EPS隔熱板材新工法介紹

前言

面對地球的持續暖化，近年來極端氣候出現頻率有增無減，常是局部地區酷熱難耐，另一部分地區酷寒；或是部分地區乾旱，而另一地區暴雨成災。人類居住所需之居所、建物，以及到達居所需有交通運輸，這些建築物居所、交通工具等，一直在排放二氧化碳，助長了溫室效應，加速極端氣候的日趨嚴重。因此有必要從外在的國土規劃、資源開發、環境改善、交通載具減少排廢等，以及內在的居住建物的節能減碳方面著手，以期減緩地球暖化速度，建立宜居的健康宅。本技術專題，特針對營建業可行的外牆隔熱施工工法，做一個簡單的介紹，期能拋磚引玉，促成最佳的建物氣候環控機制產出。

隔熱牆技術展望

為了從建物牆殼上改善耗能情況，國內外已有許多的研究出現，例如以定向粒片( oriented strand board, OSB)為面層、發泡聚苯乙烯(expanded polystyrene，EPS)為心材的三明治結構隔熱板(structural
insulated panels，SIP)【1】建物、隔熱混凝土模板( insulated concrete Form, ICF ) 【2】及混凝土隔熱結構板 ( concrete structural insulated panels，CSIP)等【3,4】，參見圖1，這些外牆材料的特性，是都有加入Styrofoam（或稱為EPS) 於其中，因為EPS 的熱傳導係數為0.033 w/m k，約為混凝土材料的1/42，有極高的R值。國外有關OSB 三明治板的使用極多【1】，其原因為建造方式和傳統木構極為相似。SIP板可以依據氣候要求，改變心材及面層之厚度。其製程為先在工廠裁切成所需尺寸，預先開窗及開門，在現地以格柵樑連接相鄰兩板，故為乾式施工的一種，可減少現地的廢棄物。此種板不僅可以做為牆板之用，亦可做為樓板及屋頂板之用。由於板材總體重量輕，故施工時，不需使用大型機具，可以節省施工費用，建造迅速。

在國外當大批興建時，其造價僅比木構建造貴約5%~10%，其優越的隔熱保溫性能，可由建造完後之用電節約量回收，其回收期為兩年內【1】。唯一之缺點為OSB 板怕潮，因此外表面須以泥灰或其它材料做防潮處理。ICF 亦為國外常見的建築方式(如圖1)
【2】，其組成為兩片EPS面板，之間以塑膠連桿或金屬網串在一起，形成類似空心磚的塊體，此塊體運至現地可以如同疊積木的方式，迅速堆疊，塊體中先預留鋼筋可以通過的孔洞，組好塊體(如同磚塊之構造)及綁完鋼筋後，可以進行混凝土灌漿，灌入塊體之心層，由於白色EPS 面層在外，混凝土在中心，故又稱為反式夾心餅。完工後此EPS 即做為永久牆面的一部份，其屋頂可使用傳統木構，屋頂外牆面可塗抹泥灰、水泥，內牆面可塗石膏或吊掛石膏板。

目前價格僅較傳統木構貴10%左右，其灌漿方式和一般混凝土一樣。結構式混凝土隔熱板( Structural concrete Insulated panel, SCIP)又稱為C-SIP，其型式與ICF 極相似，只是方向相反，EPS 及內外層間為1.25"~1.5"的噴凝土。因此可以不使用間隔梁(stud)。一個2"× 6" CSIP 隔熱性能為R25~R29 ，2"×8"為R29【3-4】。SCIP 之變化較具彈性，可以做成樓板、屋頂、樓梯、籬笆或曲面構造物等(見圖1)，因為內有鋼絲網及混凝土，具有良好強度，低材料成本，高隔熱性能，及熱質量特性，可防水、防鏽、耐水淹、耐震、耐颱風。此種建造物特別適合於海邊之集合構造，可耐海風侵襲，可提供較高的安全效益。前述ICF及SCIP製程中的EPS，不產生CFC、HCFC、甲醛等有害氣體【2-4】，不釋放有毒氣體，由於不是有機材料，因此不會長微生物及發霉，其機械性能及隔熱性能為終身保證，而EPS 內添加阻燃劑，當火源除去，會迅速熄滅。

本技術專題研發之保溫隔熱混凝土板的機構，類似於SCIP，但較其更為簡化。一樣是中間層為EPS 板，兩邊面層為混凝土之概念。在混凝土牆版的灌漿過程嵌入一整片的EPS版，在不影響原牆版承載力的原則下，以特製的接合器將EPS板與原來的雙向筋連接，之後在模板內澆置混凝土，如此可以達到日後混凝土牆的隔熱保溫，及降低碳排放的效果。

