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用科技引進自然光

thisbigcity城事
・2012/11/26 ・599字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 554 ・八年級

韓國與英國合資企業Sunportal近期推出創新科技,運用諸多高科技管線相連,將日光引進無窗戶的空間,也不會增加或流失熱能。

鏡面每天追蹤太陽動向,將光線折射至碟盤內,將讓日光集中於小型光管內,據該公司指稱,藉由多面透鏡傳遞,光線傳送「不限距離與方向」,亦設有傳輸器,確保光線能平均灑落在指定區域。

這項專利技術目前可提供的亮度,介於80勒克斯與500勒克斯之間,若當天日光太過微弱,就會啟動內建的高效能LED照明。

過五年研發,該公司於去年成立,由執行長Tony Han出資,目前已在韓國三處工業地點建置大型設備,包括POSCO鋼鐵廠及Chungpyung抽蓄發電廠,兩者都藉此汰換舊有照明系統,POSCO廠區設備經理Dong Gyu-Oh表示,這套系統是「公司節能與環保政策一大資產」。

在西班牙和奧地利,Sunportal也與辦公大樓簽下兩份合約。

該公司全球業務暨行銷主管Jong H. Kim估計,這項技術平均可降低能源成本20%至25%,他亦引述美國「國家可再生能源實驗室」的研究,指稱自然光對產能有益。

作者:Alan FookesGreen Futures)本文其他語言版本: 英語

轉載自 城事 ThisBigCity。本文原載於獨立永續專業團體「未來論壇」雜誌《Green Futures

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《城事》為永續城市部落格,長期發掘關於建築、設計、文化、科技、運輸、單車的都市創新構想,曾數度獲獎。《城事》網羅世界各地城市生活作者,文章曾發表於Next American City、Planetizen、Sustainable Cities Collective、IBM Smarter Cities等網站。《城事》遍尋全球,在世界奮力邁向永續的時刻,呈現城市帶來的種種機會,力求保持樂觀,但不忘批判。

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前方高能注意!你知道可以用「熱」發電嗎?把廢熱變能源的黑科技──熱電材料
研之有物│中央研究院_96
・2021/09/06 ・4237字 ・閱讀時間約 8 分鐘

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文|郭雅欣
  • 美術設計|林洵安

回收廢熱的熱電材料

在全球面臨能源轉型之際,再生能源的發展大多著重在太陽能、風力、水力、生質燃料等。然而近年,隨著奈米科技的發展,可將廢熱轉為電力的熱電材料也逐漸嶄露頭角。中央研究院物理研究所陳洋元研究員踏足熱電材料的研究已有十幾年,在他眼中,熱電材料極具能源發展潛力。

熱電轉換再興起

身處能源轉型的關鍵時刻,我們不由得擔心,再生能源真的足以補上電力缺口嗎?還有沒有其他新興的發電方法呢?有的!用廢熱發電,聽起來很不錯吧?畢竟在日常生活中,我們也受夠廢熱了。汽車、冷氣等機械廢熱,加上太陽的輻射熱等,這些煩人的廢熱如果能拿來發電,實在是個好主意。

熱電材料就是熱生電的關鍵,它能將(沒用的)熱轉化成(好用的)電。近年來,熱電材料逐漸發展起來,中研院物理所研究員陳洋元從 2006 年起開始研究熱電材料,他說:「熱電材料的發電效率已經有很大的進展!」在不久的未來,熱電材料的應用將愈來愈廣泛,成為能源轉型時代的重要一角。

熱電材料的歷史要回溯到 200 年前,德國科學家西貝克(Thomas Seebeck)在 1821 年發現,材料兩端的溫度差會形成電位差,稱為「西貝克效應」。也就是說,同一種材料只要兩端溫度不同,兩端之間就會產生電壓;反之,在材料兩端賦予電壓時,兩端之間就會產生溫度差。科學家因此定義了西貝克係數 S = ∆V∆T,表示同一種材料下,溫度差愈大,輸出電壓越大,「換句話說,一個有溫差的材料,等於可以視為一個乾電池。」陳洋元解釋。這便是熱電材料的基本物理機制。

圖片為熱電材料的基本特性。同一個熱電材料,若給予兩端溫度差可以產生電壓(西貝克效應);若給予兩端電壓則會造成溫度差(皮爾特效應)。圖│研之有物(資料來源│陳洋元)
圖片為熱電材料的基本特性。同一個熱電材料,若給予兩端溫度差可以產生電壓(西貝克效應);若給予兩端電壓則會造成溫度差(皮爾特效應)。圖│研之有物(資料來源│陳洋元)

