屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）
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(2) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 094301070000G2020. 「屋頂建材隔熱性能實測與其經 濟效益分析研究（一）」. 研 究 人 員：王佑萱. 內政部建築研究所自 行研 究報 告 中華民國 94 年 12 月.
(3) ARCHITECTURE & BUILDING RESEARCH INSTITUTE MINISTRY OF INTERIOR RESEARCH PROJECT REPORT. The Study of Thermal Properties for Roof Insulations and its’ Economic Analysis Model - (1). BY You Hsuan Wang December 31, 2005.
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(5) 目次. 目. 次. 目次 .......................……………………………………………………I 表次 .................................................................................................... III 圖次 ...................................................................................................... V 摘要 .................................................................................................... IX 第一章 緒論.........................................................................................1 第一節 研究緣起與背景.............................................................1 第二節 研究目的.........................................................................3 第三節 研究方法及步驟.........................................……………5 第二章. 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬 原理概要分析.......................................................................6. 第一節 單一建材熱傳導係數檢測儀器之量測理論分析 ........7 第 2-1-1 節 暫態熱線量測法之量測理論分析 .................7 第 2-1-2 節 穩態熱流量測法之量測理論分析 .................8 第二節 熱環境實驗室建材隔熱性能量測儀器之設備特性、 功能、精度校正分析 ..................................................10 第 2-2-1 節 攜帶式熱傳導係數與比容量測儀設備 特性與功能分析 ...........................................10 第 2-2-2 節 隔熱性能量測儀之設備特性與功能分析 ...15 第 2-2-3 節 固定式熱傳導係數與比熱量測儀設備 特性與功能分析 ...........................................20 第 2-2-4 節 儀器之準確度印證與精度校正分析 ...........43 第三節 建築物空調系統耗能電腦模擬之原理分析...............45. I.
(6) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 第三章. 屋頂隔熱建材熱性能於工程實務上之實測結果與 應用計算分析.....................................................................50. 第一節 屋頂隔熱建材實驗示範試件之規劃製作與 實測結果分析...............................................................50 第二節 屋頂隔熱建材示範試件熱性能實測結果之 應用計算分析 ..............................................................53 第三節 綠建築標章審查案例中常用屋頂隔熱建材熱性能 資料庫之初步建立與數值綜合比對分析 ..................56 第四章. 屋頂隔熱於改善空調耗能電腦模擬之標準化工程 解析模式之建立.................................................................58. 第一節 辦公類建築電腦模擬用標準示範空間之建立 ..........58 第二節 示範建物尚未鋪設屋頂隔熱建材時空調耗能 之電腦模擬工程解析模式分析 ..................................62 第三節 示範建物鋪設屋頂隔熱示範試件時空調耗能 之電腦模擬工程解析模式分析 ..................................65 第四節 示範建物使用屋頂隔熱示範試件前後空調 節能效益比對之工程解析模式分析 ..........................68 第五節 示範建物使用屋頂隔熱示範試件於空調節能 改善經濟效益評估之工程解析模式分析 ..................70 第五章 結論與建議...........................................................................72 第一節 結論 ................................................................................72 第二節 建議 ................................................................................74 參考書目 .............................................................................................75. II.
(7) 表次. 表. 次. 表 2-1. 攜帶式熱傳導係數與比容量測儀探測計之量測範圍 ..12. 表 2-2. 固定式熱傳導係數與體積熱容量量測儀測試範圍 ......20. 表 2-3. 試片一（Extruded polystyrene）量測結果..................24. 表 2-4. 試片二（Cork）量測結果..............................................25. 表 2-5. 試片三(Marble)量測結果 ...............................................26. 表 2-6. 試片一（Borosilicate Glass）量測與比對結果............27. 表 2-7. 試片二（Stainless Steel）量測與比對結果...................29. 表 2-8. 試片三（Vespel）量測與比對結果................................31. 表 2-9. 試片四（Vespel）量測與比對結果................................33. 表 2-10. 試片五(Ceramic)量測與比對結果 .................................35. 表 2-11. 試片六(Ceramic)量測與比對結果 .................................37. 表 2-12. 試片一（Glass G09）量測結果 .....................................40. 表 2-13. 試片二（Mineral M22）量測結果 ................................41. 表 2-14. 試片三（PMM acrylate）量測結果..............................42. 表 2-15. 冷房負荷的構成與代號...................................................45. 表 3-1. 陶粒隔熱磚之熱性能實測結果表（混凝土層） ..........51. 表 3-2. 陶粒隔熱磚之熱性能實測結果表（陶粒層） ..............51. 表 3-3. 陶粒隔熱磚陶粒層與混凝土層之熱性能實測 結果比對表.......................................................................52. 表 3-4. 陶粒隔熱磚混凝土層與陶粒層之密度測結果表 ..........53. 表 3-5. 綠建築標章審查案例常用屋頂隔熱建材之熱性能 資料庫表...........................................................................57. 表 4- 1. 屋頂隔熱示範試件使用前後建物空調耗能計算. III.
(8) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 結果比對表.......................................................................68 表 4-2. 使用屋頂隔熱示範試件對於改善空調耗能之 經濟效益分析...................................................................70. IV.
(9) 圖次. 圖. 次. 圖 1-1. 研究流程與步驟.................................................................4. 圖 2-1. 保護熱流計法量測物體之熱傳導係數示意圖 ................9. 圖 2-2. 保護熱流計法之校正分析.................................................9. 圖 2-3. 攜帶式熱傳導係數與比容量測儀外觀 .......................... 11. 圖 2-4. 探針式探測計................................................................... 11. 圖 2-5. 表面接觸探測計............................................................... 11. 圖 2-6. 銅製間隔環.......................................................................15. 圖 2-7. 硬樹脂間隔環...................................................................16. 圖 2-8. 恆溫槽進水與出水口之位置...........................................16. 圖 2-9. 溫控開關...........................................................................17. 圖 2-10. 以手指輕拍試件...............................................................17. 圖 2-11. 確認均勻塗覆...................................................................17. 圖 2-12. 間隔環表面.......................................................................18. 圖 2-13. 旋鈕固定在”Move”和”Down”的位置 ...........................18. 圖 2-14. 旋鈕固定在 Free 的位置 .................................................19. 圖 2-15. 用手調整樣本...................................................................19. 圖 2-16. 操控旋鈕將試片完全固定...............................................19. 圖 2-17. 試件放置在防護蓋內.......................................................19. 圖 2-18. 試件安裝完成圖...............................................................19. 圖 2-19. APT-P01 外觀構造圖 ......................................................21. 圖 2-20. 原廠所附之標準試片（Extruded polystyrene、 Cork 、 Marble HOR03） ............................................................20. 圖 2-21. 試片一量測示意圖...........................................................21. V.
(10) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 圖 2-22. 試片一原廠測試報告.......................................................21. 圖 2-23. 試片二（Cork）量測中..................................................25. 圖 2-24. 試片二(Cork)原廠測試報告 ...........................................25. 圖 2-25. 試片三(Marble)量測中 ...................................................26. 圖 2-26. 試片三(Marble)原廠測試報告 .......................................26. 圖 2-27. 試片一（Borosilicate Glass） ........................................27. 圖 2-28. 試片一（Borosilicate Glass）原廠測試報告 ................28. 圖 2-29. 試片一（Borosilicate Glass）量測結果比對 ................28. 圖 2-30. 試片二（Stainless Steel）...............................................29. 圖 2-31. 試片二 (Stainless Steel)原廠測試報告 ..........................30. 圖 2-32. 試片二(Stainless Steel)量測結果比對 ............................30. 圖 2-33. 試片三（Vespel）............................................................31. 圖 2-34. 試片三(Vespel)原廠測試報告 .........................................32. 圖 2-35. 試片三(Vespel)量測結果比對 .........................................32. 圖 2-36. 試片四(Vespel) .................................................................33. 圖 2-37. 試片四(Vespel)原廠測試報告 .........................................34. 圖 2-38. 試片四(Vespel)量測結果比對 .........................................34. 圖 2-39. 試片五(Ceramic) .............................................................35. 圖 2-40. 試片五(Ceramic)原廠測試報告 .....................................36. 圖 2-41. 試片五(Ceramic)量測結果比對 .....................................36. 圖 2-42. 試片六(Ceramic) .............................................................37. 圖 2-43. 試片六(Ceramic)原廠測試報告 .....................................38. 圖 2-44. 試片六(Ceramic)量測結果比對 .....................................38. 圖 2-45. 標準試片（Glass G09、Mineral M22、PMM acrylate） ...........................................................................................39. VI.
