打造綠建筑的5個關鍵技術

時間：2014-02-05 21:43:22 作者：綠建之窗來源：綠建之窗閱讀：3723

內容摘要：打造綠建筑的5個關鍵技術綠建筑又稱為永續經營建筑，與一般建筑不同的是，綠建筑注重建材的環保、建筑的節能與室內的空氣質量等，也考慮對周遭環境的影響，在環保意識的覺醒下，綠建筑逐漸成為建筑新趨勢，政府也大力推動綠建筑認證。　據統計，臺灣建筑產業相關之二氧化碳排放比例，約占全國總排放量...

打造綠建筑的5個關鍵技術

綠建筑又稱為永續經營建筑，與一般建筑不同的是，綠建筑注重建材的環保、建筑的節能與室內的空氣質量等，也考慮對周遭環境的影響，在環保意識的覺醒下，綠建筑\x00漸成為建筑新趨勢，政府也大力推動綠建筑認證。

　據統計，臺灣建筑產業相關之二氧化碳排放比例，約占全國總排放量的28.8％，其中建材生產能源占9.31％，營建運輸占1.49％，營建工地占0.2％，住宅使用占11.88％，商業部門占5.49％，足見我們所居住的房子對二氧化碳排放量有很大的影響。深入探討綠建筑的九大指標：生物多樣化、綠化量、基地保水、日常節能、二氧化碳減量、廢棄物減量、水資源、污水與垃圾改善、室內健康與環境。簡單地說，選擇不西曬、可回收的建材，做好遮陽，采光好、通風佳，采用無毒、環保的綠建材做為室內裝潢和家具材料，加上室外的綠化環境，就可以朝綠建筑邁進。其中，建筑物中又以玻璃的應用居多，因為玻璃在建筑中扮演照明與視覺景觀的角色，夏季戶外的能量會經由窗戶直接進入室內，室內熱量75％來自窗戶，造成室內溫度上升；冬季則由室內流失熱量至戶外，從窗戶損失的熱量可占室內熱量總損耗的33％。玻璃的節能效果主要根源于玻璃的隔熱及遮陽能力，臺灣地區室內外溫度差并非很大，而日射熱能卻是十分驚人，因此，在臺灣的玻璃節能對策，首重玻璃的遮蔽隔熱性能，歸納相關技術如下：

技術1：高透光太陽能窗發電模塊

　「高透光太陽能窗發電模塊」利用奈米材料，將窗戶設計成為能進行太陽能發電的機制。在窗面的結構上，主要是以兩片玻璃間夾隔奈米材質的擴散基板，經過膠合固定后，當太陽光照射穿越時，透過中間的擴散基板導光，即會將光線p四周側面的窗框進行反射；另一方面，在四面窗框內則設置有太陽能芯片模塊，因此當太陽光線經反射進入時，就能進行發電。

　工研院p分院奈米粉體與薄膜科技中心光能轉換材料研發部黃贛麟表示，擴散基板是使用TiO2與SnO2復合奈米粒子，添加在塑料PC基板中射出或壓出，除了可大面積生產外，由于玻璃與塑料的折射率不同，可增加全反射的機率，使太陽光線更往四邊窗框進行反射，也就能提高太陽能芯片吸收陽光的機率與發電的效率。

　一般在PMMA或PC中加入粒子的擴散板，光徑只能傳導約10cm就會擴散殆盡，窗中央的陽光無法傳到邊框上；「我們的專利特色，是利用導光與光擴散的復合層結構，使陽光能集中傳導到邊框上的太陽電池，」黃贛麟指出，窗上大面積的光能被傳導聚到小面積的框上，因此框上太陽電池受的光照量，約有10至20倍先照漲慷齲「這樣才能達到維持窗的透光視野，與高發電效能的產出。」另外，也將奈米碳球（注）涂料涂布在太陽窗框上，幫助太陽電池散熱，以進一步提升發電性能。

　目前經由「高透光太陽能窗發電模塊」的擴散與導光，可將20％至50％的太陽光傳導至窗框的太陽能電池上，提供直流發電（例如3C產品），可避免直流電轉交流電的電能損失。此外，發電效率也依霧度的不同而有差別，霧度愈高代表透光率愈低，發電的效率也會更好，但相對地在視覺上的糧艟陀大；因此可視實際使用的場所及需求，來選擇適當的霧度。