找出最優質的熱電材料

由於每一度溫差產生的電壓就是「西貝克係數」,直觀來說,西貝克係數愈大的材料,在同樣的溫差下輸出的電壓愈大,是愈好的熱電材料。不過陳洋元補充說,熱電材料除了西貝克係數要高之外,「導電性也要好,除此之外,導熱率不能太好,否則溫差一下子就熱平衡掉了。」考量各種條件之後,科學家訂出了熱電材料的優質係數 ZT 值=(δS2κ)T,其中 σ 是導電係數、S 是西貝克係數,κ 是導熱率,T 是絕對溫度。

導電性好、西貝克係數高,而且導熱率要低。這是優質熱電材料的三大條件。

於是,研究熱電材料的科學家從幾十年前開始,便朝著符合這些條件的方向努力。陳洋元說:「金屬的導熱都太好了,並不適合當作熱電材料。目前主要的做法是用各種半導體材料,搭配不同的摻雜元素及比例,來找出最佳化的 ZT 值。」

半導體材料是良好的熱電材料,依據摻雜的元素種類,可分為 n 型(電流載子為電子,帶負電)與 p 型(電流載子為電洞,帶正電),製作熱電材料時,會將 n、p 型材料組合成上圖「熱電偶」的形式。圖│研之有物(資料來源│陳洋元)
半導體材料是良好的熱電材料,依據摻雜的元素種類,可分為 n 型(電流載子為電子,帶負電)與 p 型(電流載子為電洞,帶正電),製作熱電材料時,會將 n、p 型材料組合成上圖「熱電偶」的形式。圖│研之有物(資料來源│陳洋元)

全世界各研究團隊多年下來,針對各種材料組合及摻雜比例,找出了不少值得關注的熱電材料候選者(如下表)。「你可以從中發現,多數的熱電材料都是溫度愈高,ZT 值愈高,在 600°C~700°C 的高溫會表現得很好。」陳洋元笑說:「只有一種材料適合在室溫運作,就是鉍-銻-碲(BiSbTe),目前為止無人能出其右。而且科學家大概 50 年前就發現它了,它保持世界紀錄至今 50 年。」

各種 p 型(左)、n 型(右)材料的 ZT 值與溫度關係圖。可以看到接近室溫(27°C,約300K)表現最好的材料為 p 型的 BiSbTe(藍色折線)。圖│陳洋元
各種 p 型(左)、n 型(右)材料的 ZT 值與溫度關係圖。可以看到接近室溫(27°C,約300K)表現最好的材料為 p 型的 BiSbTe(藍色折線)。
圖│陳洋元

控制晶格和缺陷,不讓熱傳過去!

找到優秀的材料搭配和比例還不夠!要提升熱電效果,還有一個重要因子:減低熱電材料的導熱率。微觀來看,就是精細地調控材料晶格或內部缺陷。

晶格是材料的骨架,熱的本質是晶格振動,而熱傳導的本質便是晶格裡的原子以振動方式將能量傳遞給鄰近原子。因此,阻礙能量傳遞的方式,就是調控材料內原子的排列,以期達到導熱差、導電好的最終目的。

理想上可以利用「超晶格」,當不同種類的原子像三明治一般層層交替堆疊時,界面的原子與鄰近原子尺寸、重量都不同,這會造成晶格排列不順暢(晶格不匹配),彼此的振動能量也不易傳遞,大部分都會反彈回來,也就達到「導熱不佳」的效果了。

種類不同、尺寸與重量皆不同的原子間,由於晶格不匹配,振動比較不易傳遞,導熱率因此降低。

陳洋元進一步解釋,超晶格的每一層材料厚度、比例都必須嚴格控制,「因為我們只希望導熱率降低,但不希望影響到電子的移動。」也因此,這項製程「非常困難,需要的設備也很昂貴。超晶格結構如果要做到一張紙那麼厚,可能必須鍍膜上萬次,成本很高,東西也做不大。換言之,超晶格在學理上可行,但實際應用上有困難。」


「我們可以選擇退而求其次的做法。」陳洋元說。例如在材料裡刻意摻雜一些雜質,或製造晶格的空缺,包括:點缺陷、空位、差排、疊差等。以這些缺陷的數量來控制材料特性,在盡量不影響導電的狀況下降低熱傳導率。「這是比較簡單可行的做法。」