(11) 圖次. 圖 2-46. 試片一（Glass G09） .....................................................39. 圖 2-47. 試片一(Glass G09)原廠測試報告 ..................................40. 圖 2-48. 試片二（Mineral M22） ................................................41. 圖 2-49. 試片二(Mineral M22)原廠測試報告 .............................41. 圖 2-50. 試片三（PMM acrylate）..............................................42. 圖 2-51. 試片三(PMM acrylate)原廠測試報告 ...........................42. 圖 2-52. 量測示意圖.......................................................................43. 圖 2-53. 校正曲線圖.......................................................................44. 圖 2-54. 由校正曲線求出試件熱傳導係數...................................44. 圖 2-55. 輻射時間序列法...............................................................49. 圖 3-1. 陶粒隔熱磚試件之整體近照...........................................50. 圖 3-2. 陶粒隔熱磚試件之側面近照...........................................50. 圖 3-3. 陶粒隔熱磚之隔熱性能計算參數（混凝土層） ..........54. 圖 3-4. 陶粒隔熱磚之隔熱性能計算參數（陶粒層） ..............54. 圖 3-5. 陶粒隔熱磚整體之隔熱性能圖.......................................55. 圖 4-1. 空調耗能電腦模擬之辦公用途標準示範空間示意圖 ..59. 圖 4-2. 標準模擬示範空間之外遮陽幾何尺寸示意圖 ..............59. 圖 4-3. 標準模擬示範空間中央空調系統之主機側及 送水側示意圖...................................................................60. 圖 4-4. 標準模擬示範空間中央空調系統之送風側示意圖 ......60. 圖 4-5. 辦公類用途之室內人員使用模式設定示意圖 ..............61. 圖 4-6. 標準示範空間之室內空調溫度設定示意圖 ..................61. 圖 4-7. 標準 RC 結構屋頂之熱傳特性資料...............................62. 圖 4-8. 標準示範空間屋頂處引入之全年瞬間最大空調 負荷圖...............................................................................63. 圖 4-9. 標準示範空間屋頂處引入之全年空調負荷總量 ..........63. VII.
(12) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 圖 4-10. 辦公類標準示範空間全年之每月空調負荷變化圖 ......64. 圖 4-11. 辦公類標準示範空間全年之整體耗電結構圖 ..............64. 圖 4-12. 標準 RC 結構屋頂結合陶粒隔熱磚後之熱傳 特性資料...........................................................................65. 圖 4-13. 標準示範空間屋頂處引入之全年瞬間最大空調負荷圖 （鋪設屋頂隔熱示範試件後）.......................................66. 圖 4-14. 標準示範空間屋頂處引入之全年空調負荷總 （鋪設屋頂隔熱示範試件後）.......................................66. 圖 4-15. 辦公類標準示範空間全年之每月空調負荷變化圖 （鋪設屋頂隔熱示範試件後）.......................................67. 圖 4-16. 辦公類標準示範空間全年之整體耗電結構圖 （鋪設屋頂隔熱示範試件後）.......................................67. 圖 4-17. 屋頂隔熱於空調節能之實務解析與經濟評估標準 流程圖...............................................................................71. VIII.
(13) 摘要. 摘. 要. 關鍵詞：建築外殼、熱傳導係數、電腦模擬、綠建築標章審查 一、 研究緣起 本研究為延續去（93）年度「建築物屋頂單一建材之隔熱性能研究與檢 測方法分析」自行研究計畫成果，進入更深與更廣之研究與應用階段。期望 透過本所性能實驗群熱環境實驗室之 3 部建材隔熱性量測儀器：攜帶式熱傳 導係數與比容量測儀、建材隔熱性能量測儀、固定式熱傳導係數與體積熱容 量量測儀等，對所規劃之實驗示範試件進行隔熱性能數據實測，再將該實測 值導入辦公類標準示範空間進行全年空調系統負荷與耗電量電腦模擬預測， 以建立綠建築標章審查常見屋頂隔熱建材隔熱性能資料庫，與空調節能改善 工程電腦預測與經濟效益評估之標準化解析模式。. 二、研究方法及過程 本研究規劃之執行方法與程序為：首先透過建築單一材料專用隔熱性能 量測儀器進行全尺度實務實測，求得實際使用於改善建築物空調耗能屋頂隔 熱建材之單一材料熱性能係數，進而獲得其整體隔熱性能。其次，將該實測 值導入模擬建築物中央空調系統全年逐時負荷與耗電量專用之電腦軟體： DOE-2.1E，進行標準辦公用途空間全年空調負荷與耗電量之電腦模擬，獲得 標準辦公用途空間在尚未使用本研究選取之屋頂隔熱建材實驗示範試件，而 僅以傳統採用一般混凝土作為屋頂主要結構組成時之建築空調耗能，以及在 該模擬示範空間鋪設本研究選取之屋頂隔熱實驗示範試件後之建築空調耗 能。再將上述兩者相對應之各種結果進行交叉比對分析，諸如：屋頂處結構 之整體熱傳導率、屋頂處引入之全年瞬間最大空調負荷、屋頂處引入之全年 空調負荷總量、辦公用途模擬示範空間全年之總空調負荷量、辦公用途模擬 示範空間全年空調耗電之耗能結構組成、辦公用途模擬示範空間全年空調電 費等。最後進行經濟效益評估。. IX.
(14) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 三、重要發現 由經濟效益評估結果顯示，標準示範空間在使用屋頂隔熱示範試件後， 可產生每年約 940 仟度（約 2.91%）之空調耗電節約量，進而發揮每年約 193.5 萬元之空調電費節省效益，節能成效顯著。此外，鋪設屋頂隔熱示範試件初 期需投入 83.9 萬元，但在 5.2 個月左右後即可回收，回收期限甚短，極具投 資之經濟效益，建議本評估模式應予以大量推廣。另本研究建立之節能改善 工程實務預測與經濟效益評估之標準化解析模式，除可提供國內業界開發相 關屋頂隔熱產品性能與經濟效益評估工作極佳之參考外，將可作為未來針對 隔熱磚類屋頂隔熱產品對於空調耗能改善效益評估工作良好之示範性研究。. 四、主要建議事項 根據研究發現，針對綠建築標章審查案例中採用屋頂隔熱建材做為改善 日常節能指標策略之經濟效益評估工作上，提出下列具體建議。以下分別從 立即可行的建議、及長期性建議加以列舉。 立即可行之建議-建築物空調系統耗能電腦模擬應正確規劃空調耗能模 擬標準空間。 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：國立高雄第一科技大學 經由本研究發現在建築物空調系統耗能電腦模擬工作中，應正確規劃欲 進行不同控制變因之空調耗能模擬標準空間，使控制變因與實驗變因能正確 掌握，方可使電腦模擬結果具有實質物理意義，因此建議相關機關之相關業 務推展應參照此模式進行。 中長期之建議-建議相關主管機關善加利用屋頂隔熱建材隔熱性能資料 庫，並納入建築技術規則加強推廣使用及進行有效管理。 主辦機關：內政部營建署 協辦機關：內政部建築研究所 本研究成果初步建立綠建築標章審查常見屋頂隔熱建材隔熱性能資料. X.
(15) 摘要. 庫，並經電腦模擬計算結果顯示，屋頂隔熱具實質經濟效益，約在 5.2 個月 左右後即可回收，回收期限甚短，因此建議相關主管機關善加利用屋頂隔熱 建材隔熱性能資料庫，並納入建築技術規則加強推廣使用及進行有效管理。. XI.
(16) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. ABSTRACT Keywords: Building Envelope, Thermal Conductivity, Computer Simulation, Green Building Labeling System This project continue the 「The Study of Thermal Properties and Evaluating Method for the Single Roof Construction Material of the Building Envelope」 applying the thermal properties analyzer for direct measurement to measure and analyze the thermal conductivity and volume heat capacity of various construction materials of the building envelope. This project will apply these real data into a computer simulation of HVAC system in a standard commercial building model to analyze its’ energy consumption patterns. Further, the database of thermal properties for roof constructions in Green Building Labeling System and the engineering economic analysis method will be established. The research contents in this project are listed as follows: 1. Organize and recall the standard operation procedure (S.O.P.) of the performance test for the construction materials of the building envelope. 2. Develop the thermal conductivity and volume heat capacity database of roof constructions in Green Building Labeling System. 3. Develop the engineering economic analysis method for roof constructions in Green Building Labeling System.. XII.
(17) 第一章 緒論. 第一章 緒 論 第一節 研究起緣與背景 在兩次全球性石油能源危機，以及近幾年來全球溫暖化、南北極冰層融 化及地球沙漠化等現象之後，世界各國為了挽救地球日益惡化的環境，已展 開全面性的地球環保責任。我國於 1996 年成立行政院國家永續發展委員會以 來，本所「綠建築推動方案」期能以具有前瞻性、整合性的政策方案，善盡 建築產業對地球環境的責任。 如今「綠色營建政策」更名列政府「挑戰 2008 年國家重點發展計畫」之一。其中「建築節能政策」是「綠建築」最重要的 一環，足見綠色建築政策勢必成為我國永續營建政策之重大趨勢。 1995 年政府依據能源管理法，將建築外殼耗能及屋頂之熱貫流率 (Coefficient of thermal transmission) 或 總 熱 傳 係 數 （ Overall heat transfer coefficient）納入法規條文，使建築外殼節約能源管理提昇至一個全面性且趨 向完整的水準。目前國內所使用的建築屋頂隔熱材料種類非常繁多，主 要目的為提昇建築物屋頂阻絕外界太陽直射進入屋內熱量之能力，避免 形成室內龐大之熱負荷來源，進而浪費大量之空調系統運轉能源。種類 包含泡沫混凝土、隔熱磚、發泡玻璃、、、等，其熱傳能力的差距很大， 熱傳導係數範圍可能為 0.3～0.03 W/m-K。而國內大部分建築師或冷凍 空調技師在計算空調負荷與建築物外殼耗能指標時，大多沿用美國或日本 相關建材之隔熱性能。此類數據多為 1970～1980 年代量測之結果，加上 國內建材製造加工方法日新月異，利用此類數據來作為計算建築物外殼 耗能指標之依據仍有改善空間。 再者，為追求舒適健康室內居住及永續地球環境，提昇國人生活品質； 由本所推動之綠建材標章制度，已於 93 年 7 月完成制度之規劃，並配合性能 實驗群檢測實驗機制建置，正式受理申請。本所進行綠建材認證類別分析， 其認證類別可歸納為高性能、生態、再生、健康等四大方向。其中 1. 健康綠 建材必須具備低逸散、低污染以及低臭氣等性能。2. 生態綠建材具有抑制溫 室效應、抑制臭氧層破壞、使用本土建築材料、省資源、省能源等性能。3. 再. 1.
