelerated degradation machine.
（5） A conversion method of the equivalent exposure time between the natural and artificial degradation was proposed in this study.
4. Recommendations
Base on this research an immediately feasible recommendation is reached: The major results of this project is drafting a standard draft of the testing method on the degradation of optical properties of adhesive films for building glass based on the findings of the degradation experiment. To promote the utilization and application of glazing films on existing buildings as a means of green building renovation, it is suggested to deliver this draft standard to the Bureau of Standards, Metrology and Inspection, Ministry of the Economic Affairs, for further consideration of formulating a formal CNS standard.
第一章
緒論
第一節 研究緣起與背景
我國既有建築物約占全國總量 97%，數量龐大。這些早期興建之建築物， 當時並無建築節能法規，普遍存在耗能、耗水等問題，因改善所需經費龐大，內 政部建築研究所針對中央廳舍及國立大專院校建築物，進行節能改造示範計畫， 並藉由宣導推廣達到普及節能理念。為擴大公有建築物節能改善效益，內政部建 築研究所遂擴大辦理公有之既有建築物節能改善，由政府部門帶頭示範，以引導 民間參與建築節能，達成建築節能減碳目標。細究其常用作為外殼節能之技術對 策，常採用增設外遮陽之方式，雖可有效阻擋日射熱之取得，但因外遮陽係於建 築完工後之事後施工，需考量其建築外殼施工便利性及成本等因素，常讓使用單 位於規劃外遮陽改善時難以抉擇，尤以玻璃帷幕大樓之外遮陽增設，工程上更加 困難。爰此，於既有建築外殼開口部，應用玻璃貼附隔熱膜之節能改善對策，考 量其可由室內側進行施工較為便利迅速，且相對外遮陽改善成本較為低廉等因素， 實務上亦可納為改善手法之一。 本研究之主題為「建築玻璃用隔熱膜性能衰減試驗方法研訂之研究」。有鑑 於玻璃隔熱膜發展逐漸成熟，有應用於汽車玻璃者亦有專門應用於建築外殼窗玻 璃者，市場上之產品多元。然而隔熱膜之隔熱原理不盡相同，金屬系隔熱薄膜以 反射日射熱以達減少室內日射熱取得；而陶瓷系列之隔熱膜則透過良好之熱吸收 能力減少進入室內之熱能。由於薄膜採用之材料不同，在日後長期使用時受太陽 日射紫外線暴露下劣化之情況亦不相同。過去曾有針對建築用玻璃隔熱膜與建築 外遮陽之節能效益分析之研究(黃國倉 and 李宜臻 2017)，透過電腦動態模擬計 算玻璃隔熱膜之節能效益發現，暫不考慮隔熱膜與遮陽版之壽命下以一典型 10 層樓辦公建築進行二者之節能改善成本分析，顯示隔熱膜之回收年限約落在 31 年至69 年不等，而外遮陽之回收年限約為 34 至 72 年，似乎隔熱膜在既有建築 之外殼改善上對比於外遮陽而言是有競爭力的。然而對於玻璃隔熱膜在隔熱性能 隨時間衰減之特性尚未有討論，也無相關數據以茲說明其劣化之情形。為了瞭解 玻璃隔熱膜在長期使用下之隔熱性能劣化情況，得知並量化之其隨時間之性能衰 減率，有必要建立標準之隔熱膜性能衰減試驗方法，以進行後續之研究，並藉以建立我國建築用玻璃隔熱膜之應用規範，以確保其節能之品質，可誘導廠商開發 耐久與性能優異之建築玻璃隔熱膜產品，同時作為未來推廣既有建築節能改善手 法之依據。 本計畫所欲達成之預期目標如下： 1. 完成國內外有關玻璃隔熱膜性能衰減之相關研究文獻與檢測規範蒐集彙整 分析。 2. 完成性能衰減試驗方法之建立。 3. 完成 CNS 建築玻璃隔熱膜性能衰減試驗方法草案。
第二節 本研究計畫之重要性
玻璃隔熱膜之應用隨著研發技術之精進，隔熱原理各異，價格逐漸普及化 下，從早期應用於汽車玻璃，逐漸轉為應用於建築大樓之窗玻璃或玻璃帷幕牆上， 以減少室內之日射熱取得提升建築開口部之節能性。然而，隔熱膜之隔熱品質隨 時間劣化之現象由於無統一之標準試驗方式，因此各家廠商所標稱之性能數據混 亂，無法互為比較且無根據，造成建築應用、設計規範擬定與產品選擇上之困擾。 本計畫最終成果為提出CNS 建築玻璃隔熱膜性能衰減試驗方法草案，以供經濟 部標準檢驗局作為訂定CNS 標準之參考。針對隔熱膜性能劣化進行標準化之試 驗方式，有助於第三方公正實驗室進行玻璃隔熱膜標準化之性能劣化檢測、認證， 更有助於玻璃隔熱膜產業之升級與發展，誘導研發隔熱膜廠商研發生產高品質、 高耐候、高節能效益之產品。 「玻璃隔熱膜」仿間常稱為「玻璃隔熱紙」或「玻璃節能膜」，泛指貼附於 建築用玻璃外側或內側以作為阻絕或反射太陽日射輻射以達節能與室內熱舒適 之產品。隔熱膜是由多層不同物質構成，主要可分為PET，金屬反射塗層，有機 染色塗層，防劃傷層及黏貼劑塗層。由於金屬反射塗層和有機染色塗層會氧化， 導致變色和降低隔熱的效果，所以亦有廠商用陶瓷原料作為塗層。隔熱膜是以反 射和吸收太陽熱能的原理以達到隔熱效果。含金屬的隔熱膜可反射太陽熱能，例 如銀、鈦，鐵，鋁等，直接把日射輻射熱反射至室外。反射雖然可以大幅阻隔太 陽熱能，但同時容易導致室內反光。另一種以吸收太陽熱能為主之產品，以較深 色之隔熱膜塗料吸收熱能，並將熱能儲存於隔熱膜和玻璃間，產品可選擇的顏色大部分的建築用玻璃隔熱膜都能阻擋紫外線(UV)，可有效減少因紫外線照射所 引起的室內家具褪色與龜裂。 近年來玻璃隔熱膜科技逐漸成熟，應用之隔熱原理亦多元。玻璃隔熱膜由 於施工簡易且由於無須施工鷹架等假設工程，尤其便於應用在針對既有建築之外 殼玻璃之隔熱改善上。過去之研究顯示，在未考量隔熱性能之耐久性下，玻璃隔 熱膜確實對減少室內之日射熱得有正面助益。然而，對比於傳統外遮陽版，隔熱 膜之隔熱性能會隨時間劣化之情形將影響建築之應用與未來建築實際之節能效 果，其節能上的性能劣化情形是建築使用者、建築設計者與產品生產者共同所關 心的重要因子。目前業界對於隔熱膜所稱之保固，僅包括隔熱膜本身之物理性劣 化，如產生氣泡、隔熱膜變色、脫膠等，對於隔熱性能上之劣化衰減也因為國內 目前無相關性能衰減試驗規範，而無從評斷產品之耐久性。 雖然我國國家標準 CNS12381 (CNS 12381 2011)訂有玻璃之光學性能測試 標準，但目前卻未有針對建築用隔熱膜之性能衰減檢測方法，也因此無針對隔熱 膜之隔熱衰減率有相關之規範，並無從規範隔熱膜產品之耐久性。目前國際上有 關於一般材料耐候測試之方法(如 ASTM G151、ASTM G154 等)以作為進行材料 劣化試驗之方法標準，因此本研究擬參考上述這些國際規範，建構以人工實驗室 模擬氣候劣化以進行評估玻璃隔熱膜性能劣化之標準化方法，再進行劣化後隔熱 膜之光學性能計算，建立一套評估隔熱膜性能劣化率之標準程序架構，以標準化 各廠商產品之耐候性能特性，使其得以供各界應用比較之參考。 本研究之目的在於透過國內外相關文獻之回顧評析，建立建築玻璃用隔熱 膜之隔熱性能衰減試驗方式，提供研訂相關標準草案之參考，以量化隔熱膜之性 能劣化情形，將有助於建築設計者選用之參考。 本研究目的包括以下三點： 1. 回顧國內外有關玻璃隔熱膜性能衰減之相關研究文獻與檢測規範蒐集。 2. 參考國際規範建立隔熱膜人工氣候劣化試驗之系統性方法。 3. 研擬 CNS 建築玻璃隔熱膜性能衰減試驗方法草案。