圖片為「疊差」缺陷。對於熱電材料來說,為了降低導熱率,理想上可利用「疊差」來調控材料內部「缺陷」,最終目的是導熱變差,卻能保有良好的導電率。圖│研之有物(資料來源│陳洋元)
圖片為「疊差」缺陷。對於熱電材料來說,為了降低導熱率,理想上可利用「疊差」來調控材料內部「缺陷」,最終目的是導熱變差,卻能保有良好的導電率。圖│研之有物(資料來源│陳洋元)

熱電材料自有用武之地

熱電材料在實際應用上,發展得比其他再生能源慢,主要原因還是在發電效率不夠好。目前在室溫下最好的熱電材料,轉換效率約 3~4%,相較之下,太陽能發電目前的轉換效率約在 15~20%。這也是熱電材料在能源發展上較少被提及的主因。

「不過其實熱電材料在 600°C~700°C 的高溫下,轉換效率可以超過 10%。」陳洋元說。因此,幾年前美國一度打算將熱電材料用在汽車的廢熱回收,畢竟燃油引擎的油電轉換效率大約在 30% 左右。「剩下的 70% 都變成廢熱排出去了。如果能把其中 10% 的廢熱轉換成電能,等於是引擎效率的一大躍進。」不過後來,隨著電動車逐漸成為主流發展方向,這項應用也就失去關注了。

熱電材料就這樣無英雄用武之地了嗎?並不是。其實早在 30~40 年前,它就已經應用在太空科技上了。太空船或衛星發射到太空中之後,需要電能維持運作,除了太陽能以外,熱電也是重要的電力來源。陳洋元以航海家一號舉例,「它朝著太陽系外離去,過程中太陽光會愈來愈微弱,因此不能完全仰賴太陽能做為電力來源。」因此,航海家一號就有使用熱電技術,其中熱的來源是鈾、鈽等放射性材料,它們在衰變過程會放熱,與外太空趨近絕對零度的環境產生溫差,藉此發電。「這些放射性材料的半衰期是幾十億年,對我們來說像是萬年之毒,但對太空船來說,卻像是永恆的電力來源。」陳洋元說。

熱電轉換效率不佳,但對於缺乏電力來源、外界環境溫度極低,又不怕放射性汙染的太空科技來說,是很好的發電選擇。

此外,熱電材料不只能把熱轉換成電,也能反過來,利用材料兩端的電壓差回推來產生溫度差。也就是說熱電材料的應用不限於發電,它也能做為冷氣、冰箱等使用的溫度計;或是在熱電材料上外加電壓,產生電流,造成材料兩端的溫度差,做為冰箱、電腦 CPU 的致冷元件。

陳洋元也在近兩年,研究開發出薄型熱電晶片,裡面的結構是 128 對微小的 p 型、n 型半導體柱,就像 128 個小小的乾電池串聯一樣,能把熱電效應放大百倍。陳洋元解釋,雖然熱電效率不高,無法用在大型工廠等需要巨大電量的狀況,但這樣的晶片可以用來製作「熱電自充隨身電源」,應用在手機或電子手錶等隨身穿戴式電子裝置上,這類裝置需要的電量不高,但可能隨時有充電需求。「想像一下這樣的場景,你走在路上發現手機沒電了,於是拿出熱電自充隨身電源,利用自身體溫與室溫的溫差,幫手機緊急充電。」

薄型熱電晶片內包含了 128 對 p 型、 n 型半導體,具有輕巧的外形。圖│陳洋元
薄型熱電晶片內包含了 128 對 p 型、n 型半導體,具有輕巧的外形。
圖│陳洋元

隨著網際網路的發展,基地台熱點愈來愈多,這也讓陳洋元對於熱電材料的應用潛力更加樂觀。「在某些偏遠地帶,例如玉山的基地台,電力供給或許就不需要建置發電站,利用熱電材料(透過溫差發電的特性),只要送一桶瓦斯去就好,方便多了!」或者,熱電材料也能與太陽能互補,「因為太陽能發電使用的是太陽光,它的輻射熱並沒有被利用到,這一點可以用熱電材料來加強補足。」陳洋元說。

另外,陳洋元也正在與廠商合作,希望能製作中型、大型的發電機。陳洋元說:「一個熱電晶片大約能發 20 瓦的電,把 25 個晶片合起來,就能有 500 瓦。」儘管成本比一般發電機高,但熱電發電機具有輕巧、無噪音等優點,「我相信它在未來是一個機會。」

熱電材料的研究還在如火如荼的進展著,而陳洋元對它的未來也抱持著樂觀的態度。回頭看看熱電材料的優質係數 ZT 值,「只要我們想辦法降低導熱率,它理論上還能再拉高。」陳洋元說:「現在室溫下的 ZT 值最高是 1 點多,在不久的未來,我們很有可能就突破它了」

