我也知道 但從沒人真正試過－專訪線上即時熱能分析儀團隊

本文由 建研所 委託，泛科學企劃執行。 

當你走進一棟建築，是否能感受到它對環境的友善？或許不是每個人都意識到，但現今建築不只提供我們居住和工作的空間，更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生，正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題，確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染，同時提升我們的生活品質。然而，要成為綠建築並非易事，每一棟建築都需要通過層層關卡，才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境，政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立，旨在透過標準化的建築評估系統，鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時，為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法，自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止，已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品，涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築，不僅提升建築物的整體性能，也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

說這麼多，你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程，要經歷哪些標準與挑戰？

綠建築標章	智慧建築標章	綠建材標章

第一招：依循 EEWH 標準，打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源，是綠建築（green building）的核心理念，但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單，而是涵蓋建築物的整個生命週期，也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內，都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準，讓我們先回到 1990 年，當時英國建築研究機構（BRE）首次發布有關「建築研究發展環境評估工具（Building Research Establishment Environmental Assessment Method，BREEAM®）」，是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後，於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」（Leadership in Energy and Environmental Design, LEED）這套評估系統，加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶，氣溫高，濕度也高，得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生，四個英文字母分別為 Ecology（生態）、Energy saving（節能）、Waste reduction（減廢）以及 Health（健康），分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級，設有九大評估指標。

我們就以「台江國家公園」為例，看它如何躍過一道道指標，成為「鑽石級」綠建築的國家公園！

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園，也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時，還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築，其外觀採白色系列，從高空俯瞰，就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落；從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊，生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構，設計自然護岸，保留基地既有的雜木林和灌木草原，並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物，採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙，不僅強化了環境的保護力，也提供多樣的生物棲息環境，使這裡成為動植物共生的美好棲地。

第二招：想成綠建築，必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築，使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中，對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出，一路到今日，國際間對此一概念的共識主要包括再使用（reuse）、再循環（recycle）、廢棄物減量（reduce）和低污染（low emission materials）等特性，從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時，使用自然材料與低 VOC（Volatile Organic Compounds，揮發性有機化合物）建材，亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後，內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度，以建材生命週期為主軸，提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說，為確保室內環境品質，建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件；為了防溫室效應的影響，須使用本土材料以節省資源和能源；使用高性能與再生建材，不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性，也強調材料本身的再利用性。

在台江國家公園內，綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念，更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設，並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料，為鳥類和小生物營造棲息空間，讓「蚵殼磚」不再只是建材，而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆，整體綠建材使用率為 52.8%。

在日常節能方面，台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如，引入樓板下的水面蒸散低溫外氣，屋頂下設置通風空氣層，高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出，廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地，創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企，如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流，不僅提升了隔熱效果，減少空調需求，讓建築如同「與海共舞」，在減廢與健康方面皆表現優異，展示出綠建築在地化的無限可能。

在綠建材的部分，另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程，其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材，比方提高高爐水泥（具高強度、耐久、緻密等特性，重點是發熱量低）的量，並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」，還用再生透水磚做人行道鋪面。

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區，首先，他們捨棄金屬建材，讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是，他們也將施工開挖的土方做回填，將有高地差的荒地恢復成平坦綠地，本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪，無痛轉綠。

等等，這樣看來建築夠不夠綠的命運，似乎在建材選擇跟設計環節就決定了，是這樣嗎？當然不是，建築是活的，需要持續管理–有智慧的管理。

第三招：智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率，除了從建築設計與建材的使用等角度介入，也須適度融入「智慧建築」（intelligent buildings）的概念，即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性，使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器，用於蒐集環境資料和使用行為，並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

為了推動建築與資通訊產業的整合，內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度，為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂，目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例，為了掌握建築物生命週期中的能耗，需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標，評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面，則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境，以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中，充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術，來達成兼顧環保和永續發展的理念，也是利用建築資訊模型（BIM）技術打造的指標性建築，受到國際矚目。