第三節 玻璃日射熱取得機制
經由建築外殼開口部玻璃進入室內之熱得可區分為太陽輻射熱與室內外溫 差所引起的傳導熱。其中因為玻璃內外表面溫度差透過玻璃本身以及隔熱膜以傳 導熱之方式進入玻璃內表面，最後再以熱對流之方式成為室內之熱取得量。影響 傳導熱進入室內之多寡取決於玻璃(膜)之熱傳透係數 U 值(單位為 W/m2K)，擁有 愈低之 U 值代表該材料有愈佳之隔熱特性，藉由熱傳導進入室內之熱取得量亦 愈低。而太陽輻射熱之部分，當日射抵達窗玻璃外表面時，取決於玻璃(膜)之光 學性能，而產生日射輻射反射、日射輻射吸收與日射輻射穿透之現象。原有日射 輻射被窗玻璃外表面所反射之能量多寡取決於玻璃外表面之日射反射率；由於玻 璃為一透光體，描述日射輻射穿透玻璃後直接進入室內之輻射熱量比例之物理量 為日射穿透率；而玻璃本身之日射吸收率，則用以表示有多少比例的日射輻射被 玻璃本身吸收，而被玻璃吸收之日射輻射隨著時間遞移，一段時間後會再同步向 室內與室外以長波放射之形式進入室內而計入室內之熱取得中。整個玻璃系統 (含隔熱膜)對室內之熱取得原理如圖 1-1 所示。傳統以外遮陽板作為建築節能改 善之原理，即在當日射抵達窗玻璃外表面前，先直接遮蔽掉日射量，以減少進入 室內之日射熱。而玻璃隔熱膜之原理，則透過隔熱膜本身之日射反射、吸收與穿 透之光學性能，以降低進入室內之日射量，與外遮陽之日射遮蔽原理不同。此外 由於隔熱膜係透過對太陽光不同波段之反射、吸收或遮蔽，因此用於描述隔熱膜 性能之參數將包括可視光波段與輻射熱波段之參數。一個具高性能且兼顧室內視 覺舒適性之隔熱膜產品應具備高可視光穿透率、低輻射熱穿透率，且為顧及戶外 或都市環境之反光公害同時必須具備低可視光反射率之特性。 圖 1-1 貼附隔熱膜玻璃之熱取得機制示意第二章
國內外文獻回顧與評析
第一節
影響建築用玻璃隔熱膜劣化之因素
應用於建築之材料依材質不同其劣化的情形與影響因素即各異。一般影響 材料劣化之外界因子包括三項：太陽日射、溫度與濕度，以曝露於室外之建材而 言，三種同時作用下其產生劣化之危害更勝於任單一因子之單獨影響。溫度主要 影響的是化學反應之速率，愈高溫其劣化反應加速，因此在人工劣化實驗中常以 提高溫度之方法來加速劣化之過程；而濕度的影響，主要為在材料表面的結露作 用，結露會在材料表層產生露水，濕氣進而被材料吸收，而雨水沖刷引起的物理 性侵蝕亦會加速材料發生劣化，如木材塗層因雨水沖洗去除了表面老化層，將未 老化的內層曝露於陽光下，而產生進一步劣化。然而，建築隔熱膜之應用多背貼 於窗玻璃之室內側，因此較無因濕氣造成劣化之問題。 以事後加工之建築玻璃隔熱膜而言，影響其隔熱性能劣化之主要因素為太 陽日射輻射中之紫外線波段(太陽光波段小於 400nm 者)，因此各廠商在隔熱膜之 研發上皆會於鄰外側塗佈一層抗紫外線塗層(膠)以防止紫外線破壞實際具隔熱 效果之隔熱塗層，紅外線(IR)阻隔層是隔熱膜中擔負隔熱功能之塗層，而抗紫外 線膠即是阻隔影響產品耐久性之太陽光譜中紫外線波段。通常此紫外線塗層必須 介於玻璃與內側隔熱膜中間，以有效阻隔紫外線對隔熱膜之傷害。 如圖 2-1 太陽光之頻譜範圍所示，太陽光頻譜中波長 315～380nm 者，統 稱UVA 紫外線波段，UVA 可穿過透明的玻璃；而太陽的 UVB 紫外線波長介於 300～315nm 之間，能量比 UVA 更強，日光中含有的 UVB 大部分會被大氣層中 之臭氧層所吸收，只有不到 2%的 UVB 能到達地球表面，在夏天和午後會特別 強烈，UVB 部分會被透明玻璃吸收；而最具破壞力的 UVC 紫外線波長為 200～ 300nm，UVC 無法穿透大部分的透明玻璃，日光中的 UVC 幾乎可被臭氧層完全 吸收，鮮少進入大氣內。因此，以隔熱膜熱性能衰減而言，我們所關心的是介於 300-380nm 間之 UVA 與 UVB 的暴露量。圖 2-1 太陽光之頻譜範圍 (資料來源：(ASTM Standard G154 2016))
在過去的研究中指出有無貼隔熱膜之玻璃對藉由對流與傳導熱進入室內的 途徑並無太大影響，隔熱膜最主要的作用在於降低熱輻射進入室內之比例 (Chaiyapinunt, Phueakphongsuriya et al. 2005, 黃國倉 and 李宜臻 2017)。目前最 常應用於玻璃隔熱膜的基底材料為聚對苯二甲酸(Polyethylene Terephthalate, PET)，具有透明、強度夠、無方向性、並且具有高度彈性應用於不同表面等優點。 而對於隔熱膜中作為阻擋輻射熱的材質，其中TIM (Transparent Insulation Material) 是目前阻擋熱輻射最有經濟效益的材料之一(Kaushika and Sumathy 2003)，該文 統整了 TIM 材料的物理特性、應用等屬性。另外，以三氧化二銦(Indium oxide, In2O3)為主要材料的玻璃隔熱膜可以達到降低 22%的輻射熱穿透率以及 80%的長
波輻射發散熱(hemispherical thermal emittance)，以氟化鎂(Magnesium fluoride, MgF2)或氟化鋁(Aluminium fluoride, AlF3)為主要材料的玻璃隔熱膜在輻射熱穿透
率以及長波輻射發散熱的表現則為5%與 95%(Hamberg and Granqvist 1986)。於 台灣的研究，(李訓谷, 陳文亮 et al. 2010)的研究指出玻璃隔熱膜貼附於玻璃外 層能夠發揮更好的隔熱效果，但由於直接暴露於紫外線中卻會降低其使用年限， 因而研發將二氧化鈦(TiO2)材料鍍於隔熱膜之外，除了作為隔熱膜的保護層增加
其使用年限，更由於其奈米特性可以發揮自我清潔的效果，大幅降低玻璃維護成 本，甚至降低隔熱膜造成的玻璃表面溫差。此外，自1987 年起即有人討論以二
度輻射反射性以及高可視光透光性(Babulanam, Eriksson et al. 1987)。在近期的研 究中，更研究提出以二氧化鈦(TiO2(R))/二氧化釩(VO2(M))/二氧化鈦(TiO2(A))複
合材料組成之隔熱膜可以有效率的調整太陽輻射進入室內比例(10.2%)與可視光 穿透率(30.1%)，同時更可以有防止起霧、自我清潔等附加效益(Zheng, Bao et al. 2015)。 (Mohelnikova 2009)完整的以電腦模擬、實地實驗方式測試高反射率隔熱膜 的光學特性。應用金屬在紅外線波段的高反射與低輻射發散率的特性，高紅外線 反射的隔熱膜材質通常包含金屬層。此篇研究選用鋁、銀、金、銅四種金屬薄膜 實驗其光學特性，發現以銀與金作為鍍膜較適合做為高反射率的隔熱鍍膜，因其 有較高的可視光穿透率。大部分的金屬鍍膜除了以金為材質之外，在空氣中均容 易逐漸被氧化，需要外加保護層以延緩玻璃膜的壽命，而這些保護膜的材料通常 為TiO2, SnO2,SiO2, ZrO2等。
