應用於零耗能建築之高隔熱與低成本氣凝膠建材開發與驗證( I )

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科技部補助產學合作研究計畫成果完整報告

應用於零耗能建築之高隔熱與低成本氣凝膠建材開發與驗證

計畫類別：

□ 先導型 ■開發型 □ 技術及知識應用型

計畫編號：MOST 106-3113-E-006-006-CC2

執行期間：

106 年 1 月 1 日至 106 年 12 月 31 日

執行單位：國立成功大學

計畫主持人：楊宏澤

共同主持人：

李訓谷、洪錫勲、陳長仁、陳建宏、黃琳琳、黎美蓮、

何銘子、楊錦懷

合作企業：佳東綠能科技(股)公司、成大昶閎科技(股)公司、鑫鑽綠能

(股)公司

處理方式：

1.公開方式：

■不予公開

□公開(如有企業配合款，須與合作企業商議同意)：

□立即公開

□1 年後公開

□2 年後公開

2.本研究是否有嚴重損及公共利益之發現：

■否 □是

3.本報告是否建議提供政府單位參考

■否 □是，

(請列舉提供之單位；本部不經審議，依勾選逕予轉送。）

中華民國

1 0 6

年

0 9

月

3 0

日

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摘要

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尋找解決之道。由於建築能耗佔全國總能耗的比例相當大，在台灣建築能耗約佔全國總能耗的30%比例。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。本整合型計畫之最終目標為發展適合應用在台灣零耗能建築之建築材料與技術，俾益國家產業發展及達到節能減碳目標。本整合型計畫執行成員為結合國內外建築、電機、機械、能源、行銷等跨領域之專家學者及產業界之跨領域研究團隊，以(1)持續開發低成本二氧化矽氣凝膠粉體朝新創公司目標邁進；(2)開發氣凝膠相關建材，提升我國綠建材產業競爭力；以及(3)建立零耗能建築，透過營運階段驗證，發展適合台灣氣候之零耗能建築設計工法與技術三大構面細分成三個子計畫。第一年計畫中，本研究團隊已針對 1 座既有貨櫃建築進行改造，以營運階段之能耗與室內環境監測，驗證本研究團隊開發之高性能建材之節能效益至少可以達到 30%以上，並且將氣凝膠材料之生產成本降低到 2000 元/公斤，開發出性價比高的氣凝膠隔熱塗料與隔熱棉。第二年計畫預期工作項目包含完成開設新創公司之先期準備工作、開發出具成本與性能競爭力的氣凝膠應用建材、完成第 2 座淨零能耗貨櫃建築之建置與驗證。本計畫不僅能使台灣在零耗能建築相關技術上具領先地位，甚至能透過氣凝膠材料新創公司提升相關產業在國際間之競爭力。

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Abstract

Many countries put a lot of effort to solve the climate change and global warming problems. The environmental footprint of the building sector includes 30% of energy use. The building sector is responsible for more than one third of energy-related GHG emissions and, in most countries, is the largest emissions source. Therefore, increasing efficient use of energy in building and reducing the heat island effect are one of important issues. The purpose of this integrated project is develop the cost effective building materials based on aerogel technology for application in Taiwan’s zero-energy buildings. Accordingly, this proposal is divided into three sub-projects, which are (1) Development of cost-effective aerogel and innovative aerogel heat insulation building material manufacturing technique by printing method; (2) Combined with the aerogel and phase change materials to develop multi-level spray materials applied for the building construction thermal insulation market; (3) Establish zero energy buildings and demonstrate the energy efficiency of building materials based on aerogel technology. .

In first year of this project, our research team investigated the spatial delight, thermal and luminous environment of a selected cargo container building in Taiwan. Through fieldwork, which included on-site monitoring, and interview of the building occupants, first-hand information on the environmental and comfort conditions inside the building and the occupants’ subjective views on the comfort conditions were obtained. These findings were used to inform the theoretical performative analysis which developed and tested the feasible strategies for meeting the requirement of zero energy cargo container architecture. In addition, the manufacturing cost of aerogel was decreased to 2000NT$/kg. In the second year of this project, we will continue to applying our innovative products in another cargo container building for evaluating the energy efficiency of these innovative building materials. Our research team will further prepare all initiative works for building a start-up company. The overall outputs of this project will be very helpful for Taiwan future energy saving, in particular in building energy performance. Through technology transfer, the industry competitiveness will definitely be stronger.

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第一章緒論

1.1 計畫背景

聯合國氣候變化政府間專家委員會(IPCC)第五次綜合報告中指出，地表平均溫度已比工業革命前上升 0.85℃，依照此速度下去 21 世紀末將提高 4℃。若要將地表平均溫升維持在 2℃內，2010 年至 2050 年全球溫室氣體(GHG)排放量應減少 40~70%，2100 年時需達到零排放量或負排放量。由國際能源總署(IEA,2014)報告中可知，全球最終能源使用占依序為建築物 41%(住商)、工業 31%，以及運輸業 28%，其結構圖如圖 1 所示。圖 1 全球最終能源使用結構圖建築部門的環境足跡(environmental footprint)包含 40%能源使用、30%原物料使用、25%的固體廢棄物、25%水使用量以及 12%的土地使用。根據 the Intergovernmental Panel on Climate Change’s 4th

Assessment Report (IPCC AR-4)預估在 2004 年與建築有關的溫室氣體排放約為 86 億當量二氧化碳噸，而到 2030 年大約會成長到 2004 年的兩倍，約為 156 億當量二氧化碳噸。再者，聯合國 IPCC 評估至 2030 年，以最低成本獲得最大溫室氣體減量效果的前三大部門依序為住商部門、能源部門及運輸部門，圖 2 所示為全球各部門溫室氣體減量潛力。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 能源相關的溫室效應排放之建築部門具有相當大的二氧化碳減量潛勢。圖 2 各部門溫室氣體減量潛勢再者，依據麥肯錫研究報告可知，全球至2030年為止CO2減量技術以住商部門成本最低，其中住商部門與運輸部門的減碳技術，成本低且回收期短，長期而言減量成本還可全部回收，圖3所示為全球溫室氣體減排成本曲線，其中建築外殼的減碳項目包含住宅隔熱改善、商業建築隔熱改善，以及新建築能源效率提升。

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圖 3 全球溫室氣體減排成本曲線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。目前世界先進各國均以建立節能標章來強化產品能源效率，住宅均以降低建築能耗為目標，唯歐美與日本比台灣較積極規範近零耗能建築建造與零耗能建築的獎補助計畫。瑞士零耗能屋日本積水零耗能建築 Beddington 零耗能社區德國福萊堡零耗能社區圖4 世界各國零耗能建築