研之有物│中央研究院_96
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

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古希臘建築柱式——結構與美學的結合│環球科學札記(20)
張之傑_96
・2021/03/31 ・2237字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 515 ・六年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!
  • 文/張之傑

和平號離開聖托里尼,開了一夜,五月二十日清晨七時來到雅典外港比雷埃夫斯,預計將在此停靠兩天。二○一六年,希臘將該港百分之六十七的股權售予中國大陸的中遠集團,現該港由中遠接管,成為一帶一路的重要成果。

十六年前我們曾經到過希臘,內人只記得衛城,所以沒報名參加雅典衛城觀光,只報了翌日的埃皮達魯斯一日遊。吃早餐時,發現有幾位台灣團員揹著行囊預備下船自由行,都說從比雷埃夫斯到雅典,搭公車轉地鐵不過一個小時,聽了不禁怦然心動。

既然來到雅典,就再去一次衛城吧。

建築一覽——衛城所見所聞

我們依照工作人員的指示,買了公車、地鐵一日聯營票,每張五塊半歐元。搭上公車,沿著海濱大道前行。比雷埃夫斯的郵輪碼頭好大啊!走了兩站,仍是大小不一的郵輪或渡輪,可見觀光業多麼興盛。

雅典衛城,上方從左至右為山門、厄瑞克忒翁神殿、帕德嫩神殿,下方為酒神劇場。
A. Savin 攝。圖:Wikipedia

公車走了約五站,來到地鐵綠線的起點站。我們搭乘的綠線地鐵,一部分地上,一部分地下,一部分半地下,即在露天的涵溝中行進。涵溝兩側的牆壁上,盡是塗鴉。希臘到處都有塗鴉,連地鐵車廂中也有呢!不知只能容得下一個人側著身子站立的涵溝,塗鴉者是怎麼進去塗的。

在公車或地鐵上,最能看出當地人的高矮和形貌。車上的希臘男子,不論高矮,年輕人的脖子都很長,也都有個希臘鼻子,臉部輪廓和古希臘雕像相彷彿。然而,古希臘人生機勃勃的創造力不見了,代之而起的是幾分慵懶、幾分頹廢。

我們坐到 Monastiraka 站,轉藍線,搭一站到 Syntagma 站轉紅線,也是搭一站,就到了 Acropolis 站(衛城站)。雅典的地鐵只有紅綠藍三條線,我們都搭過了。搭綠線時,車子剛離開某站,忽然聽到嘹亮而略帶悲戚的吟唱聲,一位少婦手上拿個紙杯子向人乞討。不久又上來一位帶著幼女的少婦,拉著手風琴乞討。

從衛城地鐵站到衛城有一小段路。衛城建於西元前四世紀,座落在一處高約一百五十公尺的小山崗上。門票每人二十歐元,連同博物館的門票是三十歐元。參觀衛城,主要是看古希臘建築,包括神殿和衛城下方的戴奧尼索斯(酒神)劇場。

酒神劇場至今仍能使用,前幾年曾經上演《牡丹亭》,是個不小的新聞。古希臘劇場依山而建,亦即在山坡上挖出一個扇形的斜坡,砌上石材階梯。扇形底部中央的圓形部位,就是演出舞台。

從衛城入口,登上重重台階進入山門,右方為雅典娜神殿,正中央為帕德嫩神殿,左方為厄瑞克忒翁神殿,還有些不知名的大小建築,雖然多已殘破傾圮,但仍可看出古希臘建築之美。

排隊進入山門的遊客,山門之石柱為多利克柱式。作者攝。

古希臘由眾多城邦構成,是個文化共同體,不是個統一的大帝國,因而人性上較少受到鉗制。古希臘人喜歡運動,個性活潑,愛好自由,具有民主精神。在藝術上,表現出健康、自然、樂觀、優雅的特質。藝術工作者受到重視,譬如衛城神殿的建築師,姓名大多可考。

神殿大多呈矩形,其基本結構包括柱頂楣構、圓柱、柱基平台三大部分。柱頂楣構以上的山形牆是古希臘建築特色之一,其作用係將屋頂之重量放於直立之石柱上。山形牆的形狀是個等邊三角形,以下面的那條水平飛簷,上面兩條傾斜簷口為框,中間部分大多飾以浮雕。