　工研院南分院奈米粉體與薄膜科技研究員陳瑞堂表示，一平方公尺的裂裟艽埃可同時供二支以上手機充電；如果是二十層玻璃帷幕大樓，可產生十三萬五千瓦電力，同時供應三千三百七十五臺桌上型計算機使用。

　在未來電器產品耗電量逐漸降低的趨勢下，例如LED的使用，以及像都會區般大樓林立的狀況，就很適合「高透光太陽能窗發電模塊」的發展應用，還有隔熱、防曬、防彈、防強風等功能；只需在原4的建筑結構上加裝「高透光太陽能窗發電模塊」，就可直接以USB插頭接在窗框上充電，或經由太陽能電池充電，提高自行供電的能力、減少電費支出，真正達到節能減碳的目的。

（注）奈米碳球：奈米碳球具有導電（抗靜電）、導熱與輻射冷卻效果，可應用于自然散熱、靜電消散、電磁屏蔽、自由基防護（防蝕）等。例如：將此應用于5W LED臺燈制品，LED溫度由65℃降至55℃，壽命可提升一倍且亮度增加20％。無風扇Heat Sink散熱模塊，可運用于LED、PV、工業計算機、服務器等產品，并達到具節能減碳的效果。

技術2：晝光導光板

　工研院機械所的晝光導光板（Sunlight Guiding Panel），是將太陽光引進、均勻照明室內，增加日光照明，可節省電力耗能，也是節能利器之一。

　晝光的照射方式大致分為直射光與漫射光，如何將這些光導入，并且均勻照亮室內，就必須使用導光板，而其功能就是盡可能的將各仰角的晝光折射至天花板。導光板如何導引陽光進室內，代替燈光照明，主要靠的就是改變陽光行進方向，<械所先進制造核心技術組副組長周大鑫說，「我們利用微結構將陽光折射與全反射至天花板，讓陽光可以均勻照亮室內，取代白天的燈具照明，而且可以減少眩光的不舒適感，營造舒適的視覺環境。」使用晝光導光板，能增加30％至40％的日光照明，省下可觀的電費。

　導光板的材料是研發關鍵之一，工程師楊文賢說，導光板的材質是采用類玻璃，具有高硬度、高耐候，以及耐UV（紫外線）的功能。由于波段313 nanometer的紫外光，不論是對玻璃或高分子材料都具有強大的破壞力，會造成劣化與黃化，所以希望在材料上有所創新突破。

　因此，為了符合導光板放置在戶外、對耐候條件的嚴格要求，不斷開發出有機、無機復合的材料。相較于臺灣，國外在綠建筑的發展的時間較為悠久，已研發出耐候的材料，但是價格相對高昂，楊文賢說，國外的涂料100克要價新臺幣5萬元，大概可涂敷2平方公尺的范圍，經過500小時的耐候測試，推斷該產品的有效使用壽命為2.5至5年。

　機械所研發出的有機、無機復合材料有較佳的耐候質量，而在價格上也有相對的優勢，楊文賢說，涂料是玻璃的1.5至2倍價格。但是這樣的價格并不包含窗戶，若往后大量使用在建筑上，價格仍稍嫌昂貴。導光板窗戶系統初期或許可以鎖定金字塔頂端的市場，但一旦量產自然會出現有競爭優勢的價格。未來此技術可將研發領域延伸至百葉窗、窗簾、拼裝玻璃，隨著產品功能的多樣，導光板的研發領域將愈來愈廣。

