隔熱材料對建築外殼隔熱性能及節能效益之影響


 建築研究簡訊第75期 《專題報導 

隔熱材料對建築外殼隔熱性能及節能效益之影響

作者: 姚志廷   

一、影響建築耗能之因子   依據研究,影響建築物空調耗能之主要熱負荷包括:「室內發散熱負荷」、「新鮮外氣熱負荷」,及「建築外殼 熱負荷」。「室內發散熱負荷」來自室內人員、照明、事務機具所散發出來的熱量;「新鮮外氣熱負荷」則是為了維 持室內空氣之新鮮度、健康性,空調系統自戶外引入必要新鮮空氣量所增加的室內熱量;「建築外殼熱負荷」則是由 建築牆體、屋頂、透光開口部位流入室內的熱量。其中,「建築外殼熱負荷」是上述三大因素中,可透過建築外殼熱 性能來控制空調耗能的因素,而外殼熱性能必須同時考量保溫及遮陽性能,兩者之性能概述如下:  

()建築外殼之隔熱(保溫)性能   建築外殼隔熱(保溫)性能在於阻絕建築外殼溫差傳透熱(thermal transfer heat)的進出,亦即在於抑制經由玻璃面與外牆以熱傳透方式進出的熱流。對於玻璃面的隔熱方法,就是採用隔熱良好的中空玻璃或雙層氣密窗;對於壁 體的隔熱方法,就是採用隔熱性能較佳的保溫材料。建築外殼傳透熱流的關鍵在於材料的熱傳透率,熱傳透率一般以U 值(W/ m2‧k)來表示,其值越小隔熱能力越好。   

()建築外殼之遮陽性能   建築外殼之遮陽性能在於控制經由太陽輻射傳入的日射熱得(solar heat gain)。阻擋日射量進入建築物的手法,包括「減少開窗率」、「採用外遮陽」、「使用低日射透過率的玻璃」。其中玻璃材質的選用,以玻璃的日射透過率η 值來判斷(η值越小越好)。 

    二、我國外殼節能法規基準 1995年內政部營建署在建築技術規則中納入建築節約能源設計之技術規範;1999年本所制訂「綠建築解說與評估手冊」作為綠建築之評審基準;同年推出「綠建築標章」,並成立「綠建築委員會」以評定、獎勵綠建築設計;臺灣 的綠建築政策由此不斷向前邁進。另一方面,在建築外殼節能規範上也不斷強化建築節能設計基準並擴大建築管制範 圍,對於新建建築勿納入節能管制比例由1995年的2﹪、1998年的57﹪、2002年的70﹪、2004年的80%,擴增到 2008年的85%   由於臺灣位於亞熱帶氣候區,室內外溫差不大,建築外殼熱負荷對室內空調影響較小,且考慮我國建築營造習慣 對於外牆及屋頂較乏隔熱層設計,玻璃亦較少採用複層玻璃,為此,我國建築節能法規採用ENVLOAD、Req、AWSG 等性能式規定,以整體考量開口率、隔熱、遮陽等綜合性能,此一性能式法規相較於美國、中國U值之局部規定更具全盤考量。惟若僅以建築外殼耗能規定而言,相較於與臺灣氣候近似的美國ASHRAE90.1中的Zone 1~2以及中國華南地區,我國現行外殼隔熱之U值規定約為美國及中國隔熱水準之30~70%(比較表詳表1所示),有鑑於此,部分專家學者建議營建署修改建築技術規則之外殼節約能源標準,以提高窗戶、外牆及屋頂之隔熱基準。 1.台灣建築物隔熱規定與國外標準比較

  屋頂平均傳透 外牆平均傳透   玻璃部位平均傳透率上限值    
           
  率上限值 率上限值          
  Uwmax Uwmax          
  W/ m2‧k) W/ m2‧k)   Uwmax(W/ m2‧k)    
          40%≧立面        
      立面開窗率   開窗率≧        
各國相當氣候水準比較區     40%   25   立面開窗率<25%    
                 
台灣 1 3.5 無規定(但一般單層玻璃是6.5)      
               
  一般隔熱材              
  0.27~0.36 實牆0.85~3.3 不准立面開   非金屬4.26~6.8    
               
美國Zone 1~2 金屬0.37 金屬牆0.64 窗率>40%   金屬3.97~6.8    
                 
中國華南 0.9~1.0 0.7~2.0 2   3.0~6.0   6.5    
                   


  三、外殼隔熱節能效益解析   為瞭解影響建築外殼隔熱性能之相關因子對建築節能的影響程度,本所在100年委由林憲德教授進行研究,以空調型辦公建築為對象,藉由DOE-2動態建築耗能解析法,針對「降低玻璃U值」、「降低玻璃η值」、「降低外殼U值」及「減少開窗率」等4個外殼熱性能因子進行解析,有關各項目中主要變因的數值設定,統一將其效能設定為改善一倍,以利後續比較分析,其分析變數如下:      

()降低玻璃U   在改善建築外殼熱性能的模擬項目中,本方案主要變因為降低玻璃U值,將玻璃的隔熱性能提升一倍。故相對於原型設定之一般6mm單片玻璃的熱傳透率為6.16 W/ m2k,本模擬方案的玻璃U值設定為3.23 W/ m2k之雙層玻璃夾 6mm乾燥空氣層。   

()降低玻璃η   本方案主要變因為降低玻璃ηi值,將玻璃的遮陽性能提升一倍。相對於原型設定一般6mm單片玻璃的日射透過率ηi 0.82,本模擬方案設定為之雙層玻璃夾6mm乾燥空氣層的日射透過率ηi0.42     

()降低外殼U   本方案主要變因為降低外殼U值,提升一倍的外殼隔熱性能。故相對於原型設定之臺灣現行法規一般外牆的熱傳透率上限值3.5W/ m2k、屋頂熱傳透率上限值1.0 W/ m2k;本方案設定之外牆U值為1.75 W/ m2k、屋頂U值為0.5 W/ m2k ()減少開窗率   本方案主要變因為減少開窗率,提升一倍的外殼遮陽性能後,相對於原型設定之開窗率30%,本方案設定開窗率為15% 以台北之氣候分析,結果顯示「降低玻璃的η值」空調節能效率15.0%、「減少開窗率」空調節能效率11.3%、「降低外殼U值」空調節能效率3.3%,與「降低玻璃U值」空調節能效率為2.4%(詳表2)。    

2 建築外殼隔熱性能模擬結果與節能效益-台北  

    降低 降低 降低  
台北 原型 玻璃U值 玻璃η值 外殼U值 減少開窗率
平均空調EUI          
( kwh/ m2 yr ) 65.3 63.7 55.6 63.2 58
空調節能效率 - 2.40% 15.00% 3.30% 11.30%
           

      四、結語 :研究結果顯示「降低玻璃的η值」對於臺灣建築空調節能的效益最好,其次為「減少開窗率」,而「改善外殼U值、窗玻璃U值」的效益相對較小,但考量臺灣現行外殼隔熱規範較為不足,且「改善外殼U值、窗玻璃U值」亦有增進冬、夏室內舒適性、溫度穩定性之好處,故建議臺灣現行建築外殼隔熱性能規範仍有必要進行適當之強化修正

 

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