(18) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 生綠建材必須具備再循環、再利用以及廢棄物減量等性能。4. 高性能綠建材 必須具備耐久性佳、不需維護、高隔熱、高防音等性能。因此為達到舒適、 健康與環保之居住環境，並且配合綠建材標章之推動，符合綠建材標章評定 基準的產品將成為消費者選擇之重大依據。 另 空 調 型 建 築 之 節 能 指 標 為 建 築 物 外 殼 耗 能 指 標 ENVLOAD ， ENVLOAD 計 算 公 式 與 建 築 外 殼 之 隔 熱 性 能 有 密 切 之 關 係 。 由 下 式 之 ENVLOAD 公式可知，L 與 Mk 均與建築物外殼之外殼熱傳遞率 Ui 有關。 ENVLOAD = a 0 + a1 × G + a 2 × L × DH + a3 × ∑ Mk × IHk. 其中：L 代表建築外殼的熱損失係數 Mk 代表日射取得係數。 而外殼熱傳遞率 Ui 之公式為. Ui =. 1 1 h0 + ∑ dx / K x + ra + 1 / hi. 由於建築室內外熱對流係數(h0,hi)受到在建築外殼的熱對流現象影響甚 鉅，一般在設計時都設為定值（無風狀態） ，且中空層的熱阻亦設為定值。因 此單一建材之熱傳導係數對外殼熱傳遞率 Ui 有關鍵性之影響。故若能得到精 確的單一建材熱傳導係數，則 ENVLOAD 之計算將更為準確。 本研究為延續去（93）年度「建築物屋頂單一建材之隔熱性能研究與檢 測方法分析」自行研究計畫成果，進入更深與更廣之研究與應用階段。期望 透過本所性能實驗群熱環境實驗室之 3 部建材隔熱性量測儀器：攜帶式熱傳 導係數與比容量測儀、建材隔熱性能量測儀、固定式熱傳導係數與體積熱容 量量測儀等，對所規劃之實驗示範試件進行隔熱性能數據實測，再將該實測 值導入辦公類標準示範空間進行全年空調系統負荷與耗電量電腦模擬預測， 以建立綠建築標章審查常見屋頂隔熱建材隔熱性能資料庫，與空調節能改善 工程電腦預測與經濟效益評估之標準化解析模式。本年度之研究成果具有拋 磚引玉之效果，將可作為日後針對隔熱磚類屋頂隔熱產品對於空調耗能改善 效益評估工作之最佳參考依據。. 2.
(19) 第一章 緒論. 第二節 研究目的 預計本研究於執行期間，將可透過本所性能實驗群熱環境實驗室之 3 部 建材隔熱性量測儀器：攜帶式熱傳導係數與比容量測儀、建材隔熱性能量測 儀、固定式熱傳導係數與體積熱容量量測儀等，對所規劃之實驗示範試件進 行隔熱性能數據實測，再將該實測值導入辦公類標準示範空間進行全年空調 系統負荷與耗電量電腦模擬預測，以獲得建築物在未使用與使用屋頂隔熱建 材後空調負荷與整體耗電量數值，進而進行兩者之比對分析與經濟效益評 估，最後建立綠建築標章審查常見屋頂隔熱建材隔熱性能資料庫，與空調節 能改善工程電腦預測與經濟效益評估之標準化解析模式。預期之研究成果分 述如下： (1) 將彙整本所性能實驗群熱環境實驗室 3 部建材隔熱性量測儀器 之設備特性、功能、精度校正分析等資訊。 (2) 將進行建築物空調系統耗能電腦模擬之原理分析。 (3) 將進行綠建築標章審查常見屋頂隔熱建材隔熱性能資料庫之初 步建立。 (4) 將進行屋頂隔熱對於改善空調耗能電腦模擬之計算解析模式之 建立。 (5) 將進行屋頂隔熱對於改善空調耗能電腦模擬之經濟效益評估模 式之建立。. 3.
(20) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 第三節 研究方法及步驟 本研究規劃之執行方法與程序為： 1. 首先透過建築單一材料專用隔熱性能量測儀器進行全尺度實務實測，求得 實際使用於改善建築物空調耗能屋頂隔熱建材之單一材料熱性能係數，進 而獲得其整體隔熱性能。 2. 將該實測值導入模擬建築物中央空調系統全年逐時負荷與耗電量專用之 電腦軟體：DOE-2.1E，進行標準辦公用途空間全年空調負荷與耗電量之 電腦模擬，獲得標準辦公用途空間在尚未使用本研究選取之屋頂隔熱建材 實驗示範試件，而僅以傳統採用一般混凝土作為屋頂主要結構組成時之建 築空調耗能，以及在該模擬示範空間鋪設本研究選取之屋頂隔熱實驗示範 試件後之建築空調耗能。 3. 將上述兩者相對應之各種結果進行交叉比對分析，諸如：屋頂處結構之整 體熱傳導率、屋頂處引入之全年瞬間最大空調負荷、屋頂處引入之全年空 調負荷總量、辦公用途模擬示範空間全年之總空調負荷量、辦公用途模擬 示範空間全年空調耗電之耗能結構組成、辦公用途模擬示範空間全年空調 電費等。 4. 最後進行經濟效益評估。. 本研究研究流程與步驟如圖 1-1 所示。. 4.
(21) 第一章 緒論. 圖 1-1 研究流程與步驟 屋頂隔熱試件組成單一材料之 熱性能實測原理與儀器特性探討. 中央空調系統逐時負荷 電腦模擬之原理分析. 屋頂隔熱建材實驗示 範試件之規劃與製作. 實驗示範試件之熱性 能實測與數據分析. 透過實驗示範試件建立屋頂隔熱建材於改善 空調耗能電腦模擬計算之工程解析應用模式. 透過實驗示範試件建立屋頂隔熱建材於空調 節能改善之經濟效益評估工程解析應用模式. 研究結束. （資料來源：本研究整理）. 5.
(22) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬 原理概要分析 本研究建立綠建築標章審查時各案例常用屋頂隔熱建材隔熱性能資料庫 主要之工程實務解析模式標準程序為：首先透過具可靠準確性與高度再現性 之建築單一材料專用隔熱性能量測儀器進行全尺度實務實測，求得實際使用 於改善建築物空調耗能屋頂隔熱建材之單一材料熱性能係數，進而獲得其整 體隔熱性能。其次，將該實測值導入模擬建築物中央空調系統全年逐時負荷 與耗電量專用之電腦軟體：DOE-2.1E，進行標準辦公用途空間全年空調負荷 與耗電量之電腦模擬，獲得標準辦公用途空間在尚未使用本研究選取之屋頂 隔熱建材實驗示範試件，而僅以傳統採用一般混凝土作為屋頂主要結構組成 時之建築空調耗能，以及在該模擬示範空間鋪設本研究選取之屋頂隔熱實驗 示範試件後之建築空調耗能，將兩者相對之各種結果進行交叉比對分析，諸 如：屋頂處結構之整體熱傳導率、屋頂處引入之全年瞬間最大空調負荷、屋 頂處引入之全年空調負荷總量、辦公用途模擬示範空間全年之總空調負荷 量、辦公用途模擬示範空間全年空調耗電之耗能結構組成、辦公用途模擬示 範空間全年空調電費、辦公用途模擬示範空間使用屋頂隔熱實驗示範試件改 善空調耗能之經濟效益等 7 大工程評估項目，藉以充分展現一旦建立起綠建 築標章審查常見屋頂隔熱建材隔熱性能資料庫後，對我國建築主管機關或相 關業界可產生之具體貢獻與效益。 然而在進行上述之建材隔熱性能實測或中央空調系統耗能電腦模擬分析 前，應先針對此兩大研究課題涉及之儀器熱性能實測理論、儀器特性與功能、 建築物空調耗能分析計算理論等，進行概要之探討與分析。因此，本章首將 針對本所性能實驗群熱環境實驗室建置之建材隔熱性能量測儀器：攜帶式熱 傳導係數與比容量測儀、建材隔熱性能量測儀、固定式熱傳導係數與比容量 測儀等 3 儀器進行量測理論分析、儀器特性及功能探討、儀器精度之校正分 析，以及建築物中央空調系統耗能電腦模擬之原理分析。. 6.
