隔熱漆耐久年限之檢測研究

隔熱漆耐久年限之檢測研究

內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 研 究 報 告

中 華 民 國 104年 12月

隔熱漆耐久年限之檢測研究

受委託者：財團法人成大研究發展基金會

研究主持人：李訓谷

共同主持人：沈永清

研究助理：陳亭瑀、曾若綺、陳建甫

內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 研 究 報 告

中華民國 104 年 12 月

目 次

目次․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․I

表次․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․III

圖次․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․VII

中文摘要․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․XI

英文摘要․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․XV

第一章緒論․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․1

第一節研究動機與目的․․․․․․․․․․․․․․․1

第二節研究方法與過程․․․․․․․․․․․․․․․4

第三節研究流程與步驟․․․․․․․․․․․․․․․8

第二章隔熱塗料文獻收集與分析․․․․․․․․․․․․․11

第一節隔熱塗料發展․․․․․․․․․․․․․․․11

第二節隔熱塗料相關標章 ․․․․․․․․․․․․․18

第三節隔熱塗料相關節能法規(美國) ․․․․․․․․41

第四節耐候測試相關文獻․․․․․․․․․․․․․45

第三章測試標準與方法․․․․․․․․․․․․․․․․․53

第一節測試標準與設備․․․․․․․․․․․․․․53

第四章隔熱塗料節能效果與耐候性能評估․․․․․․․․․67

第一節試片製作․․․․․․․․․․․․․․․․․69

第二節 QUV 耐候試驗․․․․․․․․․․․․․․69

第三節自然曝曬試驗․․․․․․․․․․․․․․․75

第四節氙弧燈耐候試驗․․․․․․․․․․․․․․83

第五節耐候測試方法對於塗料隔熱性能比較․․․․․86

第五章結論與建議․․․․․․․․․․․․․․․․․․95

第一節結論․․․․․․․․․․․․․․․․․․․95

第二節建議․․․․․․․․․․․․․․․․․․․97

附錄一、內政部建築研究所 104 年度「隔熱漆耐久年限之檢測研究」

究計畫案審查意見及廠商回應一覽表․․․․․․․․99

附錄二、內政部建築研究所 104 年度「隔熱漆耐久年限之檢測研究」

託研究計畫案期中審查意見及廠商回應一覽表․․․․101

附錄三、內政部建築研究所 104 年度「隔熱漆耐久年限之檢測研究」

委託研究計畫案期末審查意見及廠商回應一覽表 ․․103

附錄四、隔熱漆耐久年限之檢測研究第一次專家會議紀錄․․․105

附錄五、隔熱漆耐久年限之檢測研究第二次專家會議紀錄․․․108

附錄八、實驗數據․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․118

附錄九、CNS 建築用反射隔熱塗料(草案)․․․․․․․․․․134

參考書目․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․147

表次

表1-1

研究內容與進度說明․․․․․․․․․․․․․․․․8

表2-1 塗料的特點與性能․․․․․․․․․․․․․․․․11

表2-2

顏填料折光指數及顏色表․․․․․․․․․․․․․14

表2-3

低層住宅屋頂之屋頂傳熱係數表․․․․․․․․․․19

表2-4

非低層住宅屋頂之屋頂傳熱係數表․․․․․․․․․20

表2-5

冷屋頂住宅建築之屋頂傳熱係數表․․․․․․․․․21

表2-6 ASHRAE 90.2-2009之冷屋頂相關規範․․․․․․․․22

表2-7 冷屋頂性能與平屋頂單位面積熱得之關係（台北）․․30

表2-8 冷屋頂性能與平屋頂單位面積熱得之關係（台中）․․31

表2-9 冷屋頂性能與平屋頂單位面積熱得之關係（高雄）․․31

表2-10 冷屋頂節能效益（台北）․․․․․․․․․․․․․32

表2-11 冷屋頂節能效益（台中）․․․․․․․․․․․․․32

表2-12 冷屋頂節能效益（高雄）․․․․․․․․․․․․․33

表2-13 冷屋頂性能與斜屋頂單位面積熱得之關係（高雄）․․36

表2-14 冷屋頂性能與斜屋頂單位面積熱得之關係（台北）․․36

表2-15 冷屋頂在斜屋頂之節能效益（高雄）․․․․․․․․37

表2-16 冷屋頂在斜屋頂之節能效益（台北）․․․․․․․․37

表2-17 建築用長期耐候性面漆․․․․․․․․․․․․․․ 37

表2-18 建築用反射隔熱塗料性能要求․․․․․․․․․․․ 39

表2-19 建築反射隔熱塗料性能要求․․․․․․․․․․․․39

表2-20 建築外表面用熱反射隔熱塗料性能要求․․․․․․․40

表2-21 加州冷屋頂補助之規範要求․․․․․․․․․․․․44

表3-1 不同測試標準使用之設備和地點․․․․․․․․․․53

表3-2 太陽能波長對照表

S

_







對照表

(ISO 9050)․․․․․54

表3-3ASTM C1549與E903之反射率量測值差異性․․․․․58

表3-4 玻璃表面半球輻射率之修正係數(ISO 10292)․․․․․59

表3-5 玻璃表面熱輻射綠之分光反射率量測之規定波長․․․60

表3-6 氙弧燈試驗方法標準主要條件比較․․․․․․․․․63

表3-7ASTM G152-06之模擬設定氣候條件․․․․․․․․64

表3-8 耐候測試方法之比較․․․․․․․․․․․․․․․68

表4-1QUV 0-2000小時日射反射率之變化(基底:鋼板，UVA)․71

表4-2QUV 0-2000小時表面輻射率之變化(基底:鋼板，UVA)․71

表4-3QUV0-2000小時日射反射率之變化(基底:水泥磚，UVA)

․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․72

表4-4QUV 0-2000小時表面輻射率之變化(基底:水泥磚，UVA)

․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․73

表4-5QUV 0-1021小時日射反射率之變化(基底:鋼板，UVB)․74

表4-6QUV 0-1021小時表面輻射率之變化(基底:鋼板，UVB)

․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․74

表4-7自然曝曬0-2500小時日射反射率之變化(未清洗，基底:鋼板

)․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․77

表4-8自然曝曬0-2500小時表面輻射率之變化(未清洗，基底:鋼板

)․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․77

表4-9自然曝曬0-2500小時日射反射率之變化(清洗，基底:鋼板)

․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․78

表4-10自然曝曬0-2500小時表面輻射率之變化(清洗，基底:鋼板)

․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․79

表4-11自然曝曬0-2000小時日射反射率之變化(未清洗，基底:水泥

磚)․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․80

表4-12自然曝曬0-2000小時表面輻射率之變化(未清洗，基底:水泥

磚)․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․80

表4-13自然曝曬0-2000小時日射反射率之變化(清洗，基底:水泥磚)