技術3：Smart window（可調光液晶玻璃）

　目前窗戶技術多半以不可調控光線的玻璃基板為主，其易碎與安全問題是設計上的考慮重點，因:對于具安全性的膠合玻璃窗戶需求逐漸增加。工研院材化所應化組有機化學研究室研究員金志龍表示，「智慧窗」的玻璃是利用液晶來調節光線，原理是在兩片玻璃中間涂布奈米的液晶材料，在窗戶的邊界加透明導電膜，在通電狀態下，液晶分子的排列可讓光通過，此時玻璃是呈現透明，:內的人清楚看到屋外的情形；但在不導電的狀態下，則液晶分子呈現不規則的排列，光線無法通過，玻璃呈現出的是不透明，可以確保屋內的隱私，如果使用可以做電壓微調的旋鈕，此時的玻璃便可以從透明到不透明間，呈現多段不同的變化。利用溫控器調整玻璃之透明及霧狀，當戶外溫:過高，使調光薄膜呈現霧狀，減少室內光的熱能，以達到環保節能的需求。

　可調光液晶玻璃為多層結構，由內向外分別為PDLC液晶層、導電透明薄膜（PET/ITO）、膠合材料（PVB膜）、玻璃，加上電極（銅片）、導線及封裝膠，即構成可調光液晶薄膜。從液晶薄膜制成液晶玻璃需經過玻璃膠合過程，膠合的關鍵技術在于膠合時壓力與溫度及時間的掌控，不佳的膠合條件會造成液晶玻璃內有氣泡出現，嚴重者甚至會有玻璃與薄膜剝離的現象。

　金志龍指出，此技術可應用的范圍如下：

　＊室內隔間（會議室）：辦公室玻璃隔間運用，會議室玻璃透明時可看到室外，不透明時可做為投影屏幕或白板使用。

　＊住宅：采光罩玻璃帷幕、客廳、浴室隔間，平時為毛玻璃不透明，隱私效果佳；通電轉透明，可大幅擴充視野及享受陽光的沐浴。

　＊戶外廣告牌：可做大型廣告廣告牌，白天展示商品，晚上不透明時變成投影屏幕，從背面投影，用計算機訊號控制，這是一般玻璃做不到的，利用這個技術，讓玻璃白天、晚上各有不同面貌。

　＊醫療機構：嬰兒房、加護病房之探窗口，取代窗簾，清理容易、杜絕灰塵、抗菌防污、降低噪音、隔絕紫外線；雙層夾膜膠合具有安全玻璃的效果，且可隔音抗噪。

　＊銀行、珠寶店、展覽業等柜臺防彈玻璃及展柜玻璃：正常工作狀態下為透明玻璃，遇到搶劫或停止工作時，可瞬間轉變成不透明玻璃，使罪犯失去目標，保障人身及財產安全。

　金志龍強調，此技術耗電量低，以1m×3m大面積玻璃而言，只需40瓦電力，具有節能效果；此技術也是不同于有機材料，屬于無毒的水性材料，符合現代綠建材上的環保概念。

技術4：軟性電致變色制程／軟性節能膜技術

　相較于普通的玻璃，可以透過電控進行深淺變色的玻璃，能視環境與使用者的需求，加以調控光線照明的強度；除了可當成窗簾或玻璃墻，以及特別的遮蔽用途與視覺效果i，更可增加空間的運用變化及彈性，甚至能夠具備調溫節能的功能。

　但以目前市面上的電控變色玻璃，在技術上主要是將特殊的液晶材i加入玻璃或是薄膜基材上，并透過電壓來達到控制調色的目的。然而，這種方式不僅成本相當高昂，所使用的液晶材料也必須經過改質處理，否則只能阻擋一般的可見光，對于真正產生熱源的長波長與紅外光區段，也就無法產生遮蔭降溫的效用。

　工研院南分院所開發的「軟性電致變色制程」與「軟性節能膜技術」，是以ITO/PET為透明導電0材，并于基材上鍍上材料成本較便宜的電致變色材料（Electrochromic Material），更可以透過Roll to Roll的滾動條方式大量生產，比起以液晶為材質的電控變色技術，成本要來得低上許多；而且以目前60cm×30cm的面積規格，驅動電壓只需要±3.5v，就能在藍色與透明之間進行切換，并有效阻擋80％至95％的紅外線與熱幅射，也就是只有5％至20％的紅外線熱源可以穿透，經實驗測量確實可達到降低3℃的節能效果。

