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建築研究簡訊第89期

  • 日期:104-09-22
業務報導王天志
建築外牆太陽光電模組系統之防火安全評估

加強節能減碳、發展潔淨能源,拓展綠色產業,應用綠能及資源循環是我國永續環境重要政策理念,本所配合政策方向近年來推動綠建築不遺餘力,另外也特別重視再生能源結合運用於建築構造上之研究,目前大部分應用案例是將太陽光電模組外掛於建築物屋頂或是外遮陽板上,但有愈來愈多的新型式設計是將太陽光電模組與建材整合為一,成為建築物外牆或斜屋頂構造系統的一部分,即所謂BIPV (Building Integrated Photovoltaics)。但由建築防火安全的角度而言,這些系統除了產品安全驗證外,並未考慮建築防火法規之要求,因此會有建築防火安全上的問題產生。

有鑑於此,本所近來進行太陽光電板與磁磚相互結合,以及太陽光電板結合水膜系統等的設計工法,分別進行遮焰與阻熱性試驗。目前研究結果如下:

太陽光電板磁磚遮焰與阻熱性試驗

實驗試體為太陽光電板磁磚,如圖1所示,其正面由太陽光電模組組成,背板部分則是結合磁磚與電線。遮焰與阻熱試驗以CNS 12514進行之,圖2顯示太陽光電板磁磚(曝火面為光電板)的實驗過程影像,分別於15分20秒以及16分鐘時觀察到火焰由磁磚裂縫竄出。圖3顯示磁磚位於曝火面在實驗過程所發生的影像過程。在整個30分鐘的實驗過程中,非曝火面之太陽光電板並無發生裂縫與破裂,因此沒有火焰竄出的情形。當實驗結束時位於曝火面的磁磚有輕微裂縫,但內部的晶圓呈現碎裂狀態,並且太陽光電板玻璃與磁磚呈現分離現象,而電線則是被覆層熔融剩下金屬線部分。

太陽光電板結合水膜系統

實驗時分別於光電板的曝火面以及非曝火面處產生水膜並以CNS 12514進行加熱試驗。圖4顯示太陽光電板於非曝火面處產生水膜的實驗歷程。實驗結果顯示,由於太陽光電板的構造是一個複合式結構,因此在實驗過程中,因光電板膨脹變形,層間形成空隙,水膜無法有效帶走整體太陽光電板的熱,因而使得太陽光電板會發生結構變形、分離與破裂的現象,整體的防火時效並無法達到30分鐘以上。圖5顯示太陽光電板於曝火面處產生水膜的實驗歷程。結果顯示,非曝火面僅有些微變形的現象發生,但並無產生裂紋。因此由在太陽光電板曝火面處形成水膜與非曝火面處形成水膜兩種方式相互比較,結果顯示位於曝火面處形成水膜的方式會有較佳的遮焰與阻熱性能。

由上述兩種設計工法實驗結果可知,磁磚與水膜系統仍無法達到30分鐘的防火時效性能。因此太陽光電模組的防火設計工法仍有繼續進展的空間,後續改善主要分為兩個方向;一、改進太陽光電模組本身的防火與阻熱能力,二、藉由太陽光電模組與建築物結合時,採用特殊的工法使其太陽光電模組或BIPV建材能夠達到建築物要求之防火安全時效。

太陽光電模組設置於建築物時之消防安全救助注意事項

當裝設太陽光電模組建築物發生火災時,有可能產生光電板玻璃爆裂、結構不穩及滅火時發生感電等危險,但這些建築物均無特別標示太陽光電模組的裝設位置或容量,因此當發生火災時,消防人員並無法在第一時間掌握現場的狀況,研擬適當的滅火策略。因此在推廣太陽光電再生能源的使用之外,對於此類建築之消防安全救助亦應一併考量。例如在裝設太陽光電模組相關的場地、通道或走道可以加裝或張貼告示標誌;在太陽光電模組的設置位置可依現場狀況預留消防救助通道或走道;研發光電板火災時之自動斷電系統等安全措施。

圖1 太陽光電板磁磚 (a)正面(b)背面

圖2 太陽光電板磁磚 (曝火面為光電板) 的實驗過程影像

圖3 太陽光電板磁磚 (曝火面為磁磚) 的實驗過程影像

圖4 太陽光電板於非曝火面處產生水模的實驗歷程

圖5 太陽光電板於曝火面處產生水模的實驗歷程