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打造綠建筑的5個關(guān)鍵技術(shù)

時間：2014-02-05 21:43:22   作者：綠建之窗   來源：綠建之窗   閱讀：3508  
內(nèi)容摘要：打造綠建筑的5個關(guān)鍵技術(shù)綠建筑又稱為永續(xù)經(jīng)營建筑，與一般建筑不同的是，綠建筑注重建材的環(huán)保、建筑的節(jié)能與室內(nèi)的空氣質(zhì)量等，也考慮對周遭環(huán)境的影響，在環(huán)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(rèn)證。　據(jù)統(tǒng)計(jì)，臺灣建筑產(chǎn)業(yè)相關(guān)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(guān)鍵技術(shù)   
 
  綠建筑又稱為永續(xù)經(jīng)營建筑，與一般建筑不同的是，綠建筑注重建材的環(huán)保、建筑的節(jié)能與室內(nèi)的空氣質(zhì)量等，也考慮對周遭環(huán)境的影響，在環(huán)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(rèn)證。
 
　據(jù)統(tǒng)計(jì)，臺灣建筑產(chǎn)業(yè)相關(guān)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(chǎn)能源占9.31％，營建運(yùn)輸占1.49％，營建工地占0.2％，住宅使用占11.88％，商業(yè)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(biāo)：生物多樣化、綠化量、基地保水、日常節(jié)能、二氧化碳減量、廢棄物減量、水資源、污水與垃圾改善、室內(nèi)健康與環(huán)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(fēng)佳，采用無毒、環(huán)保的綠建材做為室內(nèi)裝潢和家具材料，加上室外的綠化環(huán)境，就可以朝綠建筑邁進(jìn)。其中，建筑物中又以玻璃的應(yīng)用居多，因?yàn)椴Ａг诮ㄖ邪缪菡彰髋c視覺景觀的角色，夏季戶外的能量會經(jīng)由窗戶直接進(jìn)入室內(nèi)，室內(nèi)熱量75％來自窗戶，造成室內(nèi)溫度上升；冬季則由室內(nèi)流失熱量至戶外，從窗戶損失的熱量可占室內(nèi)熱量總損耗的33％。玻璃的節(jié)能效果主要根源于玻璃的隔熱及遮陽能力，臺灣地區(qū)室內(nèi)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(jié)能對策，首重玻璃的遮蔽隔熱性能，歸納相關(guān)技術(shù)如下：
 
技術(shù)1：高透光太陽能窗發(fā)電模塊
 
　「高透光太陽能窗發(fā)電模塊」利用奈米材料，將窗戶設(shè)計(jì)成為能進(jìn)行太陽能發(fā)電的機(jī)制。在窗面的結(jié)構(gòu)上，主要是以兩片玻璃間夾隔奈米材質(zhì)的擴(kuò)散基板，經(jīng)過膠合固定后，當(dāng)太陽光照射穿越時，透過中間的擴(kuò)散基板導(dǎo)光，即會將光線p四周側(cè)面的窗框進(jìn)行反射；另一方面，在四面窗框內(nèi)則設(shè)置有太陽能芯片模塊，因此當(dāng)太陽光線經(jīng)反射進(jìn)入時，就能進(jìn)行發(fā)電。
 
　工研院p分院奈米粉體與薄膜科技中心光能轉(zhuǎn)換材料研發(fā)部黃贛麟表示，擴(kuò)散基板是使用TiO2與SnO2復(fù)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(chǎn)外，由于玻璃與塑料的折射率不同，可增加全反射的機(jī)率，使太陽光線更往四邊窗框進(jìn)行反射，也就能提高太陽能芯片吸收陽光的機(jī)率與發(fā)電的效率。
 
　一般在PMMA或PC中加入粒子的擴(kuò)散板，光徑只能傳導(dǎo)約10cm就會擴(kuò)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(dǎo)光與光擴(kuò)散的復(fù)合層結(jié)構(gòu)，使陽光能集中傳導(dǎo)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(dǎo)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(dá)到維持窗的透光視野，與高發(fā)電效能的產(chǎn)出?！沽硗?，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(jìn)一步提升發(fā)電性能。
 