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在前期之研究計畫中，本研究團隊成功開發三種常壓乾燥氣凝膠製程，開發出多種氣凝膠玻璃與外牆隔熱材料，並從材料性能與全尺度測試屋中驗證氣凝膠玻璃比一般清玻璃節省空調負荷達33%。為了追趕歐美、日本等先進國家在零耗能建築之技術與法規、推廣制度，本期研究計畫以建造零耗能建築，以營運階段之能耗與室內環境監測，驗證本研究團隊開發之高性能建材之節能效益；並且搭配國產的建材、高效率設備與再生能源設備，從本研究建造的零耗能建築發展出適合台灣高溫高濕氣候應用之零耗能建築的材料、工法與技術。本次整合研究計畫擴大結合國內建築、電機、機械、能源、 行銷等跨領域之專家學者及產業界，並且與英國諾丁漢大學Benson Lau教授合作，以(1)持續開發低成 本二氧化矽氣凝 膠粉體朝新創公司目標邁進；(2) 開發氣凝膠相關建材，提升我國綠建材產業競爭力；以及(3)建立零 耗能建築，透過營運階段驗證，發展適合台灣氣候之零耗能建築設計工法與技術三大構面，規劃 106~107年度延續整合型計畫。本整合型計畫共由三個子計畫所組成，各計畫之人員組成與分工如下 所示： 計畫主持人計畫名稱計畫分工子計畫一李訓谷低成本高性能氣凝膠粉體與應用列印技術製造氣凝膠隔熱建材之技術開發洪錫勳：低成本氣凝膠開發李訓谷：氣凝膠隔熱膜列印技術開發黃元昌：低傳導氣凝膠塗料子計畫二陳長仁結合氣凝膠與相變化材料開發多層次塗層隔熱材應用於建築外殼隔熱市場陳長仁：蓄熱以及隔熱多層次塗層建材陳建宏：氣凝膠泡棉複合材料子計畫三楊宏澤零耗能貨櫃屋之建置與實際營運階段之效益驗證林志峯、黃琳琳、Benson Lau：零耗能建築設計楊錦懷：再生能源設計與評估黃琳琳、Benson Lau：零耗能建築室內環境評估黎美蓮：使用後評估楊宏澤：智慧電網本研究計畫針對成本、工法與性能驗證三方面展開，進而開發出具成本與性能競爭力的氣凝膠應用建材，不僅能使台灣在零耗能建築相關技術上具領先地位，甚至能提升相關產業在國際間之競爭力。

1.2 執行優勢:

本整合型計畫基於前期計畫各子計畫主持人與參與人員整合程度良好，且研究成效顯著，已完成多項專利獲證與申請；並且正與配合廠商針對「複層氣凝膠玻璃」與「相變化蓄熱建材」進行技術移轉之基礎。本研究團隊是國內少數具備低製造成本與公斤級量產之常壓乾燥法製造氣凝膠粉體技術，且對於發展氣凝膠應用建材之產品具有豐富經驗之研究團隊。基於團隊成員過去之合作經驗以及合作廠商之全力配合，在人力配合與分工上，相信可達成計畫總目標。本研究團隊所延伸之氣凝膠建材產學合作計畫如下所示： 1. 南亞塑膠公司，「應用矽基氣凝膠提升隔熱防火性能之可行性研究」產學合作計畫， 64萬， 2015。 2. 成大昶閎公司，「複層式隔熱建材結構系統施工法開發」台南地方型SBIR計畫，配合款：80 萬，2015 3. 長岡機電公司，「氣凝膠應用在高速防火鐵捲門之開發」產學合作計畫-開發型，配合款：41.4

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萬，2015。 4. 科岩實業(股)公司，「以氣凝膠提升岩棉之隔熱性能」產學合作計畫，12萬，2016。科技部南部科學工業園區管理局，「高隔熱省能源氣凝膠科技材料開發」， 200萬，2016。 5. 南亞塑膠公司，「防火氣凝膠酚醛發泡與PVC材料製程發展」產學合作計畫， 64萬，2016。

1.3 研究目的

本研究計畫之目的為驗證以氣凝膠建材為主題並且搭配建築設計與再生能源應用在實際營運階段零耗能建築之節能效益與符合人員舒適性之室內環境評估。計畫之最終目標為發展適合應用在台灣零耗能建築之建築材料與技術，俾益國家產業發展及達到節能減碳目標。

1.4 子計畫一:

子計畫1.1 研究目的 目前 SiO2氣凝膠的製程最佳化以降低生產成本，是工業應用的關鍵。原來酸鹼二步法加上氯矽烷改性及常壓乾燥之製程，因氯矽烷劑價格昂貴，反應放出 HCl，會對設備上造成困擾，本研究希望研發低成本之新製程，發展新製備路徑，達到成本再降 30%之目的，如表 1 之分析，第一期以四矽氧烷 TEOS 及水玻璃為原料，氯矽烷改性及常壓乾燥成本為 6222 NT/kg，第二期嘗試以三矽氧烷 MTMS 為原料加上常壓乾燥，成本約 3000 NT/kg，若採用酯化，醚化或聚合物交聯法做表面改行，成本將更低。本計畫將嘗試選用便宜原料: (i) 三烷氧基矽( MTMS 或 MTES)原料製備矽基氣凝膠，在凝膠後就形成疏水性氣凝膠，免除了使用 TEOS 或水玻璃製備矽基氣凝膠時，繁瑣又耗成本之 TMCS 表面改質程序; (ii) 利用酯化，醚化或聚合物交聯等新表面改質方式，將醇膠表面 Si-OH 反應生成 Si-O-R，達到表面改性之目的，所用之原料為一般酸酯作為改性劑及交聯劑，並用常壓乾燥製備疏水性 SiO2氣凝膠，使得 SiO2氣凝膠可以量產，在建築材料領域的應用成為可能。

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表1 生產一公斤氣凝膠之邊際成本 (單位元/kg) 項目 TEOS TMCS MTMS 乙二醇丁醇醋酸丁酸異氰酸酯 DMC 原料價格 600 1375 989 32 216 70 306 32 364 產品價格 6222 3000 < 3000 預估工業級價格為試藥級價格之35%；MTMS試藥級價格為2827元/kg；乙二醇試藥級價格為89元/kg；丁醇試藥級價格為617元/kg；丁酸試藥級價格為875元/kg；碳酸二甲酯試藥級價格為1040元/kg；異氰酸酯試藥級價格為90元/kg。 子計畫1.2 研究目的 本計畫預計採用矽膠化學成型（SilJet）技術，利用矽膠材質於列印時具有特殊的固化方式且不需加熱之優點，製造氣凝膠隔熱膜與隔熱玻璃。此方法不僅可改進前期研究成果採用傳統混煉製造技術會破壞氣凝膠粉體之缺點，更可增加氣凝膠固含量，降低隔熱膜與隔熱玻璃之 U 值。第一年計畫將製造出可應用在子計畫三：零耗能建築之玻璃尺寸上；第二年計畫將朝向符合市場尺寸之大面積量產技術開發。子計畫1.3 研究目的 本計畫目的為開發低熱傳導建築塗料，建築塗料所使用的樹脂多為壓克力，因此本計畫將改質壓克力樹脂，並與氣凝膠相混合，利用高成膜性之壓克力樹脂，以親、疏水、表面官能基團改質，再利用分散劑等。使氣凝膠能分散於塗料中，同時壓克力樹脂無法進入孔隙中，高孔隙度維持，且在低樹脂添加含量下，即可達到成膜狀態，因此可形成低熱傳導塗膜之效果。

1.5 子計畫二：

研究目的本計畫將結合相變化材料與氣凝膠並應用在建材上，並探討其蓄熱與隔熱的熱傳機制。本計畫初步構想如下，因氣凝膠的缺點為光穿透率百分之 88，且輻射光一旦進入則不易排出，故結合相變化材料的高蓄熱量之優點，並以氣凝膠取代 EVA 隔熱層，開發出高性能的薄型隔熱材料，應用於鐵皮屋與車頂之內夾層，將具有非常好的隔熱效果。此外、在外牆隔熱方面，預估可協助企業開發“輕質隔熱磚”(複層 pcm 水泥層+氣凝膠層+反射塗料薄膜)系列產品與施工法。如上所述，雙方合作方式為：公司將負責製造及生產、崑山科大則負責設計與測試，合作廠商在人力與資金有限的情況下，希望能藉由國科會提供產學的補助研發計畫，加快產品技術的開發，早日達到商品化的目標。本計畫將分三個階段進行：

