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研究成果

屋頂建材隔熱性能實測與節能效益分析研究

計畫主持人:
協同主持人:
執行單位: 內政部建築研究所
執行期程:
GPN:
ISBN:
MOIS:
組別: 環境控制組
執行方式: 自辦
關鍵詞: 熱環境實驗室、隔熱性能實測、電腦模擬、熱傳導係數、比熱、空調負荷、節能效率、回收期限
參考文獻: 中文部分 1.中國國家標準CNS 9960, “住宅用隔熱材料之隔熱性能試驗法”,民國72年。 2.中國國家標準CNS 7333, “隔熱材料之導熱係數測定法”,民國70年。 3.中國國家標準CNS 8081, “建築用組件(嵌板)性能測試法”,民國70年。 4.蕭江碧、林憲德和陳寒濤, “建材性能檢測分析實驗研究─子計劃1.建築外殼建材隔熱性能實驗”, 內政部建築研究所研究計劃成果報告,民國91年。 5.蕭江碧、林憲德和陳寒濤,“建材性能檢測分析實驗研究─子計劃1.建築外殼建材之隔熱性能評估研究”, 內政部建築研究所研究計劃成果報告,民國92年。 6.“建築節約能源設計技術規範與實例(辦公類)”,內政部營建署,民國92年。 7.張恭銘、呂文弘,“建築外殼與玻璃隔熱性能改善之研究-建築屋頂隔熱性能驗證研究”,內政部建築研究所研究計劃成果報告,民國92年。 8.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”, 內政部建築研究所研究計劃成果報告,民國93年。 9.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計劃報告,民國93年。 10.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”, 內政部建築研究所研究計劃成果報告,民國94年。 11.王佑萱,“屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究(一)”, 內政部建築研究所自行研究計劃報告,民國94年。 英文部分 1.ASTM Standard C236-89, “Standard Test Method for Steady-State Thermal Performance of Building Assemblies by Means of a Guarded Hot Box.” 2.ASTM Standard C 518, “Standard Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus.” 3.ASTM Standard C 1113, “Standard Test Method for Thermal Conductivity of Refractories by Hot Wire (Platinum Resistance Thermometer Technique).” 4.ASTM Standard C177, ” Standard Test Method for Steady-State Heat Flux Measurements and Thermal Transmission Properties by Means of the Guarded-Hot-Plate Apparatus.” 5.ASTM Standard E1530, “Guarded Heat Flow Meter Test Method.” 6.“ISOMET 2104 USER’S GUIDE”,Applied Precision, 2004. 7.“UNITHERM™ 2022 THERMAL CONDUCTIVITY MEASURING SYSTEM USER’S GUIDE”, Anter Corporation, 2004. 8.“Thermal Properties Analyzer APT-P01 USER’S GUIDE”,Applied Precision, 2004. 9.Xin-Gang Liang, “The boundary induced error on the measurement of thermal conductivity by transient hoe wire method”, Meas. Sci. Technol. 6(1995) , 467~471. 10.L. Kubicar, C. Bohac, “A step-wise method for measuring thermophysical parameters of materials”, Meas. Sci. Tech. 11(2000) 252-258. 11.American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., “ ASHRAE Handbook”, 1993. 12.JJH & Associates, D. J.Borstein & Associates “PowerDOETM Quick start Guide”, Electric Power Research Institute. 13.JJH & Associates, D. J.Borstein & Associates “PowerDOETM Input Tutorial”, Electric Power Research Institute.