(23) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析 1. 第一節 單一建材熱傳導係數檢測儀器之量測理論分析 第 2-1-1 節 暫態熱線量測法之量測理論分析. 暫態熱線量測法(Transient Hot Wire Method)具備便利、精確度高以及量 測時間短等優點。暫態熱線量測法的量測理論是假設一無限長的探針埋在無 限大的均質介質中，當時間大於零時，探針產生單位長度定熱通量 q 來加熱 介質。因此可以將此現象視為一維徑向熱傳導問題。當 α t / r02 ≥ 1 時，探針的 溫度上升值可表示為：. T=. q (ln 4 Fr − γ ) 4πk. (2-1). 其中：. Fr = α t / r02. α 為熱擴散係數(thermal diffusivity) k 為熱傳導係數 r0 為探針的半徑. γ 為尤拉常數 Euler constant=0.5772. 由上式推導求得介質的熱傳導係數為：. k = (q / 4π )(dT / d lnt ). −1. (2-2). 由上述兩個方程式吾人可以發現當時間足夠長的情況下，溫度與時間的 自然對數函數為一線性關係；故如果單位長度的熱通量 q 已知，則介質的熱 傳導係數可以由量測數據在溫度與時間的自然對數函數圖形中所形成的直線 斜率來決定。. 1. 王佑萱，“建築物屋頂單一建材之隔熱性能研究與檢測方法分析”， 內政部建築研究所自行 研究報告，民國 93 年。. 7.
(24) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 第 2-1-2 節 穩態熱流量測法之量測理論分析 穩態熱流量測法(Steady-state Heat Flow Method) 係根據能量守恆定律， 當系統到達穩定時，傳入系統的能量會等於傳出的能量。再利用傅立葉熱傳 導定律(Fourier’s Law)求出試件的熱傳導係數。 傅立葉熱傳導定律為： Q = kA(T1 − T2 ) / L ，或是 Q = A(T1 − T2 ) / R. (2-3). 其中：. Q：熱通量 T1：試片上層溫度 T2：試片下層溫度 L：試片厚度 k：試片熱傳導係數 A：試片截面積 R：試片熱阻＝L/k. 本所熱傳導量測儀係符合 ASTM E1530 標準規定。ASTM E1530 標準是 利用保護熱流計法(Guarded Heat Flow Meter Method)量測物體之熱傳導係數 所訂定之標準。在 ASTM E1530 標準中試件是被放置在一組可上下壓縮的平 台上，上下平台的溫度可以個別被控制。當熱流由上層平台經由試件到達下 層平台，此時熱傳導現象所建立之軸向溫度梯度可以藉著在下層平台下方之 熱通量轉換器（Heat Flux Transducer）量測出試件上下表面之溫度差來轉換 成試件之熱傳導係數。穩態熱流量測儀之量測示意圖如圖 2-1 所示。依據上 述傅立葉熱傳導定律試件之熱阻可以由下式求得： R s = F [(Tu − Tl ) / Q ] − Rint. (2-4). 其中：. Rs：試件熱阻 F：熱通量轉換器校正因子. 8.
(25) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. Tu：上層平台表面溫度 Tl：下層平台表面溫度 Q：熱通量轉換器輸出值 Rint：試件表面熱阻 因此試件的熱傳導係數可由 k = d / R s 求得。. 圖 2-1 保護熱流計法量測物體之熱傳導係數示意圖. （資料來源：UNITHERM™ 2022 THERMAL CONDUCTIVITY MEASURING SYSTEM USER’S GUIDE,2004） 在（2-4）式中，F 與 Rint 可在儀器的校正過程中獲得，故 (2-4)式中的. Rs 與 DT/Q 之間為線性關係。因此若以 Rs 為縱座標、DT/Q 為橫座標可以由 已知熱傳導係數之試件量測數據畫出一條以 F 為斜率、-Rint 為 y 軸截距的直 線（如圖 2-2 所示） 。則根據此一直線方程式以及量測待測試件的 DT/Q 值即 可反推求得待測試件之熱阻值。. 圖 2-2 保護熱流計法之校正分析. （資料來源：UNITHERM™ 2022 THERMAL CONDUCTIVITY MEASURING SYSTEM USER’S GUIDE,2004）. 9.
(26) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 第二節 熱環境實驗室建材隔熱性能量測儀器之設備特性、功能、 2. 精度校正分析. 第 2-2-1 節 攜帶式熱傳導係數與比容量測儀設備特性與功能分析. 一、功能說明： 攜帶式熱傳導係數與比容量測儀可測試： 熱傳導係數值 [W/mK]（儀器之結果輸出代號為λ） 體積熱容量值 [J/m3K] （儀器之結果輸出代號為α） 熱擴散值 [m2/s] （儀器之結果輸出代號為 Cp） 溫度[℃]. 二、基本特性：. ISOMET 為一攜帶型可直接測試材料熱物理性質之量測儀器（如圖 2-3 所示） ，使用範圍甚廣，探測計依材料特質分成探針式及表面接觸式兩種（如 圖 2-4、2-5 所示），針式探測計大部份用於透水性、纖維狀或軟質材料； 表面接觸式則用於硬質材料測試。 熱傳導係數測試時間約 8~16 分鐘，主機視窗為四行字母及數字顯示， 探測計可使用相關標準材質試片校正，測試資料可儲存於記憶體中，亦可 經 RS232 傳輸至個人電腦，主電源不夠用或於現場測試時，可使用充電式 電池電源。. 2. 王佑萱，“建築物屋頂單一建材之隔熱性能研究與檢測方法分析”， 內政部建築研究所自行 研究報告，民國 93 年。. 10.
(27) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. 圖 2-3 攜帶式熱傳導係數與比容量測儀外觀. （資料來源：本研究整理）. 圖 2-4 探針式探測計. （資料來源：本研究整理）. 圖 2-5 表面接觸探測計. （資料來源：本研究整理）. 11.
(28) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 三、測試範圍 攜帶式熱傳導係數與比容量測儀共含四種量測範圍之探針式與三種表面 接觸探測計，其量測範圍如表 2-1 所示。. 表 2-1 攜帶式熱傳導係數與比容量測儀探測計之量測範圍. Needle Probe API 210402 Needle Probe API 210403 Needle Probe API 2104022 Needle Probe API 210404 Surface Probe API 210411 Surface Probe API 210412 Surface Probe API 210413. Thermal Conductivity. Volume Heat Capacity. Temperature. 0.035-0.20W/m.K. 4.0×104-1.5×106Jm-3K-1. -20℃~+70℃. 0.20-1.0W/m.K. 1.5×106-4.0×106Jm-3K-1. -20℃~+70℃. 0.015-0.20W/m.K. 4.0×104-1.5×106Jm-3K-1. -20℃~+70℃. 1.0-2.0W/m.K. 1.5×106-4.0×106Jm-3K-1. -20℃~+70℃. 0.030-0.30W/m.K. 4.0×104-1.5×106Jm-3K-1. -15℃~+50℃. 0.30-2.0W/m.K. 1.5×106-4.0×106Jm-3K-1. -15℃~+50℃. 2.0-6.0W/m.K. 1.5×106-4.0×106Jm-3K-1. -15℃~+50℃. 四、精度. Measurement Range. Accuracy. 0.015-0.050W/m.K. 5 % of reading + 0.003Wm-1K-1. 0.050-0.70W/m.K. 5 % of reading + 0.001Wm-1K-1. 0.70-6.0W/m.K. 10 % of reading. Volume Heat Capacity. 4.0×104-4.0×106Jm-3K-1. 15 % of reading + 1×103Jm-3K-1. Temperature. -20℃~+70℃. 1℃. Thermal Conductivity. 12.
(29) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. 五、再現性. 3 % of reading + 0.001Wm-1K-1 3 % of reading + 1×103Jm-3K-1. Thermal Conductivity Volume Heat Capacity. （ 資 料 來 源 ： ISOMET 2104 USER’S GUIDE,2004 ） 六、規格 操作環境溫度：0～40℃ 內部記憶體容量：1000 measurement records 電源供應：12V DC 或 internal NiCd rechargeable batteries 電池使用量：約 3 小時（視量測材料之特性而定） 傳輸介面：serial link RS 232 體積：310×300×110 mm 重量：4.5 kg. 七、 操作原則： 基 本 上 在 分 析 測 試 有 關 材 料 對 熱 的 回 應，經 由 探 針 計 直 接 接 觸 加 熱產生熱流而評估熱傳導係數及體積熱容量之量測。. 八、探測計. ISOMET 可測試各種不同材料，執行各種不同目的，可測試軟質泡沫及 硬岩石之固體，液體及懸浮物等俾能求得精確測試，可使用之探測計：. a.-Needle probes 針式探測計 b.-Surface probes 表面探測計 a-針式探測計只要直接或經由原先所鑽之小孔（孔徑不可太大）插入試 片即使是低傳導如保麗龍，也不會降低其測試精度，惟硬質材料孔隙大小影 響較大，針式探測計感應部份為針端 15 mm 算起共 50 mm，圍繞探測針之厚. 13.
(30) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 度從為 10 mm～15 mm 為最佳。探針完全插入試片時，能增加測試精度，惟 大部份探測針深度至 80 mm；針式探測計對軟質材料直接插入即可，無須任 何熱性媒介物，但硬質材料孔徑稍大時，應以矽油將孔隙填滿。. b- 表面探測計適用於固體堅硬且表面光滑之試片，試片直徑至少 60 mm，試片表面越平整更能增加其測試精度，依據傳導性，擴散性，試片厚度 範圍 10 mm～15 mm 最佳。基本上表面探測計對極低傳導性泡沫狀材料測試 亦極有效，物質表層屬性及內部構造差異，對測試影響很大。 （表面探測計出 廠已校正無再校正改善）. 14.