․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․81

表4-14自然曝曬0-2000小時表面輻射率之變化(清洗，基底:水泥

磚)․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․82

表4-15氙弧燈0-2500小時日射反射率之變化(基底:鋼板)․․․85

表4-16氙弧燈0-2500小時表面輻射率之變化(基底:鋼板)․․․85

表4-17耐候測試方法對於隔熱塗料耐候性之比較(A牌)․․․․86

表4-18耐候測試方法對於隔熱塗料耐候性之比較(B牌)․․․․87

表4-19耐候測試方法對於隔熱塗料耐候性之比較(C牌)․․․․87

表4-20耐候測試方法對於隔熱塗料耐候性之比較(D牌)․․․․88

表4-21耐候測試方法對於隔熱塗料耐候性之比較(E牌)․․․․88

表4-22耐候測試方法對於隔熱塗料耐候性之比較(F牌)․․․․89

表4-23台灣日照時數統計(統計期間1981-2010)․․․․․․․93

圖次

圖1-1IPCC統計十萬年週期全球二氧化碳排放量․․․․․․1

圖1-2 各部門溫室氣體減量․․․․․․․․․․․․․․․․2

圖1-3 「節能減碳年」之主要行動計畫․․․․․․․․․․․2

圖1-4隔熱塗料穿透反射率光譜儀․․․․․․․․․․․․․5

圖1-5太陽光全波長光穿透反射分析․․․․․․․․․․․․5

圖1-6隔熱塗料表面輻射率量測儀․․․․․․․․․․․․․5

圖1-7熱輻射量測儀․․․․․․․․․․․․․․․․․․․5

圖1-8熱傳導係數測儀(TCi)․․․․․․․․․․․․․․․6

圖1-9熱傳導係數測儀(Hot disk/TPS 2500)․․․․․․․․․6

圖1-10氙弧燈式耐候試驗機․․․․․․․․․․․․․․․․7

圖1-11研究流程與步驟圖․․․․․․․․․․․․․․․․9

圖2-1隔熱塗料隔熱原理․․․․․․․․․․․․․․․․16

圖2-2ASHRAE定義之美國八個不同氣候區․․․․․․․․20

圖2-3低坡屋頂非住宅建築於加州氣候之模擬節能成效․․․24

圖2-4商業建築採用之冷屋頂標準規範․․․․․․․․․․25

圖2-5住宅建築採用之冷屋頂標準規範․․․․․․․․․․26

圖2-6冷屋頂性能對屋頂耗能之影響（台北）․․․․․․․29

圖2-7冷屋頂性能對屋頂耗能之影響（台中）․․․․․․․29

圖2-8冷屋頂性能對屋頂耗能之影響（高雄）․․․․․․․30

圖2-9DOE斜屋頂建築模擬幾何外觀․․․․․․․․․․․34

圖2-10 冷屋頂性能對斜屋頂耗能之影響（台北，東西向）․․34

圖2-11 冷屋頂性能對斜屋頂耗能之影響（台北，南北向）․․35

圖2-12 冷屋頂性能對斜屋頂耗能之影響（高雄，東西向）․․35

圖2-13 冷屋頂性能對斜屋頂耗能之影響（高雄，南北向）․․36

圖2-14加速老化耐候試驗機構造圖․․․․․․․․․․․․45

圖2-15單一元素對於反射率之變化․․․․․․․․․․․․46

圖2-16 各地區氣候環境元素調配比例․․․․․․․․․․․46

圖2-17加速老化耐候試驗機實驗步驟․․․․․․․․․․․47

圖2-18自然曝曬與加速老化耐候試驗機反射率比較圖․․․․47

圖2-198種太陽反射率較高的測試樣品位在柏克萊耐候性之比較

․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․48

圖2-209種太陽反射率偏低的測試樣品位在柏克萊耐候性之比較

․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․48

圖2-21 休士頓自然曝曬耐候性之比較(朝北方) ․․․․․․․48

圖2-22 休士頓自然曝曬耐候性之比較(朝南方) ․․․․․․․48

圖2-23 添加氧化亞銅與無添加之測試樣品對照圖․․․․․․49

圖2-24聚氨酯戶外自然曝曬․․․․․․․․․․․․․․․50

圖2-25聚氨酯人工加速老化․․․․․․․․․․․․․․․50

圖2-26汽車塗料戶外自然曝曬․․․․․․․․․․․․․․50

圖2-27汽車塗料人工加速老化․․․․․․․․․․․․․․50

圖2-28聚酯戶外自然曝曬․․․․․․․․․․․․․․․․51

圖2-29聚酯人工加速老化․․․․․․․․․․․․․․․․51

圖3-1 手提式太陽輻射反射率量測儀器․․․․․․․․․․57

圖3-2手提式輻射率量測儀器裝置示意圖․․․․․․․․․60

圖3-3差動式熱電堆輻射能量偵知器量測示意圖․․․․․․61

圖3-4紫外線對玻璃建材光學性質之影響․․․․․․․․․66

圖3-5紫外線耐候試驗機․․․․․․․․․․․․․․․․66

圖3-6紫外線燈管與試件配置․․․․․․․․․․․․․․67

圖4-1 紫外線耐候試驗機耐候試驗實驗流程․․․․․․․․70

圖4-2 將試件置入QUV耐候試驗機․․․․․․․․․․․․70

圖4-3 自然曝曬試驗流程․․․․․․․․․․․․․․․․76

圖4-4 自然曝曬試體擺設(鋼板)․․․․․․․․․․․․․76

圖4-5自然曝曬試體擺設(鋼板)․․․․․․․․․․․․․76

圖4-6 自然曝曬試體擺設(水泥磚)․․․․․․․․․․․․76

圖4-7自然曝曬試體擺設(水泥磚) ․․․․․․․․․․․․76

圖4-8 氙弧燈耐候試驗流程․․․․․․․․․․․․․․․83

圖4-9氙弧燈耐候試驗機․․․․․․․․․․․․․․․․84

圖4-10氙弧燈樣品放置(鋼板) ․․․․․․․․․․․․․․84

圖4-11耐候測試與隔熱性能之關聯(鋼板)․․․․․․․․․91

摘要

關鍵詞：隔熱漆、耐久年限、隔熱性能 一、研究緣起 現今世界各國為了解決氣候變遷與地球暖化問題，皆投注大量人力與物力進 行解決之道的研究發展。由於建築能耗佔一個國家的全國總能耗的比例相當大， 例如美國的建築能耗大約佔美國總能耗40%，台灣大約為30%，中國大約25%。 因此，降低建築能耗與都市熱島效應之策略已成為全世界關注的重點。對於降低 建築能耗之策略除了提高建築設備的能源使用效率（例如：使用高能源效率的空 調、照明設備等）外，另一發展重點為降低建築外殼能耗。目前，降低建築外殼 能耗的方法大約可分為使用隔熱板材、隔熱塗料與隔熱窗戶等。其中應用隔熱塗 料造成屋頂溫度下降之冷屋頂(Cool Roof)技術已經被美國環保署證實為降低建 築耗能與都市熱島效應之六大有效策略之一。 在台灣，隔熱漆因為價格相較其他工法便宜且施工方便，已經普遍應用在住 宅建築外牆及屋頂、鋼製屋頂廠房、學校甚至農舍上。然而台灣獨特高溫、高濕 氣候與空氣汙染等環境特性下，使得業者宣稱的隔熱漆耐久年限一直被建築從業 者與一般消費者存疑；再加上過去隔熱漆的隔熱性能以及耐久年限並無相關之認 證與規範，使得市售隔熱漆產品在標識隔熱係能與耐久年限之相關性資訊並未統 一。因此，為了鼓勵消費者與建築師更多使用隔熱漆以及提升業者在高性能隔熱 漆產品之研發能力，對於隔熱漆耐久年限檢測之議題實有研討之必要性。本計畫 之研究目的為探討隔熱漆耐久年限標準檢測方法之適切性，以及進一步針對台灣 市售隔熱漆進行隔熱係能與耐久年限測試，期使能獲得隔熱漆隔熱性能與耐久性 之關聯性。

二、研究方法與過程 本次研究收集市售至少 20 種塗料，並使用自然曝曬、QUV 耐候測試和氙弧 燈耐候測試等三種方法，依序曝曬 500、1000、1500、2000 小時後，使用光譜儀、 表面輻射率量測儀等儀器進行數據量測。 各測試結果會予以分析，並針對各家廠商的塗料進行 0 至 2000 小時差異性之 比對及各種耐候方法測試後差異性之比對以尋找最佳的耐候測試方法。 1. 文獻分析 本研究計畫依照計畫之研究議題，蒐集包含各國有關建築塗料基準規範以及 相關文獻資料，並進行歸納整理，作為進一步本研究計畫之基礎參考。 2. 比較分析法 針對蒐集之文獻進行相對性優缺點比較分析，藉以瞭解國內外在本研究議題 之歷時變化並比對分析其差異性，作為適用國內隔熱塗料規範之參考依據。 3. 專家諮詢法 研究結果經整理後，研究團隊會邀請相關學者以及產業界、工會專家進行意 見溝通交流，並針對研究內容進行審議，提出應修正及增刪之意見，作為充實、 加強本研究計畫內容之參考。並擇期辦理3場專家諮詢會議來說明研究計畫執行 成效、進度及所遭遇之問題。 三、 重要發現 1. 美國冷屋頂與州政府規範以3年自然老化曝曬作為耐候測試方法，而日本及 中國則以氙弧燈、QUV耐候測試方法為主。 2. 根據本研究計畫三次產學專家會議之討論結果，建議隔熱塗料綠建材標章以 太陽光反射率、表面輻射率及2500小時耐候測試之太陽光反射率下降率作為 評定項目，並且仿照日本以三種亮度之隔熱塗料分別訂定。 3. 隔熱塗料的耐候測試以(1) QUV以及(2)氙弧燈加速老化測試為最常用之測

試方法。而根據本研究之2000小時耐候性能測試結果顯示，塗料在氙弧燈和 QUV兩種測試所呈現的數據並無太大差異。 4. 根據文獻與本研究之實驗結果，在2000小時耐候測試中，目前市售顏料 系塗料之隔熱性能會隨著時間降低，而且降低的幅度與初始值差距並不 大。而本研究所選擇之兩種陶瓷系塗料之隔熱性能並未出現突然降低之 現象，仍然是隨著時間降低。 5. 在自然曝曬測試中，測試樣品因大氣中的水氣而在表面產生藍綠藻之物 質，對於性能數據會有較顯著的下降，而落塵亦會影響到太陽光反射率，對 於表面輻射率則不會影響。 6. 本研究從總紫外線接受能量推算，在台灣的氣候條件下，塗料接受2500小時 之加速耐候測試可等同10年之使用壽命。雖各國皆在研究戶外自然曝曬及人 工加速耐候之間測試時間的關聯性，但影響老化的因素眾多例如:溫度、濕度、 光照、氣候及測試材料的差異不是只以總紫外線能量做為基準點。所以目前 很難界定出多久的加速耐候測試等同多久的人工耐候測試。故上述的「2500 小時之加速耐候測試可等同10年之使用壽命」只成立在某些材料的測試上， 未來可藉由長時間的戶外自然曝曬結果來佐證加速耐候測試結果的正確性及 關聯性。 四 、 建 議事 項 建議一 建議參考本研究計畫完成之隔熱塗料各國標準收集與研究成果，規劃辦理建立隔 熱塗料CNS標準：立即可行建議 主辦機關：經濟部標準檢驗局 協辦機關：內政部建築研究所、台灣區塗料工業同業公會 本研究計畫已參考美國、中國與日本之隔熱塗料標準收集與分析，並且結合既有

