打造绿建筑的5个关键技术

时间：2014-02-05 21:43:22 作者：绿建之窗来源：绿建之窗阅读：3727

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内容摘要：打造绿建筑的5个关键技术绿建筑又称为永续经营建筑，与一般建筑不同的是，绿建筑注重建材的环保、建筑的节能与室内的空气质量等，也考虑对周遭环境的影响，在环保意识的觉醒下，绿建筑逐渐成为建筑新趋势，政府也大力推动绿建筑认证。　据统计，台湾建筑产业相关之二氧化碳排放比例，约占全国总排放量...

打造绿建筑的5个关键技术

绿建筑又称为永续经营建筑，与一般建筑不同的是，绿建筑注重建材的环保、建筑的节能与室内的空气质量等，也考虑对周遭环境的影响，在环保意识的觉醒下，绿建筑\x00渐成为建筑新趋势，政府也大力推动绿建筑认证。

　据统计，台湾建筑产业相关之二氧化碳排放比例，约占全国总排放量的28.8％，其中建材生产能源占9.31％，营建运输占1.49％，营建工地占0.2％，住宅使用占11.88％，商业部门占5.49％，足见我们所居住的房子对二氧化碳排放量有很大的影响。深入探讨绿建筑的九大指标：生物多样化、绿化量、基地保水、日常节能、二氧化碳减量、废弃物减量、水资源、污水与垃圾改善、室内健康与环境。简单地说，选择不西晒、可回收的建材，做好遮阳，采光好、通风佳，采用无毒、环保的绿建材做为室内装潢和家具材料，加上室外的绿化环境，就可以朝绿建筑迈进。其中，建筑物中又以玻璃的应用居多，因为玻璃在建筑中扮演照明与视觉景观的角色，夏季户外的能量会经由窗户直接进入室内，室内热量75％来自窗户，造成室内温度上升；冬季则由室内流失热量至户外，从窗户损失的热量可占室内热量总损耗的33％。玻璃的节能效果主要根源于玻璃的隔热及遮阳能力，台湾地区室内外温度差并非很大，而日射热能却是十分惊人，因此，在台湾的玻璃节能对策，首重玻璃的遮蔽隔热性能，归纳相关技术如下：

技术1：高透光太阳能窗发电模块

　「高透光太阳能窗发电模块」利用奈米材料，将窗户设计成为能进行太阳能发电的机制。在窗面的结构上，主要是以两片玻璃间夹隔奈米材质的扩散基板，经过胶合固定后，当太阳光照射穿越时，透过中间的扩散基板导光，即会将光线p四周侧面的窗框进行反射；另一方面，在四面窗框内则设置有太阳能芯片模块，因此当太阳光线经反射进入时，就能进行发电。

　工研院p分院奈米粉体与薄膜科技中心光能转换材料研发部黄赣麟表示，扩散基板是使用TiO2与SnO2复合奈米粒子，添加在塑料PC基板中射出或压出，除了可大面积生产外，由于玻璃与塑料的折射率不同，可增加全反射的机率，使太阳光线更往四边窗框进行反射，也就能提高太阳能芯片吸收阳光的机率与发电的效率。

　一般在PMMA或PC中加入粒子的扩散板，光径只能传导约10cm就会扩散殆尽，窗中央的阳光无法传到边框上；「我们的专利特色，是利用导光与光扩散的复合层结构，使阳光能集中传导到边框上的太阳电池，」黄赣麟指出，窗上大面积的光能被传导聚到小面积的框上，因此框上太阳电池受的光照量，约有10至20倍先照涨慷龋「这样才能达到维持窗的透光视野，与高发电效能的产出。」另外，也将奈米碳球（注）涂料涂布在太阳窗框上，帮助太阳电池散热，以进一步提升发电性能。

　目前经由「高透光太阳能窗发电模块」的扩散与导光，可将20％至50％的太阳光传导至窗框的太阳能电池上，提供直流发电（例如3C产品），可避免直流电转交流电的电能损失。此外，发电效率也依雾度的不同而有差别，雾度愈高代表透光率愈低，发电的效率也会更好，但相对地在视觉上的粮艟陀大；因此可视实际使用的场所及需求，来选择适当的雾度。