聚合材料（如作為基底材之隔熱膜）之光學性能衰退大都由紫外線以及氧 化作用造成(Rabek 2012)，其中太陽輻射所提供的能量以及溫度是加速此化學反 應速度的影響因子，因此對材料造成開裂、剝離、去光澤、氧化等影響。在所有 太陽輻射的波段中對材料之劣化影響最顯著的為290nm 至 400nm 波段，雖然只 佔總太陽輻射的 1%至 5%，卻是所有應用於戶外的材料中最關鍵的劣化因子 (Dilara and Briassoulis 2000, Pospíšil, Pilař et al. 2006)。溫度亦為重要的影響因子， 因其可以影響化學反應的速度，導致材料加速劣化(Briassoulis and Aristopoulou 2002)。而視隔熱膜材料的不同，其受到環境汙染物影響導致性能衰退的嚴重性 也 不 同 ， 例 如 對 於 常 常 應 用 於 玻 璃 膜 的 材 料 低 密 度 聚 乙 烯(Low-density polyethylene, LDPE)而言，(Dilara and Briassoulis 1998, Dilara and Briassoulis 2000) 的研究結果指出290nm 至 2500nm 波段之總輻射量、環境溫度、相對溼度、所受 到的機械壓力、空氣汙染均為影響劣化的重要因子，應針對此材料的化學特性發 展相對應的減緩劣化策略。在另一研究中發現，常用的玻璃膜材料中，包括不含 氟聚合物薄膜材料(non-fluoropolymer thin film materials, PET and PE)與高溫改性 聚碳酸酯共聚物(high temperature modified polycarbonate copolym, coPC)等，最常 發生的劣化現象均為黃化，導致隔熱膜的效能降低。此外亦常發生表面呈現灰白 的現象，或是溫度導致變形或是變色，甚至是冰雹等其他自然現象造成的物理性
破壞(Köhl, Jorgensen et al. 2005)。而本研究所關心的是隔熱膜在隨著物理性劣化 後，伴隨在日射輻射阻隔性能上之衰減現象，因為選用隔熱膜之最主要考量因子 係因其節能效果，倘其日射阻隔效果因紫外線破壞而隨時間劣化情況顯著時，則 無法達到耐久之功能性。因此，本研究有關於隔熱膜之性能衰減之定義，將著重 於探討光學性能之衰減。
第二節
材料劣化試驗方法
材料劣化試驗是一對材料進行老化過程之總稱，對於老化之過程則有紫外 線(UV)試驗、腐蝕性試驗、熱劣化試驗、溫濕度試驗、熱衝擊試驗等。劣化試驗 方法可分為自然暴露劣化試驗以及人工劣化試驗兩大類。進行此類劣化試驗時， 需充分瞭解受測產品的性質、一般使用狀況、使用期間可能受到的氣候因子以及 預期的產品壽命。劣化試驗又可分為自然曝露劣化試驗與人工劣化試驗二種方式。 自然暴露劣化試驗又分為大氣暴露試驗以及以玻璃過濾日光的間接暴露試 驗兩種類別，均在自然的環境下進行試驗，如圖 2-2。自然暴露劣化試驗可以獲 得最符合實際應用情形的測試結果，然而需要相當久的時間才能得到產品的測試 結果。相對的人工劣化試驗在室內以光照、控制溫濕度等等方式模擬戶外的輻射、 空氣、溫度、濕度、以及降雨因素等。 以塑膠與塗料為例，相關規範包含德國標準DIN、歐盟標準 EN、以及國際 標準ISO(Schulz 2009)，各標準間之關係如圖 2-3 所示。德國與歐盟之標準皆直 接承襲自 ISO 國際標準，而於標準前冠上 DIN 或 EN。由圖 2-3 之架構可發現 由劣化之方式可區分為自然戶外劣化、加速戶外劣化與人工劣化等三種方法，前 二種方法對於隔熱膜而言，由於劣化過程相當緩慢，短期間之劣化過程難以獲得 性能顯著之衰減，因此本研究將以人工劣化為探討之對象。塑膠或塗料的人工劣 化國際標準，分別可遵循ISO4892 以及 ISO16474 系列，該標準旗下再分別依所 使 用 燈 源 之 不 同 而 分 為 氙 弧 燈(ISO4982-2 與 ISO1647-2) 、 紫 外 線 螢 光 燈 (ISO4892-3 與 ISO1647-3)與碳弧燈(ISO492-4 與 ISO1647-4)等標準。圖 2-2 自然暴露劣化試驗 (資料來源：(Jacques 2000)) 圖 2-3 加速劣化試驗環境因子設定之 ISO 國際標準關聯圖 (資料來源：(Schulz 2009)) 戶外劣化 戶外加速劣化 人工劣化 氙弧燈 DIN EN ISO 4892-2:2006 DIN EN ISO 877:1996 DIN EN ISO 877:1996 DIN EN ISO 紫外線螢光燈 DIN EN ISO 4892-3:2006 塑膠材 DIN EN ISO 氙弧燈 DIN EN ISO 16474-2:2013 紫外線螢光燈 DIN EN ISO 16474-3:2013 塗料或 塗層 劣化試驗
第三節
加速劣化試驗採用光源之種類
太陽光是造成隔熱膜材料劣化的主要來源，造成建材的脆化、裂縫、剝落、 褪色等現象，材料的劣化現象對於太陽日射中特定波長範圍之劣化敏感度皆不盡 相同，且隨材料之不同而各異。油漆類塗料對於較長波之UV 甚至可視光波段之 日光波段亦會產生質變。然而大多數聚合物與塗膜類建材而言，短波紫外線(UV) 是造成劣化之主因，本研究探討之玻璃隔熱膜即屬於聚合物塗膜。一般常見作為 加速劣化試驗用之光源有氙弧燈(Xenon arc lamp)、碳弧燈(Carvon arc lamp)與紫 外線螢光燈(Fluorescent UV light)等。早期使用之碳弧燈由於產生之頻譜在 UVC 波段偏高，許多研究指出並無法模擬自然之日光劣化，因此本研究暫不予討論。 圖 2-4 顯示了氙弧燈(Xenon)與紫外線螢光燈(UVA-340)與自然陽光頻譜特性之 比較，顯示紫外線螢光燈照射下產生的頻譜特性在短波UV 波段是較氙弧燈更趨 近於日光的，因此本研究之劣化試驗將以使用紫外燈系為照射光源之加速劣化試 驗機作為優先選擇之考量。有關使用紫外線螢光燈作為劣化實驗之國際標準可參 考(SAE Standard J2020 2003, ISO 16474-3 2013, ASTM Standard G154 2016, ISO 4892-3 2016)等。圖 2-4 氙弧燈、紫外線螢光燈與日光頻譜特性比較表 (資料來源：(Brennan, Fedor et al. 2007))