性能實驗。然而，目前台灣尚未有隔熱塗料CNS標準，為了避免市場對於塗料隔 熱性能之濫用，讓一般民眾在隔熱塗料之選用有所依歸，建議相關單位賡續辦理 隔熱塗料CNS標準之建立。 建議二 建議參考本研究計畫完成之隔熱塗料各國標準收集與研究成果，制定性能隔熱塗 料綠建材標章：立即可行建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：財團法人台灣建築中心、台灣區塗料工業同業公會 本研究計畫已參考美國、中國與日本之隔熱塗料標準收集與分析，並且召開兩次 產學專家會議，研擬出以太陽光反射率、表面輻射率以及 2500 小時耐候測試之 太陽光反射率下降率作為高性能隔熱塗料綠建材之評定項目，建議相關單位賡續 辦理高性能隔熱塗料綠建材標章之評定基準制定，早日推動高性能隔熱塗料綠建 材標章，以提升隔熱塗料之產業應用與競爭力。

ABSTRACT

KEYWORDS: heat-insulation coating, durability, heat-insulated performance

Today around the world in order to solve the climate change and global warming issues, are betting a lot of manpower and resources to carry out research and development to solve the channel. Since the ratio of building energy consumption accounts for a country's total energy consumption of the country is quite large, such as the United States, building energy consumption accounts for about 40 percent of total US energy consumption; Taiwan is about 30%, about 25% of China. Therefore, reducing building energy consumption and urban heat island effect of the policy has become the focus of worldwide attention. For the strategy to reduce building energy consumption in addition to improving the energy efficiency of construction equipment (for example: the use of high energy efficient air conditioning, lighting, etc.), another focus of development in order to reduce energy consumption of the building shell. Currently, methods to reduce energy consumption around the building shell can be divided using insulated panels, insulation coating and insulation windows. Roof insulation coating applications where temperature drop caused by the cold roof (Cool Roof) technology has been proven to reduce one of the United States Environmental Protection Agency six effective strategies and urban heat island effect of building energy consumption.

In Taiwan, the insulation paint because the price is cheap compared to other public law and to facilitate the construction, has been widely used in residentialbuilding facades and roofs, steel roof plants, schools and even on the

temperature, high humidity climate and air pollution, making the industry claims insulation paint durable life has been skeptical building practitioners and the general consumer; plus the past performance and thermal insulation paint durable life no correlation between certification and standards, making identification of commercially available products in the thermal insulation paint lines with durable life of the relevance of information was not unified. Therefore, in order to encourage consumers to use more insulation paint and architects as well as enhance the ability of the industry in the development of high-performance insulation paint, insulation paint for the detection of the real life issues durable discussion of necessity.

The purpose of this project is to explore the relevance insulation paint durable life of standard test methods, as well as further against Taiwan commercially available insulation paint system can be insulated and durable life test, so get on the insulation paint and insulation properties durability of relevance.

The objects of this project are shown as follows:

1. the establishment of Taiwan insulation paint testing standards of durable life.

2. the establishment of 20 kinds of commercially available thermal insulation paint,the

durability of the repository

3. to receive the associated parameters affect the performance of insulation paint

and durable life of the insulation. Conclusion:

1. Cool Roof Rating Council and state governments usually use 3 years of natural aging as weathering test method but Japan, China and Taiwan use xenon arc lamp, UV weathering test method based.

2. The discussion of three expert meetings results, it is recommended green building materials insulation coating standard,Use sunlight reflectivity, emissivity and 2500

hours of weathering testing off rate as a measure of the project, and modeled on Japan in three brightness of insulation coatings were set.

3. Insulation coating to UV weathering testing and accelerated aging test xenon arc lamp for the most commonly used test methods. According to 2000 hours weathering performance test results of this study show that the coating in a xenon arc lamp and an ultraviolet two test data presented is not much difference.

4. According to the literature and the results of this study, in 2000 hours weathering tests, the current commercially available pigment Performance-based coating of insulation will reduce over time, but also reduces the magnitude of the initial value of the gap is not big. In this study ceramic coating did not show a sudden decrease of Phenomenon, still decrease with time.In the natural exposure test, the test sample due to moisture in the atmosphere to produce algae on the surface,will lead to performance data be more significant for the decline, but the dust will affect the reflection of sunlight Rate, but emissivity will not be affected.

5. According to the research project, 2500 hours of accelerated weathering test can be equated with the life of 10 years.

第一章緒論

第一節研究動機與目的

二十一世紀由於二氧化碳濃度持續上升(圖1-1)，導致地球環境加速溫暖化現 象，造成全球氣候變遷問題，因此國際上於2009年推動的減碳350運動、全球前 二十大經濟體元首高峰會(G20，group of 20)至哥本哈根會議(COP15)之後均著重 於探討二氧化碳減量課題，思考如何有效降低二氧化碳排放量。 圖1-1 IPCC統計十萬年週期全球二氧化碳排放量

(資料來源:The Intergovernmental Panel on Climate Change )

國際上針對節能減碳議題已具體落實至生活環境中，例如：英國標準協會（ BSI）提出碳足跡認證（PAS2050）計算各產品之碳足跡，藉由日常生活中使用 之各項產品累計碳足跡；日本亦於2009年也以英國標準協會提出之方法為基礎發 展理想碳足跡制度方案（發展カーボンフットプリント制度の在り方(案)）顯示 碳足跡議題正快速發展中。根據the Intergovernmental Panel on Climate Change’s 4th Assessment Report (IPCC AR-4)預估各部門的溫室氣體減量的潛勢（如圖1-2 ）可知，對於處理氣候變遷問題是聯合國的優先政策之前提下，有1/3能源相關的

圖 1-2 各部門溫室氣體減量潛勢

(資料來源:The Intergovernmental Panel on Climate Change )

而我國對於節能減碳的因應對策，行政院於2008年推動「生態城市綠建築推 動方案」、「節能減碳行動方案」及全國能源會議有關「低碳家園」等低碳施政 ，明訂二氧化碳減量為政策推動之首要目標。我國減碳情境規劃係以落實能源密 集度每年下降 2% 為目標，預期可於2020年減CO2共76百萬噸，達到全國減碳目 標的36%。而國家節能減碳總體計畫在節能目標上期望未來8年每年提高能源效率 2%以上，使能源密集度於2015年較2005年下降20%以上；並藉由技術突破及配套 措施，2025年下降50%以上。減碳目標則是全國二氧化碳排放減量，於2020年間 回到2005年排放量，於2025年回到2000年排放量。 圖 1-3 為「節能減碳年」之主要行動計畫。 (資料來源:內政部建築研究所) 現今世界各國為了解決氣候變遷與地球暖化問題，皆投注大量人力與物力進

行解決之道的研究發展。由於建築能耗佔一個國家的全國總能耗的比例相當大， 例如美國的建築能耗大約佔美國總能耗40%，台灣大約為30%，中國大約25%。 因此，降低建築能耗與都市熱島效應之策略已成為全世界關注的重點。對於降低 建築能耗之策略除了提高建築設備的能源使用效率（例如：使用高能源效率的空 調、照明設備等）外，另一發展重點為降低建築外殼能耗。目前，降低建築外殼 能耗的方法大約可分為使用隔熱板材、隔熱塗料與隔熱窗戶等。其中應用隔熱塗 料造成屋頂溫度下降之冷屋頂(Cool Roof)技術已經被美國環保署證實為降低建 築耗能與都市熱島效應之六大有效策略之一。 在台灣，隔熱漆因為價格相較其他工法便宜且施工方便，已經普遍應用在住 宅建築外牆及屋頂、鋼製屋頂廠房、學校甚至農舍上。然而台灣獨特高溫、高濕 氣候與空氣汙染等環境特性下，使得業者宣稱的隔熱漆耐久年限一直被建築從業 者與一般消費者存疑；再加上過去隔熱漆的隔熱性能以及耐久年限並無相關之認 證與規範，使得市售隔熱漆產品在標識隔熱係能與耐久年限之相關性資訊並未統 一。因此，為了鼓勵消費者與建築師更多使用隔熱漆以及提升業者在高性能隔熱 漆產品之研發能力，對於隔熱漆耐久年限檢測之議題實有研討之必要性。 研究目的 本計畫之研究目的為探討隔熱漆耐久年限標準檢測方法之適切性，以及進一 步針對台灣市售隔熱漆進行隔熱係能與耐久年限測試，期使能獲得隔熱漆隔熱性 能與耐久性之關聯性。 本研究計畫之重要性 目前隔熱漆的耐久年限並未有統一的標準規範，造成市面上隔熱漆產品所宣 稱的使用壽命不被相關公正單位所認證。本研究針對隔熱漆耐久性以及相關隔熱 性能之檢測標準進行探討，並且針對在台灣高溫高濕氣候下，建築設置隔熱漆時