　目前經(jīng)由「高透光太陽能窗發(fā)電模塊」的擴(kuò)散與導(dǎo)光，可將20％至50％的太陽光傳導(dǎo)至窗框的太陽能電池上，提供直流發(fā)電（例如3C產(chǎn)品），可避免直流電轉(zhuǎn)交流電的電能損失。此外，發(fā)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(fā)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(shí)際使用的場所及需求，來選擇適當(dāng)?shù)撵F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?？赏瑫r供二支以上手機(jī)充電；如果是二十層玻璃帷幕大樓，可產(chǎn)生十三萬五千瓦電力，同時供應(yīng)三千三百七十五臺桌上型計(jì)算機(jī)使用。
 
　在未來電器產(chǎn)品耗電量逐漸降低的趨勢下，例如LED的使用，以及像都會區(qū)般大樓林立的狀況，就很適合「高透光太陽能窗發(fā)電模塊」的發(fā)展應(yīng)用，還有隔熱、防曬、防彈、防強(qiáng)風(fēng)等功能；只需在原4的建筑結(jié)構(gòu)上加裝「高透光太陽能窗發(fā)電模塊」，就可直接以USB插頭接在窗框上充電，或經(jīng)由太陽能電池充電，提高自行供電的能力、減少電費(fèi)支出，真正達(dá)到節(jié)能減碳的目的。
 
（注）奈米碳球：奈米碳球具有導(dǎo)電（抗靜電）、導(dǎo)熱與輻射冷卻效果，可應(yīng)用于自然散熱、靜電消散、電磁屏蔽、自由基防護(hù)（防蝕）等。例如：將此應(yīng)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(fēng)扇Heat Sink散熱模塊，可運(yùn)用于LED、PV、工業(yè)計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等產(chǎn)品，并達(dá)到具節(jié)能減碳的效果。
 
技術(shù)2：晝光導(dǎo)光板
 
　工研院機(jī)械所的晝光導(dǎo)光板（Sunlight Guiding Panel），是將太陽光引進(jìn)、均勻照明室內(nèi)，增加日光照明，可節(jié)省電力耗能，也是節(jié)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(dǎo)入，并且均勻照亮室內(nèi)，就必須使用導(dǎo)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(dǎo)光板如何導(dǎo)引陽光進(jìn)室內(nèi)，代替燈光照明，主要靠的就是改變陽光行進(jìn)方向，<械所先進(jìn)制造核心技術(shù)組副組長周大鑫說，「我們利用微結(jié)構(gòu)將陽光折射與全反射至天花板，讓陽光可以均勻照亮室內(nèi)，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(huán)境。」使用晝光導(dǎo)光板，能增加30％至40％的日光照明，省下可觀的電費(fèi)。
 
　導(dǎo)光板的材料是研發(fā)關(guān)鍵之一，工程師楊文賢說，導(dǎo)光板的材質(zhì)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(qiáng)大的破壞力，會造成劣化與黃化，所以希望在材料上有所創(chuàng)新突破。
 
　因此，為了符合導(dǎo)光板放置在戶外、對耐候條件的嚴(yán)格要求，不斷開發(fā)出有機(jī)、無機(jī)復(fù)合的材料。相較于臺灣，國外在綠建筑的發(fā)展的時間較為悠久，已研發(fā)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(jīng)過500小時的耐候測試，推斷該產(chǎn)品的有效使用壽命為2.5至5年。
 
　機(jī)械所研發(fā)出的有機(jī)、無機(jī)復(fù)合材料有較佳的耐候質(zhì)量，而在價格上也有相對的優(yōu)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(dǎo)光板窗戶系統(tǒng)初期或許可以鎖定金字塔頂端的市場，但一旦量產(chǎn)自然會出現(xiàn)有競爭優(yōu)勢的價格。未來此技術(shù)可將研發(fā)領(lǐng)域延伸至百葉窗、窗簾、拼裝玻璃，隨著產(chǎn)品功能的多樣，導(dǎo)光板的研發(fā)領(lǐng)域?qū)⒂鷣碛鷱V。
 