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(1) _{釐清及結合蓄熱及隔熱材料之熱傳導趨勢。} (2) _{規劃建材之整體構造，進行分析比較。} (3) _{考慮該公司(成大昶閎科技股份有限公司)未來銷售該產品的競爭性。本人將協助公司申請} 專利及相關報告，並與市售相關隔熱建材進行測試比較，以利公司在未來的隔熱建材建立市場。

子計畫2.2:

研究目的 本計畫預計完成製備高隔熱氣凝膠/有機泡棉複合板材，此材料兼具高隔熱以及高防火性質，主要因為高比表面積及孔隙率，低密度，低熱傳導值等特性；目前本實驗室已開發出高隔熱氣凝膠/非織物複合材，因此未來(第一年)主要為合成可與有機泡棉結合的氣凝膠微結構，並與有機泡棉結合成高隔熱氣凝膠/有機泡棉複合板材，並進行性質檢測；(第二年)利用量產技術大量產製氣凝膠/有機泡棉複合板材並進行與其他能源材料結合成零耗能節能屋，量產期間並建立量產SOP以及品質規範並QA/QC程序，執行可靠度驗證，使產品具備產業使用規範，同時利用工業及原物料進行產製，同時評估低成本氣凝膠/有機泡棉複合板材的財務分析，評估利用氣凝膠/有機泡棉複合板材應用於零耗能節能綠建築設計上的節能效益。

1.6 子計畫三：

研究目的 本計畫預計建立2座零耗能貨櫃屋，將前期計畫與子計畫一、二所發展之氣凝膠節能建材以及其他台灣自行開發之節能建材與再生能源技術應用在零耗能貨櫃屋中。並且透過完整的能源監測、使用後評估與室內環境驗證，發展適合台灣氣候之零耗能建築設計工法與技術。第一年計畫將以高雄駁二渡輪站(既有貨櫃屋)改建為零耗能建築；第二年計畫將新建一座零耗能貨櫃旅館或是飯店。

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第二章研究方法

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子計畫一研究方法 低成本新路徑表面改性對二氧化矽氣凝膠性能的影響: 與傳統改性劑TMCS改性做比較，本研究將開發新路徑低成本表面改性方式。利用醚化，酯化或聚合交聯法改性，讓表面親水之SiOH基形成Si-O-R，使表面疏水化，產品之實體測試包含以下之特性：接觸角，比表面積及熱傳導值等，期望找到符合產業需求之低成本氣凝膠，並進而發展氣凝膠複合材料應用於建築材料上，以達到高隔熱、高可靠度與低成本之建材需求方式，並在疏水化產品烘乾取出之後，立刻妥善保存減少暴露在空氣中發生水解，最好立刻與建材複合，在材料包覆封存下避免吸水，使產品可維持長久時間。 1. 醚化該反應過程需要高溫且還需要酸的催化，使醇與醇間發生脫水反應， -SiOH + R-OH→ -Si-O-R + H2O

文獻報導醚化劑有甲醇，乙醇，乙二醇，丁醇，二甘醇，混和醇，及環氧氯丙烷等，而催化劑有硫酸，磺酸及磷酸型離子液體，反應在常壓下進行，溫度，催化劑及溶液PH值均會影響醚化率。 2. 酯化接枝法直接將-SiOH與RCOOH進行酯化形成RCOOSi，而酯交換將Si-OH與RCOOR’ 進行酯交換成-Si-OR，在酸性觸媒之下反應生成矽酸酯達到疏水化目的，文獻報導酯化之酸有醋酸級丁酸等有機酸，而酯交換劑有烷基三甲氧基硅烷，碳酸二甲酯，及異氰酸酯等，而催化劑有硫酸，磺酸及磷酸型離子液體，及固體酸等，反應在常壓下進行，溫度，催化劑及醇酸比均會影響酯化率。 3. 聚合交聯法: 純矽氣凝膠太過脆弱，而純有機物可燃性高，因此結合有機與無機的複合物可以提升在工業上可加工之特性，增加氣凝膠的骨架強度，得到優良的超保溫防火材料。有機無機複合材料的製備有 (1)將矽氣凝膠放入泡沫塑膠中(如PU)；(2)將矽氣凝膠微細膠液分散在有機膠溶液中；(3)與聚合物 (PTFE)做健結。在混雜(hybidiqation)過程中利用Ormosil (Organically modified silica)方法藉由有機改性達到強化矽骨架的強度，例如利用三烷基矽或聚甲基丙烯酸[25-26]衍生物達到改性，再乾燥以得到超保溫材料；Leventis 等使用3-胺丙基三乙氧基矽烷（APTES）和矽酸甲酯（TMOS）與六亞甲基二異氰酸酯的低聚物合成了高強度之氣凝膠。雖然氣凝膠與有機聚合物複合提高了硬度，但由於在氣凝膠表面形成聚合物的團簇密度較大，在很多應用領域，除硬度外還需具備一定的彈性，因此擬加入甲基三甲氧基矽烷MTMS或乙基三甲氧基矽烷MTES，以提高SiO2凝膠中甲基的含量，以增大凝膠與有機物間的浸潤性，另降低凝膠中Si-O-Si的濃度，適當減小硬度，提高氣凝

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膠的韌性和彈性。研究與矽膠表面OH基反應，如使用isocyanate或amine使脆弱內表面接上有機物，增加強度但其密度也會上升，為改善此狀況也試著用修飾過有機矽氧化物(alkoxysilanes)含 isocyanate基或氨基做成膠，產生脲矽基氣凝膠保溫材料，機械強度增加熱傳導係數值仍維持在 0.013 w/m k。 4. 利用三矽氧烷(MTMS及MTES)製備疏水性氣凝膠方法與TEOS相類似，利用二步法先製備凝膠再乾燥製成超疏水性及彈性之氣凝膠。表面親水之 SiOH基，使醇膠易吸水，若在原料端就利用Si-R取代Si-OH，Si-R數目增加Si-OH減少，同時疏水性就增加。三矽氧烷就是用Si-R取代四矽氧烷TEOS其中一個Si-OH， MTMS及MTES是在三矽氧烷中表現較佳的化合物，其疏水性及彈性表現較為人所接受。 子計畫1.2 目前市場上的彈性體3D列印機仍以TPE材質為主，並採用光固化成型的原理，讓列印後的成品均需要透過清洗、去沾粘、修邊等過程，不僅過程非常麻煩，且許多處理的化學溶劑對人體更是有害也無法達到環保的訴求，而本研究採用的SilJet列印技術(如圖6所示)，可讓列印後的產品無需後製處理，不僅省下許多時間也更為環保。再者，目前市場上的3D列印機在運作時，均需要透過噴頭預熱到定點溫度後，才能將進料系統中的用料透過熱熔融的方式將材料擠出，讓機器於運作前後均隱含著一些熱處理的風險，而且間接造成製程的耗能；然而本計畫所採用之技術在使用上均不需預熱處理，讓機器於運作前後的安全性可以大幅提升，此為一種綠色環保製程。圖6 矽膠化學成型（SilJet）機台本研究採用上述列印技術，製造出PET隔熱膜或是矽膠膜並膠合成膠合玻璃，以下為其實驗步驟： 1. PET隔熱膜與氣凝膠膠合玻璃製作  透過攪拌器將不同比例之矽膠顆粒與子計畫1.1所生產的氣凝膠完全均勻攪拌，預設的氣凝膠含量比例為1%~10%。。  將混合醬料放入進料系統中，以3D列印機台印出不同厚度的氣凝膠矽膠膜。膜厚範圍為 0.2mm~0.8mm。  利用既有膠合玻璃製程，將氣凝膠矽膠膜置於兩片玻璃中間，熱壓成膠合玻璃。  以PET膜為基材，採用3D列印機台印出氣凝膠隔熱膜。 2. 材料性能量測一、材料耐候測試試件依照CNS 15200-7-7測試方法放置於QUV耐候測試機內，於照射階段將黑板溫度保持於60±3 ℃4小時，於凝結階段將黑板溫度保持於50±3℃4小時，如此反覆曝曬2000小時後，再利用