第二節研究方法與過程

本研究計畫執行期程為104年2月至104年12月，共計11個月。本研究計畫依 據研究目的與期程，規劃如下之研究方法以及說明研究計畫之範圍與過程。 一、研究採用之方法 本計畫採用之研究方法主要包括以下項目： 1. 文獻分析 本研究計畫已依照計畫之研究議題，蒐集包含各國隔熱塗料性能與耐久年限 相關文獻資料，並進行比較分析與歸納整理，作為進一步適用於台灣氣候的隔熱 塗料耐久年限檢測標準方法制定之基礎參考。另外，研究團隊已收集隔熱塗料量 測標準方法與相關儀器設備規格，建立建築研究所對於隔熱塗料耐久年限量測之 能力。 再者，本研究團隊之重要工作項目之一為收集現有國內隔熱塗料，並且進行 分類，藉此明白國際間在與本研究議題有關之發展方向與現況，作為本研究計畫 報告與投稿論文撰寫之文獻回顧資料庫。 2. 專家諮詢法 本研究計畫於3月份首先召開第一次產官學會議，邀請建研所同仁、隔熱塗 料廠商代表共同討論隔熱塗料檢測試件的型式，並且在10月分別召開第二次及第 三次產官學會議，探討初步研究結果以及期中審查意見之修改事項。再者，研究 團隊在研究結果整理後，邀請相關學者以及產業界、工會專家，辦理各3場專家 諮詢會議進行意見溝通交流，並針對研究內容進行審議，提出應修正及增刪之意 見，作為充實、加強本研究計畫內容之參考。 3. 實驗量測法 本研究計畫依據上述收集標準測試方法，利用研究團隊符合量測隔熱塗料隔 熱性能與耐久性標準之儀器設備進行實驗驗證，其內容包含隔熱塗料隔熱性能量 測以及耐久年限測試。

在隔熱塗料隔熱性能量測部分，本研究以量測太陽輻射反射率、表面輻射率 、熱傳導係數。本研究計畫會使用研究團隊完整的量測系統進行實驗量測，建立 隔熱塗料性能資料庫，隔熱性能量測設備如下： 圖 1-4 隔熱漆穿透反射率光譜儀圖 1-5 太陽光全波長光穿透反射分析 (HITACHI U4100)(Shimadzu/UV-3600) (資料來源：本研究整理) (資料來源：本研究整理) 圖 1-6 隔熱塗料表面輻射率量測儀圖 1-7 熱輻射量測儀

(Thermo iS50 FTIR)(日本京都电子/D&S AERD)

圖 1-8 熱傳導係數測儀(TCi)圖 1-9 熱傳導係數測儀(Hot disk/TPS 2500) (資料來源：本研究整理)(資料來源：本研究整理) 至於隔熱塗料耐久性測試部分，本研究會使用建研所材料實驗中心之「氙弧 燈式耐候試驗」和「QUV紫外線耐候試驗」設備進行測試。每批隔熱塗料試件在 進行耐久性測試前，必須先測試其隔熱性能，接著再將試件放入「氙弧燈式耐候 試驗」和「QUV紫外線耐候試驗」設備中進行耐久測試，每次測試週期為500小 時。每次測試週期必須再進行隔熱性能測試。 本計畫選用至少20種不同類型的市售隔熱塗料，首先調查各種隔熱塗料之施 作工法與性能數據，再依據工法塗覆在不鏽鋼板以及水泥磚兩種基座上，並且針 對隔熱塗料塗覆厚度進行量測，接著將試件依照上述步驟進行隔熱塗料隔熱性能 與耐久性測試。 再者，本研究會進一步探討隔熱塗料的標準耐久性能測試與自然氣候老化實 驗之差異，以本研究計畫之執行期限11個月增加高雄地區進行自然氣候老化實驗， 以了解標準耐久性能實驗結果與自然氣候老化實際狀況之對應關係。

圖 1-10 氙弧燈式耐候試驗機 (資料來源：內政部建築研究所-材料實驗中心) 二、研究採用方法之原因 本研究計畫主要係探討適用台灣氣候之隔熱塗料耐久年限測試方法，因此本 研究計畫會採用建研所材料實驗中心之「氙弧燈式耐候試驗」和研究團隊之「QUV 紫外線耐候試驗」設備儀器作為實驗量測方法，並搭配研究團隊之隔熱塗料隔熱 性能測試以及文獻調查分析法，以達成計畫之目標。 三、遭遇之困難及解決途徑 本研究由於需要足夠之實驗樣本以探討耐久年限量測標準之適切性以及獲 得影響隔熱塗料耐久年限與隔熱性能之關連參數，為力求實驗條件具代表性及避 免造成實驗時程之延誤，故在計畫執行期間必須審慎檢選隔熱塗料樣本種類。因 此本研究計畫在計畫執行之初即召開產學專家諮詢會議，研擬實驗試件及量測標 準之選定，以利後續實驗之進行。 四、重要儀器之配合使用情形 本計畫擬採用內政部建築研究所材料實驗中心之「氙弧燈式耐候試驗」進行 隔熱塗料耐久年限測試之機台。

第三節研究流程與步驟

本研究之研究流程如圖1-11所示，實驗流程基本上與上一節所述之研究方法 相對應，因此就不再贅述。整體研究計畫之進度甘特圖(Gantt Chart)與目前的進 程如表1-1所示，已完成的部份採標示。 表 1-1 研究內容與進度說明 月次 工作項目 第 1 月 第 2 月 第 3 月 第 4 月 第 5 月 第 6 月 第 7 月 第 8 月 第 9 月 第 10 月 第 11 月 備註 相關文獻收集 與彙整   第一次產官學 會議   隔熱塗料收集 與試件製作   隔熱塗料隔熱 性質量測   耐久性測試  期中專家諮詢 會議  期中審查  實驗數據分析 與資料庫建立     第二次產官學 會議  隔熱漆耐久年 限與隔熱性能 關聯性分析    期末專家諮詢 會議  期末審查  研究成果提出  預 定 進 度 ( 累 積 數 ) 10 ％ 20 ％ 30 ％ 40 ％ 50 ％ 60 ％ 70 ％ 80 ％ 90 ％ 95 ％ 100 ％ (資料來源：本研究整理)

圖 1-11 研究流程與步驟圖

第二章隔熱塗料文獻收集與分析

第一節隔熱塗料發展

塗料是指一種液態或粉態材料，它可通過某種特定的施工工藝塗覆在物體表 面，經乾燥固化後形成牢固附著，具有一定強度的、連續的固態塗膜，對被塗物 具有保護、裝飾或其他特殊功能具有保護、裝飾及特殊功效之材料(如防蝕、絕緣、 隔熱及標誌等)。就以木製品來說，由於木製品表面屬多孔結構，不耐髒污。同時 木製品的表面多節眼，不夠美觀。而塗料就能同時解決這方面的問題。 早期國內的建築塗料是以保護及裝飾為主要訴求，但隨著溫室效應及節能減 碳觀念的普及，隔熱塗料已越來越受到重視；目前國內的建築物外殼主要為外牆 水泥，搭配磚瓦結構，皆不是最有效的隔熱材料，必須依靠其他填充材料來達到 室內降溫的目的。常見建築外牆屋頂隔熱方式，有使用保麗龍、屋頂鋪設一層 PU 防水隔熱塗料或加裝隔熱材料於外牆夾層、內表面或使用雙層玻璃窗、雙層外牆， 以空氣為中間夾層作為隔熱、斷熱之用。但因其施工繁瑣且材料厚度甚大，不符 合經濟效應，因此國內外研究人員紛紛轉向研發在塗料中加入具有反射熱輻射及 阻斷熱傳導的材料，力使塗料趨向具有厚度薄、施工便利及耐用度高的特性。 表 2-1 塗料的特點與性能 保護性 保護被塗物免受有害物質的侵蝕，使被塗物延長使用壽命 裝飾性 使被塗物更加美觀 特殊功用 標誌用的熒光漆，其它尚有阻燃漆，防冷凝漆和電泳漆等 塗料的性能 塗料的開罐外觀、低溫凍融性； 塗料的施工方法及性能 刷塗、輥塗、噴塗及施工手感流平性能 塗膜外觀 光澤、豐滿度、色澤、細膩