技術(shù)3：Smart window（可調(diào)光液晶玻璃）
 
　目前窗戶技術(shù)多半以不可調(diào)控光線的玻璃基板為主，其易碎與安全問題是設(shè)計(jì)上的考慮重點(diǎn)，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(yīng)化組有機(jī)化學(xué)研究室研究員金志龍表示，「智慧窗」的玻璃是利用液晶來調(diào)節(jié)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(dǎo)電膜，在通電狀態(tài)下，液晶分子的排列可讓光通過，此時玻璃是呈現(xiàn)透明，:內(nèi)的人清楚看到屋外的情形；但在不導(dǎo)電的狀態(tài)下，則液晶分子呈現(xiàn)不規(guī)則的排列，光線無法通過，玻璃呈現(xiàn)出的是不透明，可以確保屋內(nèi)的隱私，如果使用可以做電壓微調(diào)的旋鈕，此時的玻璃便可以從透明到不透明間，呈現(xiàn)多段不同的變化。利用溫控器調(diào)整玻璃之透明及霧狀，當(dāng)戶外溫:過高，使調(diào)光薄膜呈現(xiàn)霧狀，減少室內(nèi)光的熱能，以達(dá)到環(huán)保節(jié)能的需求。
 
　可調(diào)光液晶玻璃為多層結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外分別為PDLC液晶層、導(dǎo)電透明薄膜（PET/ITO）、膠合材料（PVB膜）、玻璃，加上電極（銅片）、導(dǎo)線及封裝膠，即構(gòu)成可調(diào)光液晶薄膜。從液晶薄膜制成液晶玻璃需經(jīng)過玻璃膠合過程，膠合的關(guān)鍵技術(shù)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(nèi)有氣泡出現(xiàn)，嚴(yán)重者甚至?xí)胁Ａc薄膜剝離的現(xiàn)象。
 
　金志龍指出，此技術(shù)可應(yīng)用的范圍如下：
 
　＊室內(nèi)隔間（會議室）：辦公室玻璃隔間運(yùn)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(zhuǎn)透明，可大幅擴(kuò)充視野及享受陽光的沐浴。
 
?。獞敉鈴V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(jì)算機(jī)訊號控制，這是一般玻璃做不到的，利用這個技術(shù)，讓玻璃白天、晚上各有不同面貌。
 
　＊醫(yī)療機(jī)構(gòu)：嬰兒房、加護(hù)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。
 
?。y行、珠寶店、展覽業(yè)等柜臺防彈玻璃及展柜玻璃：正常工作狀態(tài)下為透明玻璃，遇到搶劫或停止工作時，可瞬間轉(zhuǎn)變成不透明玻璃，使罪犯失去目標(biāo)，保障人身及財產(chǎn)安全。
 
　金志龍強(qiáng)調(diào)，此技術(shù)耗電量低，以1m×3m大面積玻璃而言，只需40瓦電力，具有節(jié)能效果；此技術(shù)也是不同于有機(jī)材料，屬于無毒的水性材料，符合現(xiàn)代綠建材上的環(huán)保概念。
 
技術(shù)4：軟性電致變色制程／軟性節(jié)能膜技術(shù)
 
　相較于普通的玻璃，可以透過電控進(jìn)行深淺變色的玻璃，能視環(huán)境與使用者的需求，加以調(diào)控光線照明的強(qiáng)度；除了可當(dāng)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(yùn)用變化及彈性，甚至能夠具備調(diào)溫節(jié)能的功能。
 
　但以目前市面上的電控變色玻璃，在技術(shù)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(dá)到控制調(diào)色的目的。然而，這種方式不僅成本相當(dāng)高昂，所使用的液晶材料也必須經(jīng)過改質(zhì)處理，否則只能阻擋一般的可見光，對于真正產(chǎn)生熱源的長波長與紅外光區(qū)段，也就無法產(chǎn)生遮蔭降溫的效用。
 