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UV/VIS/NIR光譜儀量測試件測試前後之可見光穿透率。若測試前後可見光穿透率衰減小於4%，方為通過耐候測試。二、光學性能測試本研究計畫玻璃之光學性能檢測依據中國國家標準CNS12381-R3161“平板玻璃透射率、反射率及日光輻射熱取得率試驗法”做為主要之參考，完成試件光學性能檢測。所需量測之儀器包括：紫外光/可見光/近紅外光分光譜儀儀器與玻璃表面輻射率量測儀器(或稱為紅外線光譜儀)。透光紫外光/可見光/近紅外光分光譜儀可以量測玻璃在太陽輻射照射下的各波長的穿透與反射光譜，並且利用玻璃表面輻射率量測儀器量測獲得其表面輻射率。最後再依據ISO 9050與15099標準將上述量測之各波長數據代入計算公式即可求得試件之光學性能。 四、隔熱性能(U值與k值)實驗 本研究計畫將利用研究團隊與東方設計學院以及台灣建築中心共同開發之大型門窗隔熱性能量測設備進行隔熱性能－U值之量測。本設備是依照ISO 12567-1: 2010 Thermal performance of windows and doors. Determination of thermal transmittance by the hot-box method. Complete windows and doors以及JIS A 4710: Windows and door sets: Thermal resistance test 所建立之門窗隔熱性能量測設備。本儀器將受測試之門窗放置於分別模擬室內、外環境的兩個門窗室外側試驗室與門窗室內側試驗室之中間位置，利用熱電偶線量測待測門窗之室內、外兩側表面溫度分佈，再依據ISO 12567-1求得測試門窗之隔熱性能。圖 7 熱傳導分析儀C-Therm, TCi 圖 8 隔熱量測設備外觀 子計畫1.3 本研究計畫進行之步驟及研究方法流程如圖 9 所示。整體工作項目與技術研究範圍包括：壓克力樹脂合成、氣凝膠分散技術以及低熱傳導塗膜性能測試。關鍵步驟說明如下：

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圖 9 子計畫 1.3 工作流程圖低熱傳導塗膜性能測試 (a) 熱傳導係數量測利用TCi熱傳導分析儀量測塗料之熱傳導係數，確認塗膜之熱傳導係數必須低於0.05W/m-K。 (b)附著性量測: 將隔熱塗料塗覆在鋼板上，使其塗層乾燥完全，再依據 CNS 10757 第6.2項[43]方格黏帶法，使用百格刮刀分別在水泥板與馬口鐵皮的塗層上，在1cm2_{內刻劃100個相同面積 (1mm}2_{) 的方} 格，再以所附3M膠帶，黏附並大力撕起方格，觀察膠帶是否黏附撕起刮開的塗層，並仔細觀察塗層表面是否有塗料被拔除。根據方格黏帶法對試驗的評定，塗料被拔除的面積愈多，評定的點數愈低，塗料的附著性愈低。各級的評定標準如下所示：評定點數損傷狀態 10 每一條割痕，兩邊平滑且細，割痕交叉點與正方形每一方格內無任何剝落現象 8 割痕交叉點稍微剝落，正方形每一方格無剝落現象，缺損部分面積在總正方形面積5%以內 6 割痕兩側與交叉點有剝落，缺損部分面積在總正方形面積5_∼15% 4 切割引起的剝落寬度較廣，缺損部分面積在總正方形面積15_∼35% 2 切割引起的剝落寬度較評定4點更廣，缺損部分面積在總正方形面積35_∼65% 0 缺損部分面積在總正方形面積65%以上 (c)耐洗淨性量測: 依據 CNS10757 第 12 項，將製備的隔熱塗料均勻塗布在鋼板上，再固定於洗淨試驗機的載台上，表面滴上肥皂水，以固定的毛刷往復刷洗，進行耐洗淨性測試，設定毛刷往復刷洗次數至少 500 次以上，觀察塑膠板上的塗層是否剝落，如果測試結果顯示毛刷往復刷洗 2000 次後，塗料無任何破損或剝落現象，表示隔熱塗料具有優異的耐洗淨性。

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2.2

子計畫二研究方法

隔熱塗裝之隔熱性能研究

前期計劃已針對黏著層添加相變化材料、氣凝膠做熱傳實驗。今年本團隊便針對黏著層進行產品開發，透過與成大昶閎合作，將防水水泥沙與相變化材料及氣凝膠結合，開發出隔熱塗裝產品，之後再將此產品噴灑在建材上進行隔熱測試，如圖 10。圖 10 隔熱塗裝應用於水泥磚 材料特性測試： 1. 為確保相變化材料 ( 固態及液態 ) 的穩定性及熱性質，我方將持續透過國科會計畫 (101-2923-E-168-001-MY3)與印度石油技術學院(RGIPT)學者A.Sharma繼續研發高蓄熱性之相變化材料，並以”示差掃描熱量分析儀”分析該材料熔點溫度。印方及我方已備有該儀器，如圖11 所示。 2. 為確保相變化蓄熱材料在水箱內連續吸熱或放熱過程中，蓄熱性能不會衰退影響其應用端，本計畫預計以”熱疲勞測試儀”測試材料之蓄熱性能，我方先前藉由計畫補助已有該儀器，如圖 12 所示。 3. 為確保氣凝膠之光穿透率是否影響建材之微熱傳導機制，本計畫預計以拉曼光譜儀、X 光繞射分析儀、光致發光光譜儀(PL)等檢測儀器測試氣凝膠之穿透率及光譜，本校之奈米研發中心已有多項相關設備，如圖 13 所示。圖 11 示差掃描熱量分析儀圖 12 熱疲勞測試儀

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圖 13 穿透率及光譜檢測儀器(拉曼光譜儀、X 光繞射分析儀、光致發光光譜儀(PL)) 圖 14 氮氣吸脫附比表面積分析儀圖 3.2-6SEM 分析儀

防水隔熱漆之防水與隔熱性能研究

本團隊將氣凝膠與防水漆結合開發出「防水隔熱漆」，讓原本的防水漆具有隔熱功能及疏水性。本技術運用在木板上如圖 15。熱傳實驗採用隔熱實驗平台，同時測試有結合氣凝膠的防水隔熱漆及一般防水漆在同樣照度下之溫度。疏水性測試採用將水倒在樣品上，來測試防水隔熱漆的疏水效果。圖15防火塗料製作 2.3 子計畫三之研究方法 子計畫三之研究步驟共分為(1)場址微氣候分析、(2)設計與建造、(3)能源與環境監測、(4)室內環境(光、熱、風)現地調查與診斷與(5)使用後評估等五大步驟，如圖16所示。各步驟之說明如下：

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圖16 子計畫三流程圖 1. 零耗能貨櫃屋場址微氣候分析為了解本計畫實驗貨櫃屋場址之實際微氣候，研究團隊首先從氣象局收集當地的氣象資料，再於場址建立微型氣象站量測貨櫃屋場址的微氣候條件並進行分析。下圖為第1座既有貨櫃屋：高雄駁二哨船頭之實景照片。本研究將量測此場址之溫度、相對濕度、日照輻射強度、風速等微氣候資料。接著將以Autidesk Revit電腦繪圖軟體建立3D電腦模型，並且分析全年之日照陰影分布。同時，本研究亦針對其室內(熱、光、風)環境以及全年用電量進行量測與收集，建立改建前資料庫。