在日射輻射模擬方面所使用之光源有紫外線螢光燈、氙弧燈、碳弧燈等三 種人工光源，其中國際間最常使用配備 UVA-340 燈管之紫外線螢光燈，以燈管 內過濾波段的方式以模擬紫外線照射下的環境，UVA-340 燈管因最能夠模擬太 陽輻射中的近紫外光分布，可以快速加速反應，然而亦有可能因不自然的引發了 光觸發反應導致實驗誤差(Pospíšil, Pilař et al. 2006)。碳弧燈自 1918 年就開始用 於模擬氣象之加速劣化試驗，其波段相當集中在 360nm 左右，其劣化加速倍率 雖比氙弧燈更高，然而與自然劣化之類比性卻較低(Brennan, Fedor et al. 1988)。 然而加速劣化試驗之試驗結果常常無法與自然劣化試驗結果相符合，主要 原因為人工光源的光譜不易與自然光源相同。舉例而言，不同頻率的可視光部份 會造成材料黃化的程度不一致，然而紫外光波段不同仍是最主要導致模擬結果與 自然劣化產生差異的原因(Johnson and McIntyre 1996)。在各種加速劣化方法下， (Johnson and McIntyre 1996)對不同人工光源在加速劣化試驗中的優缺點做了相 當詳細的探討。碳弧燈之頻譜相當集中於350nm 至 450nm 之間，由於與太陽頻 譜之差距較大，故雖然因有高強度的紫外線可以快速地將鍍膜材料加速劣化，卻 無法良好的模擬自然加速劣化的測試結果(Johnson and McIntyre 1996)。而氙弧燈 相對於碳弧燈更接近自然劣化測試的結果。氙弧燈可以發射出比太陽輻射波長更 短的光，但這部分通常可以搭配各式之濾鏡解決光源頻譜分布的問題，以模擬不 同波段之曝露試驗需求。然而，氙弧燈的問題在於其大量紅外線頻譜會造成環境 溫度的上升，導致加速劣化的不確定性因子增加，因此使用時需要密切監測環境， 控制環境溫度於近乎定值。此外，氙弧燈還有控制容易的優點，可以配合試驗所 需調控明暗之光環境、溫濕度環境等等，因此亦為常用於加速劣化測試的燈源。 螢光燈管為第三種常見之劣化用光源，其相較於氙弧燈的優點在於成本低 且不會產生多餘的熱量。最常使用UVB 及 UVA 燈管，其中 UVB 燈管能量更強 其最長的波長在313nm 左右，大部分介於 270nm 至 290nm 之間。UVB 集中的 紫外線波段可以快速加速劣化試驗，然而也會引發其他不自然的化學變化，成為 試驗的不確定因素。相對的UVA 燈管強度最高的波段約為 340nm，較接近太陽 輻射的情況，因此加速劣化的試驗結果較接近自然劣化試驗。二種紫外線燈管 UVA-340 與 UVB-313 對太陽光頻譜之比較如圖 2-5 所示，顯示 UVA-340 之頻 譜能量分布特性與日光相當，是最能夠類比陽光照射下之劣化效果之光源，因此
本研究也以UVA-340 作為隔熱膜劣化實驗之光源。使用 UVA 燈管同樣也有產生 不必要的熱的問題，實驗時需要做好環境之溫度控制，一般常見之性能劣化機， 如Q-Lab 公司的 QUV、Q-sun 等機器皆有可控溫之調節功能。此外，UVA 燈管 與氙弧燈一樣具有控制容易的優點。
(a)
(b)
圖 2-5 二種紫外線螢光燈之頻譜特性(a)UVA-340(b)UVB-313 (資料來源：(ASTM Standard G154 2016))
圖 2-6 碳弧燈之頻譜特性 (資料來源：(Brennan, Fedor et al. 2007))
圖 2-7 氙弧燈之頻譜特性 (資料來源：(Brennan, Fedor et al. 2007))
綜上，使用 UVA-340 紫外線螢光燈進行加速劣化是比較可行之隔熱膜性能劣化 衰減試驗方式，本研究以下將以此光源進行探討。事實上，在我國之國家標準 CNS15200-7-7 中，針對塗料之加速劣化標準內亦有針對加速劣化用之紫外線螢 光燈UVA-340，同樣參考 ISO16476-3 亦訂有嚴格之光源發射頻譜規範，本研究
將參採沿用該規範內容作為隔熱膜性能劣化有關使用光源之規範，以與國際標準 一致。其內容整理如下。 表 2-1 UVA-340 燈(a)(b) 之相對紫外光譜輻照度要求 譜帶 (λ=波長，nm) 最小(c) (%) CIE 編號 85:1989， 表4(d)(e) (%) 最大(c) (%) λ<290 - 0 0.01 290≦λ≦320 5.9 5.4 9.3 320<λ≦360 60.9 38.2 65.5 360<λ≦400 26.5 56.4 32.8 註 (a) 本表提供指定譜帶當中之輻照度，以 250nm 至 400nm 的總輻照度之百分率表示。 為決定特定第2 種(UV-340)燈是否符合本表之要求，應量測從 250nm 至 400nm 之 光譜輻照度。此通常以2nm 之增量施行。每一譜帶之總輻照度予以加總，再除以 290nm 至 400nm 之總輻照度。 (b) 本表中之最小與最大限度係依據不同生產批次與各種齡期的第 2 種(UV-340)燈之 60 種光譜輻照度的量測。光譜輻照度數據係對裝置製造商所建議齡期以內的燈。 當更多的光譜度數據可以取得時，就可對限度做小幅度改變。最小與最大限度為 所有量測的平均值之3 sigma(σ)以內。 (c) 最小與最大之欄不必然加總至 100%，此乃因其係代表所用測量數據之最小與最 大。對任何個別光譜輻照度分布，本表中譜帶之經計算百分率將加總至100%。對 任何個別第二種(UV-340)螢光燈，每一譜帶中之計算百分率應落於最小與最大限 度範圍內。使用光譜輻照度差異大至許可差所容許之第 2 種(UV-340)燈的不同暴 露之試驗結果將可預期為不同。對所用第 2 種(UV-340)燈之特定光譜輻照度之數 據，諮詢紫外線螢光裝置製造商。 (d) 從 CIE 刊物編號 85:1989 表 4 之數據為在標準狀態(STP)之相對空氣質量 1.0，臭 氧層柱0.34cm ，可降水量為 1.42cm，及在 500nm 的氣膠消光為 0.1 之光譜光學 深度，在水平面上之全天空日射輻照度這些數據之提供係僅供參考。 (e) 對 CIE 編號 85:1989 表 4 所代表的太陽光譜，紫外光輻照度(290nm 至 400nm) 11%，可視光輻照度(400nm 至 800nm)為 89%，以 290nm 至 800nm 之總輻照度之 百分率表示。由於紫外線螢光燈之主要發射集中於300nm 至 400nm 譜帶，可取 得的紫外線螢光燈之可視光發射的數據有限。暴露於紫外線螢光裝置的試片上之 紫外光輻照度與可視光輻照度的百分率會因為暴露的試片量及其反射性質之不同 而異。 (資料來源：(CNS 15200-7-7 2013))
彈性聚合材之劣化方式訂定標準之試驗方法，其內容提出利用三種不同光源之標 準試驗方法：(1)氙弧燈曝露試驗試驗方法，(2)開放式碳弧燈曝露試驗方法，以 及(3)紫外線碳弧燈曝露試驗方法。 而為了進行人工加速劣化實驗時所使用試驗儀器的CNS 標準則可參考： 1. CNS 11231(1985)：日光碳弧燈式耐候性試驗器 2. CNS 11230(1985)：紫外線碳弧燈式耐候試驗器 3. CNS 11232(1985)：氙弧燈式耐光性及耐候性試驗器
第四節
各種材料劣化之標準文獻回顧