在興建階段，為了保留基地內 4 棵原有老樹，團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描，並將大小等比例匯入 BIM 模型中，讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離，確保施工過程不影響樹木健康。此外，在大樓啟用後，BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」，透過 3D 建築資訊模型，提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護，包括保養計畫、異常修繕及耗材管理，讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用，從建造設計擴展至施工和日常管理，使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management，簡稱 FM ) 為例，該系統可在雲端進行遠端控制，根據會議室的使用時段靈活調節空調風門，會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣，而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率，保持低頻運作，實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現，從源頭減少碳足跡；綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小，並保障居民的健康；智慧建築標章運用科技應用，實現能源的高效管理和室內環境的精準調控，增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用，讓建築不僅是滿足基本居住需求，更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

文／劉珈均

工研院的「線上即時熱能分析儀」與「鈣迴路捕獲二氧化碳技術」雙雙獲得2014「全球百大科技研發獎（R&D 100 Awards）」，此獎項素有科技界奧斯卡獎之稱，是市場鑑定新技術的重要指標，今年邁入第52屆。「線上即時熱能分析儀」大幅提升發光二極體（Light Emitting Diode, LED）量測熱阻的速度達千倍，且可在生產線上即時量測，工研院也已與儀器業者旺矽科技合作技術轉移，實際應用於提升LED品管品質與生產效率。

深入了解這技術前，得先認識一下熱阻與LED的關係，熱阻（thermal resistance）是熱能在傳導途徑上遇到的阻抗，反映介質本身或介質與介質間的熱傳導能力，換言之，也是物體對熱能傳導的阻礙效果。

傳統光源如鎢絲燈或鹵素燈透過加熱燈絲發光，熱由光源正面以光輻射方式傳出，同時散發出的紅外光讓人感受到熱氣；LED不會讓人感受到熱，但並非不發熱，而是 LED所產生的廢熱從晶粒傳導而出，LED功率愈高，產生的廢熱愈多，加上體積要愈做愈小，散熱就成為問題。因此主要靠傳導進行的LED散熱機制，便需要以熱阻作為散熱性能好壞的指標。

LED漸成照明光源主流，但高功率LED仍與熱的問題糾纏，熱會影響LED的壽命、顏色與亮度。過熱會造成LED波長改變、發光效率下降，繼而使顏色產生變化、亮度降低，隨之影響到可靠度。對於LED封裝散熱能力的評估，就透過熱阻量測，若熱阻的數值大，表示熱不易傳遞，套件產生的溫度較高，也有損LED壽命。

工研院電光所元件測試驗證部專案副理王建評比喻：「熱就像內傷一樣，若只從一般的光電檢測是看不出來，但長期影響很大。」不論設計、檢測或可靠度分析，都需要知道熱阻，只要能掌握LED熱阻數據，就能推估產品的壽命、效率及光品質。

王建評是主導此技術的研發人員，他解釋，早期熱阻量測程序複雜，要把LED擺在爐子裡利用空氣加熱以達到控溫目的，一顆LED要經過幾個溫度測試，以求出溫度與LED電壓的關係式；後來改以熱電制冷器，控溫速度較快；熱電控制器出現後，過程由半天縮短到10~20分鐘，一小時測六顆，但這樣的時間仍太久──對比LED光學量測，一顆只要0.1秒即能完成光度或電壓量測！生產線上一個機台一天產量可能是數萬顆以上，熱測與其他量測的速度差異非常大，所以熱測始終無法成為廠商品管時的依據，基於生產效率考量，業者多只在產品設計階段時於實驗室進行熱阻量測。

工研院技術的突破點在於解析「固晶層」，在生產線上，固晶的製程是影響LED熱阻最大的參數，王建評說：「我們發現，其實我們不需要從頭到尾將整個元件分析完畢，只要分析那層固晶層，就能知道這顆元件好不好。」以前要等整顆LED達到熱平衡，現在只要等熱能傳到固晶層，分析資訊就足夠了，量測時間因此大幅縮短。