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圖17 高雄駁二哨船頭實景照片 2. 零耗能貨櫃屋設計與建造本研究計畫為了使零耗能貨櫃屋兼具美觀、節能與人體舒適，特地結合各領域專家。期望透過設計者與機電能源專家的專業觀點整合設計，展現零耗能貨櫃屋的建築創新性及節能優異性。再者，為了快速學習與累積國外零耗能建築設計之經驗，本研究邀請諾丁漢大學Benson Lau教授參與，將英國零耗能建築之經驗與技術傳遞給研究團隊。諾丁漢大學執行Creative Energy Homes歐盟計畫與許多廠商合作共在校園中建造7座建築物(圖18)，採用不同的建材、空調與照明設備、再生能源，並且配合智慧電網監測全年的耗電量與產電量。Creative Energy Homes所累積的零耗能建築經驗將成為本計畫成功之重要參考依據。而且為達到提升我國相關產業之產業效益，本研究所蓋之零耗能實驗屋均使用台灣本土之建材與設備。在設計階段，研究團隊首先提出可行的設計方案供設計團隊參考，再利用電腦資訊模型(Building Information Model)預測設計團隊設計的貨櫃屋之全年耗電量、再生能源產電量、室內光、通風環境，以確保設計出的零耗能貨櫃屋可以達到零耗能之目標。獲得基礎設計後，將繼續由設計、土木、機電團隊進行零耗能貨櫃屋之細部設計，而後發包建造。

圖18 英國諾丁漢大學Creative Energy Homes

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3. 零耗能貨櫃屋能源與環境監測在零耗能貨櫃屋除了硬體設計之後，本研究亦由總主持人楊宏澤教授負責智慧電網、智慧監控與建築能源管理系統之整合，使得本計畫設計之貨櫃屋具備節能、智慧、健康、舒適之特色。而在零耗能貨櫃屋營運階段，即開始監控能源使用、再生能源產生與室內外環境品質，除了將所有量測數據紀錄利用無線網路上傳於雲端資料庫儲存外，並即時呈現於室內之電視螢幕。讓使用者與現場管理者了解零耗能貨櫃屋之室內環境及節能成效。 4. 零耗能貨櫃屋室內環境(光、熱、風)現地調查與診斷為了前項工作獲得能源使用與產生、室內外溫、溼度與風速資料之外，研究團隊將以現地調查與診斷，驗證零耗能貨櫃室內環境品質。在室內光環境調查與診斷部分，研究團隊特定由 Benson Lau 教授培訓室內光環境檢測技術台灣團隊。室內光環境檢測項目共分為現地調查拍照與量測以及量化視覺映射(Vision mapping)兩三大項目。現地調查拍照與量測以及量化視覺映射則是透過高動態範圍成像(High Dynamic Range imaging)相機現地拍照，使用手持式輝度與照度計量測室內單點表面光環境品質，最後透過照片與專業軟體整合而獲得整體室內光環境品質。

圖 20 現地調查與量化視覺映射 5. 零耗能貨櫃屋使用後評估

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

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第三章研究成果

3.1 氣凝膠量產製程

1. 氣凝膠製造成本降至 2000 元/公斤以及性價比分析 過去氣凝膠因為製程方法與原料之因素，導致製造成本過高且製程時間過長。為了能使氣凝膠廣泛應用在建築與工業節能上，本研究計畫在過去計劃執行期間針對製程方法改進與降低進料成本兩個面向達到降低氣凝膠成本之目標。再者，本研究與配合合作廠商根據相關隔熱建材之市場接受價格以及氣凝膠粉體應用在建材之製程現況進行評估，訂定氣凝膠粉體之淨成本必須低於 1500 元/公斤，故 1500 元/公斤之氣凝膠粉體製造淨成本為本研究計畫之目標。本研究計畫已經藉由成本分析獲得必須以常壓乾燥法與疏水性製程改良方能達到製造成本目標價，過往本研究團隊在成本降低之努力與成果如下﹕103 年 10000 元/公斤、104 年 6500 元/公斤、105 年 4000 元/公斤、106 年 2000 元/公斤。目前正尋求原料直接由最源頭之原料製造端購買，預期可再降低進料成本，達到 1500 元/公斤之最終目標。本研究以全世界品質最好的 Cabot 公司之 P300 氣凝膠最為標竿產品進行性價比分析，所獲得之資料如下﹕ 本研究製備 Aerogel Cabot P300 比表面積(m2_/g) _738.25 _698.79 孔體積(cm3_/g) _2.769 _2.54 孔隙率(%) 86% 85% 密度(g/cm3₎ _0.308 _0.33 熱傳導係數(W/m-K) 0.038 0.033 接觸角 158∘ 151∘ 乾燥技術常壓乾燥超臨界乾燥售價與成本製造成本 1500 元/公斤，市場售價 2000~3000 元/公斤市場售價 6000~10000 元/公斤，預估成本約 4000 元/公斤 2. 氣凝膠應用建材之性價比分析 除了氣凝膠成本降低外，由於氣凝膠在隔熱與防火之優越性能，可提升建材的隔熱與防火性能，因此，發展氣凝膠隔熱防火建材必能提升氣凝膠應用之價值與售價。以下是本研究團隊目前成功開發產品在性能與價值提升之分析﹕ 比較產品功能提升價值提升應用場域氣凝膠複層玻璃 LowE 雙層玻璃  U 值降低 25%  Sc 值降低 30%  成本約增加 1200 元/m2  售價約為 300 元 /m2，約為比較產品之 75% 天窗不需透明之外牆與玻璃氣凝膠酚醛發泡複合板酚醛發泡複合板  耐燃三級提升為耐燃一級  成本約增加 20%，售價可提高 40% 大樓外牆之防火板氣凝膠防火鐵捲門 A 級防火鐵捲門  一小時防火 A 級  捲門重量減少 50%  選用馬達功率可減少  成本增加 400 元 /m2  售價可比市場產建築物防火區劃

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25% 品低 15% 氣凝膠岩棉複合材岩棉板材  熱傳導係數從 0.038 W/m-K 降至 0.033 W/m-K  隔熱性能良好之防火保溫材料。  相同保溫效果，可以減少使用厚度約 10%  成本約增加 400 元/m2  售價可提高 40% 建築外牆保溫工業保溫 3.2氣凝膠複合建材之開發 圖 21 應用材料-氣凝膠複層玻璃: U 值降低 15%、Sc 值降低 30% 圖 22 氣凝膠複層玻璃-保有隱密性兼具高透光度與隔熱效果

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圖 23 氣凝膠酚醛發泡複合板，其產品耐燃性能從耐燃二級增進為耐燃一級圖 24 添加氣凝膠與相變化材料之隔熱塗料為結合防水水泥砂噴灑於鐵皮 3.3 結合相變化塗料之開發 結合相變化蓄熱材料並以水泥為介質，進行隔熱建材開發。為確切瞭解相變化蓄熱材料之效果，本實驗製作添加 0%、3%、6%、9% PCM(10cm*10cm*1.5cm)之樣品，讓一鹵素燈同時照射表面，再控制室溫為恆溫，最後利用熱流計量測熱流狀況。實驗中每個%數 PCM 磚塊都製作 3 塊，每塊做實驗取平均值，確保產品穩定性及實驗準確性，實驗結果如下。 1. 有添加 PCM 之磚塊較一般磚塊熱流量更低，代表 PCM 在磚塊內有達到隔熱效果。 2. 熱流大約於 1 小時候趨近平衡，2 小時候後的數據 3%PCM 約可吸收熱流量 42W/m2，6%、9%PCM 約可吸收熱流量 88W/m2。 3. 添加 3%PCM 磚塊因儲熱量較少，於一開始的熱流無明顯差異；6%PCM 磚塊因儲熱量較多，於一開始的熱流就有明顯降低現象。9%PCM 磚塊儲熱量與 6%差不多。未來產品化可考慮添加