　工研院南分院奈米粉体与薄膜科技研究员陈瑞堂表示，一平方公尺的裂裟艽埃可同时供二支以上手机充电；如果是二十层玻璃帷幕大楼，可产生十三万五千瓦电力，同时供应三千三百七十五台桌上型计算机使用。

　在未来电器产品耗电量逐渐降低的趋势下，例如LED的使用，以及像都会区般大楼林立的状况，就很适合「高透光太阳能窗发电模块」的发展应用，还有隔热、防晒、防弹、防强风等功能；只需在原4的建筑结构上加装「高透光太阳能窗发电模块」，就可直接以USB插头接在窗框上充电，或经由太阳能电池充电，提高自行供电的能力、减少电费支出，真正达到节能减碳的目的。

（注）奈米碳球：奈米碳球具有导电（抗静电）、导热与辐射冷却效果，可应用于自然散热、静电消散、电磁屏蔽、自由基防护（防蚀）等。例如：将此应用于5W LED台灯制品，LED温度由65℃降至55℃，寿命可提升一倍且亮度增加20％。无风扇Heat Sink散热模块，可运用于LED、PV、工业计算机、服务器等产品，并达到具节能减碳的效果。

技术2：昼光导光板

　工研院机械所的昼光导光板（Sunlight Guiding Panel），是将太阳光引进、均匀照明室内，增加日光照明，可节省电力耗能，也是节能利器之一。

　昼光的照射方式大致分为直射光与漫射光，如何将这些光导入，并且均匀照亮室内，就必须使用导光板，而其功能就是尽可能的将各仰角的昼光折射至天花板。导光板如何导引阳光进室内，代替灯光照明，主要靠的就是改变阳光行进方向，<械所先进制造核心技术组副组长周大鑫说，「我们利用微结构将阳光折射与全反射至天花板，让阳光可以均匀照亮室内，取代白天的灯具照明，而且可以减少眩光的不舒适感，营造舒适的视觉环境。」使用昼光导光板，能增加30％至40％的日光照明，省下可观的电费。

　导光板的材料是研发关键之一，工程师杨文贤说，导光板的材质是采用类玻璃，具有高硬度、高耐候，以及耐UV（紫外线）的功能。由于波段313 nanometer的紫外光，不论是对玻璃或高分子材料都具有强大的破坏力，会造成劣化与黄化，所以希望在材料上有所创新突破。

　因此，为了符合导光板放置在户外、对耐候条件的严格要求，不断开发出有机、无机复合的材料。相较于台湾，国外在绿建筑的发展的时间较为悠久，已研发出耐候的材料，但是价格相对高昂，杨文贤说，国外的涂料100克要价新台币5万元，大概可涂敷2平方公尺的范围，经过500小时的耐候测试，推断该产品的有效使用寿命为2.5至5年。

　机械所研发出的有机、无机复合材料有较佳的耐候质量，而在价格上也有相对的优势，杨文贤说，涂料是玻璃的1.5至2倍价格。但是这样的价格并不包含窗户，若往后大量使用在建筑上，价格仍稍嫌昂贵。导光板窗户系统初期或许可以锁定金字塔顶端的市场，但一旦量产自然会出现有竞争优势的价格。未来此技术可将研发领域延伸至百叶窗、窗帘、拼装玻璃，随着产品功能的多样，导光板的研发领域将愈来愈广。