希臘神殿柱式——結構與美學的結合

希臘神殿的柱式,是種兼具結構與美學的系統。一根柱子分為柱頭、柱身與柱礎三個部位。古希臘人發明了多利克柱式、愛奧尼亞柱式與科林斯柱式三種基本柱式,每一種柱式都和整棟建築的高度與規模形成一定的比例。

希臘建築的三種柱式,依次為多利克柱式、愛奧尼亞柱式、科林斯柱式。原載狄德羅編纂Encyclopédie(百科全書)第18卷,1761年出版。圖:Wikipedia

多利克柱式造型樸實沉穩,柱子只有柱頭與柱身,沒有柱礎。柱頭是一塊方形頂板,柱身上有二十個凹槽,中央微凸,略呈酒瓶狀。柱頭上是楣樑,與飾以豎條紋的橫飾帶。衛城的帕德嫩神殿是古希臘最大的多利克式神殿,周圍是由縱向八根、橫向十七根的列柱構成,整體比例在協調中帶有舒朗的節奏感。

愛奧尼亞柱式較為修長,柱身上有二十四條凹槽,立於柱礎上。柱頭擁有一對向下捲的渦卷,將柱子之承載力沿著楣樑展開,使得較為纖細的柱子得以在視覺上與楣樑以上的重量得到平衡。衛城的雅典娜神殿與厄瑞克忒翁神殿都採用愛奧尼亞柱式。厄瑞克忒翁神殿南壁還有女像柱,亦即以女性雕像作為建築的支撐結構,這是參觀衛城建築的重點之一。

科林斯柱式,柱頭是從愛奧尼亞式演變而來。愛奧尼亞式柱頭只能從正面欣賞,而科林斯柱式卻以圍繞毛茛葉的方式,使之從各個方向皆可欣賞。因此,科林斯柱式特殊的之處,在於其裝飾性效果。雅典衛城沒有科林斯柱式建築,十六年前我們參觀過的雅典宙斯神殿,就是座古老的科林斯柱式建築。

古希臘建築由羅馬人繼承,此後歷經衍變,影響西歐達兩千年之久,說它是西方建築的開拓者一點兒也不為過。十九世紀末傳到東亞,我們在台灣的若干建築上,也經常可以看到希臘建築的影子呢。

張之傑_96
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張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

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你家耐震嗎?房屋防震要點大揭密!——國研院國震中心專訪
科技大觀園_96
・2021/02/15 ・5557字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 538 ・八年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

在過年前進行全家大掃除,是我們多年來的傳統習俗,象徵除舊佈新、擺脫過去一年的穢氣與厄運,用煥然一新的家宅迎接新的一年,祈求能夠帶來好運。以往大掃除期間,大家的眼中釘不外乎是灰塵、污垢、垃圾,時逢新冠病毒疫情, 使得 2020 年對許多人來說,是充滿疾病、災厄的一年,想必今年大家會連肉眼看不見的病毒與細菌通通都考量在內,透過消毒、滅菌的行動,力求讓 2021 年的家人們一同遠離惡疾。然而,身為臺灣人可能面臨的危機可不僅如此,這樣的打掃還遠遠不夠!

請讓我們回到 5 年前—— 2016 年 2 月 6 日,除夕夜前一天,本該是團圓、溫馨而和樂的時刻,全臺卻在凌晨 3 點 57 分天搖地動,臺南維冠大樓轟然倒塌、奪去上百條生命,震撼全臺。 

臺灣島位處板塊交界處,作為土生土長的臺灣人,小地震對我們來說可謂是家常便飯,每過一段時間,更可能會發生致災性的大地震,奪去我們的生命與避風港,可惜的是,即使如此,「為地震做準備」卻甚少出現在我們過年前的檢查清單之中,讓我們無法用行動擺脫地震帶來的厄運。

2016 年因地震倒塌的維冠金龍大樓。圖/Wikimedia commons

這回,我們特別採訪了國家實驗研究院國家地震工程研究中心(以下簡稱國震中心)的鍾立來副主任與邱聰智副研究員,請他們與我們分享大掃除期間可以注意哪些小細節、如何檢視住宅的耐震力,讓我們有效遠離地震的危害!