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6%PCM 的配方。圖 25 添加相變化材料與未添加相變化材料磚塊之熱流量變化圖隔熱塗裝技術也運用在 OXON 零能耗貨櫃建築示範場域，也有不錯的隔熱效果，如圖 26 所示。圖 26 隔熱塗裝運用 3.4 低導燃材料之開發氣凝膠與防水漆結合開發出「防水隔熱漆」，讓原本的防水漆具有隔熱功能及疏水性。本技術運用在木板上，初步實驗針對有結合氣凝膠的防水隔熱漆及一般防水漆在同樣照度下之溫度。實驗顯示有結合氣凝膠的防水隔熱漆比一般防水漆表面溫度低 3℃，如圖 27。疏水性也是有結合氣凝膠的防水隔熱漆較好，如圖 28。圖 27 隔熱測試，市售防水漆(右)、本產品(左)

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圖28 疏水性測試，市售防水漆(右)、本產品(左) 3.5 氣凝膠塗料 本計畫將改質壓克力樹脂，並與氣凝膠相混合，利用高成膜性之壓克力樹脂，以親、疏水、表面官能基團改質，再利用分散劑等。使氣凝膠能分散於塗料中，同時壓克力樹脂無法進入孔隙中，高孔隙度維持，且在低樹脂添加含量下，即可達到成膜狀態，因此可形成低熱傳導塗膜之效果。目前以 76 樹脂表現最佳，在 PVC~80%時，熱傳導係數為 0.049W/mK。圖 29 氣凝膠不同配比對於塗料熱傳導係數之影響 3.6 氣凝膠科技棉複合防火板 一般泡棉具有優異隔熱效果，但耐燃性較差，厚度 1 cm 在 800 oC 火焰中約 5 sec 即燒穿，並產生大量有毒濃煙。然而本研究開發之氣凝膠/泡棉複合防火板在燃燒過程中，僅呈現碳化，厚度 1 cm 即可耐 800 oC 火焰燃燒 5 min，當火焰移除則馬上熄火，燃燒過程中不會產生濃煙。

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3.7 零耗能貨櫃建築示範場域 應用本研究團隊開發之氣凝膠節能建材，建置 OXON 零能耗貨櫃建築示範場域及改善前後節能效益驗證。經過電腦模擬與實際歷史耗電量比較，應用本研究計畫所開發之氣凝膠建材可使既有貨櫃建築節能 35%之空調耗電量。且經由室內環境現場量測獲得這些建材可以提高人體的熱舒適性。本研究計畫引進英國建築視覺環境檢測技術，並且整合台灣團隊既有之建築物理環境檢測技術(光、熱、氣流與空氣品質)，建置台灣最完整之建築室內環境檢測技術。

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本團隊研究成果豐碩，科技部於本年度 3 月 27 日及 4 月 12 日二度特選定本計畫進行現場訪視並獲選科政中心出版品邀請出版身輕如煙的固體文章。

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第四章結論與建議

本產學合作計畫依照計畫規劃如期完成各項工作項目，並且達成第一年度之計畫目標，完成之工作項目分述如下： 1. 開發「低導燃塗料」利用塗層來使建材表面具有防火隔熱效果。初步實驗顯示有塗上低導燃材料之保麗龍可耐火燒約 1 分鐘，塗上低導燃材料之木板比一般木板表面溫度低約 4 ℃。 2. 開發「防水隔熱漆」利用漆來始建材表面具有防水隔熱效果。初步實驗顯示有加氣凝膠的漆比一般漆表面溫度低 3℃，且具有疏水性。 3. 應用本研究團隊開發之氣凝膠節能建材，建置 OXON 零能耗貨櫃建築示範場域。 4. 研究團隊與英國西敏寺大學 Benson Lau 教授合作，引進建築視覺環境檢測技術，並且整合台灣團隊既有之建築物理環境檢測技術(光、熱、氣流與空氣品質)，評估貨櫃建築改善前後之建築物理環境。 5. 本團隊研究成果豐碩，科技部於本年度 3 月 27 日及 4 月 12 日二度特選定本計畫進行現場訪視。 6. 透過熱流實驗測試添加 0%、3%、6%PCM 之磚塊，實驗結果為 6%PCM 效果較優，未來產品化可考慮添加 6%PCM 的配方。 7. 產品「氣凝膠粉末」生產成本已從第一期的 4000 元/公斤降低至 2000 元/公斤，成本減少 1/2，更具市場競爭力。 8. 氣凝膠/泡棉複合防火板在燃燒過程中，僅呈現碳化，厚度 1 cm 即可耐 800 oC 火焰燃燒 5 min，當火焰移除則馬上熄火，燃燒過程中不會產生濃煙。 9. 有機泡棉結合氣凝膠之防火材料及其製造方法,獲得中華民國發明專利﹕發明第 I568841 號， 2017.02.01~2035.09.02。內政部建研所性能實驗中心建材揮發性有機逸物認證分析，氣凝膠/泡棉複合板在低逸散健康綠建材標章中通過健康綠建材 E2 逸散標章(領證中)。 10. 開發氣凝膠隔熱塗料，在氣凝膠添加體積百分比達 80%時，熱傳導係數為 0.049W/mK，與日本標竿產品之熱傳導係數相近；未來將與中和製漆公司以及工研院材化所合作申請經濟部價創計畫。 11. 與台塑南亞塑膠公司針對氣凝膠應用在提升 PVC 塑鋼窗框之耐候性能進行先期研究。 12. 7/15~8/17 子計畫主持人李訓谷至英國西敏寺大學擔任訪問學者，與英國西敏寺大學 Benson Lau 教授合作，研擬未來合作議題與將計畫開發產品引進英國之可能性。 13. 9/19~9/23 以本研究所開發之產品﹕氣凝膠粉體、氣凝膠複層玻璃與相變化隔熱塗料參加捷克 For Arch 國際建材展，了解相關產品之市場需求與提升配合廠商之曝光機會。 對於學術研究、國家發展及其他應用方面之貢獻

1. 獲得 NEPII 計畫辦公室之邀請，以氣凝膠複層玻璃、隔熱塗料參加英國 All Energy UK 展覽，提升我國在國際間創新節能建材知名度。 2. 子計畫主持人:李訓谷 4 月 15 日獲邀於第二十二屆台北國際優良家具、廚衛、建築、建材大展暨 2017 台灣國際建築·空間設計生活展演講，題目:貨櫃建築之隔熱與通風。 3. 子計畫主持人:李訓谷 6 月 9 日獲邀於歐洲與台灣建築節能技術發表會，題目: 貨櫃建築節能技術與室內環境品質之整合。 4. 子計畫主持人:李訓谷 6 月 22 日獲邀於屏東綠建築國際論壇暨民眾參與宣導說明與成果展示活動演講，題目: 淨零能耗貨櫃屋。