固晶製程難以達到品質完全均勻，一批產品有好有壞，但一顆熱阻量測的時間太久了，廠商都採抽樣，一批樣品可能只抽一顆測試，因此原有的技術限制之下，難以得知那批產品好壞比例，無法準確掌握LED產品可靠度。

而今工研院研發的「線上即時熱能分析儀」已能成功與LED自動化光電分類機台整合，在生產線上即時測量，組成全球首套自動化LED熱阻測試設備。兩相結合下，整套設備每小時的量測速度可達12000顆元件，相當於量測一顆元件只要0.3秒，比起以往在實驗室一小時量測六顆，速度快了整整2000倍。

「我們有些人畢業後就直接在工研院工作，我們也跟廠商學了很多業界的東西、機台開發的技巧。」王建評說，現階段量測光學與熱阻的機台分開，但可互相支援，一台光電量測機台可搭配數台熱能分析儀，如此便能應付生產線上大量的LED，這是廠商覺得可行的方法，未來團隊也會繼續研究將測試熱阻的功能整合到既有機台上。

文／劉珈均

「很多事情都是從很不偉大的事情開始作啦！」此次受訪的周佩廷與王建評是工研院電子與光電研究所、元件測試驗證部的經理與專案副理，周佩廷口中開端並不起眼的線上即時熱能分析儀奪下了百大科技研發獎，背後也是一群工程師長時間摸索，不斷研究與改良的心血。

任務指示：「品質可靠度。That’s all。」

周佩廷回憶研發歷程，難以界定這專案投入研發的時間有幾年，因為一位工程師身上常常同時扛了幾件或大或小的專案，有許多構想都在「檯面下」進行，漸漸成熟後才「正式列管」。

周佩廷與王建評所在的「光電元件與系統應用組」在工研院約已20幾年歷史，主題始終專注於LED。七八年前，元件測試驗證部剛成立不久，組長朱慕道認為LED的品質可靠度是個重要議題，該部門的技術主軸分為LED的品質可靠度與標準。市面上有宣稱LED可用兩萬五千小時或更多，但消費者可能拿到不良品，LED燈泡一下子就損壞，這便是LED可靠度的範疇，也牽涉到統計學、田口式品質工程[註1]等。

周佩廷說：「當時我們接到的指示就是品質可靠度五個字，大家自己去想要作什麼事情。」可靠度並不是一項技術，而是許多技術的集合、相互支撐出來的。成員構思著如何針對可靠度作技術開發，前幾年一直處於摸索期，試圖抓到主軸，大約四年前開始研究熱阻主題，挑選業者可能有需求的題目，其中一個便是快速熱阻檢測。

負責「線上即時熱能分析儀」的研發成員專業領域有來自光電、物理、應用力學、機械等，都是進工研院後才開始接觸LED的。王建評是主導技術開發的負責同仁，他想到，若從加強品管著手，讓廠商能快速量測熱阻，甚至於生產線上即時量測，就能大幅提升LED的品質可靠度。

「這原理我也知道！」　但從沒人真正試過

快速熱阻技術的關鍵點在於解析固晶層，「這不是什麼聽起來就讓人興奮的新發現，但卻沒有人真正把它作出來。」周佩廷說。這不是破天荒的物理發現，或是劃時代的嶄新發明，大家起初都不太看好該技術的價值，內部的人或廠商亦多持觀望態度。

「只是看似簡單，但工程實務上從沒有人真正實現過啊！」周佩廷笑說，這大概是這研究最特別的地方。工研院與各LED廠商接洽、討論此點子的技轉時，「好像很多東西說破就不值錢，所以一開始不願講太多。後來想想，我們要作到就算我跟你說破，你還是作不出來的程度，這樣的技術才有價值。」周佩廷說。