遮蓋力 正常的塗刷遍數後，是否蓋底 機械性 硬度、衝擊、柔韌性 抗性 抗紫外線、抗化學藥品性、抗磨損、抗水鹼、抗黴菌藻類 持久性 是否長期具有保光保色性 貯存穩定性 沉澱趨勢，粘度穩定性 (資料來源：本研究整理) ㄧ、塗料的分類 建築塗料種類繁多，我們又常常習慣按某些特定的性能來分，對於建築塗料通常 分為： (1) 依塗裝方式之分類：噴漆用塗料、浸漬用塗料、刷塗用塗料、滾筒用塗 料靜電用塗料、粉體用塗料 (2) 依塗料用途之分類：機具塗料、建築塗料、車輛塗料、船舶塗料、其他 用途塗料 (3) 依形成塗膜主要成分之分類：油漆、油瓷漆、清噴漆、酒精塗料、乳濟 塗料、電鍍塗料、水溶性樹脂塗料 (4) 依塗料抗性或機能之分類：抗 UV(紫外線)塗料、耐酸塗料、耐鹼(鹽霧) 塗料、耐高熱塗料、耐沸水塗料、耐汗(人造汗)塗料 (5) 依物品素材之分類：金屬塗料、塑膠塗料、碳纖維塗料、陶瓷塗料、木 材(器)塗料、石材塗料、其他素材塗料 (6) 依乾燥性方式之分類：焙烤塗料、自然乾燥塗料 二、 外牆塗料又以功能與溶劑兩大類別細分： (1) 依功能分類：防水塗料、太陽光反射型隔熱塗料、阻隔型隔熱塗料、輻 射型隔熱塗料、建築物外牆結構防火塗料及防霉塗料。 (2) 依溶劑分為兩大類：無機水性塗料、有機溶劑型塗料。 無機水性塗料：水性丙烯酸塗料、聚酯酸乙烯塗料為代表。

有機溶劑型塗料：聚酯塗料、環氧樹脂塗料為代表。 1. 建築外牆阻隔型隔熱塗料 阻隔型隔熱塗料由基料、溶劑、天然矽酸鹽纖維或其他礦物保溫材料和適量 輕質材料製成。外觀為稠厚漿體，一般採用塗抹方式，但也可採用噴塗方式，是 一種厚膜塗料，塗料厚度一般為 10~20mm，塗料在經過充分乾燥固化後，塗層具 有一定阻擋熱傳導的能力。該型塗料的密度很低，一般在 500 公斤/立方公尺以下， 因而在乾燥成膜後其塗料的導熱係數很小，一般在 0.035~0.12W/(m·K)之間。 物體的導熱性是材料本身傳導熱量的性質，當材料兩面有溫差時，熱量能夠 由溫度高的一面傳向溫度低的一面。若材料的厚度為 d，面積為 A，兩面的溫度 為 T 及 T0，在 Z 小時內通過面積 A 的總能量為 Q，則熱傳導係數定義如下： Q/AZ=k(T-T0)/d (2.1) 得 k= Qd/A(T-T0)Z (2.2) 熱傳導係數 k [W/(m·K)]為一個物理量，表示物體或材料傳導熱量能力的大 小。k 越大，物體的導熱性能越好；k 越小，絕熱性能越好。一般材料的導熱係 數在 0.03~3.50W/(m·K)之間，而小於 0.23 W/(m·K)才被稱為隔熱材料。另材料的 密度越大，其導熱性越好，熱傳導係數越大；然而，對於含有孔隙的材料而言， 孔隙率越大，密度越小，其熱傳導係數越小。具有細微和封閉孔隙的材料由於沒 有空氣產生對流而使導熱性提高之問題，導熱係數因而比孔隙粗大的材料小。隔 熱塗料塗佈成一定厚度的塗膜，其塗膜密度小，並內含大量封閉孔隙，因此大多 數的隔熱塗料其熱傳導係數都在 0.07 W/(m·K)以內，具有良好的隔熱性能。其中 林基裕(2007)指出膨脹珍珠岩(或稱日輕岩粉)其結構疏鬆，密度小，熱傳導係數低

及減少樹脂的用量。James 等人（2012）研究指出在塗料中加入 20 nm 的氧化鋅 可大幅增加塗料的防水性，並降低水泥建物的熱傳導能力。 2. 建築外牆反射型隔熱塗料 反射型隔熱塗料也稱為日光熱反射塗料，是為滿足軍事上的需求而開發的， 即透過該塗料的作用可降低及減弱敵方的紅外線偵測設備的效果，改變自身熱輻 射的特徵或使目標自身綜合熱散射的特徵與周遭背景相融合。利用該塗料具備紅 外線反射功能的特性，避免建築物吸收紅外線而升溫。任何物質都具有反射或吸 收一定波長的太陽光性能，太陽光絕大部分處於紫外光區(300~380nm)、可見光 區(380～780nm)及近紅外光區(780～2500nm)，其中以可見光區及近紅外光區熱 輻射能量分別占 47%及 50%。 反射型塗料的基本原理是透過塗料中的顏料、填料粒子將日光中的紅外光輻 射反射或將其吸收的熱能輻射到外部空間，以降低物體自身的溫度。實際上，太 陽輻射熱絕大部分處於 400~1800 nm 範圍內，因此，在該波長範圍內，塗料的反 射率越高，隔熱效果越好。其中葉宏(2006)等人在年研究指出高折射率的白色顏 料具有較好的隔熱效果，如金紅石型二氧化鈦(折射率 2.8)、白雲母粉(折射率 1.58)、 空心玻璃微珠(折射率 1.57)等，如表 2-2 所示。費凡等人(2009）研究指出空心玻 璃微珠具有明顯的消光作用，在塗料中含量超過 10%後，塗料基本上失去光澤。 孫明杰等人（2010）研究指出在塗料中加入不同粒徑的空心玻璃微珠能提升塗料 的反射隔熱性能。 表 2-2 顏填料折光指數及顏色表 類型 折光指數 顏色 金紅石型二氧化鈦 2.8 白色 重鈣 _1.63 白色 滑石粉 1.56 灰白色 高嶺土 _1.56 白色 雲母粉 1.58 白色 珍珠岩 _1.51 白色 空心玻璃微珠 _1.57 白色

(資料來源：本研究整理) 3. 輻射型隔熱塗料 輻射型隔熱塗料的隔熱原理是透過輻射的形式把建築物的日照光線和熱量 以一定的波長輻射到空氣中，進而達到良好的隔熱降溫效果。由於此種塗料是透 過抵達建築物表面輻射轉化為熱反射電磁波輻射到大氣中而達到隔熱的目的，因 此該塗料的關鍵技術在於配置具有高熱輻射率的塗料成份，諸如氧化鐵、氧化錳、 氧化鈷及氧化銅等金屬氧化物皆具有高熱輻射率的特性。另外氣象學的研究表示， 在波長 8~15μm 的區域內，地面上的紅外線輻射可直接輻射到外層空間。研究顯 示，在塗料中加入三氧化二鋁、二氧化鈦等金屬氧化物粉末填料，可輻射 5~15 μm 的波段內的紅外線之能力達 85%以上。 三、隔熱塗料原理及組成 1. 熱傳的基本機制 熱量傳遞主要是經傳導(Conduction)、對流(Convection)及輻射(Radiation)等三 種方式進行。熱傳導是熱經由固體或靜止流體由高溫輸送至低溫的現象；熱對流 是熱經由流體由高溫輸送至低溫的現象；熱輻射則不須介質，將高溫物體發射的 電磁波把熱輸送至低溫物體表面，由該物體吸收傳遞熱能的現象。輻射是太陽傳 遞熱量的主要途徑，其中太陽輻射包括紫外線(波長 300～380nm)占 3％、可見光 (波長 380～780nm)占 47％及紅外線(波長 780～2,500nm)占 50％，其中大部分熱 源是來自紅外線及可見光。 2. 隔熱的原理 太陽的輻射光源照射在建築物外牆時會產生反射及吸收的現象。當建築物外 牆吸收輻射光線後，會讓物質的電子激發產生能階變化或化學鍵結產生震動，能

另對已吸收的光線，則需降低塗料的熱傳導能力，以減少熱能往建築物內層傳遞 的機會，如圖 2-1 所示。因此，建築物隔熱塗料之設計皆以高太陽輻射反射率(Solar Reflectance)及低熱導性(Thermal Conductivity)為主。 圖 2-1 隔熱塗料隔熱原理 (資料來源：本研究整理) 3. 隔熱塗料特性 隔熱主要做為阻止熱量經由傳導（Conduction）、對流（Convection）或輻射 （Radiation）等 3 種方式，或其他組合抑制熱傳遞者。熱傳遞在流體中是藉由粒 子的碰撞(劉靜而，2014）；在固體中則由聲子傳遞所達成，或者可將其視為晶體 藉由熱能引發彈性波來達成。因此，增加固體中複合相的比例及孔洞，可增加熱 能散射及折射的機率，亦即降低熱能在固體中傳遞的能量與速率。 在一般對隔熱塗層的設計中，中間層主要是產生一微細的蜂巢狀組織以增加 熱能的散射、折射與消散，表面層則施以淺色、光亮的面漆以增加太陽輻射熱的 反射，其主要隔熱機制，包含：熱傳導、輻射、對流。 隔熱塗料主要應用於建材表面之塗層，其不透明部分對外殼建材之節能特性， 主要是其與壁面之熱傳透率（Average Thermal Transmittance, U 值）因之改變； 即是與隔熱能力有關。但是它也承受來自日射的吸熱影響，因此，增加隔熱性能 與降低日射吸熱因子是其節能之道，並應配合合理的遮陽設施及良好的通風計畫， 以減輕外牆的受熱量。所以良好的隔熱塗層設計便可有效阻隔太陽的輻射能，降 低建築物本體溫度，使得冷氣的負載降低，同時減少熱氣的排放，達到節能與改