　工研院南分院所開發(fā)的「軟性電致變色制程」與「軟性節(jié)能膜技術(shù)」，是以ITO/PET為透明導(dǎo)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(chǎn)，比起以液晶為材質(zhì)的電控變色技術(shù)，成本要來得低上許多；而且以目前60cm×30cm的面積規(guī)格，驅(qū)動電壓只需要±3.5v，就能在藍(lán)色與透明之間進(jìn)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(jīng)實(shí)驗(yàn)測量確實(shí)可達(dá)到降低3℃的節(jié)能效果。
 
　更進(jìn)一步的利用電致變色材料優(yōu)越的顏色顯示特性，再結(jié)合光子晶體獨(dú)4的調(diào)色機(jī)制，成功開發(fā)出國際間第一個單一電致變色組件中，同時具有紅、綠、藍(lán)三原色的顯示技術(shù)，此為全彩顯示的基礎(chǔ)機(jī)制，并已達(dá)到72％的NTSC色域范圍；更開發(fā)具有奈米結(jié)構(gòu)的電極層，經(jīng)以膠態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行封裝與透過電壓使組件進(jìn)行顏色切換，可達(dá)200ms的切換速度，所以團(tuán)隊(duì)已成功的突破電致變色兩大技術(shù)瓶頸：全n與快速切換技術(shù)。
 
　在節(jié)能減碳的趨勢下，「軟性電致變色制程」與「軟性節(jié)能膜技術(shù)」最直接的應(yīng)用就是在建材與汽車產(chǎn)業(yè)。工研院南n院雷射應(yīng)用中心軟電制程設(shè)備部鍾儀文指出，利用軟性節(jié)能膜可以明顯降低房屋室內(nèi)的溫度，減少空調(diào)的使用，進(jìn)而達(dá)到節(jié)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(shí)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(fā)團(tuán)隊(duì)則開發(fā)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(dǎo)電的功能以驅(qū)動節(jié)能膜變色，就能以塊狀拼貼來完成，實(shí)現(xiàn)隔熱節(jié)能的效果；這種方式還能同時解決大面積節(jié)能膜變色速度較慢，以及內(nèi)外顏色不均勻的缺點(diǎn)，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(chǎn)品化、導(dǎo)入市場，甚至在居家修繕的材料用品店里就可買到，讓消費(fèi)者有更多的DIY選擇。
 
技術(shù)5：REDDEX
 
　　一般而言，建筑物都會使用防火材料，傳統(tǒng)防火材料大致有三種，工研院材料與化工研究所應(yīng)用化學(xué)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(jīng)常使用，不過大火來襲時會產(chǎn)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(jī)材料，例如石膏鍤槍杷岣瓢澹雖然不會燃燒，但是質(zhì)地堅(jiān)硬不易改變形狀；第三種是蛭石，多運(yùn)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(diǎn)是必須噴霧在鋼骨結(jié)構(gòu)上，而且要達(dá)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(yùn)用在高科技產(chǎn)業(yè)建筑上頗為困難。由于以上幾項(xiàng)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(jìn)行防火材料的研發(fā)，但仍n偏向傳統(tǒng)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(yàn)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(fā)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(nèi)耐燃，不會產(chǎn)生毒氣，并具備可撓曲性。以現(xiàn)在應(yīng)用廣泛的防火材料無機(jī)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(gòu)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(qiáng)，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(hù)。「REDDEX的好是不軟化，不會產(chǎn)生有毒氣體，可說是符合很多環(huán)保材料的規(guī)定，甚至包括波音和空中巴士要求的規(guī)格，」陳哲陽強(qiáng)調(diào)，最重要的是，REDDEX可以較長的時間隔絕火勢，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，能讓深陷火場的人們一點(diǎn)時間，那怕只有五分鐘都足以逃命。
 
　REDDEX最的優(yōu)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(gòu)、發(fā)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(hù)要求等級極高的飛機(jī)、船艦等，若能大幅采用REDDEX做為防火材料，市場規(guī)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(biāo)準(zhǔn)，對民眾生命財產(chǎn)提供更進(jìn)一步的保障。

標(biāo)簽：二氧化碳  水資源  廢棄物  臺灣  綠色建筑  

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