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5. 子計畫主持人:李訓谷 6 月 25 日獲邀於 2017 高雄國際綠健築暨建材大展高峰論壇演講，題目:貨櫃建築之隔熱與通風。 6. 子計畫主持人:李訓谷 8 月 29 日獲邀於台南市經發局主辦之「工業區能源管理推廣說明會」演講，題目:建築節能技術與案例，推廣淨零能耗貨櫃建築示範場域。 7. 子計畫主持人:李訓谷 9 月 7 日獲邀於「沙崙綠能科學城-綠能科技示範場域旗艦計畫」演講，題目:建築節能技術，推廣淨零能耗貨櫃建築示範場域。 8. 9 月 19~23，以氣凝膠建材參加捷克 FOR ARCH 建材展，提升開發出的節能建材產品在國際間的知名度。 對於參與之工作人員，可獲之訓練。 1. 經由本研究計畫之執行，本執行團隊培育 9 名學士，2 名碩士班學生具備研發氣凝膠原料製程與建材應用之能力。其中 4 名於相變化建材工法結合開發防火隔熱功效之概念培育， 7 名為氣凝膠膠合玻璃製程及其檢驗培育。本計畫主持人每年均帶領學生多次參與工程實作相關的創意競賽且獲獎，替國家培養至少多位學生，並能協助國內企業開發節能、隔熱成效更提昇且具國際競爭力的高性能隔熱裝置，相對經濟效益甚高。 本計畫產出論文、專利智財或可移轉之潛力技術(know-how)說明如下：

1. Yen-Chieh Huang, Shin-Ku Lee*, Chi-Chang Chan and Shui-Jinn Wang , Fire-resistant evaluation on full-scale BIPV modules with different installation positions of the junction-boxes, Indoor and Built Environment, 2017. (SCI, published on-line,

https://doi.org/10.1177/1420326X17713256)

2. Shin-Ku Lee, Benson Lau, Yi-Chang Chiang, Che-Ming Chiang, Holistic research methodology

for investigating thermal, visual and IAQ performance in cargo container building, Indoor and Built Environment, 2017.

3. Shin-Ku Lee, To Improve the Thermal Properties of Mineral Wool by Adding Aerogel, World Society of Sustainable Energy Technologies Newsletter, Volume 9, Issue 3, May 2017, P2.

4. 陳長仁、李訓谷、郭文毅、謝政達，被動式節能隔熱技術智能建築躍進，營建知訊4 16期， 2017年9月，台灣營建研究院。

5. Ming-Wen Hsu, Yi- Shuan Chen, Yi- Sheng Chen, Richard S. Horng, Chun-Mu Wu, Shin-Ku Lee, To improve the thermal property of mineral wool by adding aerogel, Sensors and Materials, Vol. 29, No. 4, 445~452, 2017. (SCI)

6. Rung-je Hu, Lin-Lin Huang, Benson Lau, Mei-Lien Li, Chenyu Chen, Shin-Ku Lee, The

investigation of Spatial Delight, thermal and IAQ Performance of Cargo Container Architecture in Taiwan–OXON Game Studio, International Conference on Healthy Buildings 2017 Asia (HB2017- Asia), Tainan, Taiwan, September 2017.

7. 膠合玻璃回收裝置，台灣新型，M536673，陳奕升；陳奕玄；李訓谷；洪錫勳

8. 有機泡棉結合氣凝膠之防火材及其製造方法，台灣發明，I568841，陳建宏、楊竣人、陳正毓、江明儒、傅崧翔、余宗鴻、潘培樺

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計畫查核點自評表（請逐年填列）

本表為本計畫重要審查資訊，本表之期程可視產學合作計畫執行情況予以設定。 (例如按月別、季別、半年別等均可)。

子計畫一第 1 年

重要工作項目查核內容概述（力求量化表示）廠商參與情形概述期程一期程二期程一期程二 A1製作成本低於 3000 元氣凝膠粉體 106.03.01-106. 05.31 完成成本低於4000元 /公斤、品質穩定之 1kg 氣凝膠粉體。 106.06.01-106. 07.31 完成成本低於3000元 /公斤、品質穩定之 1kg 氣凝膠粉體。 106.03.01-106.0 5.31參與協助採購成本低於 4000 元 / 公斤氣凝膠粉體之製程原料。 106.06.01-106. 07.31 參與協助採購成本低於 3000 元 / 公斤氣凝膠粉體之製程原料。 A2製作20公斤氣凝膠粉體 106.08.01-106. 09.30 完成 10 公斤二氧化矽氣凝膠粉體，並且完成其性 能測試: 平均 熱傳導係數 <0.04kW/m2 106.10.01-106. 12.31 完成 10 公斤二氧化矽氣凝膠粉體，並且完成其性 能測試: 平均 熱傳導係數 <0.04kW/m2 106.08.01-106.0 9.30參與二氧化矽氣凝膠粉體製作技術開發之討論以及協助製程 106.10.11-106. 12.31派員協助完成粉體之製造 A33D列印製造隔熱膜 106.01.01-106. 04.30 完成至少5種厚度與5 種配方之隔熱膜技術，並且獲得熱傳導係 數降低30%之 最少氣凝膠含量。 106.05.01-106. 11.30 完成 10 件， 30cm x 30cm 尺寸氣凝膠隔熱膜配製 :熱傳導係 數降低30% 106.01.01-106.0 4.30派員協助完成實驗，討論3D 列印技術製造氣凝膠隔熱膜性能是否符合實際要求。 106.05.01-106. 11.30派員協助完成實驗，討論 3D 列印技術製造氣凝膠隔熱膜是否符合應用要求。

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A4 氣凝膠隔熱膜與氣凝膠複層玻璃製作 106.08.01-106. 12.31 完成 10 件，尺寸60cm x 60cm之透光隔熱氣凝膠複層玻璃樣本 106.08.01-106.1 2.31派員協助完成10 件，尺寸 60cm x 60cm之透光隔熱氣凝膠複層玻璃樣本二、本產學合作計畫預估後續發展情形概述：（計畫執行及結束後之計畫如何配合追蹤管考，產品產出與開發規劃，預期可推廣至產業或市場之成果，預估可授權商品，預估應用價值及產值，建立平台等）本計畫執行結束後將可完成成本低於 3000 元/公斤氣凝膠製程、3D 列印氣凝膠隔熱膜技術以及提出相關專利申請，並且可將此兩個技術與製程轉移給合作廠商規劃二氧化矽氣凝膠膠合玻璃之生產線，此產品將可使台灣產業擠入先進隔熱節能玻璃生產之列。同時研究團隊成立之氣凝膠粉體製造公司，將能使台灣在相關技術上具領先地位，提升相關產業在國際間之競爭力。  經濟效益(產業經濟發展):可提升國內產業在建築之隔熱材料產品的產值，並加強隔熱材料 與玻璃上中下游產業的連結，將可在國際隔熱材料與玻璃市場站有一席之地。若本研究所開發之氣凝膠應用技術能成功成立新創公司，預計短期可以創造出超過 1000 萬以上的產業經濟效益。再者，台灣隔熱玻璃市場預估民國 105 年達台幣 138 億元/年，玻璃用隔熱塗料 20 億元/年。如以 10%市場佔有率預估，約可創造隔熱玻璃台幣 13.8 億元/年的商機，放眼全球，其市場更達 50 倍以上。  社會影響(民生社會發展、環境安全永續)：本計畫開發低成本、高性能之隔熱防火氣凝膠材 料若成功應用於建築窗戶、外殼等建材，估計將具有 30%左右空調用電的節電能力。本技術之成本低，隔熱防火氣凝膠售價具較大的降價空間，對於整體節能建築的推廣，將有重要的影響。再者，本子計畫所提出之氣凝膠與隔熱膠膜製程均為綠色製程，具備環保、節能與永續之特性，對環境與社會發展之衝擊較小。