國際所使用之各種標準規範中，測定性能劣化之方法種類眾多，而本節主 要針對加速劣化中以光照試驗進行文獻探討，對於不同材料暴露在氙弧燈、開放 式碳弧燈、密閉式碳弧燈或紫外線螢光燈所產生之加速劣化以及部分材料經重複 性之加濕、乾燥，本研究參照美國材料試驗學會(ASTM)、美國汽車工程師協會 （Society of Automotive Engineers , SAE ）、 國 際 標 準 化 組 織 （ International Organization for Standardization , ISO）以及我國之國家標準（Chinese National Standards , CNS）所訂定不同之測試標準，整理其試驗方法、暴露時間以及劣化 後所產生之性能衰減或物理變化，並將參考標準所對應之材質和暴露光源整理如 表 2-2。然而，回顧國內外相關之材料劣化標準，目前未有針對隔熱膜之標準劣 化試驗方法。因此，本研究為訂定建築用玻璃隔熱膜之劣化試驗方法，本節首先 整理目前國際上有關各種材料之劣化標準。 2.4.1 不同材料劣化之方法 以下統合整理了目前國際上對於各種材料之加速劣化標準及其所使用燈源 之相關規範，包括了黏著材或填縫劑、塑膠聚合材、非金屬材料、塗料類以及由 美國汽車工程師協會(SAE International)所制訂的一系列車用材料劣化試驗標準。 分別概要簡述如下列各小節。表 2-2 國際加速劣化標準與使用燈源整理 分 類 方式 對象 紫外線螢光燈 碳弧燈 氙弧燈 黏 著 材 料 矽膠填 縫劑 ASTM C732(2017) (ASTM Standard C732 2017) ASTM C734(2015) (ASTM Standard C734 2015) 彈性接 合和填 縫劑 ASTM C793(2017) (ASTM Standard C793 2017) ASTM C793(2017) [3] ASTM C793(2017) [3] 溶劑型 填縫劑 ASTM C1257(2015) (ASTM Standard C1257 2015) ASTM C1257(2015) [4] 填縫劑 ASTM C1442(2014) (ASTM Standard C1442 2014) ASTM C1442(2014) [5] 建築用 填縫劑 ASTM C1501(2014) (ASTM Standard C1501 2014) ASTM C1519(2010) ASTM C1501(2014) [6] ASTM C1519(2010) 橡膠 ASTM D750(2017) ASTM D750(2017) ASTM D750(2017) 壓力感 應膠帶 ASTM D3815(2011) ASTM D6551(2011) 瀝青 ASTM D4799(2017) ASTM D4798(2016) 塑 膠 聚 合 材 料 塑膠 ISO 4892-1(2016)總則 ISO 4892-4(2013)
ASTM F1164(2014) ISO 4892-3(2016) ISO 4892-2(2013) 建築用 聚合材 CNS 8910(2017) CNS 8910(2017) CNS 8910(2017) 非 金 屬 材 非金屬 材料 ASTM G151(2013)總則 ASTM G154(2016) ASTM G152(2013) ASTM G153(2013) ASTM G155(2013)
車 輛 材 料 汽車室 外材料 SAE J2020(2016) SAE J2019(2012) SAE J1960(2008) SAE J2527(2004) 汽車內 部飾件 SAE J2212(2012) (資料來源：本研究整理) 矽膠填縫劑（Latex Sealants）之劣化方法：
ASTM C732 (ASTM Standard C732 2017)為矽膠填縫劑之劣化標準規範，使 用輻射量為0.51 W/m2 / nm、波長為 340nm 之氙弧燈連續照射 500 小時，並以水
沖洗後檢查與未進行曝光之樣本比較是否有陷落、裂痕、顏色變化，或是否對木 材、鋁材失去黏著性等情況。此外，ASTM C734 (ASTM Standard C734 2015)採 用與ASTM C732 同樣劣化方法，然二者之相異處在於其檢驗劣化性能之方式。
彈性接合填縫劑（Elastomeric Joint Sealants）之劣化方法：
ASTM C793 (ASTM Standard C793 2017)為彈性接合填縫劑之劣化標準，對 象分為多重成分填縫劑（Multicomponent sealants）與單一成分填縫劑（Single-component sealants），有相異的樣品準備方法：多重組成分填縫劑為在至少 200 公克之填縫劑中加入凝固劑和一些塗料，單一成分填縫劑則僅有 200 公克之填 縫劑，分別將不同之樣本置於密閉之容器中靜置至少24 小時，之後將其均勻混 和。此試驗所使用之燈源可為開放式碳弧燈、紫外線螢光燈或是0.51W/m2/nm、 340nm 之氙弧燈，將樣本表面面對暴露裝置，且樣本必須被限制在至少中心區域 90％輻射量之區域內，樣本放在特定暴露區域之後開始曝光，對於開放式碳弧燈 以及氙弧燈，其曝光週期為兩小時之光照接著進行兩小時光照加上樣本表面水噴 霧，所有光源持續曝光時間至少250 小時，當結束光照後，試驗樣本與對照組進 行表面觀察之比較，並將其放入冷凍器中，24 小時後將試驗樣本沿軸心處於一 秒內彎折180 度，判斷彎曲面是否有裂痕發生。 溶劑型填縫劑（Solvent-Release-Type Sealants）之劣化方法：
ASTM C1257 (ASTM Standard C1257 2015)為溶劑型填縫劑之劣化標準規範， 將填縫劑注入清洗並乾燥過之 U 型管中，並以膠帶封住開口使其凝固，隨後將
（1） 使用 UVA-340 紫外線螢光燈對樣本進行劣化，如果樣本厚度不足 20mm 厚， 則曝光週期為在60（±2.5）℃黑色面板溫度下曝光8 小時，接著在 50（±2.5） ℃未絕緣背板溫度下進行 4 小時之結露；若樣本厚度超過 20mm，則其曝 光週期為在60（±2.5）℃黑色面板溫度下曝光5 小時，接著進行一小時曝 光加樣本表面水噴霧，水溫不得高於40（±2.5）℃。 （2） 使用0.51W/m2/nm、340nm 之氙弧燈照射 1000 小時。取出樣本後在標準狀 態下靜置 2 小時，並判斷曝光後之樣本是否有粉化、碎裂，或是溶劑釋放 型膠是否有黏著力、凝聚力之不足之情形。 一般填縫劑（Sealants）之劣化方法：
ASTM C1442 (ASTM Standard C1442 2014)為一般填縫劑之劣化標準規範， 將試體在標準狀態下放置21 天使其凝固後，將試體面朝光源並放置於適當距離， 樣本必須被限制在至少中心區域 90％輻射量之區域當中，當試驗溫度及相對溼 度達穩定狀態時，開始進行以下任三種方式之連續曝光： （1） 以裝有日光過濾器(daylight filter)之氙弧燈進行光照，輻射量不得低於 0.35 （±0.02）W/m2/nm 亦不得高過 0.51（±0.02）W/m2/nm，其循環週期為在 50（±10）％相對溼度、70（±2.5）℃溫度下光照102 分鐘，接著 18 分鐘 光照加上在樣本表面進行21（±5）℃之水噴霧。 （2） 使用 UVA-340 紫外線螢光燈對樣本進行劣化，如果樣本厚度不足 20mm 厚，則曝光週期為在60（±2.5）℃黑色面板溫度下曝光8 小時，接著在 50 （±2.5）℃溫度下進行 4 小時之結露；若樣本厚度超過20mm，則其曝光 週期為在60（±2.5）℃溫度下曝光5 小時，接著進行一小時曝光加樣本表 面水噴霧，水溫不得高於40（±2.5）℃。 （3） 使用裝有日光過濾器之開放式碳弧燈，其循環週期為在50（±10）％相對 溼度、70（±2.5）℃溫度下光照光 102 分鐘，接著 18 分鐘光照加上在樣 本表面進行21（±5）℃之水噴霧。 在此標準內，所有劣化光源並無規範所需測試時間之長短，而是決定特定 之輻射量或是曝光量，而特定之輻射量則是取決於使用者自行定義之性能衰減程 度，比起規定一個標準時間更能精確的決定自己需要之劣化程度。
