一、緣起
建築能耗約占國內總能耗30%，對於降低建築能耗之策略，除提高建築設備的能源使用效率外，降低建築外殼能耗則為另一有效途徑，目前相關技術除建築座向、開口率等作法外，提升外牆隔熱性能，亦為重要方法之一，而具體作法則包括使用隔熱板材、隔熱塗料與隔熱窗戶等。其中隔熱塗料因價格較其他工法（如鋪設隔熱磚等）便宜且施工簡易，已普遍應用於住宅建築外牆及屋頂、鋼製屋頂廠房、學校甚至農舍上。然而，臺灣位處亞熱帶高溫、高濕的氣候區，且尚有酸雨、鹽霧及落塵等特殊的環境變因，因此，隔熱塗料的耐久性，及隔熱塗料老化後隔熱性能衰減等問題，實須進一步探討，以確認隔熱塗料是否具推廣應用的價值，爰本所於104年度委託國立成功大學李訓谷教授辦理「隔熱塗料耐久年限之檢測研究」計畫。
二、試驗方法
依美國環保署研究指出，若屋頂建材採高太陽光反射率及高熱輻射率的冷屋頂建材，可有效隔熱，因此美國及日本等國家對於隔熱塗料之性能，均以太陽光反射率及表面輻射率作為判斷之主要參數。本研究參考前述作法，以塗料之太陽光反射率、表面輻射率作為評估塗料隔熱性能之參數，並採用分光光譜儀（圖1）及FTIR（圖2），分別量測20種不同類型的市售隔熱塗料，以建立塗料隔熱性能資料庫，此外，為瞭解塗料在老化後隔熱性能的變化情形，本研究以自然太陽光、氙弧燈及紫外線照射之方式，進行塗料隔熱性能與耐久年限之關聯性評估。
- 氙弧燈曝曬加速老化試驗（圖3）
本試驗方法為目前國際上公認最能模擬太陽輻射的試驗，因氙弧燈的光譜是現有人工光源中最接近太陽光譜的，試驗方法是以氙弧燈直接照射在塗料試件上，並採用溫度自動控制系統，來模擬太陽輻射與不同氣候條件。
- 紫外線曝曬加速老化試驗
紫外線曝曬加速老化之試驗方式，是利用螢光紫外線燈源來模擬太陽光對材料的破壞作用。
- 試驗方法之差異比較
紫外線曝曬加速老化試驗與氙弧燈曝曬加速老化試驗不同之處在於螢光紫外線燈源在原理上與普通的照明日光燈相似，但能生成更多的紫外光而非可見光或紅外線，因此紫外線曝曬加速老化試驗並不是要模擬太陽光的照射，而是要模擬出太陽光對試件的破壞效果，例如開裂、脆化、氧化等。本研究也將塗料試件曝曬於自然陽光下，與氙弧燈及紫外線加速老化之試驗結果比對，相關差異如表1所示。
圖1 隔熱塗料穿透反射率光譜儀(HITACHI U4100)
圖2 隔熱塗料表面輻射率量測儀(Thermo iS50 FTIR)
圖3 試件置入氙弧燈耐候試驗機
表1 耐候測試方法之比較
| |
自然曝曬 |
紫外線耐候試驗 |
氙弧燈耐候試驗 |
| 所需時間 |
3年（最少2年） |
0~2500小時（依規範需求） |
0~2500小時（依規範需求） |
| 價格 |
1小時2元 |
1小時50~120元 |
1小時150~200元 |
| 優點 |
- 真實的戶外測試結果
- 價格低廉
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- 可模擬太陽光中的紫外線
- 維護設備費用很低
- 快速獲取結果
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- 可模擬太陽光所有波長的光譜
- 快速獲取結果
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| 缺點 |
耗時 |
無法模擬全光譜太陽光 |
檢測費用較高 |
三、試驗結果分析
本研究將20種市售不同顏色之隔熱塗料（4類顏料系與2類陶瓷系塗料），分別以自然太陽光、氙弧燈、紫外線曝曬500、1000、1500、2000小時，並於不同曝曬時間後量測塗料之太陽光反射率及表面輻射率。
試驗後發現顏料系與陶瓷系塗料之太陽光反射率皆會隨時間減弱，但表面輻射率差異並不大。圖4~5顯示各種塗料在2000小時後，表面輻射率之變化僅在2%內，太陽光反射率之變化則在10%範圍內。再者，自然曝曬的塗料樣品因大氣中的水氣而在表面產生藍綠藻或黑斑，再加上落塵與油汙，導致太陽光反射率衰減顯著，其平均衰減值為4.62%，最大衰減值為11.52%。另氙弧燈與紫外線耐候測試，對塗料的太陽光反射率無明顯差異，其平均衰減值為0.18%與1.08%。
透過各國標準與文獻分析顯示，2500小時的加速老化試驗約等同10年的戶外曝曬時間。綜上所述，利用氙弧燈與紫外線加速老化耐候測試進行隔熱性能劣化評估，能反映出塗料之隔熱性能與耐久年限之關聯性。
圖4 不同耐候測試對隔熱塗料表面輻射率變化結果
圖5 不同耐候測試對隔熱塗料太陽光反射率變化結果
四、結論
自然曝曬雖可反映實際氣候與日照條件對塗料隔熱性能之影響，但需2年以上之測試時間，且曝曬地點之氣候條件不同亦會造成顯著差異。隔熱塗料耐候測試通常以紫外線及氙弧燈加速老化為測試方法。依本研究之耐候性能測試結果顯示，應用氙弧燈和紫外線兩種方法測試，塗料的太陽光反射率與表面輻射並無明顯差異，太陽光反射率之平均衰減值為0.18%與1.08%。
目前國內尚未有隔熱塗料CNS檢驗標準，為確保塗料之隔熱性能，建議可參考本研究蒐集之相關文獻與試驗成果，賡續辦理隔熱塗料性能CNS標準之研訂。