(31) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. 第 2-2-2 節 建材隔熱性能量測儀之設備特性與功能分析 建材隔熱性能量測儀之操作區分為儀器操作與電腦操作兩個流程。在儀 器操作流程主要是著重在將試件放置在量測平台上以及儀器運轉設定上；而 在電腦操作流程上則是著重在量測參數設定以及量測數據存取上。儀器操作 與電腦操作流程之詳細步驟分述如下： 一、Unitherm 2022 儀器操作步驟. 1. 操作前恆溫槽確認: (1) 注意量測溫度範圍為 RT-100℃時:恆溫槽(chiller)設定恆溫溫度為 0 ℃，且是用銅間隔環(如圖 2-6 所示)。. 圖 2-6 銅製間隔環 (2) 注意量測溫度範圍為 100-300℃時: 恆溫槽(chiller)設定恆溫溫度為 20℃，且是用 Vespel 硬樹脂間隔環(如圖 2-7 所示)。. 15.
(32) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 圖 2-7 硬樹脂間隔環. 註: 1. 間隔環(Spacer)的功能為減少熱向下傳至底部。. 2. 恆溫槽(chiller)進水與出水口之位置圖(如圖 2-8 所示):. 進水口. 出水口. 圖 2-8 恆溫槽進水與出水口之位置. 16.
(33) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. (3) 確認恆溫槽(chiller)設定恆溫溫度，直到溫度正確，才可開始測試(如 圖 2-9 所示)。. 圖 2-9 溫控開關. 2. 試片安裝: (4) 將樣本之兩面塗佈熱傳導膏(Thermal Compound)，並以手指輕拍(如圖 2-10 所示)，確認每一點都被塗佈到(如圖 2-11 所示)。. 圖 2-10 以手指輕拍試件. 圖 2-11 確認均勻塗覆. 17.
(34) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. (5) 以酒精擦拭試件表面與間隔環表面，放入試件(如圖 2-12 所示)。. 圖 2-12 間隔環表面 (6) 按儀器上的旋鈕固定在”Move”和”Down”的位置，而將試件壓住(如 圖 2-13 所示)。. 圖 2-13 旋鈕固定在”Move”和”Down”的位置 (7) 按儀器上的旋鈕固定在 Free 的位置和用手調整試件 (如圖 2-14 至 圖 2-15 所示)。. 18.
(35) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. 圖 2-14 旋鈕固定在 Free 的位置. 圖 2-15 用手調整樣本. (8) 按儀器上的旋鈕固定在”Move”和”Down”的位置，而將試片完全固定 (如圖 2-16 所示)。 (9) 降下防護蓋 (如圖 2-17 所示)。. 圖 2-16 操控旋鈕將試片 完全固定. 圖 2-17 試件放置在防護蓋內. (10)裝上防止碰觸的透明壓克力蓋，可以用酒精將壓克力外蓋清潔明亮 (如圖 2-18 所示)。. 圖 2-18. 試件安裝完成圖. 19.
(36) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 第 2-2-3 節 固定式熱傳導係數與比熱量測儀設備特性與功能分析 一、基本特性 固定式熱傳導係數與體積熱容量量測儀 APT-P01 功能為量測均勻性質 固體材料之熱物理性質。內部含一密封測試室，可將水注入試體內。測試室 有荷重感應器可測定試體因膨脹產生之力量。熱傳導係數測試時間約 10 分 鐘，儀器視窗可顯示四行字母及數值，測試資料可儲存於記憶體中，亦可經. RS232 傳輸至個人電腦。 二、測試範圍. 表 2-2 固定式熱傳導係數與體積熱容量量測儀測試範圍 Thermal conductivity:. 0.1W/m.K …4.0W/m.K. Volume heat capacity:. 1.5× 10 6 J/ m 3 .K …4.0× 10 6 J/ m 3 .K. Temperature inside the measurement chamber:. From room temperature up to 200℃. Maximum force developed by Expansion of specimen:. 215KN. Maximum pressure of steam. 3.0MPa. （資料來源：Thermal Properties Analyzer APT-P01 USER’S GUIDE,2004） 三、特色與功能. APT-P01 設計與構造，包括金屬製外殼、固定機件、齒輪組…等，如圖 2-19 所示: (1)金屬製外殼 (2)固定機件 (3)齒輪組 (4)機械構造主體 (5)測試室. 20.
(37) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. (6)測試室絕緣罩 (7)昇降手臂 (8)荷重感應器 (9) 數值顯示與控制器：量測熱物理性質，溫度與力量。包括電源開關 (MAINS SWITCH) ， START 及 STOP 按 鈕 ， 上 蓋 移 動 開 關 (CAP MOVEMENT) ，及兩個執行按鈕， START 指示器， LED 力量指示 (FORCE LED)，HEATER lever 開關，加熱控制器(HEATER CONTROL) 及評估測試器。. 圖 2-19 APT-P01 外觀構造圖 APT-P01 操作按鈕之功能說明如下：. 21.
(38) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. . MAIN 開關依順時針方向由 0 轉至 1，APT-P01 為開啟狀態，反時針方 向由 1 轉至 0 位置， APT-P01 關閉，儀器未使用時，務必將 MAIN 開 關置於關閉位置。. . 按 START 鈕即可啟動功能，按 STOP 鈕 APT-P01 功能將無法執行，具 安全停止裝置。. . 啟動加熱控制器 (HEATER CONTROL) 前務必將開關開啟，當測試溫度 高於室溫時，再予關閉。. . CAP MOVEMENT 開關可將測試室頂部依箭頭指示方向旋轉使其上昇或 下降。. . HEATER CONTROL (TLK43)在控制測試室溫度，有兩行顯示，第一行 為目前所測得之室溫，第二行為操作者所設定之溫度，均以℃表示，控 制器上有四個按鈕可設定溫度。. . 測試室試體所產生之力量值在輔助顯示板上個別顯示，力量測試精度值 在主控制器“specifications”中已設定。. . EVALUATON UNIT 為主控制顯示器，視窗為 4X40 字母及數值顯示，可 測試、設定、儲存資料，亦可經將測得結果傳輸至個人電腦。. 四、設定測試室溫度 按加熱控制器上之“P”鈕，再依箭頭指示方向上昇或上降，設定所須溫 度，其值將顯示在加熱控制器第二行，設定溫度完成後再按“P”即可。 五、測試室溫度之執行與停止. 1. 溫度控制執行：先設定測試溫度，開啟 HEATER 開關。按住 HEATER CONTROL 控制器“U”鈕約 1 秒，此時顯示器上會閃爍“tun E”字樣， 測試室之溫度控制開始執行。. 2. 停止執行溫度控制：關閉 HEATER 開關，按 HEATER CONTROL 控 制器上“P”鈕約 2 秒鐘，此時第一行溫度值消失由“OPEr”取代。按上 下鍵選擇“OFF”按“P”鈕即停止執行。. 22.
(39) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. 第 2-2-4 節. 儀器之準確度印證與精度校正分析. 一、攜帶式熱傳導係數與比容量測儀準確度印證 本儀器準確度之驗證，主要藉由原廠所附之 Extruded polystyrene、 Cork 及 Marble HOR03 等 3 種標準試片進行量測，並與之原廠測試報告進行比對， 以驗證此儀器是否符合規範。經實驗室現場實測結果顯示，3 種標準試件熱 傳導係數實測值與原廠所附國際標準認證報告數值兩者間之誤差均在儀器所 定之誤差範圍內，故本儀器之熱傳導係數實測值具有符合國際標準之準確 度。原廠標準試件如圖 2-20 所示。. 圖 2-20 原廠所附之標準試片 （Extruded polystyrene、 Cork 、Marble HOR03）. 23.
(40) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 以下為三種標準試片之量測與比對結果： 1. 試片一：（Extruded polystyrene）. 圖 2-21 試片一量測示意圖 表 2-3 試片一（Extruded polystyrene）量測結果 測試結果代號 測驗次數與結 果單位 1 2 3 平均. λ. Cp. α. 溫度. W/m.K. J/m3K. m2/s. ℃. 0.037 0.038 0.037 0.037. 0.114×106 0.109×106 0.107×106 0.110×106. 0.325×10-6 0.344×10-6 0.347×10-6 0.339×10-6. 31.96 31.66 31.4. （資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。） 標準試片原廠量測值：0.036 W/m.K 最大誤差計算：. (0.038-0.036)/0.036×100%=3.57% < 5 % of reading + 0.003Wm-1K-1. 圖 2-22 試片一原廠測試報告. 24.
(41) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. 2. 試片二：（Cork）. 圖 2-23 試片二（Cork）量測中 表 2-4 試片二（Cork）量測結果 測試結果代號 測驗次數與結 果單位 1 2 3 平均. λ. Cp. α. 溫度. W/m.K. J/m3K. m2/s. ℃. 0.067 0.069 0.068 0.068. 0.364×106 0.381×106 0.377×106 0.374×106. 0.185×10-6 0.18×10-6 0.18×10-6 0.182×10-6. 30.99 32.30 31.99. （資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。） 標準試片原廠量測值：0.067 W/m.K 最大誤差計算：. (0.069-0.067)/0.0665×100%=3.31% < 5 % of reading + 0.001Wm-1K-1. 圖 2-24 試片二(Cork)原廠測試報告. 25.