ASTM C1501 (ASTM Standard C1501 2014)為建築用填縫劑劣化之標準規範， 該標準使用UVA-340 型紫外線螢光燈或輻射量為 0.35 W/m2/nm、340nm 與 0.51
W/m2/nm、340nm 間之氙弧燈照射，樣本必須被限制在至少中心區域 90％輻射
量之區域當中，連續曝光1000 小時後，將樣本置於標準狀態下 2 小時，隨後判 斷每一個曝光樣本之顏色變化。而，ASTM C1519 (ASTM Standard C1519 2010) 同為建築用填縫劑劣化之標準規範，所使用之燈源一樣是0.51 W/m2/nm 之氙弧
燈或 UVA-340 型紫外線螢光燈，但暴露時間為期四週，並在曝光後進行六次之 壓縮循環，目的在於檢測樣本是否有裂縫、碎裂或黏著力以及凝聚力等問題。
橡膠（Rubber）劣化之方法：
ASTM D750（ASTM Standard D750）(ASTM Standard D750 2017) 針對橡膠（Rubber）劣化之標準規範，樣本必須被限制在至少中心區域 90％輻射量之區域當中進行曝光，連續曝光所使用之光源為以下三種： （1） 使用開放式碳弧燈，其光照週期為在 60%相對濕度、63°C 絕緣 黑色面板溫度下光照 102 分鐘，接著在樣品之前表面上進行 18 分鐘之照光和21（±5）℃水噴霧。 （2） 使用0.55 W/m2/nm、波長 340nm 之氙弧燈，在實驗室溫度維持 44°C 之穩定溫度時，其光照週期為在 60%相對濕度、63°C 絕緣 黑色面板溫度下光照102 分鐘接著在樣品之前表面上進行 18 分 鐘之照光和水噴霧。 （3） 使用輻射量為0.77W/m2/nm、波長 340nm 之 UVA-340 型紫外線 螢光燈，其光照週期為在 60°C 未絕緣黑色面板溫度為下光照 8 小時，接著在50°C 未絕緣黑色面板溫度下進行 4 小時結露黑暗。 劣化時間並無一定，直到樣本表面開始出現裂縫，或是張力強度、 極限伸長率有改變時即停止光照。 針對壓力感應膠帶（Pressure-Sensitive Tapes）劣化之方法：
ASTM D3815 (ASTM Standard D3815 2011)為針對壓力感應膠帶之劣化標準 規範，此標準使用開放式碳弧燈進行樣本之連續照射，曝光週期為在63°C 溫度 下光照102 分鐘，接著進行 18 分鐘光照與水噴霧於樣品之前表面上，直至物理 性能出現衰退即停止。ASTM D6551 (ASTM Standard D6551 2011)亦為壓力感應
膠帶之劣化標準，其使用之燈源為0.35 W/m2/nm、波長 340nm 之氙弧燈，光照
週期為進行連續曝光102 分鐘，接著再進行 18 分鐘之光照與水噴霧於樣品之前 表面上，若無特別規定則持續照射2000 小時，當結束曝光後，測試樣本是否有 物理性能上之衰變。
瀝青（Bituminous Materials）劣化之方法：
ASTM D4798 (ASTM Standard D4798 2016)為瀝青（Bituminous Materials） 劣化之測試標準方法，使用0.35 W/m2/nm 氙弧燈作為劣化燈源時，樣本必須被 限制在至少中心區域90％輻射量之區域當中進行以下兩種曝露循環： （1） A-1 循環：為穩定狀態時，在 60°C 溫度下光照 51 分鐘，接著進行 9 分鐘 之光照加上水噴霧於樣品之正面；A-2 循環與 A-1 差別在於水噴霧噴灑位 置改為樣本之正面與反面同步進行水噴霧。 （2） B-1 循環：為在試樣正面進行 60 分鐘水噴霧，接著光照 90 分鐘，再進行 120 分鐘光照和水噴霧於樣本正面，接續進行 990 分鐘純光照，最後在-18°C 下持續 180 分鐘之冷暴露。B-2 循環與 B-1 差別在於水噴霧噴灑位 置改為樣本正、反面。 劣化時間時持續至出現最小可辨識裂縫即停止。
ASTM D4799 (ASTM Standard D4799 2017)同為瀝青劣化之標準測 試規範，但所使用之燈源為 UVA-340 型紫外線螢光燈，有六種循環方 式： （1） 在 60（±2.5）°C 下照射 4 小時 UV，與在 50（±2.5）°C 下 4 小時 結露輪流進行。 （2） 在 60（±2.5）°C 下照射 20 小時 UV，與在 50（±2.5）°C 下 4 小 時結露輪流進行。 （3） 在 80（±2.5）°C 下照射 20 小時 UV，與在 50（±2.5）°C 下 44 小 時結露輪流進行。 （4） 在 60（±2.5）°C 下照射 4 小時 UV 及 15 分鐘水噴霧，與在 50 （±2.5）°C 下之 3.75 小時結露輪流進行。 （5） 在 60（±2.5）°C 下照射 20 小時 UV 及水噴霧 15 分鐘，與在 50 （±2.5）°C 下 3.75 小時結露輪流進行。
（±2.5）°C 下之 3.75 小時結露輪流進行。 當樣本曝光至開始出現裂縫時，即停止曝光。 塑膠（Plastic）劣化之方法：
ASTM F1164 (ASTM Standard F1164 2014)為對塑膠所訂定之標準規範，將 樣本暴露於UVB-313 型紫外線螢光燈下，在工作溫度為 48.89°C 下以 7 小時之 UV 照射與 5 小時之結露為一循環，總共進行 14 個循環，結束曝光後，將樣本 貼上高黏著性膠帶，並快速以 180 度反向撕開，檢查膠帶上是否有樣本脫落之 物。
除了上述多屬 ASTM 之標準外，美國汽車工程協會之 SAE J2212 (SAE Standard J2212 2012)也有針對汽車內部飾件暴露於氙弧燈中造成劣化訂定標準 規範；SAE J1960 (SAE Standard J1960 2008)、SAE J2019 (SAE Standard J2019 2012) 以及SAE J2020 (SAE Standard J2020 2003)則是對汽車外部配件暴露於氙弧燈以 及紫外線螢光燈中進行劣化所訂定的國際標準。ISO 4892-2 (ISO 4892-2 2016)、 ISO 4892-3 (ISO 4892-3 2016)以及 ISO 4892-4 (ISO 4892-4 2016)則以碳弧燈、氙 弧燈以及紫外線螢光燈對塑膠進行劣化，並訂定標準方法；ISO 16474-2 (ISO 16474-2 2013)使用氙弧燈對油漆塗料訂定了標準方法，讓樣本產生性能及外觀上 之變化。而我國之CNS 8910 (CNS 8910 2017)亦對建築用聚合材料(塑膠)訂定了 一套加速劣化標準方法。以上整理將為本研究後續建立隔熱膜劣化標準之重要參 考。 2.4.2 劣化光照燈源相關標準規範 本節說明用於加速劣化之光照儀器相關之國際標準規範，本研究參照美國 材料試驗學會（American Society for Testing and Materials , ASTM）用於訂定氙弧 燈（Xenon arc lamp）、開放式碳弧燈（Open flame carbon arc lamp）、密閉式碳弧 燈（Enclosed carbon arc lamp）以及紫外線螢光燈（Fluorescent UV lamp）之標準 方法，並整理以紫外線螢光燈標準方法中所使用之曝光週期（Exposure cycle）及 劣化環境溫度（Black panel temperature）之規範內容。