圖1 現存隔熱牆板及結構

新型混凝土隔熱牆施工簡介

技術的亮點為在澆置混凝土牆時，先於綁鋼筋時置入3cm厚的隔熱板(EPS)於牆體中間，並以特殊連接件將其與原先之鋼筋結合，並控制其與模板之間隙，再次組立另一面模板，之後進行灌漿(圖2)，而後待混凝土硬固後，即成為一個類似結構混凝土隔熱牆板(SCIP)，此為一個省工的隔熱牆板製作方式。本工法將原本實心的混凝土牆體化成雙層的中空構造，若原設計是15公分的牆厚，當加進約3公分的隔熱板材之後，則整體的牆厚調整為18公分，灌漿時混凝土量和原設計相同，牆的橫斷面積不變，其軸向承載力幾乎不減少，兩向的斷面I值幾無改變。

傳統的隔熱方法，常在牆壁外側安裝隔熱材料，或是塗上淺色隔熱漆，但易受紫外線照射老化、空氣氧化和雨水酸化所摧殘，而降低使用年限，不符合節能減碳原則。另有在室內安裝隔熱板材，也都能達到隔熱、保溫效果，但是美觀、質感、成本、浪費空間的種種因素，遠遠比不上灌漿後一體成形的混凝土隔熱牆，當隔熱牆的結構體完成後，外觀的表面可自由黏貼任何磁磚建材，其隔熱年限跟整棟房屋的法定50年壽命相同。

為了驗證此種隔熱、保溫混凝土牆板，新技術工法的可行性與節能效益評估，開發者於台中市台灣大道7段423巷底的一處長方形空地，建了一間一般的混凝土模型對照屋、及一間隔熱保溫混凝土屋。兩屋完成後，於其內部四牆面中央、高度150公分、離牆面距離30公分處，各安裝一個熱偶線，如圖2b所示(其中○代表熱偶線)。此外於天花板中央下方30公分處，也安裝一個熱偶線紀錄相對應位置之溫度歷時【5】；為了進一步監測模型屋所處的環境氣候狀況，在對照屋屋頂上，安裝一個ATH溫溼度感測器與JWS-100S風速儀。

圖2 混凝土隔熱牆施工方式及實屋溫度監測布置

比較對照組及隔熱組之室內溫度，以評估隔熱效益

兩屋西側牆及屋頂下方的7天溫度歷時，如圖3所示，其中RW4、RT5， 分別代表西面牆及屋頂正下方，而有隔熱者，以IRW4及IRT5表示。兩屋溫度變化相當一致，每日溫度變化近似正弦函數，週期為一天，室內最高溫的出現時間，在下午4點到6點之間，室內最低溫出現的時間，在上午6點到8點之間。兩屋的室內溫度，以均溫較高的10月9日為例，隔熱屋牆面測溫點的最高溫度在32.47~32.71℃之間，對照屋的牆面測溫點最高溫度在35.75~36.11℃之間，隔熱屋的室內溫度比對照屋涼爽3度以上；在室內最熱的屋頂下方，隔熱屋最高溫為33.42℃，對照屋為38.19℃，兩屋屋頂下方的溫差達到約5℃。隔熱層能在高溫時減少房屋吸收的熱量，但到夜間降溫時，會使得隔熱屋的室內溫度變得比對照屋溫暖，隔熱屋的室內溫度較為穩定，該日溫差在3℃左右，對照屋的室內溫度容易受到白天日曬加溫影響，溫差為7.5℃左右；隔熱屋有將一天中的峰值溫度延後1至2小時的功能。

圖3 民國102年10月6~12日兩屋西側牆(IRW4、RW4)及天花板室內(IRT5、RT5)溫度比較圖

若以圖3之溫度記錄為基準，導入溫度-時(degree-hour，DH)的觀念，評估當溫度超過容許溫度T0，即需開啟空調，將需要開啟空調之溫度差及時間之累積值，做為耗能之指標，則可以建立下列公式。

圖4 均溫28度開啟冷氣之溫度-時的七天累計值

結語

本專題回顧了不同的混凝土牆板隔熱技術，並介紹一個適合於台灣的內嵌EPS板的混凝土牆板隔熱工法，在不影響原牆版承載力的原則下，以特製的接合器，將隔熱板與原來的雙向雙層筋連接，之後在模板內澆置混凝土，如此可以達到日後混凝土牆的隔熱保溫，及降低碳排放的效果。由兩間實體屋的溫度紀錄顯示：隔熱屋室內屋頂天花板中央下方30公分處的溫度，較未隔熱的對照屋溫度低約5℃，而隔熱屋距四牆面中央離牆面距離30公分處，四個測點面其溫度值，均較對照屋相同位置的溫度低約2℃。若以超過冷氣設定溫度所需之時間溫度差(degree-hour)為節能效益指標，則隔熱屋夏季超過26℃，開啟空調之最高節能效益可達16.2%；而超過28℃，方開啟空調之最高節能效益可達25.1% ，此種內嵌EPS板的混凝土牆板隔熱工法，適用於台灣之氣候。

【1】https://www.sips.org/。

【2】https://logixicf.com/products。

【3】http://sipcrete.com/sipcrete-system-building/。

【4】http://en.mdue.it/black-building-indonesia/。

【5】胡宗雲，混凝土隔熱牆板之製作及性能測試研究以內嵌EPS為例， 逢甲大學 e-Theses & Dissertation(103 學年度)。

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