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子計畫二第 1 年

重要工作項目查核內容概述（力求量化表示）廠商參與情形概述第1-4月第 5-8 月第9-12月第1-4月第 5-8 月第9-12月 A建立噴漿/薄膜建材之熱傳數據庫第1-4月釐清噴漿/薄膜材料之暫態熱傳第1-4月提供隔熱、防水材料、及材料封裝、檢測。 A1材料配置 A1 完成小尺寸 (20cm x 20cm) 製作噴漿、薄膜材料之實驗試片/10件 A1 材料封裝 A2數值分析 A2 進行一系列暫態熱傳之實驗，並且獲得熱傳導係數降低30%/1件 A2 協助實驗 B 製作高隔熱氣凝膠/有機泡棉複合板材之熱傳數據庫第5-8月釐清氣凝膠有機泡棉複合板材之暫態熱傳第5-8月協助製作新材料試驗 B1材料配置 B1完成製作有機泡棉複合板材之實驗試片/10件 B1材料封裝 B2數值分析 B2進行一系列暫態熱傳之實驗/10件 B2協助分析模組建立 B3整合數據 B3 分析數據並驗證實驗準確能獲得熱傳導係數降低30%/1項 B3 檢測 C 隔熱模組推廣與結案第9-12月參展準備、發表文章及結案報告第9-12月協助參展作品製作提供資料協助報告撰寫 C1推廣 C1-1 參展作品製作/1件 C1-2 海報製作/參展人員講解訓練/1項 C1-1 協助參展作品製作 C1-1 協助海報製作與參展人員講解訓練 C2結案報告 C2 結案報告/1份，論文發表/1件 C2 協助報告撰寫與新產品網路行銷推廣二、本產學合作計畫預估後續發展情形概述：（計畫執行及結束後之計畫如何配合追蹤管考，產品產出與開發規劃，預期可推廣至產業或市場之成果，預估可授權商品，預估應用價值及產值，建立平台等）將相變化材料與氣凝膠材料結合成一高效能之隔熱建材模組，提高隔熱材料之應用價值。三年期的研究規劃包括，一、氣凝膠與相變材的夾層，可應用於鐵皮屋或車頂夾層，將氣凝膠薄片取代 EVA，可成為高效能的隔熱板；二、複層式結構(PCM 層+氣凝膠板)應用於建築外牆，在寒帶區域的建

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築外牆，具有透光蓄熱且隔熱的特性，在熱帶區域的建築，則在外層塗上不透光的反射層，可減少輻射熱達到很好的隔熱效果；三、結合混凝土及隔熱材料(相變化材料+氣凝膠粉末)混合製作成隔熱板，應用外牆隔熱板。除了具有高效能的隔熱效果之外，附加之商業價值為:利用相變化材料的固相-液相變化時光穿透率改變的特性，可產多樣造型的變化，可做為裝飾景觀或廣告的用途。本計畫未來將運用其相變化材料的特性，開發系列可加建材的隔熱長久性，並應用於一般型態之建築物品。最大亮點為，加強產品隔熱/恆溫的性能。此舉，更可延長產品的耐用性，並提供使用者相關性能的測試報告。預估後續相關發展如下:  協助其參加國際商展，開拓行銷市場。  申請 SBIR 或經濟部科專計畫，技術轉移給廠商。  培育學生參與設計、實驗與數值分析，並派至廠商見習建材模組之製作過程。  藉由產學合作，可增加參與學生之實務經驗。  廠商同意如果開發成功，將優先聘用本計畫所訓練的學生。

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子計畫三第 1 年

重要工作項目查核內容概述（力求量化表示）廠商參與情形概述期程一期程二期程一期程二 A1 第 1 棟零耗能貨櫃屋設計 106.01.01-1 06.03.31 完成第 1 棟既有零耗能貨櫃屋場址微氣候分析， 產出 1 份分 析報告 106.03.01-1 06.05.31 完 成第 1 棟零 耗能貨櫃屋設計，產出 第 1 棟零耗 能貨櫃屋設 計圖1份 106.01.01-10 6.03.31 派員參與第1棟零耗能貨櫃屋場址微氣候分析 106.03.01-1 06.05.31 派員協助第 1 棟零耗能貨櫃屋設計過程之討論 A2 第 2 零耗棟能貨櫃屋建造 106.06.01-1 06.08.31 完 成第 1 零耗 棟能貨櫃屋建造 106.06.01-10 6.08.31 參與第1零耗棟能貨櫃屋建造 A3 第 1 棟零耗能貨櫃屋能源與環境監測、使用後評估 106.09.01-1 06.12.31 完成第 1 棟零耗能建築之監測與評估研討會期刊論文 106.09.01-10 6.12.31 派員參與第1棟零耗能建築之監測與評估二、本產學合作計畫預估後續發展情形概述：（計畫執行及結束後之計畫如何配合追蹤管考，產品產出與開發規劃，預期可推廣至產業或市場之成果，預估可授權商品，預估應用價值及產值，建立平台等）本子計畫執行結束後將可完成 1 棟既有公部門貨櫃屋應用氣凝膠相關建材改建成零耗能貨櫃屋，以及 1 棟新建零耗能貨櫃屋。在計畫執行階段所獲得之兩棟零耗能貨櫃屋運轉階段監測數據以及設計工法均可作為建築相關業者設計之參考。並且實驗所得知之建材節能成效，可作為氣凝膠建材行銷推廣之依據。第 2 棟新建零耗能貨櫃屋更可在計畫結束後，承租相關業者從事商業營運簽訂，並營運回饋機制。此舉不僅讓此零耗能建築物持續作為零耗能建築之研究基地，獲得之回饋經費更可作為

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零耗能建築後續推廣。  經濟效益(產業經濟發展):可提升國內產業在建築之隔熱材料產品的產值，並加強隔熱材料 與上中下游產業的連結，並且透過台灣與英國之國際合作，建立台灣節能建材產業國際推廣平台，可將本計畫研發之氣凝膠相關建材推廣是歐洲市場，藉此讓台灣在國際隔熱建材市場佔有一席之地。  社會影響(民生社會發展、環境安全永續)：本計畫所建置 2 座零耗能節能屋可讓一般民眾與 建築相關人員對於零耗能建築有進一步之體驗與認識，更可推廣國家節能減碳之政策。

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本產學合作計畫研發成果及績效達成情形自評表

成果項目

本產學合作計畫預估研究成果及績效指標（作為本計畫後續管考之參據）計畫達成情形技術移轉預計技轉授權2項完成技轉授權 0 項專利國內預估 3件提出申請1件，獲得2件國外預估 2 件提出申請0件，獲得0件人才培育博士0人，畢業任職於業界0人博士1人，畢業任職於業界1人碩士6人，畢業任職於業界2人碩士1人，畢業任職於業界1人其他4人，畢業任職於業界2人其他9人，畢業任職於業界3人論國內期刊論文0件發表期刊論文 1件研討會論文5 件發表研討會論文1 件 SCI論文0件發表SCI論文件專書0件完成專書件技術報告1件完成技術報告1件國外期刊論文0件發表期刊論文3件學術論文0件發表學術論文件研討會論文3件發表研討會論文2件

SCI/ SSCI論文3件發表SCI/ SSCI論文3件

專書0件完成專書件技術報告0件完成技術報告件其他協助產業發展之具體績效新公司或衍生公司 1家設立新公司或衍生公司(名稱)： ______________________________ __

應用於零耗能建築之高隔熱與低成本氣凝膠建材開發與驗證( I )

科技部補助產學合作研究計畫成果完整報告