技术3：Smart window（可调光液晶玻璃）

　目前窗户技术多半以不可调控光线的玻璃基板为主，其易碎与安全问题是设计上的考虑重点，因:对于具安全性的胶合玻璃窗户需求逐渐增加。工研院材化所应化组有机化学研究室研究员金志龙表示，「智慧窗」的玻璃是利用液晶来调节光线，原理是在两片玻璃中间涂布奈米的液晶材料，在窗户的边界加透明导电膜，在通电状态下，液晶分子的排列可让光通过，此时玻璃是呈现透明，:内的人清楚看到屋外的情形；但在不导电的状态下，则液晶分子呈现不规则的排列，光线无法通过，玻璃呈现出的是不透明，可以确保屋内的隐私，如果使用可以做电压微调的旋钮，此时的玻璃便可以从透明到不透明间，呈现多段不同的变化。利用温控器调整玻璃之透明及雾状，当户外温:过高，使调光薄膜呈现雾状，减少室内光的热能，以达到环保节能的需求。

　可调光液晶玻璃为多层结构，由内向外分别为PDLC液晶层、导电透明薄膜（PET/ITO）、胶合材料（PVB膜）、玻璃，加上电极（铜片）、导线及封装胶，即构成可调光液晶薄膜。从液晶薄膜制成液晶玻璃需经过玻璃胶合过程，胶合的关键技术在于胶合时压力与温度及时间的掌控，不佳的胶合条件会造成液晶玻璃内有气泡出现，严重者甚至会有玻璃与薄膜剥离的现象。

　金志龙指出，此技术可应用的范围如下：

　＊室内隔间（会议室）：办公室玻璃隔间运用，会议室玻璃透明时可看到室外，不透明时可做为投影屏幕或白板使用。

　＊住宅：采光罩玻璃帷幕、客厅、浴室隔间，平时为毛玻璃不透明，隐私效果佳；通电转透明，可大幅扩充视野及享受阳光的沐浴。

　＊户外广告牌：可做大型广告广告牌，白天展示商品，晚上不透明时变成投影屏幕，从背面投影，用计算机讯号控制，这是一般玻璃做不到的，利用这个技术，让玻璃白天、晚上各有不同面貌。

　＊医疗机构：婴儿房、加护病房之探窗口，取代窗帘，清理容易、杜绝灰尘、抗菌防污、降低噪音、隔绝紫外线；双层夹膜胶合具有安全玻璃的效果，且可隔音抗噪。

　＊银行、珠宝店、展览业等柜台防弹玻璃及展柜玻璃：正常工作状态下为透明玻璃，遇到抢劫或停止工作时，可瞬间转变成不透明玻璃，使罪犯失去目标，保障人身及财产安全。

　金志龙强调，此技术耗电量低，以1m×3m大面积玻璃而言，只需40瓦电力，具有节能效果；此技术也是不同于有机材料，属于无毒的水性材料，符合现代绿建材上的环保概念。

技术4：软性电致变色制程／软性节能膜技术

　相较于普通的玻璃，可以透过电控进行深浅变色的玻璃，能视环境与使用者的需求，加以调控光线照明的强度；除了可当成窗帘或玻璃墙，以及特别的遮蔽用途与视觉效果i，更可增加空间的运用变化及弹性，甚至能够具备调温节能的功能。

　但以目前市面上的电控变色玻璃，在技术上主要是将特殊的液晶材i加入玻璃或是薄膜基材上，并透过电压来达到控制调色的目的。然而，这种方式不仅成本相当高昂，所使用的液晶材料也必须经过改质处理，否则只能阻挡一般的可见光，对于真正产生热源的长波长与红外光区段，也就无法产生遮荫降温的效用。

　工研院南分院所开发的「软性电致变色制程」与「软性节能膜技术」，是以ITO/PET为透明导电0材，并于基材上镀上材料成本较便宜的电致变色材料（Electrochromic Material），更可以透过Roll to Roll的滚动条方式大量生产，比起以液晶为材质的电控变色技术，成本要来得低上许多；而且以目前60cm×30cm的面积规格，驱动电压只需要±3.5v，就能在蓝色与透明之间进行切换，并有效阻挡80％至95％的红外线与热幅射，也就是只有5％至20％的红外线热源可以穿透，经实验测量确实可达到降低3℃的节能效果。