過年大掃除,居家防震的黃金好時機

過年大掃除時,我們可以透過哪些小細節來提升住宅的安全呢?為了清除家中所有的灰塵,我們通常會重新整理屋裡的雜物,甚至改變所有家具的位置,因此大掃除是全盤檢視、改善居家防震安全的最佳時機。 首先,當我們將櫥櫃擦拭乾淨、準備將雜物放回櫃內時,大家務必謹記「重物放底層」的原則,藉此降低櫥櫃的重心、避免櫥櫃在搖晃中倒塌,同時也建議可以將櫥櫃固定在牆壁上,或使用支撐桿、訂製上層櫃,讓櫥櫃可以連接天花板與地板,讓櫃子更加穩固。

邱聰智表示,臺灣地震雖然頻繁,但致災型地震的發生機率並不高,只要建築符合政府擬定的規範,大部分的情況下,臺灣九成以上地震都不會讓房子損害、倒塌。 

但我們可以發現,房屋崩塌的消息不多,卻時常有天花板砸傷人、櫃子壓傷人的新聞。 

由此可知,傷害我們的通常不是房屋結構的本身,而是「非結構性的設備」,如天花板輕鋼架、管線系統、招牌、隔間牆、家具設備等等,因此,改善危險的非結構性設備就是最簡單、最快速有效的防震行動! 

邱聰智也介紹了國震中心與業者合作開發的防震家具,像是防震櫃、防震桌,這些特製家具的承載能力都非常高,能夠承受 100~200 噸的壓力都沒問題,即使不幸遇上致災性大地震,房屋塌陷,防震家具也可當作避難空間並減少傷亡!過年汰換老舊家具的同時,不妨可以參考參考,為自己的防震安全增添更多保障。

X、I?透過震後裂縫,讀懂屋子隱藏的密語!

當你挪開衣櫥、書櫃,露出背後的牆壁和梁柱時,上面是否出現各式各樣地震留下來的裂縫呢?若能判讀這些裂縫,就可以初步判斷房屋的損壞程度! 

鍾立來慎重地告訴我們,對一棟建築而言,建築結構的重要程度依序是:柱、梁、牆、板,一但柱子受到嚴重損害,將會提高建築全面崩塌的機率,而受損的橫梁則可能造成局部塌陷。

 邱聰智以兩種裂縫為例子,分享了這些裂縫背後隱含的關鍵意義。 

由於地震會讓柱子左、右雙向搖晃,因此將分別產生兩條斜向、45 度的縫隙,留下 X 型的形狀,而 X 型裂縫象徵著「脆性」的剪力裂縫,若柱子上出現嚴重、寬大的 X 型裂縫,通常代表柱子已經失去支撐的力量,必須立刻離開或是請專業技師前來處理。

大掃除時,也請大家細心檢查屋内的震後裂縫!圖/國震中心提供

針對橫梁上的垂直 I 型、柱子上的水平一字型裂縫,其裂縫都跟鋼筋走向垂直,專業上通常稱之為彎曲裂縫,若縫隙過於嚴重,也必須盡速通知專業技師。 

裂縫百百種,若你想知道各種裂縫代表的危急程度,歡迎前往國震中心網站的指引,為家裡進行簡單的屋舍震後檢查,但必須注意,即使有指引教學,判讀裂縫也不是件簡單的事情,沒有受過相關訓練的我們非常有可能被誤導,我們只要保持警覺,注意房屋的各種痕跡,再交由專業人員協助即可。

鍾立來舉例,辦公大樓常見的「輕隔間」就是容易讓民眾誤判的陷阱,甚至引起大家的恐慌,他提醒道,當輕隔間出現嚴重裂縫時,請不必太過驚慌,這種牆面本來就沒有提供支撐力,不會影響建築的穩固性。 

倘若你對家裡的耐震安全有疑慮,需要尋求專業人士的協助,邱聰智指出,合法開業的土木技師、結構技師或建築師都是非常適合的選擇,或是前往相關公會洽詢。

你知道自己的房子幾歲了嗎?

迎接新的一年,通常也代表你長大了一歲,然而,你曾經關心過每天陪伴你的屋子究竟幾歲了嗎?屋齡與建築耐震規範息息相關,想知道你的房子有沒有符合防震安全的保障?先讓我們一起來簡單回顧耐震規範的沿革

1974 年,臺灣擬定第一份耐震設計規定,規定了全臺各地建築的耐震係數,隨後歷經多次改版,不僅考量盆地、土壤液化的特殊情形,也催生了鋼筋混凝土的施工規定《混凝土結構設計規範》,我國耐震規範逐漸與國際同步,到了 1999 年左右更進行了大改版,《建築物耐震設計規範》脫胎換骨。 