ASTM G151(ASTM Standard G151 2010)為氙弧燈、開放式碳弧燈、密閉式 碳弧燈以及紫外線螢光燈，應用於照射非金屬材料時之通用規定。其中載明進行 標準測式流程時，倘使用光源進行單一暴露時段，選擇之時間或是曝光量需造成 測試材料與對照材料之間產生最大性能差異，而所使用之最低曝露時間或是最小
曝光量應是該待測材料產生實質性能變化所需之時間。而對於各別燈源所制定之 詳細使用標準，ASTM 將其獨立敘述於不同標準之中：ASTM G152 (ASTM Standard G152 2013)為開放式碳弧燈之標準作業流程；ASTM G153 (ASTM Standard G153 2013)制定密閉式碳弧燈之標準操作流程，其與開放式碳弧燈僅在 放射波長上相異，曝露週期也有明顯區分；而ASTM G154 (ASTM Standard G154 2016)則針對不同類型之紫外線螢光燈訂定標準之曝露週期，整理於表 2-3 紫外 線螢光燈曝光週期表；而ASTM G155 (ASTM Standard G155 2013)則為當使用氙 弧燈時之多種曝光週期規範。其中，以ASTM G154 應用紫外線螢光燈為光照光 源為例，該標準定義了八種試驗循環，包含二種不同波長之紫外線螢光燈管 UVA-340 與 UVA-313 之應用。其中以循環 1 與較高照射強度之循環 4 是較為常用之 試驗循環。 表 2-3 紫外線螢光燈曝光週期表 循環 類型 輻照度 波長 暴露週期 1 UVA-340 0.89 W/m2/nm 340 nm 在60（±3）°C之黑板溫度下照光8 小時， 接著在50（±3）°C 黑色面板溫度下進行 4 小時結露 2 UVB-313 0.71 W/m2/nm 310 nm 在60（±3）°C 黑色面板溫度下照光 4 小時， 接著在50（±3）°C 黑色面板溫度下進行 4 小時結露 3 UVB-313 0.49 W/m2/nm 310 nm 在70（±3）°C 黑色面板溫度下照光 8 小時， 接著在50（±3）°C 黑色面板溫度下進行 4 小時結露 4 UVA-340 1.55 W/m2/nm 340 nm 在70（±3）°C 黑色面板溫度下照光 8 小時， 接著在50（±3）°C 黑色面板溫度下進行 4 小時結露 5 UVB-313 0.62 W/m2/nm 310 nm 在80（±3）°C 黑色面板溫度下照光 20 小 時，接著在50（±3）°C 黑色面板溫度下進 行4 小時結露 6 UVA-340 1.55 W/m2/nm 340 nm 在60（±3）°C 黑色面板溫度下照光 8 小時， 接著在50（±3）°C 黑色面板溫度下進行 4 小時結露 7 UVA-340 1.55 W/m2/nm 340 nm 在60（±3）°C 黑色面板溫度下照光 8 小時， 再進行0.25 小時水噴霧（無照明且溫度未 控制），接著在50（±3）°C 黑色面板溫度 下進行3.75 小時結露 8 UVB-313 28 W/m2 270 to 在70（±3）°C 黑色面板溫度下照光 8 小時， 接著在50（±3）°C 黑色面板溫度下進行 4
2.4.3 德國之玻璃劣化標準(DIN BS EN 15752-1)
在針對玻璃之光學性能劣化標準方面，經廣泛蒐集資料之結果發現國際上 無直接對應於光學性能劣化之標準，比較類似的規範有歐盟採用的 DIN BS EN15752-1 以及日本的 JIS A5759，則有針對貼附聚合塑膠膜的玻璃所制訂之一 般加速劣化方法，但並非針對光學性能之衰減，整理如下。DIN BS EN15752-1 標 準同時被德國、英國與歐盟共同採用，以下摘錄該規範內有關加速劣化測試方法 之內容，如下表 2-4，該內容呈現於標準之第七節中。 表 2-4 摘錄 DIN BS EN15752-1 標準之內容 7.2 加速劣化測試方法 7.2.1 一般事項 參照EN ISO 4892-1 以及 EN ISO 4892-2 使用氙弧燈照射，照射面(玻璃面或是貼膜面)取決於實驗所需 比較劣化前與劣化後膜的性質差異 7.2.2 試樣準備 測試膜的材質必須要具代表性 在距離膜底端3m 內以及距離膜邊 75mm 內的膜並不適用於製作樣本 聚合塑膠膜必須貼於4mm 無塗層浮製玻璃(在 5.1.2 中描述) 7.2.3 試樣的大小與數量 需準備兩套試驗樣本，第一套含6 個(測試用)，第二套含 3 個(對照用) 試樣大小需參照EN ISO 4892-1 製備 註：為了確保附著強度，試樣長度至少須為35mm 7.2.4 聚合塑膠膜玻璃試驗樣本的事前清理 使用軟刷清理玻璃表面微粒 使用廠商推薦的清潔劑清理貼膜面，並風乾 使用無絨布以及異丙醇擦拭兩面，並風乾30 分鐘 7.2.5 測試試樣與對照試樣的狀態 在測試前 24 小時，測試試樣之溫度需在(23 ± 5)℃，相對溼度需在(80 ± 5)% 對照試樣須保存在溫度(23 ± 5)℃，相對溼度 50%的密閉式黑色封箱中 對照組不可受光照或其他相似的能量源
7.2.5 測試方法 A 型試樣應將聚合塑膠膜面面向氙弧燈 B 型試樣應將玻璃面面相氙弧燈 C 型試樣(雙層玻璃)應將隔熱膜面面向氙弧燈 D 型試樣(雙層玻璃)應將玻璃面面向氙弧燈 7.2.7 加速劣化過程 參照EN ISO 4892-2 的方法 A 之第一周期 暴露階段 輻射照度 背景溫度 ℃ 測試空間溫 度 ℃ 相對溼度 % 全波段輻 射量 W/m2 單一波段 輻射量 W/(m2nm) 102 分鐘光照 18 分鐘水淋 60±2 0.51±0.02 65±3 38±3 50±10 7.2.8 劣化時間與樣品測試 貼膜方式 測試試樣 最小數量 所有型態 (A、B、C、D 型) 劣化前0 小時 2 1500 小時 2 3000 小時 2 須在試驗樣本準備完成後的4 小時內開始加速劣化測試 需在劣化後4 小時內測試試樣 如在測試時試樣潮濕，需用軟布將其擦乾 如在劣化期間量測或替換測試裝備，則試驗樣本閒置時間不可超過1 小時 (資料來源：DIN BS EN15752-1)
2.4.4 日本之玻璃劣化標準(JIS A5759) 日本亦無直接針對玻璃隔熱膜光學性能衰減之標準，但有針對玻璃隔熱膜 之標準JIS A5759，該標準定義了玻璃隔熱膜之光學性能、耐候性試驗等，其中 亦針對隔熱膜之耐候試驗進行了標準化方法之規定，見於該標準之第6.9 節中， 摘錄如下表 2-5。 表 2-5 摘錄 JIS A5759 標準之內容 6.9 耐候性試驗 6.9.1 樣品準備 將50mm X 250mm 的隔熱膜貼在厚度為 3mm，寬度為 50mm，長度為 125mm 的平板玻璃上。以與6.8 相同的方式完成膠片的黏附。應準備三個相同的樣品。 6.9.2 試驗前處理 將樣品在室溫下放置4 天或是更長的時間。 6.9.3 試驗方法 使用JIS B 7753 中規定的日光碳弧燈耐候試驗機，在下表所示的試驗條件下進 行加速耐候性試驗。光致電變色之陽光控制膜應連續劣化測試 1000 小時，而 防爆玻璃膜以及玻璃滲透防止膜應連續劣化測試 2000 小時，樣品之玻璃表面 應面向光源進行測試。 碳弧燈耐候性試驗條件表 項目 條件 光源 碳弧燈需搭配濾光片 在275nm 處之光譜透射率小於 2% 在400nm 處之光譜透射率大於 90% 電源電壓 200V ± 20V 交流電 照射條件 平均放電電壓電流 50V ± 1V, 60A ± 1.2A 背景溫度 63℃ ± 3℃ 相對溼度 (50 ± 5)% 測試片表面放射照度 255(±10%)W/m2(300nm∼700nm) 水淋 階段 光照120 分鐘，水噴霧 18 分鐘 水淋方式 在玻璃光照面上進行水噴霧 隔熱膜 分光透過率 在275nm 處之光譜透射率小於 2% 在400nm 處之光譜透射率大於 90% 試樣光照方向 將玻璃表面面向光源