善空氣品質。 一般而言，熱量的傳遞皆是由高溫側向低溫側移動，而每一種物質都具有不 同的熱傳導的能力，其傳熱能力是以熱傳導（Thermal Conductivity）係數來表示， 定義為熱流與溫度梯度之比值，當物質的熱傳導係數（k）愈小，則隔熱效果愈 好。但是，目前為止在隔熱塗料方面，並未制定有效衡量隔熱塗料效果之標準， 主要隔熱塗料制定準標之相關因子過多，其中包含：塗料性狀、施工方式、使用 環境、儲存安定性、塗膜形成機能、物化抗性與成分檢驗等，無法確切掌握，因 此，相關塗料製造商家於塗料製品之基本物性標示上，皆根據實際施工塗布後之 實驗數據，來表示其製品之隔熱特性。以目前而言，有部分廠家參考日本工業標 準「JIS A 5759」規定建築玻璃窗用貼膜標準，進行測量製品日光反射率，做為 製品性能指標，但此種量測標準並無法有效表示隔熱塗料之特性，目前也僅做為 測量之參考用。 4. 隔熱塗料組成分析 隔熱塗料為一種新型特種塗料，在室溫下高溫防護塗料，廣泛用於航空飛行、 核能發電廠、石油化工、建築、冷藏物流車或鍋爐、高溫爐等領域的新材料，具 良好耐高溫、隔熱性能、抗沖刷性、阻燃、防火性能、防腐與良好機械性能，隔 熱防護塗層薄，具有常溫固化、乾燥時間短等特性。 隔熱塗料主要成分為：樹脂、硬化劑、稀釋劑、隔熱填料。就樹脂而言，目 前市場皆以合成樹脂為主（分子量高於 1,000 之高分子材料）。此外，無機塗料 可廣泛應用於高溫元件之保護功效，例如：飛機外表之隔熱塗料、金屬元件之熱 處理保護塗料、木材表面防火塗料、高溫電絕緣塗料等。其中最具代表性為矽酸 鹽高溫無機塗料，可耐溫 900～1,100℃，塗層不碳化、不龜裂。 除了上述隔熱塗料方法之外，還可以利用添加陶瓷微球、黏結劑、添料、紅

材料導熱係數的因素很多，主要可分為 6 大部分：材料形狀、含水率、視密度與 孔隙特徵、溫度、濕度及熱流方向等 6 項因素影響，來決定隔熱材料熱傳導的性 質良窳。

第二節隔熱塗料相關標章

建築節能標準規範通常分為強制性和規範性要求。強制性要求，例如正確的 絕緣設施安裝，需落實在所有建築物上。而規範性要求通常為指定在建築物中單 獨的設備(如：熱阻保溫風管)或是一組設備(如：整個屋頂的熱傳導)需具有的特點 或是成效。 所有的建築必須達到規定或性能要求，並符合所有適用的強制性和規範性要 求。建議的性能參考標準(兩者選其一)： 1. 滿足所有的強制性要求 2. 其建築物之年耗率不超過一個”設計”(也可稱為標準或參考)過的建築，以 確保達到符合的規定。對於屋主來說，要評估一棟建築在使用年限內因建 築外殼影響而造成的空調省能是很困難的，這取決於： 1. 建築物在不同季節下具體每小時使用的冷熱空調能源 2. 每小時能源的價格 3. 折扣時段的能源價格 4. 屋頂的使用壽命 屋主可能也不會意識到冷屋頂或是隔熱塗料所帶來的社會利益，例如較低的 尖峰時段功率需求(減少在夏季電源故障的機率)，較低的室外空氣溫度(提高戶外 舒適性和減緩都市煙霧的形成)。因此，若沒有訂立一冷屋頂或是隔熱塗料的標準， 屋主將會傾向於選擇將最初的屋頂建築費用降到最低，而不是考慮包含未來減少 的能源消耗。 故訂定冷屋頂或是隔熱塗料的建築節能標準，能夠有效的促進冷屋頂或隔熱 塗料經濟、節約能源、降低高峰電力需求，改善空氣質量。另一種方式為由被信

任的第三公正單位驗證而非政府強制的規定。這可以使冷屋頂或隔熱塗料具有更 多的靈活性，在建築設計時允許使用更少的能源效率組件（如較大的窗戶），這 益處是節能不定，但仍可能減少高峰電力需求，改善空氣質量，且也可能降低初 始建設投資成本。 （一）ASHRAE 90.1冷屋頂標章 ASHRAE 90.1-1999包括了2種型式的冷屋頂標準： 1. 冷屋頂在新設時，其太陽能反射率不能低於0.7，熱輻射率不能低於0.75 2. 對於其性能的要求，冷屋頂需維持太陽能反射率0.55(太陽能吸收率0.45)， 非冷屋頂太陽能反射率0.3(太陽能吸收率0.7) 冷屋頂也需調整其熱傳導係 數以符合ASHRAE 90.1-1999之規範，其公式為：

Uroof adj =Uroof proposed ×F

其中，Uroof adj為調整後的屋頂熱傳導係數，Uroof proposed為欲調整的冷屋 頂熱傳導係數，而F之值如表2-3所示(注意：當F≤1，則熱傳導係數將會降 低，即為提高熱阻) 表2-3低層住宅屋頂之屋頂傳熱係數表 HDD65a HDD18b 屋頂U值之倍數(F值) 0-900 0-500 0.77 901-1800 501-1000 0.83 1801-2700 1001-1500 0.85 2799-3600 1501-2000 0.86 >3600 >2000 1.00 註：a = 採暖度日數以華氏65度為基準 b = 採暖度日數以華氏18度為基準 (資料來源：本研究整理)

ASHRAE 90.1標準之修訂 在 ASHRAE 90.1-2001 仍 保 留 與 ASHRAE 90.1-1999 相 關 之 規 定 ， 而 在 ASHRAE 90.1-2004則依據美國不同的氣候地區，規範新的F值和對照表(如圖2-2 和表2-4) 圖2-2 ASHRAE定義之美國八個不同氣候區 (資料來源:ASHRAE) 表2-4非低層住宅屋頂之屋頂傳熱係數表 氣候區 屋頂U值之倍數(F值) 1 0.77 2 0.83 3 0.85 4-8 1 (資料來源：本研究整理) （二）ASHRAE 90.2冷屋頂標章 ASHRAE 90.2-2004包括了2種型式的冷屋頂標準： 1. 冷屋頂在新設時，其太陽能反射率不能低於0.65，熱輻射率不能低於0.75 2. 太陽能反射指數(SRI)在中等風速時最低需有75 (ASTM標準E1980) SRI是指在典型的夏季午後屋頂的穩態溫度其相對的指標。當屋頂為乾淨的

黑色時SRI之值定義為0(太陽能反射率0.05，熱輻射率0.9)，當屋頂為乾淨的白色 時SRI之值定義為100(太陽能反射率0.8，熱輻射率0.9)，故暖色系具有較高之SRI， 冷色系則具有較低之SRI。 對於冷屋頂之性能要求(8.8.3.1)，其太陽能吸收率約要為0.35(規定的標準很 模糊)，而非冷屋頂之陽能吸收率約要為0.8(太陽能反射率0.2)。根據ASHRAE 90.2-2004(5.5節)之規定，冷屋頂建築之天花板(應該是指冷屋頂表面)需按照以下 公式調整其熱傳導係數：

Uceiling adj =Uceiling proposed×Multiplier

Uceiling adj 是調整後的熱傳導係數，Uceiling proposed調整前的熱傳導係數，

Multiplier之值參照表2-5所示，表中所示之Multiplier≧ ，代表熱傳導係數上升 即熱阻下降 。(在此M值之數據有誤，表上之數據應該要倒數之後才為正確， 即修改後應使熱阻上升) 表2-5冷屋頂住宅建築之屋頂傳熱係數表 氣候區 天花板有閣樓 天花板無閣樓 1 1.50 1.30 2 1.25 1.30 3 1.20 1.20 4 1.15 1.20 5 1.10 1.10 6,7,8 1.00 1.00 (資料來源：本研究整理) ASHRAE 90.2標準之修訂 冷屋頂最新的標準規範為ASHRAE 90.2-2007版本，其中對於冷屋頂的相關規 定大部分仍保持原樣，但其中在冷屋頂標籤方面已做修改，下修了原本天花板隔 熱之熱阻(1~3氣候區)，如表2-6所示。

表2-6 ASHRAE 90.2-2007之冷屋頂相關規範 氣候區 天花板有閣樓 天花板無閣樓 木結構 鋼結構 木結構 鋼結構 一般屋 頂 冷屋 頂 一般屋 頂 冷屋頂 一般屋 頂 冷屋頂 一般屋 頂 冷屋頂 1 30 20 30 20 13 10 19 10 2 30 24 30 24 22 17 19 17 3 30 27 30 27 22 18 22 18 4 38 38 38 38 22 22 22 22 5 43 43 43 43 26 26 26 26 6 49 49 49 49 38 38 38 38 7 49 49 49 49 38 38 38 38 8 52 52 52 52 38 38 38 38 (資料來源：本研究整理) （三）CALIFORNIA TITLE 24之冷屋頂標章