可惜的是,《建築物耐震設計規範》更新不久,尚未開始大規模施行,臺灣就遇上了 921 大地震,不少老舊建築毀於一旦。

921 大地震後的石崗水壩。圖/pixabay

邱聰智表示,不少人都聽過「921 後蓋的房子比較耐震」、「老舊建築的定義是 921 地震以前蓋好的房子」的說法,初次聽到這個說法的人,可能會誤以為是因為 921 地震損害了臺灣的建物,使得讓建築變得脆弱,然而事實上,是因為 921 大地震與完善《建築物耐震設計規範》的時機相差無幾,才有了這樣的劃界。  

日前政府推動《都市危險及老舊建築物加速重建條例》時,也都是以 921 大地震為作為主要屋齡判准。因此,以今年(2021年)為例,如果你的房子年長於 47 歲,可能代表它是在沒有耐震規範的背景下誕生的,若大於 22 歲,則屬於較老舊的建築,可能並不符合最新的耐震規範,耐震能力也不一定符合當今科學界的規範和期待。 

當然, 921 大地震後防震法規也並非裹足不前,配合著斷層與相關研究的進步和更新,政府進行了多次的修訂,目前臺灣現行的規範是 2011 年的版本。

 邱聰智透露,這個規範至今已 10 年了,為了結合最新的知識與技術,近期之內,內政部營建署將會公佈新一版的《建築物耐震設計規範》

喔不!我家是高齡老屋,難道只能打掉重練嗎?

 如果你掐指一算,發現家裡的房子是個 45 歲的中年大叔,請不用緊張兮兮地立即舉家搬遷,因為,你並不孤單!事實上有將近一半臺灣人的家,都已經超過了而立之年。 

根據內政部不動產資訊平台 108 年的數據顯示,臺灣屋齡 30 歲以上的老屋高達 410 萬戶,佔全國 47%  左右,40 年以上也有 198 萬戶。想要把這些房屋全部拆除、重蓋?怎麼可能!

臺灣的老屋數量高得驚人!我們不可能全部拆除重建。圖/Pixabay 

政府多年來積極推動「建築物實施耐震能力評估及補強方案」,對建築進行耐震評估,請專人為老屋的耐震能力打分數,再來判斷究竟該補強,還是拆除。 

邱聰智將拆除老屋的情形大略分為兩種來介紹,首先是大規模的都市更新,例如整體社區的拆除重建,而都市更新需要凝聚整個地區居民的共識才可以達成,使其難度非常非常高;其次是個人住宅的危老重建,雖然難度較低,但對大部分民眾而言也並非簡單可行的方案,難以在臺灣大規模推廣。

 此外,因為不是所有 30 歲以上的住宅都危險到必須拆除,所以「補強」成為了適合多數民眾的選擇,只需要短短三個月到六個月的改造,就可以有效提升建築的防震安全。

除了拆牆、挑高、做裝潢,還有其他更重要的事! 

有了錢、有了時間,比起改善家裡的耐震安全,多數人更願意花錢重新裝潢,打掉大樓的牆壁、挑高天花板,用光鮮亮麗的室內設計,迎來嶄新的一年。 

殊不知,當我們買來耀眼、闊氣的室內裝潢時,失去的卻是生命財產的安危,讓整棟建築的筋骨壞光光 ,「最難說服大眾的是結構的問題」邱聰智感嘆的說。 

當年臺南維冠大樓崩毀的重要原因,就包含了 1 樓大廳過度挑高、牆壁數量不足,因此形成了軟弱底層,俗稱軟腳蝦,使得高樓在強震之下搖搖欲墜、轟然倒塌。花蓮統帥飯店、雲門翠堤大樓也是相同的道理。

日前國震中心大力推動「階段性補強」計畫,以私有建築物為主要改造對象,若是發現大樓的耐震力不足,即可以申請階段性補強,補救公寓大樓軟弱的底層。 

因低樓層通常都是公共空間,所以補強期間通常不會侵犯到大樓住戶的私人空間,大樓住戶比較容易形成共識,若經耐震評估發現大樓的耐震能力相當危險,政府最高可以補助 450 萬元(補助上限為總金額 85%),減輕所有住戶的負擔,在少少的經濟和時間成本之下,完成危老住宅的改造工程。

大部分人的擔憂:補強後,我家房價會不會下跌? 