(42) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 3. 試片三：（Marble HOR03）. 圖 2-25 試片三(Marble)量測中 表 2-5 試片三(Marble)量測結果 測試結果代號. λ. Cp. α. 溫度. 測驗次數與結 果單位. W/m.K. J/m3K. m2/s. ℃. 1 2 3 平均. 4.960 4.920 4.890 4.923. 2.49×106 2.5×106 2.51×106 2.5×106. 1.99×10-6 1.97×10-6 1.95×10-6 1.97×10-6. 28.78 29.15 29.45. （資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。） 標準試片原廠量測值：4.86 W/m.K 最大誤差計算：. (4.96-4.86)/4.86×100%=2.06% < 10 % of reading. 圖 2-26 試片三(Marble)原廠測試報告. 26.
(43) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. 二、隔熱性能量測儀準確度印證 本儀器準確度之驗證，主要藉由原廠所附之 Borosilicate Glass、 Stainless. Steel 、Vespel 及 Ceramic 等 6 種標準試片進行量測，並與之原廠測試報告進 行比對，以驗證此儀器是否符合規範。經實驗室現場實測結果顯示，6 種標 準試件熱傳導係數實測值與原廠所附國際標準認證報告數值兩者間之誤差均 在儀器所定之誤差範圍內，故本儀器之熱傳導係數實測值具有符合國際標準 之準確度。以下為 6 種標準試片之量測與比對結果：. 1. 試片一：（Borosilicate Glass，試片厚度：0.6400 cm）. 圖 2-27 試片一 Borosilicate Glass 表 2-6 試片一（Borosilicate Glass）量測與比對結果 設定溫度(℃) 標準件熱傳導 試件溫度(℃) 與結果 (W/mK). 熱傳導. (W/mK). 誤差(%). 25. 1.095. 27.55. 1.051. 4.4. 50. 1.14. 52.34. 1.058. 7.4. 75. 1.175. 76.74. 1.099. 6.4. 100. 1.21. 101.31. 1.127. 6.8. （資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。）. 27.
(44) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 圖 2-28 試片一（Borosilicate Glass）原廠測試報告. 8. 8. 原廠值 量測值 誤差. 6. 7 6. 5. 5. 4. 4. 3. 3. 2. 2. 1. 1. 誤差(%). 熱傳導係數（W/m-K）. 7. 0. 0 0. 20. 40. 60. 80. 100. 測試溫度（℃）. 圖 2-29 試片一（Borosilicate Glass）量測結果比對. 28.
(45) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. 2. 試片二：（Stainless Steel，試片厚度：0.6400 cm）. 圖 2-30 試片二（Stainless Steel）. 表 2-7 試片二（Stainless Steel）量測與比對結果 設定溫度(℃) 標準件熱傳導 試件溫度(℃) 與結果 (W/mK) 原廠未提供測 25 34.99 試數據. 熱傳導. (W/mK). 誤差(%). 18.667. 50. 14.68. 58.31. 17.195. 15.9. 75. 15.145. 82.63. 17.232. 12.8. 100. 15.61. 107.49. 17.354. 15.7. 註 : 因實驗室電壓不穩，造成誤差偏大 （資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。）. 29.
(46) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 20. 20. 19. 19. 18. 18. 17. 17. 16. 16. 15. 15. 14. 14. 13. 誤差(%). 熱傳導係數（W/m-K）. 圖 2-31 試片二 (Stainless Steel)原廠測試報告. 13. 原廠值 12. 12. 量測值 誤差. 11. 11. 10. 10 20. 40. 60. 80. 100. 測試溫度（℃）. 圖 2-32 試片二(Stainless Steel)量測結果比對. 30.
(47) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. 3. 試片三：（Vespel，試片厚度：0.3175 cm）. 圖 2-33 試片三 Vespel. 表 2-8 試片三（Vespel）量測與比對結果 設定溫度(℃) 標準件熱傳導 試件溫度(℃) 與結果 (W/mK) 原廠未提供測 25 27.74 試數據. 熱傳導. (W/mK). 誤差(%). 0.369. 50. 0.384. 51.89. 0.366. 4.8. 75. 0.389. 76.1. 0.36. 7.4. 100. 0.394. 100.21. 0.372. 5.5. （資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。）. 31.
(48) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 圖 2-34 試片三(Vespel)原廠測試報告. 8. 8. 原廠值 量測值. 7. 誤差. 6. 6. 5. 5. 4. 4. 3. 3. 2. 2. 1. 1 0. 0 20. 40. 60. 80. 100. 測試溫度（℃）. 圖 2-35 試片三(Vespel)量測結果比對. 32. 誤差(%). 熱傳導係數（W/m-K）. 7.
(49) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. 4. 試片四：（Vespel，試片厚度：0.4191 cm）. 圖 2-36 試片四(Vespel). 表 2-9 試片四（Vespel）量測與比對結果 設定溫度(℃) 標準件熱傳導 試件溫度(℃) 與結果 (W/mK) 原廠未提供測 25 25.64 試數據. 熱傳導. (W/mK). 誤差(%). 0.366. 50. 0.384. 50.74. 0.364. 5.2. 75. 0.389. 76.13. 0.366. 5.9. 100. 0.394. 101.18. 0.38. 3.5. （資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。）. 33.
(50) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 圖 2-37 試片四(Vespel)原廠測試報告. 8. 8. 原廠值 7. 量測值 誤差. 6. 6. 5. 5. 4. 4. 3. 3. 2. 2. 1. 1 0. 0 20. 40. 60. 80. 100. 測試溫度（℃）. 圖 2-38 試片四(Vespel)量測結果比對. 34. 誤差(%). 熱傳導係數（W/m-K）. 7.
(51) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. 5. 試片五：（Ceramic，試片厚度：1.2700 cm）. 圖 2-39 試片五(Ceramic). 表 2-10 試片五(Ceramic)量測與比對結果 設定溫度(℃) 標準件熱傳導 試件溫度(℃) 與結果 (W/mK). 熱傳導. (W/mK). 誤差(%). 25. 4.04. 30.08. 3.727. 6.1. 50. 3.8875. 54.25. 3.615. 8.8. 75. 3.8. 78.84. 3.43. 9.5. 100. 3.725. 103.1. 3.473. 6.5. （資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。）. 35.
(52) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 圖 2-40 試片五(Ceramic)原廠測試報告. 10. 10. 原廠值 9. 量測值 誤差. 8. 8. 7. 7. 6. 6. 5. 5. 4. 4. 3. 3 20. 40. 60. 80. 100. 測試溫度（℃）. 圖 2-41 試片五(Ceramic)量測結果比對. 36. 誤差(%). 熱傳導係數（W/m-K）. 9.
(53) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. 6. 試片六：（Ceramic，試片厚度：0.6400 cm）. 圖 2-42 試片六(Ceramic). 表 2-11 試片六(Ceramic)量測與比對結果 設定溫度(℃) 標準件熱傳導 試件溫度(℃) 熱傳導(W/mK) 與結果 (W/mK). 誤差(%). 25. 4.04. 35.2. 3.738. 5.2. 50. 3.8875. 59.18. 3.636. 5.7. 75. 3.8. 83.56. 3.502. 7.3. 100. 3.725. 108.45. 3.435. 7.1. （資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。）. 37.
(54) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 圖 2-43 試片六(Ceramic)原廠測試報告. 10. 10. 原廠值 9. 量測值 誤差. 8. 8. 7. 7. 6. 6. 5. 5. 4. 4. 3. 3 20. 40. 60. 80. 100. 測試溫度（℃）. 圖 2-44 試片六(Ceramic)量測結果比對. 38. 誤差(%). 熱傳導係數（W/m-K）. 9.
(55) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. 三、固定式熱傳導係數與比熱量測儀準確度印證 本儀器準確度之驗證，主要藉由原廠所附之 Mineral M22、Glass G09 及. PMM acrylate 等 3 種標準試片進行量測，並與之原廠測試報告進行比對，以 驗證此儀器是否符合規範。經實驗室現場實測結果顯示，3 種標準試件熱傳 導係數實測值與原廠所附國際標準認證報告數值兩者間之誤差均在儀器所定 之誤差範圍內，故本儀器之熱傳導係數實測值具有符合國際標準之準確度。. 圖 2-45 標準試片（Glass G09、Mineral M22、PMM acrylate） 以下為三種標準試片之量測與比對結果： 1. 試片一：（Glass G09）. 圖 2-46 試片一. 39.
(56) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 表 2-12 試片一（Glass G09）量測結果 測試結果代號. λ. Cp. α. 溫度. 測驗次數與結 果單位. W/m.K. J/m3K. m2/s. ℃. 1. 0.999. 1.92×106. 0.521×10-6. 34.17. 0.992. 6. -6. 34.92. -6. 35.06. 2 3 平均. 0.997 0.996. 1.93×10. 6. 1.93×10. 6. 1.92×10. 0.515×10 0.506×10. -6. 0.514×10. （資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。）. 標準試片原廠量測值：0.916 W/m.K 最大誤差計算：. (0.999-0.916)/0.916×100%=9.06% < 10 % of reading + 0.003Wm-1K-1. 圖 2-47 試片一(Glass G09)原廠測試報告. 40.
