解決隔熱散熱問題-先懂熱傳播

一、熱傳播的三種途徑

 

 1.熱傳導:物體內部或物體與物體表面接觸,由高溫向低溫傳播
2.熱對流:任何流體(氣體、液體)內部分子運動,因溫度差異造成熱空氣上升、冷空氣下降所形成的流動。
3.熱輻射:物體經由電磁輻射,將熱能向外傳播的方式。

二、建築物隔熱-如何對抗三種熱傳播?

1.熱傳導:

  因為熱傳導是經由物體內部或者表面接觸,因此減少物體接觸面積或者加厚物體厚度體積都是建築物對抗熱傳導達成隔熱目標的手段。然而建築物是我們日常生活的空間,我們都希望內部空間越大越好,受限於法令的容積率或者本身建築土地面積條件以及建築物整體承重考量,為了隔熱我們是不可能無條件去增加建築牆體或者屋頂的體積與厚度的。好在世界科技進步神速,許多重量輕盈、結構強度符合標準的建築隔熱工法,同時帶有低熱傳導係數的隔熱保溫材料日漸被開發出來。

  阻隔熱傳導材料主要分為兩大類:有機材料無機材料。            註:有機材質以有無碳氫鍵化合物區分。
常見無機隔熱保溫建築材料:岩棉、玻璃棉、矽基氣凝膠...等
常見有機隔熱保溫材料:斷熱板、XPS板、ePS板、PU隔熱板、PIR板...等
  兩大類隔熱保溫建材,優缺點如下:
  無機材料優點:防火、耐腐蝕、耐酸鹼,穩定性高、不開裂無老化問題。
  無機材料缺點:無機材料透過抽絲形成纖維棉狀,依靠其蓬鬆的空氣層作為隔熱手段,然而此類材料在施工時容易有短纖維剝落,
  造成施工人員皮膚搔癢、且如果碰到水,蓬鬆的棉狀物立即塌縮,使其隔熱性能大幅降低。

  有機材料優點:相較於無機材料有更好的隔熱係數,平均為無機材料的兩倍。重量更輕有助於建築結構減少重量乘載、不吸水

  有機材料缺點:多數有機材料的使用溫度介於70~100度之間,如達到該溫度容易軟化變形,易燃不防火、燃燒會滴熔。有部    

  分有機材料會添加阻燃劑使其防火性能提升,然而添加阻燃劑後,導熱係數大幅上升接近於無機材料,失去使用低導熱係數材料的意義。

  特別介紹:斷熱板

  他同時擁有有機與無機材料的優點:防火不易燃,遇火僅碳化、不滴熔,遭遇火災更安全,不因阻燃劑的添加影響其隔熱效能。
  是目前市面上少有能兼顧防火安全與隔熱保溫的建築材料。

                   ※未來將有更細項的保溫材料介紹,敬請期待。

斷熱板防火示意圖:利用瓦斯噴火槍直接燃燒斷熱板,人的手置於斷熱板後方,可看出斷熱板確實具有防火效果,並且隔熱效果良好

2.熱對流:

  熱對流是日常生活中肉眼可見的自然現象,靠著流體分子熱脹冷縮,熱分子密度降低向上移動,相對低溫的分子密度較高向下移動,完成熱對流的循環並同時達成熱源的傳播與擴散。

隔熱方法-熱對流的應用熱氣球

熱氣球是生活常見的熱對流應用

何對抗熱對流?
  一個空間如果長期沒有新鮮空氣進入,容易造成室內悶熱,特別是在隔熱沒做好的情況下,猶如悶燒鍋一般。特別居家環境又有許多會發熱的電器,且人體就是一個相當好的發熱體,因此建築室內要保持涼爽的環境,除了外部隔熱以外內部也要保持通風才行。

  因此開窗除了有開闊景觀作用同時也有通風的功能,但是要注意風向是否直吹窗面,若風向與窗面平行,僅依靠柏努力定律,僅能帶走窗邊一小片區域的熱空氣,造成短循環

  因此多數建築會依靠動力風扇帶動室內空氣流通,有些大型工業廠房甚至會安裝負壓風扇將廠內熱源帶出,更甚者利用對流特性,於屋頂加裝動力通風扇、無動力通風口、太子樓等達到降低室內氣溫的目標。

3.熱輻射

  熱輻射最直接的感受就是”ㄏㄚˋ” ,太陽沒有接觸地球,太空也是真空狀態,他的熱能就是藉由輻射熱傳到地球。加溫所有建築外殼,包括在太陽下你我的皮膚。而世界上所有的物體只要高於絕對0度(-273.15度c)都會散發輻射熱,建築物經由太陽輻射加溫後,再向室內傳遞輻射熱,例如西曬的水泥牆、太陽曝曬下的鐵皮屋鐵皮,這是造成室內升溫很大的一個原因。特別是鐵皮屋,夏天鐵皮表面溫度可高達50-60度,三溫暖烤箱也不過70度左右,是不可輕忽的室內熱量來源。

延伸閱讀:進擊的輻射熱-林子平-泛科學

  如何解決熱輻射?

  1.拒熱於外:建築外表漆上淺色漆、隔熱漆,增加建築物表面反射率,降低輻射熱能吸收。

  2.隔熱於內:加裝內部隔熱材,阻隔外牆向內傳遞熱源,同時也能在寒流來襲時鎖住室內溫度向外流失。

  3.斷熱板:為複合材料,除芯材有優異的隔熱保溫性能外,其中還有一面奈米塗層鋁箔層,反射建築外殼向內傳遞的溫度。

 

斷熱板組成分解圖:芯材高分子發泡斷熱材料(二級耐燃,遇火不燃僅碳化不滴熔),芯材與飾面之間使用性能纖維,增加貼合穩固性,外層可選擇奈米塗層鈍化鋁箔或烤漆鋼板,依需求

以上三種熱能傳播的方式與建築隔熱應對方法提供給大家參考,未來還會有更多關於建築隔熱保溫的文章與大家交流討論。