　更進一步的利用電致變色材料優越的顏色顯示特性，再結合光子晶體獨4的調色機制，成功開發出國際間第一個單一電致變色組件中，同時具有紅、綠、藍三原色的顯示技術，此為全彩顯示的基礎機制，并已達到72％的NTSC色域范圍；更開發具有奈米結構的電極層，經以膠態電解質進行封裝與透過電壓使組件進行顏色切換，可達200ms的切換速度，所以團隊已成功的突破電致變色兩大技術瓶頸：全n與快速切換技術。

　在節能減碳的趨勢下，「軟性電致變色制程」與「軟性節能膜技術」最直接的應用就是在建材與汽車產業。工研院南n院雷射應用中心軟電制程設備部鍾儀文指出，利用軟性節能膜可以明顯降低房屋室內的溫度，減少空調的使用，進而達到節能的目的；同樣地在車輛上，也可以和汽車天窗整合，以遮蔽陽光，減少實際的能源消耗，同時還兼具時尚感。

　對于較大面積的電致變色需求，研發團隊則開發以小面積拼貼的方式來克服。例如針對大片的落地窗，只要該玻璃具有導電的功能以驅動節能膜變色，就能以塊狀拼貼來完成，實現隔熱節能的效果；這種方式還能同時解決大面積節能膜變色速度較慢，以及內外顏色不均勻的缺點，而且不論是安裝或更換起來也較為方便。如果未來能有效地產品化、導入市場，甚至在居家修繕的材料用品店里就可買到，讓消費者有更多的DIY選擇。

技術5：REDDEX

　　一般而言，建筑物都會使用防火材料，傳統防火材料大致有三種，工研院材料與化工研究所應用化學研究組組長陳哲陽解釋，第一種是使用鹵素或溴化物，由于不容易燃燒，因此裝潢等建材經常使用，不過大火來襲時會產生酸氣，不但讓民眾安全受到威脅，還會阻礙救火；第二種是使用無機材料，例如石膏鍤槍杷岣瓢澹雖然不會燃燒，但是質地堅硬不易改變形狀；第三種是蛭石，多運用于鋼骨材料，特性是遇火就會膨脹，膨脹后就可以隔絕火源，價格雖便宜，缺點是必須噴霧在鋼骨結構上，而且要達到效果必須混水泥噴個5至10公分，因此在潔凈度和精密度要求上略顯不足，要運用在高科技產業建筑上頗為困難。由于以上幾項防火材料均未臻完善，工研院材化所早在十多年前即開始進行防火材料的研發，但仍n偏向傳統的邏輯，即如何讓材料碰到火源時，火焰不會延展。「我們嘗試奈米黏土，也試驗一些對人體沒有危害的材料等，目的是希望材料碰到火的時候燒不起來，」陳哲陽說。

　REDDEX在初研發成功時，被稱之為K60，K的意義就是攝氏1,000度，60就是能在60分鐘內耐燃，不會產生毒氣，并具備可撓曲性。以現在應用廣泛的防火材料無機硅酸鈣板來說，曝露在1,200度的高溫時，約莫100秒就會上升到600度，但是建筑的鋼構在500度左右就會熔毀；但以REDDEX來說，同樣的溫度燃燒，可以使溫度維持在300度，隔熱效果大幅提升。此外，一般的材料遇火會膨脹，觸碰即碎，火勢很快就會延燒；而REDDEX的附著性強，可做為涂料、膜或是板子，讓物品在被火吞噬時有效地被保護。「REDDEX的好是不軟化，不會產生有毒氣體，可說是符合很多環保材料的規定，甚至包括波音和空中巴士要求的規格，」陳哲陽強調，最重要的是，REDDEX可以較長的時間隔絕火勢，當火災發生時，能讓深陷火場的人們一點時間，那怕只有五分鐘都足以逃命。

　REDDEX最的優勢是「軟」和「薄」，此特性可能適用于各種需要防火的材料上，舉凡裝潢、家具、鋼構、發泡材等都需用到防火材料。因此使用的范圍不限于房屋，包含對安全防護要求等級極高的飛機、船艦等，若能大幅采用REDDEX做為防火材料，市場規模將極為驚人。而且在此新一代防火材料問世之后，更可敦促各國政府提升建物及交通載具之防火標準，對民眾生命財產提供更進一步的保障。