(57) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. 2. 試片二：（Mineral M22）. 圖 2-48 試片二（Mineral M22） 表 2-13 試片二（Mineral M22）量測結果 測試結果代號. λ. Cp. α. 溫度. 測驗次數與結 果單位. W/m.K. J/m3K. m2/s. ℃. 1. 2.23. 2.15×106. 1.04×10-6. 30.69. 2.20. 6. -6. 31.45. -6. 31.33. 2 3 平均. 2.18 2.2. 2.16×10. 6. 2.16×10. 6. 2.156×10. 1.02×10 1.01×10. -6. 10.2×10. （資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。） 標準試片原廠量測值：2.18 W/m.K 最大誤差計算： (2.23-2.18)/2.18×100%=2.2% < 10 % of reading + 0.003Wm-1K-1. 圖 2-49 試片二(Mineral M22)原廠測試報告. 41.
(58) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 3. 試片三：（PMM acrylate）. 圖 2-50 試片三（PMM acrylate） 表 2-14 試片三（PMM acrylate）量測結果 測試結果代號. λ. Cp. α. 溫度. 測驗次數與結 果單位. W/m.K. J/m3K. m2/s. ℃. 1. 0.207. 1.49×106. 0.139×10-6. 34.87. 0.201. 6. -6. 36.27. -6. 36.32. 2 3 平均. 0.198 0.202. 1.49×10. 6. 1.50×10. 6. 1.493×10. 0.135×10 0.132×10. -6. 0.135×10. （資料來源：楊冠雄、林憲德和李訓谷，建築外殼隔熱性能檢測程序標 準化之研究，民國 93 年。） 標準試片原廠量測值：0.192W/m.K 最大誤差計算： (0.207-0.192)/0.192×100%=7.8% < 10 % of reading + 0.003Wm-1K-1. 圖 2-51 試片三(PMM acrylate)原廠測試報告. 42.
(59) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. 第 2-2-4 節 儀器之準確度印證與精度校正分析 在進行建材熱傳導係數量測之前，必須先進行儀器及感測器之校正，由 於攜帶式與固定式熱傳導係數與比容量測儀在量測前不需進行校正。因此僅 建材隔熱性能量測儀器必須在量測前進行校正程序。校正程序與計算過程可 由下列步驟說明之。. 1、Calibration(校正) : 以已知熱傳導係數之試片校正，建立校正曲線。 註:用已知熱傳係數之試片來校正，和儀器上之 Reference 不同。. 圖 2-52 量測示意圖 ΔTS = T1 − T2. 所以 Calibration 結果是一條直線. (1 RS ) × ( AΔTS ) = (1 RR ) × ( AΔT R ) = Q ∴ RS = RR × ΔTS / ΔTR ΔTR = T2 − T3. 43.
(60) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 圖 2-53 校正曲線圖 2、實際傳導量測 (Thermal Conductivity Measurement ) :. 圖 2-54 由校正曲線求出試件熱傳導係數 註: 1. Unitherm 2022 已做三條校正曲線(Calibration Line)，分別於 25℃，50 ℃與 100℃。. 2. 由於 Unitherm 2022 是採用穩態(Steady State)量測法，因此Ｑ(Heat Flux)不需量測。 3. 接觸介面之熱阻遠小於被測物之熱阻 ( R Contact <<<R Sample)。 4. 可不用 thermal compound ，但是最好用 ( 且在校正過程時中所用之 thermal compound，必須與實際量測時相同材質 )。. 44.
(61) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析 3. 第三節 建築物空調系統耗能電腦模擬之原理分析. 如下表 2-15 所示，建築物之空調負荷其組成一般包括：1.受外在氣候以 及建築物外殼性能影響的外部負荷，2.室內燈光照明及人員及使用器具所產 生的熱量等構成之內部負荷，3.為了室內空氣品質而必須引進新鮮外氣所形 成的外氣負荷等 3 大部分。另外搬運損失就是指在送風、送水管路中與因熱 傳損失與漏風損失造成的額外損失量，約佔總空調顯熱負荷的 10%左右。. 表 2-15 冷房負荷的構成與代號 負荷種類. 外部負荷. 負荷代號. 壁體傳透熱. Qwall. 顯熱. 玻璃面傳透熱. Qwin.sol. 顯熱. 玻璃面輻射熱. Qwin.con. 顯熱. QIS. 顯熱. QIL. 潛熱. QHS. 顯熱. QHL. 潛熱. QE. 顯熱. QMS. 顯熱. QML. 潛熱. QOS. 顯熱. QOL. 潛熱. 間隙風負荷 人體發散熱 內部負荷. 照明發散熱 室內機械發散熱. 外氣負荷 搬運損失. 新鮮外氣負荷 顯熱、潛熱各取以上總值的 10％計算. （資料來源：陳瑞鈴、林憲德和李訓谷，單一建築材料隔熱性能資料庫之建 立，民國 94 年） 壁體熱傳透計算 經過建築外殼的熱流，由於受到壁體熱容量的影響，會產生不穩定動態 熱流，計算十分複雜，非一般空調業界易於採用。所以利用熱學理論將時滯 現象簡化為單純的冷房負荷溫差 CLTD(Cooling Load Temperature Difference) 3. 陳瑞鈴、楊冠雄和黃瑞隆，“變冷媒量(VRV)空調系統於日常節能指標 EAC 應用之研究”， 內 政部建築研究所研究計劃成果報告，民國 94 年。. 45.
(62) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 計算壁體熱傳透，可以下式表示：. q wall = U × A × CLTD. (2-5). 其中. qwall：特定牆面的熱傳透量 U：建築外殼的熱傳透率 CLTD：冷房負荷溫差 A：壁體面積 構造體之總熱傳透 qwall 就等於各外牆面熱傳透量相加(Σqwall)。 玻璃熱負荷計算 單一玻璃面之熱負荷 qwin 可分為室內外溫差所產生之傳透熱 qwin.sol，與 透過玻璃之太陽輻射熱 qwin.con。其計算式如下：. q win = q win.sol + q win.con. (2-6). q win.con = U × A × (To - Ti ). (2-7). q win.sol = A × SC × MSHGF × CLF. (2-8). 其中. qwin：玻璃熱負荷 qwin.con：玻璃面熱傳透負荷 qwin.sol：玻璃面日射負荷 U：玻璃之熱傳透率 To：戶外設計溫度 Ti：室內設計溫度 MSHGF：最大太陽熱取得因子 CLF：冷房負荷因子 SC：遮蔽係數 A：玻璃面面積. 46.
(63) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. 式中 MSHGF 是方位、時間以及緯度的函數，另外 CLF 是建築物的蓄熱 能力以及有無內遮陽設施的函數。 內部熱負荷計算 室內因照明、人體及其他發熱機器所發生的熱總稱為內部熱負荷。在商 業建築辦公或研究大樓中，人員、照明和設備等發熱形成的內部熱得通常是 構成該幢建築物冷房負荷的重要成分。事實上，在許多大型商業辦公建築物 中，內部熱得是冷房負荷最主要的來源。因此，對於大型辦公大樓而言，常 年冷房運轉，甚至在嚴冬也不例外。 人體發散熱 來自人體的熱負荷可分為顯熱部分與潛熱部分，人員的作業程度決定了 總發熱量，以及顯熱與潛熱比例。顯熱部份是因為人體體溫與室內溫度之溫 度差而引起，潛熱部份則是起因於人體的呼吸與排汗。雖然各種工作狀態下 的顯熱與潛熱值有準確的數值可查，但是在作業人員發熱量仍會發生重大誤 差，其主要原因為缺乏人員停留在室內的時間以及總人數的相關資料。大部 份的場所在設計時對於其使用人數均高估很多，所以計算時要避免引用超過 全職人員的數目。室內人員的顯熱與潛熱要分開算，計算式如下：. QOCC = QOCC .S + QOCC . L. (2-9). QOCC .S = N × QOCC .S. (2-10). QOCC .L = N × QOCC .L. (2-11). 其中. QOCC：人體發散熱 QOCC.S：人體之顯熱負荷 QOCC.L：人體之潛熱負荷 N：在室人員數(人). 47.
(64) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 照明負荷 因為燈光的發熱量是內部熱得的最主要成份。照明所產生的熱與由照明 所消耗電力換算時的等值發熱是不相同的。雖然燈具的其他附屬設備可能產 生其他額外發熱量，但是燈具的發熱源主要來自發光元件或燈泡。照明負荷 之計算以各空間之照明密度乘上各照明器具每瓦數的發熱量來計算。計算式 如下： QLIT = Σq LIT × F. (2-12). 其中. qLIT：特定照明器具之電力消費量 F：額外的允許因數(如螢光燈的啟動器因素) 機械熱負荷 計算各項室內設備的發熱量較計算人員或燈光時更為主觀。在計算中不 論是電力設備、瓦斯設備或蒸氣設備所產生的熱都應列入考量。複雜的設備 種類和，使用方式使得發熱量的計算變得相當主觀。近來辦公室電腦化後， 電腦及其相關附屬設備如印表機等成為辦公室主要之機械發熱來源。辦公室 內大部份的辦公桌上裝有終端機螢幕或個人電腦，以及其他如影印機、印表 機等的典型設備，其室內熱得約為 50W/m2。但是根據最近的研究指出，大 部分的辦公室建築設備內的熱得為 10 W/m2。各項設備發熱量計算式如下：. Qequ = Σqequ. (2-13). 其中. qequ：機器之室內熱負荷. 48.
