據統計，建築能源佔全球能耗的32-41%(圖1)，2019年美國終端使用能耗比例，住宅與商業建築能源佔39%。在2015年美國住宅能耗調查（圖2），冷氣約17%、供暖約15%。2019年台灣能源統計手冊中顯示（圖3），服務業部門與住宅部門共佔36%(約93900百萬度)，其中空調用電量粗估為26000百萬度(參考台灣能源期刊住宅用電應用分配，冷氣約佔28%)。
圖1 2019年美國終端用途能源消耗比例
圖2 2015年美國住宅終端用途能耗比例
圖3 2019年台灣各部門電力消耗比例
為了綠色環保、節能減碳的目標，減少冷暖氣機的使用，對節能建材的關注度上升，零碳建築(zero energy building)與被動式節能屋(passive house)也逐漸興起，目前常見是透過隔熱牆/地板/門，隔熱玻璃等措施降低能耗。熱輻射來源是太陽，地球大氣層會吸收大部分短波長輻射，太陽輻射進入大氣層剩約5％紫外光、46％可見光與49％紅外線能量分佈，當紅外線被建築物吸收並釋放出熱能就會造成室內溫度上升。根據內政部營建署統計(圖4)，建築物的熱來源，屋頂佔22.8%、外牆佔18.2%，本計畫開發建築外殼節能材料的概念是以高耐久日光反射塗料來反射90%以上的日光，阻隔室外熱能進入室內，再加上低熱傳導水泥砂漿的隔熱功能，降低熱傳透率，讓室內環境維持在舒適的溫度，減少冷暖氣機使用，進而達到節約能源的目的（圖5）。
圖4 建築物夏季熱源
圖5 建材熱傳導係數對隔熱材厚度與熱傳透率的影響
參考台灣建築物強化外殼部位熱性能節約能源設計技術規範，使用熱傳導係數較低的建材，用來取代輕質混凝土，可縮減建材厚度為原先的1/50（表1），不僅居住空間變大且降低平均熱傳透率，達到室內涼爽效果。隔熱建材除要求低熱傳導率以外，本身建材的抗壓強度也有國際規範(如EN998-1)規定(表2)。
建築領域佔全球能耗總量很大部分，因此降低建築能耗成為一項迫切需求，由各種隔熱建材特性比較(參看台灣建築物強化外殼部位熱性能節約能源設計技術規範)。輕質混凝土與矽酸鈣板的熱傳導係數很高，無法達到高隔熱的需求，市場上常用有機發泡板(如PU發泡板等)達成建築隔熱、保溫節能或隔音的目的，缺點是易燃。而無機類的矽酸鈣板、岩棉與玻璃纖維棉雖為不燃，但有高熱傳導係數、易吸濕或施工不便等問題。由此，傳統建材需要創新、易施工、輕質、高強、保溫效果佳、綠色安全的高隔熱建材。本計畫發展之超低熱傳導氣凝膠砂漿符合上述要求。
本計畫由本所與成大合作之產學合作計畫，將建置體積 3m×4m×3m實屋 2組，採用BESTAI能效果模擬，根據所開發之耐久高日光反射塗料與低熱傳導砂漿、材料耐候性能、熱學特性、機械物性等，進行建築物外殼部位(牆、屋頂)之節能效益實驗評估。以獲得最佳化材料組合。對於實體建築驗證，將安裝開發之創新隔熱建材於示範屋之外牆，並依照實際現況，設置窗戶與大門。接著透過示範屋建築方位、外界氣候條件等參數，量測創新隔熱建材在不同情境下之節能效益。最後將實尺寸實驗結果與模擬結果比對，評估兩種研究方法之差異性，以作為後續研究之參考。本項工作預計進行12個月之實驗，量測項目計有：建造工法、空調耗電量、室內熱環境、外殼熱流量、現場U值(圖6)。未來舊有建築評估可以利用施工前後耗電量，新建築節能評估是以BESTAI模擬為主。
圖6 工作內容與流程