中文摘要


一、 研究緣起
本研究依據去(94)年度「屋頂建材隔熱性能實測與其經濟效益分析研究(一)」自行研究計畫所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,亦即利用本所性能實驗群熱環境實驗室對實驗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。
二、研究方法及過程
本研究規劃之執行方法與程序為:首先探討隔熱性能量測儀器之量測原理與方法,及建築物空調耗能之電腦模擬原理。其次分析9類型隔熱磚之組成結構特性及施工工法差異,並透過建築單一材料專用隔熱性能量測儀器進行實測,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9種隔熱磚個別之整體隔熱性能。再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磚試件,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磚試件後之建築空調耗能。
上述兩者相對應之各種結果,併同94年度陶粒隔熱磚研究結果,進行10種隔熱磚之交叉比對分析,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。以及進行各隔熱磚之經濟效益評估與交叉比對分析。最後更新並升級常見屋頂隔熱建材之隔熱性能資料庫。
三、重要發現
在本研究擇定之PS隔熱磚、五腳隔熱磚、斷熱陶隔熱磚、石英隔熱磚、保麗龍隔熱磚、橡膠隔熱磚、板岩隔熱磚、磨石子PS隔熱磚、磨石子隔熱磚等合計9種隔熱磚產品相關研究方面,以PS層具有最低之熱傳導係數k值,保麗龍層具有最低之比熱,磨石子PS隔熱磚具有最低之本身整體熱傳導率U值及最大之屋頂熱傳導率改善率。
此外,節能效益方面以屋頂鋪設磨石子PS隔熱磚時較佳,其全年空調系統耗電量最低,節能效率為4.02%,成效顯著。在經濟效益評估方面,經由廠商提供之投資成本資訊,計算分析獲得鋪設磨石子PS隔熱磚時,約在3.2個月左右即可回收,回收期限不到1年,為本研究各類型隔熱磚中回收年限最短者,具有最高之經濟效益。然事實上,回收期限最長之隔熱石英磚(7.2個月)亦可維持在1年內即可回收,故顯示全部各類型之隔熱磚均具有實質之改善屋頂隔熱及節電功效,值得投資與推廣。
四、主要建議事項
根據研究發現,針對屋頂隔熱建材之節能與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-後續應針本年度研究成果中較具特別屬性之隔熱磚(如具最佳節能預測成效之磨石子PS隔熱磚、具再生建材特性之橡膠隔熱磚、、、等)進行空調節能效益之全尺度實驗印證。
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
本年度研究成果中,隔熱性能方係由實測方式獲得,至於空調節電量及節能率方面,則以電腦模擬方式進行,雖是以台灣地區氣象資料為基本模擬
背景及條件,但其結果仍缺乏以實體物件進行現場實驗測試加以印證或修正,因此仍有具有相當程度之進步空間,及持續研究之必要。故建議利用本所性能實驗中心95年度新建置完成之節能實驗屋,進行電腦模擬與全尺度比對實驗,並以網路化電力監控系統進行長期性之動態紀錄,最後進行監測數據之計算分析。
中長期建議-建議相關主管機關推廣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宣導使用以進行有效管理。
主辦機關:內政部營建署
協辦機關:內政部建築研究所
本研究成果建立內容豐富之常見屋頂建材隔熱性能資料庫,並經電腦模擬計算結果顯示,屋頂隔熱具實質經濟效益,約於1年內即可回收,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。

英文摘要


This project continue the 「The Study of Thermal Properties for Roof Insulations and its’ Economic Analysis Model - (1)」 applying the thermal properties analyzer for direct measurement to measure and analyze the thermal conductivity and volume specific heat 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 will be renewed and updated.
From this project we have 3 conclusions as follows:
1. First, for the thermal properties of all roof insulation tiles, high density PS layer has the minimum thermal conductivity, low density PS layer has the minimum volume specific heat, and concrete PS-concrete insulation tile has the minimum overall thermal conductance.
2. Second, PS-concrete insulation tile has the maximum energy saving and economic efficiency. It will get 4.02% energy saving ratio and 3.2 months payback time.
3. Third, we renew and upgrade the database of thermal properties for roof constructions established in 2005.
Through this project we have showed there is great potential of energy saving and economic efficiency for roof insulation tiles. And it is a workable strategy for modifying the insulation performance of roof construction, and can decrease the power consumption of building HVAC system outstandingly. We hope these results could be useful for building designers and insulation tiles producers, and will be subsume into Taiwan building technical specification in the future.