(65) 第二章 熱性能實測技術與建築物空調系統耗能電腦模擬原理概要分析. 外氣負荷計算 一般而言，因引進新鮮外氣所造成外氣負荷約佔總空調負荷的 20-30%。 室內外氣量之決定取決於在室人員數多寡，外氣負荷計算式如下：. QOA = QOA.S + QOA.L. (2-14). QOA.S = V&OA × C p × (To − Ti ). (2-15). QOA.L = V&OA × hfg × ( xo − xi ). (2-16). 其中. QOA：外氣總負荷量 QOA.S：外氣顯熱取得量 QOA.L：外氣潛熱取得量 V& OA：外氣量 To、Ti：分別為室外與室內氣溫(℃) xo、xi：分別為室外與室內絕對溼度(kg/kg) hfg：水蒸氣的相變化潛熱 由上述分析歸納可得，建築物空調負荷與耗能之精算法計算步驟可如圖. 2-55 所示。而建築物空調耗能分析軟體 DOE-2.1E 程式便是依循該精算步驟 加以執行，因此可達成圖 2-55 所示之精算空調負荷。. 圖 2-55 輻射時間序列法. （資料來源：陳瑞鈴、林憲德和李訓谷，單一建築材料隔熱性能資料庫之建 立，民國 94 年）. 49.
(66) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 第三章. 屋頂隔熱建材熱性能於工程實務上之實測結果 與應用計算分析. 第一節 屋頂隔熱建材實驗示範試件之規劃製作與實測結果分析 本研究選定陶粒隔熱磚（如圖 3-1、3-2 所示）做為隔熱性能實測之示範 試件，該隔熱磚主要由上下兩層單一材質所組成，分別為上層主要受力面之 混凝土層及下層主要隔熱用途之陶粒層等，示範試件之熱性能實測將進行 3 次，再由 3 次量測結果取平均做為代表值，熱性能數據之量測結果則如表 3-1 所示。. 圖 3-1 陶粒隔熱磚試件之整體近照. 圖 3-2 陶粒隔熱磚試件之側面近照. 混凝土層. 陶粒層. 50.
(67) 第三章 屋頂隔熱建材熱性能於工程實務上之實測結果與應用計算分析. 表 3-1 陶粒隔熱磚之熱性能實測結果表（混凝土層） λ. Cp. α. 溫度. 單位. W/m.K. J/m3K. m2/s. ℃. 第一次量測. 1.62. 1.69×106. 0.961×10-6. 27.10. 第二次量測. 1.65. 1.69×106. 0.975×10-6. 27.16. 第三次量測. 1.65. 1.69×106. 0.973×10-6. 27.70. 平均值. 1.64. 1.69×106. 0.970×10-6. （資料來源：本研究整理）. 表 3-2 陶粒隔熱磚之熱性能實測結果表（陶粒層） λ. Cp. α. 溫度. 單位. W/m.K. J/m3K. m2/s. ℃. 第一次量測. 0.311. 0.426×106. 0.731×10-6. 26.70. 第二次量測. 0.328. 0.440×106. 0.745×10-6. 26.98. 第三次量測. 0.329. 0.435×106. 0.756×10-6. 26.76. 平均值. 0.323. 0.430×106. 0.744×10-6. （資料來源：本研究整理）. 51.
(68) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 由實測結果顯示，在主控建材即時性熱傳特性之熱傳導係數方面，陶粒 隔熱磚陶粒層之熱傳導係數平均為 0.323 W/mK，遠低於混凝土層之平均熱傳 導係數 1.64 W/mK。在主控建材蓄積性熱傳特性之比熱方面，陶粒隔熱磚陶 粒層之比熱平均為 0.430×106 J/m3K，亦遠低於混凝土層之平均比熱 1.69×106 J/m3K（整理如表 3-3 所示），故顯見此種屋頂隔熱建材在結合陶粒層之隔熱 特性後，預期將可有效提昇整體外殼建材之隔熱效果，本研究後續將繼續探 討各單一材質在結合後整體之隔熱效果。. 表 3-3 陶粒隔熱磚陶粒層與混凝土層之熱性能實測結果比對表 λ(平均值). Cp(平均值). 單位. W/mK. J/m3K. 陶粒層. 0.323. 0.430×106. 混凝土層. 1.64. 1.69×106. （資料來源：本研究整理）. 52. 備註. （較佳）.
(69) 第三章 屋頂隔熱建材熱性能於工程實務上之實測結果與應用計算分析. 第二節 屋頂隔熱建材示範試件熱性能實測結果之應用計算分析 實測獲得示範試件陶粒隔熱磚各組合層單一材質之熱性能數據後，本研 究將利用 DOE-2.1E 應用計算陶粒隔熱磚試件之整體隔熱性能，以做為後續 進行屋頂隔熱建材改 善 建 築 物 空 調 耗 能 電 腦 模 擬 工 程 解 析 模 式 之重要 參考依據。 而在進行陶粒隔熱磚整體隔熱性能應用計算前，須先獲得混凝土層與陶 粒層之密度，方可使各材質之熱質量效應（Thermal Mass Effect）充分顯現。 經實測結果顯示，陶粒隔熱磚混凝土層之密度為 2.2 g/cm3，而陶粒層之密度 則為 0.5 g/cm3，如表 3-4 所示。. 表 3-4 陶粒隔熱磚混凝土層與陶粒層之密度測結果表 密度 單位. g/cm3. 混凝土層. 2.2. 陶粒層. 0.5. （資料來源：本研究整理）. 另再依據上一節所得之實測數據，導入 DOE 電腦模擬軟體分別可獲得陶 粒隔熱磚混凝土層與陶粒層之隔熱性能參數，如圖 3-3、3-4 所示。. 53.
(70) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 圖 3-3 陶粒隔熱磚之隔熱性能計算參數（混凝土層）. （資料來源：本研究整理）. 圖 3-4 陶粒隔熱磚之隔熱性能計算參數（陶粒層）. （資料來源：本研究整理）. 54.
(71) 第三章 屋頂隔熱建材熱性能於工程實務上之實測結果與應用計算分析. 經電腦應用計算後，可獲得陶粒隔熱磚整體之總熱傳導率 U 值與熱傳特 性曲線，如圖 3-5 所示，圖中之熱傳特性曲線包含即時性熱傳與蓄積性熱傳 兩種，橫座標為時間（hr） ，縱座標為無因次之指數方式顯示。由圖可知，陶 粒隔熱磚整體之總熱傳導率 U 值為 2.656 W/m2℃，而在即時性熱傳與蓄積性 熱傳特性曲線方面，蓄積性熱傳最大值為 0.8 單位數，為即時性熱傳最大值. 0.4 單位數之 2 倍，且兩者最大值發生時間差距約 1 小時左右，顯然此種隔熱 磚建材已產生避免建築外殼同步出現最大熱傳量之不良效應。. 圖 3-5 陶粒隔熱磚整體之隔熱性能圖. （資料來源：本研究整理）. 55.
(72) 屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究（一）. 第三節 綠建築標章審查案例中常用屋頂隔熱建材熱性能資料庫 之初步建立與數值綜合比對分析 本所已於去（93）年度「建築物屋頂單一建材之隔熱性能研究與檢測方 法分析」研究案完成：泡沫混凝土（共有 3 種發泡量） 、水泥混合隔熱膠凝結 、發泡玻璃等 3 類型（6 個建材） 之隔熱磚（共有 1:2 及 1:4 等 2 種不同類型） 屋頂隔熱建材之隔熱性能數據，包含：熱傳導係數、比熱、熱擴散係數，此. 3 類型屋頂隔熱建材之主要特性差異為： 1. 「泡沫混凝土」具有不吸水，不燃燒，防火，斷熱，可塑，重量輕，但強 度適中，隔熱保溫效果優異，品質穩定，使用年限長，可靠性高等特性。. 2. 「隔熱磚」具有活動化、輕量化、隔熱化、美觀化、天然化為設計理念製 作，現場採用乾式組合工法，可以固定式或浮貼式兩種方法進行施工，具 良好載重強度，不透水等特性。. 3. 「發泡玻璃」具有材料質輕，使用時需加覆強化面材以提高表面載重強 度，具耐火與不透水等特性。 如將上述已完成之 6 個屋頂隔熱建材數據再結合本（94）年度新完成之 陶粒隔熱磚隔熱性能數據，共計已獲得 7 個屋頂隔熱建材本土化之隔熱性能 數據，將可逐步建立我國綠建築標章審查案例常用屋頂隔熱建材之隔熱性能 數據資料庫，本研究後續將以一個建築空調耗能電腦模擬之工程實務分析案 例，明確示範此類型隔熱性能資料庫之實務應用方式與實用價值。 將上述 7 個屋頂隔熱建材隔熱性能數據綜合彙整後，可得表 3-5 初步之 本土化屋頂隔熱建材熱性能資料庫表，藉由逐漸增加之資料庫建材案例數 量，已可將屋頂隔熱建材產品類型區分為「單一均質」與「複合」兩大領域， 其中去（93）年度完成之建材均屬於單一均質類別，而今年度之建材則屬於 複合類別。單一均質類別產品之隔熱性能數據，因自身產品內部並未存在不 同材質之熱傳導介面，故數據種類僅為熱傳導係數、比熱、熱擴散係數、密 度等 4 種。若為複合材料，因具有不同均質材料間之熱傳導介面，故除分別 詳列內部個別均質組成成分之隔熱性能數據外，另外再增加該屋頂隔熱產品. 56.
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