測試過程 在預定劣化時間之後，讓試樣靜置 24 小時或更長時間，並在此試樣上進行以 下測試。 A. 觀察膜是否有膨脹、裂縫、邊緣撥離等異常狀況 B. 遮蔽係數由 6.4 計算而得 C. 在通過平板玻璃中心將樣品的薄膜切割成寬25mm、長 250mm 的大小來進 行黏附力測試 (資料來源：JIS A5759)
第三章
研究方法
透過初步之文獻蒐集回顧後發現，目前尚缺針對玻璃隔熱膜之相關檢測規 範。因此，本研究首先進行國內外有關建材耐久、耐候性檢測規範之彙整，藉以 研訂玻璃隔熱膜之性能衰減規範草案。整個研究之流程如圖 3-1 所示。建築玻璃 貼覆隔熱膜之主要目的在於減少室內日射熱之取得以達建築節能與提升室內熱 舒適，由過去之研究(黃國倉 and 李宜臻 2017)指出隔熱膜作為影響建築節能與 熱 舒 適 之 主 要 物 理 因 子 為 隔 熱 膜 之 日 光 輻 射 熱 取 得 係 數(Solar heat gain coefficient, SHGC)；而可視光穿透率(Visible light transmittance, Tvis)是影響室內視覺舒適性以及建築晝光利用之影響因子，亦會間接影響室內之熱取得。因此，本 研究定義玻璃隔熱膜劣化所必要檢測之性能因子定義為 SHGC 與 Tvis二者，是 影響建築節能、熱舒適以及視覺舒適性最重要之關鍵因子。後續有關性能衰減劣 化之檢測皆以試驗隔熱膜之SHGC 與 Tvis之衰減為研究討論對象。 以下針對本計畫各項研究內容，說明採用之研究方法： 1. 在國內外有關玻璃隔熱膜性能衰減之相關研究文獻與檢測規範蒐集彙整分 析方面，本研究擬蒐集國際上ISO、美國 ASTM、美國汽車工程師協會 SAE 等以及國內CNS 既有有關耐候性、性能衰減試驗方法之相關規範上之探討 分析。參考國際之規範之架構，探討規範本土化應用之可行性，據以訂定 國內之隔熱膜性能衰減規範。 2. 有關於建立性能衰減試驗方法部分，可區分為二(1)隔熱膜性能衰減試驗標 準方法(加速劣化方法)之建構，以及(2)為了於標準方法內訂定合理的隔熱 膜加速劣化時試體之曝露時間，本研究透過加速劣化實驗進行建築玻璃隔 熱膜之劣化，蒐集光學性能隨時間劣化之數據，藉以訂定之。 3. 研擬CNS 建築玻璃隔熱膜性能衰減試驗方法草案：經由上述之前測實驗過 程搭配既有國際規範之回顧，本研究最終擬提出「建築玻璃隔熱膜性能衰 減試驗方法草案」之內容，以提供我國未來研訂CNS 規範之參考。
第一節
研究流程
本計畫之研究流程如圖 3-1 所示，為了建立玻璃隔熱膜之性能衰減試驗方與標準之文獻回顧與比較分析，以確立劣化試驗之方式及使用光源之種類作為草 擬試驗方法標準之參考。第二部分為定義何種性能之衰減，此部分本研究將定義 為隔熱膜玻璃之日光輻射熱取得係數(Solar heat gain coefficient, SHGC)與可視光 透過率(Tvis)，原因係此二者是影響貼附隔熱膜之玻璃對室內節能與舒適性之關 鍵因子。 日光輻射熱取得係數(SHGC)之定義為日光垂直照射到 3mm 厚之玻璃表面 後直接透射玻璃板的輻射熱，再加上被玻璃吸收並傳導至窗玻璃室內側之傳導熱 之和與入射之總日光輻射之比值。因此SHGC 為一介於 0 至 1 無因次之物理量， 其值越大代表透過玻璃開口部進入室內之日射熱取得越大。而可視光透過率 (Tvis)之定義為日光中波長範圍介於 380nm 至 780nm 的日光輻射穿透玻璃後同 樣波段下之日光輻射佔入射總可視光輻射之比值，其亦為一介於 0 至 1 無因次 之物理量，其值越大代表玻璃越清澈透明。 第三部分，是本研究之重點在於建立劣化方法之標準程序。此標準程序應 包括從標準樣品尺寸之製作、劣化使用儀器設備之規範、劣化曝露時間之長短、 劣化過程使用之光源、劣化之循環等。其中有關隔熱膜產品之「劣化曝露時間之 長短」一項，由於透過文獻分析後目前國內外尚無有關隔熱膜之劣化標準，因此 亦無應有之曝露時間可供參考。因此，本研究擬規劃隔熱膜樣本之長期連續劣化 實驗，並於過程中反覆進行其光學性能衰減之量測，藉以訂定隔熱膜之標準劣化 曝露時間。此一過程敘述如下： 為了瞭解加速劣化試驗後玻璃隔熱膜之熱性能變化，於加速劣化之各階段 過程中隨時間劣化過程，需逐步量測隔熱膜光學性能之劣化之數據，藉以繪製日 射透過性能與可視光透過性能之劣化時間序列曲線，以呈現產品隨時間劣化之程 度。為將製作樣品劣化曲線之方式標準化，事先需予以標準化其加速劣化過程， 目前定義每一人工加速劣化階段之暴露量以 UVA-340 燈管於 QUV 試驗機中以 1.55 W/m2之能量在試驗環境溫度 70°C 下以 600 小時之暴露時間為一階段，樣 品接受每一階段之劣化後皆進行一次光學性能之量測，透過比對劣化前之數據藉 以得知每一階段之性能衰減率ξ，其公式如(1)與(2)，繪製性能劣化曲線，以為訂 定劣化後性能變化之量測次數參考。有鑑於目前市售常見玻璃隔熱膜產品之隨時
實驗，藉以瞭解目前市售產品隨時間劣化之性能，再予訂定之以建立劣化前後分 析方法之標準程序。 100% before after SHGC before SHGC SHGC SHGC (1) 與 100% before after Tvis before Tvis Tvis Tvis (2) 其中：下標before 為未劣化前之性能；下標 after 為劣化後之性能 樣品試片暴露於輻射能量與曝露時間之關係，可由以下公式求得。 H
Edt (3) 式中，E：輻射照度(W/m2)；t：曝露時間(s)；H：輻射曝露量(J/m2) 如果在整個曝露期間，輻射照度為恆定，則總輻射暴露量H 即為 E 與 t 之 乘積。圖 3-1 研究流程圖 (資料來源：本研究整理)
![表 2-2 國際加速劣化標準與使用燈源整理 分 類 方式 對象 紫外線螢光燈 碳弧燈 氙弧燈 黏 著 材 料 矽膠填縫劑 ASTM C732(2017) (ASTM Standard C732 2017) ASTM C734(2015) (ASTM Standard C734 2015) 彈性接合和填縫劑 ASTM C793(2017) (ASTM Standard C793 2017) ASTM C793(2017) [3] ASTM C793(2017) [3]溶劑型填縫劑 ASTM](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/9libinfo/8764884.209288/26.892.137.759.140.1143/紫外線碳弧燈氙弧燈著材料矽膠填縫ASTMASTMASTMASTM彈性接合ASTMASTM.webp)