Pacific Gas& Electriccompany (太平洋煤氣和電力公司)於2000年表示，冷屋頂 可以有效的節約能源和降低尖峰電力需求(在加州)。在2001年1月，加州根據 ASHRAE90.1 & 90.2冷屋頂之規範制定了TITLE 24之規定，冷屋頂之標準為：全 新時，其太陽能反射率不低於0.7，熱輻射率不低於0.75。(其中有一個例外是，瓦 片式屋頂其太陽能反射率要求為0.4)

對於冷屋頂之性能要求，需具備太陽能吸收率0.45(太陽能反射率0.55)，非冷 屋頂之太陽能吸收率0.7(太陽能反射率0.3)，但這並非硬性的規定。

 低坡屋頂非住宅建築之規範(2005)

在2002年Berkeley Lab Heat Island Group開始訂定低坡屋頂非住宅建築在加 州之規範，使用的方法類似ASHRAE 90.1&90.2，研究步驟包括：探討冷屋頂之 物理性質、查閱冷屋頂節能之相關文獻、調查市面上有的冷屋頂產品、裝設冷屋 頂之補貼(如果有的話)、屋面材料的耐久性、冷屋頂對環境的影響，並每小時模 擬 冷 屋 頂 對 於 建 築 節 能 和 尖 峰 時 段 功 率 影 響 之 預 估 成 效 (Levinson 等 人 - 2005a) 。 低坡屋頂技術顯示，冷屋頂技術(太陽能反射產品或是塗料)皆適用於幾乎所

有類型的低坡屋頂，其中三個最主要的產品為：built-up roofing(組合屋面)、 modified bitumen(改良瀝青)和single-plymembrane(單層塗膜)。 冷屋頂之定義為： 1. 最初的熱輻射率ε不小於 0.75和初始太陽能反射率不低於 0.70 2. 最初的熱輻射率ε不小於 0.75和初始太陽能反射率不低於 0.70 + 0.34 ×(0.75 – εinitial) 第二條規定是用來確保太陽能反射率在ASTM E1980規定下，於中等風速時， 老舊(風化)&低熱輻射率的屋頂不會超過老舊(風化)&高熱輻射率的冷屋頂。 建築能耗模擬程式DOE2.1E模擬典型的低坡屋頂非住宅建築於加州的16個 不同的氣候地區，平均每年能節省 3.2kWh/m²冷空調耗能、天然氣平均每年赤字 5.6MJ/m²，年平均源節約能源30MJ/m²和平均減少尖峰功率需求2.1W/m²。總節 省等於初始減少投資於冷空調設備之值加上15年來能源所節約之淨值(NPV)隨時 間變化之預估值(TDV)，其數據範圍(圖2-3)從US$1.90/m²到US$8.30/m²(16個不同 區)。 冷屋頂之成本約在US$0.0/m² to US$2.2/m²之間，若假設成本皆為US$2.2/ m²則在2~16之氣候區，仍具有其經濟效益；而要是成本低於1.9/m²，則氣候區1 也將具有經濟效益。因此於2005年CALIFORNIA TITLE 24通過了所有低坡屋頂非 住宅建築所要求的冷屋頂規範，但是若低坡屋頂非住宅建築不符合這條新規定， 仍有機會達到其性能規範標準。

圖2-3低坡屋頂非住宅建築於加州氣候之模擬節能成效

(資料來源:Levinson et al./2005a)

 陡斜非住宅類建築屋頂、陡斜和低傾斜住宅類建築屋頂之相關建議規範要求 2005年開始，Berkeley Lab Heat Island Group開始研究所有建築使用冷屋頂之 相關優點(包括陡斜非住宅類建築屋頂、陡斜和低傾斜住宅類建築屋頂)，並於2008 年加入CALIFORNIA TITLE 24之規範中。其使用的方法類似2005年訂定低坡屋頂 非住宅建築規範所使用之步驟。在2008年的這些分析中，是利用MICROPAS建築 能耗模擬工具來模擬每小時典型的住宅和非住宅建築之能源使用概況。(Akbari 等人-2006，Wray等人-2006) 冷屋頂的節能規範還包括了一些自主的能源效率方案：美國環境保護署（EPA） 能源之星標籤、LEED綠色建築評估體系。

（四）International Energy Conservation Code(國際節能規範)

2003年國際節能規範（IECC）沒有明確地對冷屋頂規範標準，但在法條801.2 有規定商業大樓需遵從ASHRAE 90.1的標準，這等於變相的建立了冷屋頂標章。 2003年IECC直接或間接的提供冷屋頂標章給住宅類建築 (國際會議中心ICC，

2003)。 在2006年IECC保留了ASHRAE 90.1對於商業建築的規範，並確定提供冷屋頂 標章給通過性能檢測的住宅類建築，其規為太陽能吸收率0.75(太陽能反射率0.25)； 熱輻射率0.9。 美國各州所採用的IECC和/或ASHRAE標準(2007)，詳如圖2-4(商業建築)和圖 2-5(住宅建築) 圖2-4商業建築採用之冷屋頂標準規範

圖2-5住宅建築採用之冷屋頂標準規範

(資料來源:The Building Codes Assistance Project)

（五）US EPA Energy Star label(美國能源之星標章)：

為了符合能源之星標章，美國環保局目前要求低坡屋頂產品(低於2:12)初始和三 年以下的冷屋頂其太陽能反射率不能小於0.65和0.50；斜坡屋頂產品(高於2:12)初 始和三年以下的冷屋頂其太陽能反射率不能小於0.25和0.15。 對於能源之星標章有兩個規定不足的地方，第一是對於冷屋頂僅要求最低之太 陽能反射率而沒有規定熱輻射率之標準，即允許使用高太陽反射率，但低熱輻射 率(純金屬屋頂)。根據美國ASTM E1980，在中等風速條件下的研究結果顯示，使 用一年的金屬屋頂可降低屋頂表面溫度差(太陽能反射率0.5；熱輻射率0.15)約為 12℃（22° F）超過了使用一年的白色屋頂(太陽能反射0.5和熱輻射率0.8)。 第二，規定斜坡冷屋頂於使用三年後要維持太陽能反射率0.15，這僅排除了最熱 的屋頂材料(如：彩色玻纖瀝青瓦裡面的黑色類型)，但很多冷屋頂產品在使用後 一年可以維持太陽能反射率0.3。在這條件下，採用太陽能反射率0.15；熱輻射率

0.8之屋頂建材在一年後降低的屋頂表面溫度差約為10℃（18°F）超過了採用太陽 能反射0.3和熱輻射率0.8之屋頂建材所降低的屋頂表面溫度差。

（六）LEED Green Building Rating System(LEED綠色建築評估體系)： LEED Green Building Rating System於其7.2節建立了一個冷屋頂規範，於 LEED 2.0 (2001)規定冷屋頂需具有以下兩者之一： a. 屋頂需至少覆蓋75%的冷屋頂材料，且初始和三年內的太陽能反射率至少 要有0.65和0.50；熱輻射率為0.9 b. 屋頂需至少有50%的植被 LEED 2.1(2002) 規範如下： 1. 屋頂要至少覆蓋75%能源之星認證的產品，熱輻射率至少要0.90 2. 屋頂表面植被覆蓋面積至少要有50% 3. 屋頂要至少覆蓋75%面積(以上兩種材料混和) 比較版本2.0和2.1，降低了陡坡屋頂的初始太陽能反射率從0.65下降至0.25， 和最小使用年限之太陽能反射從0.50下降至0.15。但熱輻射率0.9之規定是不必要 (過高)，很多的高熱輻射率產品其熱輻射率範圍為0.8~0.95，但LEED這項規定排 除了許多良好的冷屋頂材料(像某些白色屋頂，熱輻射可能略低於0.9)，且在量測 材料之高輻射率時誤差會達到±0.05。較好的要求是如ASHRAE and Title 24規定最 低熱輻射率不能低於0.75，這樣可以涵蓋大部份的高熱輻射率材料，而大部分是 建議要有0.8(不硬性規定)。