熱結構分析是即時熱能分析儀的核心技術，該技術已有國外業者開發設備，也訂下標準，「但只有他們懂得如何作這設備，大家都不知道怎麼作。」王建評說，它會畫出一條有趣的曲線，稱為「熱結構圖」，大家也只會用那設備，不清楚圖怎麼畫的。許多單位也想開發這種設備。

周佩廷便請王建評專心研究該設備，一開始王建評也沒太多心力鑽研，畢竟身上已同時背了好幾件工作，這項工作又相當耗時，「後來……也不能說是破解了儀器，而是重新開發技術出來，熱結構分析跟演算法有很密切的關係。」以往最快速度也需要十幾分鐘，王建評另設計了演算法，由原本的定點截取變成動態截取法，最快3分鐘內就能量出來，卻能達到相同的量測精度。「這也是得獎原因，否則只是跟別人一樣也沒特色。」

技術走出「車庫」　進入市場

約莫2012年底，周佩廷與當時的電光所副所長劉軍廷（現為所長）談到這點子，劉軍廷隨即認真地說，隔年三月有「台灣國際照明科技展」，就做一台原型機參展吧！周佩廷笑說：「我們就這樣慢慢在『車庫』研發了幾年，後來才被所長『列管』為正式計畫。」當時距離展覽只剩兩三月，時間緊迫，但大家還是成功趕製出原型機參展。

後來，工研院帶了三四項技術與儀器廠商旺矽科技洽談，最後決定合作熱阻檢測這技術，從合作到技轉花了約一年時間。王建評回想從合作到技轉的那一年時間：「廠商會不斷的『挑戰』工研院的能力，一直給我們『考試』。」拿了幾十顆LED給工研院的即時熱能分析儀測試，檢驗精度與誤差是否符合工業標準，一開始明測，後來也作盲測，「還好都有pass！」

「我們研發的出發點單純只是為了『解決問題』，一切順其自然，獎項是隨之而來的肯定。」周佩廷與王建評回想這段過程，敘述的口吻與神色十分沉穩淡然。團隊一路走來，並沒有像動漫《海賊王》裡的魯夫總大喊著「我要成為海賊王！」那樣，立一個雄心萬丈的目標、要發明厲害的機器、拿下發明大獎。

其實光電元件與系統應用組從2008年到現在，已經拿了三個美國百大科技獎（R&D 100 Awards）[註2]，但朱慕道組長認為真正的任務才剛開始，他們要思考如何讓技術的貢獻完全發揮。

一條生產線上，一天產出數萬顆以上的LED，現有的熱能量測技術卻只能抽樣，LED廠商不會覺得效率低落，主動想要採用這項技術嗎？周佩廷說：「很多技術的應用，其實也看時機點。」各廠商其實是需要這項技術的，但站在廠商的角度，「品管、研發」與「成本」是天秤的兩端，而LED品質採抽樣或「普查」，也關乎LED產品「良率」的數字變動。LED的競爭激烈，因此，除非客戶刻意要求，廠商較少主動投資設備，大多跟風國外大廠的作法，但一些LED國外大廠其實已經有投入快速熱阻量測這部分。

周佩廷說：「得獎只是開始，我們接下來還要努力，想著如何把技術的效應作得更大。」目前市面上類似儀器幾乎全屬國際大廠，價格亦是居高不下，國產儀器價格預計可控制成本在進口儀器價格的一半以下。若此儀器能建置於生產線上，大幅提高LED良率，就長遠來看，LED業者的投資負擔並不重。

註：

1. 品質工程（Quality Engineering）：由日本學者田口玄一所創，以統計學方式進行實驗及生產過程管控，以達產品品質改善及成本降低的目的，也應用在生物學、行銷及廣告。（資料來源：維基）
2. 工研院國際獎項紀錄：https://www.itri.org.tw/award/chi/award.htm