　更进一步的利用电致变色材料优越的颜色显示特性，再结合光子晶体独4的调色机制，成功开发出国际间第一个单一电致变色组件中，同时具有红、绿、蓝三原色的显示技术，此为全彩显示的基础机制，并已达到72％的NTSC色域范围；更开发具有奈米结构的电极层，经以胶态电解质进行封装与透过电压使组件进行颜色切换，可达200ms的切换速度，所以团队已成功的突破电致变色两大技术瓶颈：全n与快速切换技术。

　在节能减碳的趋势下，「软性电致变色制程」与「软性节能膜技术」最直接的应用就是在建材与汽车产业。工研院南n院雷射应用中心软电制程设备部锺仪文指出，利用软性节能膜可以明显降低房屋室内的温度，减少空调的使用，进而达到节能的目的；同样地在车辆上，也可以和汽车天窗整合，以遮蔽阳光，减少实际的能源消耗，同时还兼具时尚感。

　对于较大面积的电致变色需求，研发团队则开发以小面积拼贴的方式来克服。例如针对大片的落地窗，只要该玻璃具有导电的功能以驱动节能膜变色，就能以块状拼贴来完成，实现隔热节能的效果；这种方式还能同时解决大面积节能膜变色速度较慢，以及内外颜色不均匀的缺点，而且不论是安装或更换起来也较为方便。如果未来能有效地产品化、导入市场，甚至在居家修缮的材料用品店里就可买到，让消费者有更多的DIY选择。

技术5：REDDEX

　　一般而言，建筑物都会使用防火材料，传统防火材料大致有三种，工研院材料与化工研究所应用化学研究组组长陈哲阳解释，第一种是使用卤素或溴化物，由于不容易燃烧，因此装潢等建材经常使用，不过大火来袭时会产生酸气，不但让民众安全受到威胁，还会阻碍救火；第二种是使用无机材料，例如石膏锸枪杷岣瓢澹虽然不会燃烧，但是质地坚硬不易改变形状；第三种是蛭石，多运用于钢骨材料，特性是遇火就会膨胀，膨胀后就可以隔绝火源，价格虽便宜，缺点是必须喷雾在钢骨结构上，而且要达到效果必须混水泥喷个5至10公分，因此在洁净度和精密度要求上略显不足，要运用在高科技产业建筑上颇为困难。由于以上几项防火材料均未臻完善，工研院材化所早在十多年前即开始进行防火材料的研发，但仍n偏向传统的逻辑，即如何让材料碰到火源时，火焰不会延展。「我们尝试奈米黏土，也试验一些对人体没有危害的材料等，目的是希望材料碰到火的时候烧不起来，」陈哲阳说。

　REDDEX在初研发成功时，被称之为K60，K的意义就是摄氏1,000度，60就是能在60分钟内耐燃，不会产生毒气，并具备可挠曲性。以现在应用广泛的防火材料无机硅酸钙板来说，曝露在1,200度的高温时，约莫100秒就会上升到600度，但是建筑的钢构在500度左右就会熔毁；但以REDDEX来说，同样的温度燃烧，可以使温度维持在300度，隔热效果大幅提升。此外，一般的材料遇火会膨胀，触碰即碎，火势很快就会延烧；而REDDEX的附着性强，可做为涂料、膜或是板子，让物品在被火吞噬时有效地被保护。「REDDEX的好是不软化，不会产生有毒气体，可说是符合很多环保材料的规定，甚至包括波音和空中巴士要求的规格，」陈哲阳强调，最重要的是，REDDEX可以较长的时间隔绝火势，当火灾发生时，能让深陷火场的人们一点时间，那怕只有五分钟都足以逃命。

　REDDEX最的优势是「软」和「薄」，此特性可能适用于各种需要防火的材料上，举凡装潢、家具、钢构、发泡材等都需用到防火材料。因此使用的范围不限于房屋，包含对安全防护要求等级极高的飞机、船舰等，若能大幅采用REDDEX做为防火材料，市场规模将极为惊人。而且在此新一代防火材料问世之后，更可敦促各国政府提升建物及交通载具之防火标准，对民众生命财产提供更进一步的保障。