LEED 2.2(2005)改善上述之缺點，使用SRI來取代太陽能反射、熱輻射率和能 源之星標準，其規定如下：

3. 混合使用植被和高SRI的材料，低坡屋頂需使用太陽能反射率0.65、熱 輻射率0.9的冷屋頂材料；陡坡屋頂需使用太陽能反射率0.28、熱輻射率0.9 的冷屋頂材料。 （七）台灣地區採用冷屋頂節能效果模擬評估： 楊冠雄等人的研究中採用 eQuest 內建的 10 層樓辦公建築，屋頂形式為平屋 頂。建築物每層樓地板面積為 12500ft2_{(方形)，模擬的氣候條件分別為台灣地區} 的台北、台中、高雄等北中南三個城市。屋頂的 U 值設定為 1W/m2_{-K，排除採} 光天窗的使用，改變的參數為屋頂外表面的反射率（0.1～0.9，間格 0.1）與輻射 率（0.1～0.9，間格 0.1）。 三個城市的模擬結果分別如圖 2-6~2-8 以及表 2-7~2-9 所示。由模擬結果可 知，屋頂的熱得會隨反射率的增加而降低；而屋頂熱得則是隨輻射率增加而減少。 模擬結果代表屋頂的反射率與輻射率對於降低屋頂熱得的趨勢是一致的。但是反 射率的增加對於屋頂熱得減少的效果較增加輻射率對於屋頂熱得減少的效果強。 舉例而言，在表 2-9 的高雄地區若屋頂輻射率由 0.8 增加至 0.9（反射率為 0.1）， 屋頂熱得降低 14.766Mbtu；而屋頂反射率由 0.1 增加至 0.2（輻射率為 0.8）則屋 頂熱得降低 29.748 Mbtu，其效果大約為增加輻射率的 2 倍。 另外對於不同城市之影響，若以反射率為 0.1、輻射率為 0.1 之材料作為參 考基準，則三個城市採用冷屋頂材料之節能效果最高者分別為 76.923%（台北）、 84.16％（台中）與 78.83％（高雄），以台中之節能效果最佳、其次為高雄、台北。

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Reflectivity 0 100 200 300 400 500 C o o li n g L o ad o n R o o f (M B tu ) emissivity=0.1 emissivity=0.2 emissivity=0.3 emissivity=0.4 emissivity=0.5 emissivity=0.6 emissivity=0.7 emissivity=0.8 emissivity=0.9 圖 2-6 冷屋頂性能對屋頂耗能之影響（台北） (資料來源：冷屋頂設計於我國氣候條件下之建築節能應用分析與驗證) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Reflectivity 0 100 200 300 400 500 600 C o o li n g L o ad o n R o o f (M B tu ) emissivity=0.1 emissivity=0.2 emissivity=0.3 emissivity=0.4 emissivity=0.5 emissivity=0.6 emissivity=0.7 emissivity=0.8 emissivity=0.9 圖 2-7 冷屋頂性能對屋頂耗能之影響（台中） (資料來源：冷屋頂設計於我國氣候條件下之建築節能應用分析與驗證)

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Reflectivity 0 100 200 300 400 500 C o o li n g L o ad o n R o o f (M B tu ) emissivity=0.1 emissivity=0.2 emissivity=0.3 emissivity=0.4 emissivity=0.5 emissivity=0.6 emissivity=0.7 emissivity=0.8 emissivity=0.9 圖 2-8 冷屋頂性能對屋頂耗能之影響（高雄） (資料來源：冷屋頂設計於我國氣候條件下之建築節能應用分析與驗證) 表 2-7 冷屋頂性能與平屋頂單位面積熱得之關係（台北） 輻射率 反射率 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 33958.14 31653.36 29712.05 28036.1 26565.86 25260.18 24095.14 23048.68 22103.18 0.2 31244.62 29124.33 27338.06 25795.17 24437.33 23237.17 22167.67 21207.05 20339.56 0.3 28505.33 26572.1 24940.24 23527.83 22289.28 21199.53 20223.47 19351.02 18563.69 0.4 25740.12 23990.82 22515.45 21238.89 20122.9 19138.92 18263.99 17480.34 16775.82 0.5 22945.32 21383.22 20078.5 18925.15 17935.57 17063.28 16291.15 15601.67 14979.23 0.6 20109.46 18740.66 17584.51 16590.85 15729.52 14977.95 14309.27 13713.15 13178.72 0.7 17249.29 16061.14 15075.4 14240.47 13514.82 12881.58 12322.67 11826.16 11382.05 0.8 14322.87 13357.37 12553.4 11875.12 11294.45 10786.26 10339.19 9943.725 9591.463 0.9 11356.61 10612.25 10005.65 9498.898 9068.471 8696.529 8372.989 8089.372 7839.037 (資料來源：冷屋頂設計於我國氣候條件下之建築節能應用分析與驗證)

表 2-8 冷屋頂性能與平屋頂單位面積熱得之關係（台中） 輻射率 反射率 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 42898.13 39438.88 36638.71 34169.52 32075.31 30237.36 28611.02 27154.61 25846.93 0.2 39268.87 36068.35 33431.71 31196.62 29258.42 27565.92 26064.3 24726.3 23525.19 0.3 35906.74 32645.5 30225.68 28174.03 26402.33 24853.83 23486.79 22266.55 21172.09 0.4 31849.38 29170.97 26971.08 25104.57 23501.99 22105.82 20871.43 19772.4 18783.86 0.5 28049.15 25638.2 23652.64 21986.54 20558.13 19314.05 18217.43 17244.25 16378.12 0.6 24185.31 22029.34 20278.27 18815.14 17564.59 16479.24 15531.34 14693.53 13947.65 0.7 20220.27 18343.36 16836.94 15585.75 14527.28 13616.19 12820.7 12124.82 11506.86 0.8 16150.1 14580.97 13336.73 12318.59 11465.82 10738.25 10112.85 9566.582 9087.833 0.9 11992.41 10763.93 9815.477 9058.631 8441.233 7927.922 7489.255 7114.833 6793.533 (資料來源：冷屋頂設計於我國氣候條件下之建築節能應用分析與驗證) 表 2-9 冷屋頂性能與平屋頂單位面積熱得之關係（高雄） 輻射率 反射率 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 42603.63 39660.33 37172.82 35030.61 33165.14 31521.76 30060.63 28751.27 27569.92 0.2 39167.18 36441.74 34139.6 32160.2 30437.69 28922.8 27576.16 26371.28 25284.98 0.3 35695.05 33187.94 31072.69 29257.14 27679.92 26295.28 25063.76 23965.94 22978.6 0.4 32185.24 29895.58 27970.42 26321.52 24892.31 23637.28 22526.73 21543.15 20650.14 0.5 28635.02 26566.18 24832.55 23351.9 22072.38 20953.27 19965.53 19086.84 18299.75 0.6 25041.2 23196.05 21657.48 20349.24 19222.93 18243.27 17380.66 16619.57 15940.41 0.7 21400.98 19785.84 18447.28 17317.93 16352.59 15519.02 14791.14 14148.7 13578.35 0.8 17718.2 16343.39 15219.09 14279.27 13481.86 12800.7 12209.86 11695.51 11246.68 0.9 14015.49 12900.06 12011.05 11279.17 10671.37 10160.22 9725.951 9349.288 9018.708 (資料來源：冷屋頂設計於我國氣候條件下之建築節能應用分析與驗證)

表 2-10 冷屋頂節能效益（台北） 輻射率 反射率 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 0.00 -6.79 -12.50 -17.44 -21.77 -25.61 -29.04 -32.13 -34.91 0.2 -7.99 -14.23 -19.49 -24.04 -28.04 -31.57 -34.72 -37.55 -40.10 0.3 -16.06 -21.75 -26.56 -30.72 -34.36 -37.57 -40.45 -43.02 -45.33 0.4 -24.20 -29.35 -33.70 -37.46 -40.74 -43.64 -46.22 -48.52 -50.60 0.5 -32.43 -37.03 -40.87 -44.27 -47.18 -49.75 -52.03 -54.06 -55.89 0.6 -40.78 -44.81 -48.22 -51.14 -53.68 -55.89 -57.86 -59.62 -61.19 0.7 -49.20 -52.70 -55.61 -58.06 -60.20 -62.07 -63.71 -65.17 -66.48 0.8 -57.82 -60.67 -63.03 -65.03 -66.74 -68.24 -69.55 -70.72 -71.76 0.9 -66.56 -68.75 -70.54 -72.03 -73.30 -74.39 -75.34 -76.18 -76.92 (資料來源：冷屋頂設計於我國氣候條件下之建築節能應用分析與驗證) 表 2-11 冷屋頂節能效益（台中） 輻射率 反射率 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 0.00 -8.06 -14.59 -20.35 -25.23 -29.51 -33.30 -36.70 -39.75 0.2 -8.46 -15.92 -22.07 -27.28 -31.80 -35.74 -39.24 -42.36 -45.16 0.3 -16.30 -23.90 -29.54 -34.32 -38.45 -42.06 -45.25 -48.09 -50.65 0.4 -25.76 -32.00 -37.13 -41.48 -45.21 -48.47 -51.35 -53.91 -56.21 0.5 -34.61 -40.23 -44.86 -48.75 -52.08 -54.98 -57.53 -59.80 -61.82 0.6 -43.62 -48.65 -52.73 -56.14 -59.06 -61.59 -63.79 -65.75 -67.49 0.7 -52.86 -57.24 -60.75 -63.67 -66.14 -68.26 -70.11 -71.74 -73.18 0.8 -62.35 -66.01 -68.91 -71.28 -73.27 -74.97 -76.43 -77.70 -78.82 0.9 -72.04 -74.91 -77.12 -78.88 -80.32 -81.52 -82.54 -83.41 -84.16 (資料來源：冷屋頂設計於我國氣候條件下之建築節能應用分析與驗證)