有趣的是,在國震中心推廣此計畫過程中,大多數民眾最擔心的事情是:「補強老屋以後,房價會不會下跌?」民眾擔心補強大樓後,補強工程會給外界一種「這是危樓才需要補救」的錯誤印象。

「修復跟補強並不一樣!」邱聰智認為我們需要從法令、規範下手,才能有效扭轉這種錯誤的概念,舉例而言,若補強後的大樓在不動產聲明書能有相應的註記,藉此彰顯該大樓經過評估、補強,確定已達到耐震的標準,即可達到鼓勵的效果。 

實際上這樣的想法在其他國家已行之有年,以日本為例,若大樓完成耐震改善門口就有相應的告示牌,反之紐西蘭則會在危樓門口貼上警示牌,限期改善。邱聰智表示各國國情不同,他國的作法不一定能照單全收,近年來,國震中心也積極擬定和準備推動相關法令的修訂。 

有不少國家也因地震所苦(如:日本、美國、澳大利亞)並各自發展出相關的建築政策,我們應該互相觀摩、參考並且因地制宜。圖/Pixabay

臺灣階段性補強計畫自 2019 年開始正式地大力推廣,而美國、日本、紐西蘭早已實施補強政策長達數十年,因此各國有許多經驗和政策都相得值得臺灣借鏡,以建築條款為例,在推行補強政策期間,各國相關建築條款通常都會有相應的鬆綁,以免住戶申請了階段性補強補助後,卻因老屋不符合最新的建築規範,反而被稽查、檢舉。

若相應法規沒有鬆綁,民眾不僅需要花錢進行耐震補強,可能還會面臨老屋違規的相關罰款,得不償失,大大降低居民申請的意願。

新年心技能,一起學會面對地震的兩大心法! 

我們必須做足心理準備,一起面對可能充滿機運、挑戰和危險的新年。

住在臺灣,地震是難以預料也難以避免的天災,我們究竟該如何調整心態才能面對突發的地震呢?身為國震中心的資深學者,鍾立來用他的經驗總結出了兩大心法:謙卑與自信。

首先,臺灣位處於板塊交界地帶,我們無法百分之百排除這樣的災害,面對大自然的力量,我們必須習得謙卑,不得無視來自地震的威脅。 

然而謙卑並不等於屈服,如果有所作為、努力求知的話,我們就能夠有效減緩地震的災害,有自信的、有骨氣的發揮屬於人類的力量,舉凡研發地震預警系統、改善耐震建築的規範、不要過度貪心的裝潢、違法擴建,致力住宅防震與補強,都是努力生存下去的作為。

參考資料

  1. 國家地震工程研究中心 – 居家耐震安全自主檢查
  2. 國家地震工程研究中心 – 居家抗震
  3. 國家地震工程研究中心 – 街屋耐震資訊網
  4. 國家地震工程研究中心 – 科普系列

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科技大觀園_96
82 篇文章 ・ 1112 位粉絲
為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。

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用科技引進自然光
thisbigcity城事
・2012/11/26 ・599字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 554 ・八年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

韓國與英國合資企業Sunportal近期推出創新科技,運用諸多高科技管線相連,將日光引進無窗戶的空間,也不會增加或流失熱能。

鏡面每天追蹤太陽動向,將光線折射至碟盤內,將讓日光集中於小型光管內,據該公司指稱,藉由多面透鏡傳遞,光線傳送「不限距離與方向」,亦設有傳輸器,確保光線能平均灑落在指定區域。

這項專利技術目前可提供的亮度,介於80勒克斯與500勒克斯之間,若當天日光太過微弱,就會啟動內建的高效能LED照明。

過五年研發,該公司於去年成立,由執行長Tony Han出資,目前已在韓國三處工業地點建置大型設備,包括POSCO鋼鐵廠及Chungpyung抽蓄發電廠,兩者都藉此汰換舊有照明系統,POSCO廠區設備經理Dong Gyu-Oh表示,這套系統是「公司節能與環保政策一大資產」。

在西班牙和奧地利,Sunportal也與辦公大樓簽下兩份合約。

該公司全球業務暨行銷主管Jong H. Kim估計,這項技術平均可降低能源成本20%至25%,他亦引述美國「國家可再生能源實驗室」的研究,指稱自然光對產能有益。

作者:Alan FookesGreen Futures)本文其他語言版本: 英語

轉載自 城事 ThisBigCity。本文原載於獨立永續專業團體「未來論壇」雜誌《Green Futures

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thisbigcity城事
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《城事》為永續城市部落格,長期發掘關於建築、設計、文化、科技、運輸、單車的都市創新構想,曾數度獲獎。《城事》網羅世界各地城市生活作者,文章曾發表於Next American City、Planetizen、Sustainable Cities Collective、IBM Smarter Cities等網站。《城事》遍尋全球,在世界奮力邁向永續的時刻,呈現城市帶來的種種機會,力求保持樂觀,但不忘批判。