環境能源

面對氣候變遷我們該怎麼辦？
經濟部水利署鄭欽韓副工程司

氣候變遷進行式

氣候變遷一般是指區域性或全球性的氣候在一段時間（可能為數十年至數百萬年）內的變化。氣候變遷跨國小組(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)在已發佈的歷次評估報告中，列舉了多項科學證據，舉證氣候變遷是已經發生不可改變的事實。其中最具代表性的就是在近150年(由1860年代到2000年代)全球平均溫度有上升的趨勢，而且攀升的速度越來越快；而全球平均海平面，因冰河面積的融解也觀察到有上升的趨向。

減緩與調適

「減緩」與「調適」是現階段世界各國為順應氣候變遷所採取的積極作為。「減緩」是指減少溫室氣體的排放量，使氣候變遷的變化趨勢逐漸於和緩，朝向將全球平均上升溫度控制在2℃以內的期望目標。「調適」是針對未來氣候可能產生的衝擊與改變，以縝密規劃、完整裝備與執行調適措施的堅決態度與行動，適應充滿挑戰的新環境。

在氣候變遷的影響尚未減輕之前，我們必需「減緩」、「調適」並用，才能適應未來氣候變遷下的生活。

節約能源

目前全球平均上升的溫度，距離維持在2℃的期望目標，只僅存1.2℃的溫度，因這上升的0.8℃主要是來自溫室氣體的排放量，而絕大部分的來源是能源的使用，包括媒、石油和天然氣等，所以節約能源、提高能源使用的效率及尋找並利用可行的替代能源，是未來需要努力的方向。

核能電廠怎麼發電
國立臺灣大學土木工程研究所鄒謹謙

發電機的工作原理

發電機是把動能或其他形式的能量轉化成電能的裝置，一般是先將各類一次能源（指自然界中存在的天然能源，如化石燃料、核燃料、太陽能、水力等）蘊藏的能量轉換為機械能，然後通過發電機轉換為電能，經輸電、配電網路送往各種用電場合。

發電機是運用「電磁感應」原理將動力所作的功轉換成電能的裝置，通常由線圈與磁鐵構成，利用各種動力（如水力、風力、蒸汽）使線圈在磁鐵的兩極間轉動；當線圈轉動時，線圈內的磁場改變，因此產生感應電流，示意圖如圖1所示。

圖1：發電原理
（圖片來源：http://zh.wikipedia.org/wiki/File:Alternator_1.svg）

核能發電的原理

核能電廠發電原理和水力、火力發電廠有共通點，就是設法使汽輪機轉動，汽輪機為一個帶有中心軸的扇葉，當流體（例如空氣、水及蒸汽）通過扇葉時會帶動整個中心軸開始轉動，進而帶動發電機切割磁場，將機械能轉變為電能。

核能發電廠所用的動力來源是靠核分裂所釋放出的能量將水煮開。圖2為一沸水式反應爐(Boiling Water Reactor)發電方式示意圖，反應器壓力槽（又稱爐心）中紅色部分代表反應器中的燃料棒，提供核分裂連鎖反應的原料。水在爐心被加熱為蒸汽，經由導管送至汽輪機，進而帶動發電機發電。蒸汽經過海水或其他降溫方式冷卻為水後，再度被注入爐心。

爐心是進行核分裂連鎖反應的地方，核分裂過程所釋放的能量主要來自燃料棒中的鈾-235元素分裂後損失的質量，分裂後的原子總值量較分裂前輕，這些減少的質量就是核能的來源。根據愛因斯坦提出的質能等價公式「E=mc²」(E焦耳，m質量，c:光速 m/s)可以知道，只要損失些微的質量就能釋出極大的能量。

我家房子怎麼耐震！ (II)
國立臺灣大學土木工程研究所彭書偉

我家房子怎麼耐震！ (I)- 談傳統耐震設計概念

板塊運動使全世界許多國家與地區面對地震隨時來襲的威脅，各國政府莫不謹慎因應，臺灣位於歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊的交界處，建築物如何抗震更是我們無可逃避的重要議題。

現代社會發展的趨勢，越來越多人口集中於都市，促使建築物越蓋越高、交通道路日益繁忙、橋梁與管線日益複雜。因此，地震工程科技必須不斷提升，以因應更嚴峻的地震安全需求。傳統建築物之耐震設計因經濟及使用性考量，採用「大震不倒但允許破壞」的概念，在一定強烈程度的地震來襲時，僅顧及生命安全之維護，而建物原有之功能性，往往因破壞嚴重而無法維持。

對於如醫院、消防單位等需於地震後發揮功能的建築物而言，這樣的設計方式增加了防災工作的不確定性與困難度。本文介紹建築物另外兩種耐震設計方式，皆利用特殊裝置維持建築物受振後主體結構之完整性與建物本身之功能性，依裝置不同分為減震(vibration reduction)和隔震(vibration isolation)設計。

房屋隔減震原理

房屋的減震與隔震的原理，可用水桶和水族箱來比喻，如圖1所示，水桶中的水量如同地震時地表振動能量，水越多，代表能量越大；水族箱的容量視同房屋的耐震能力，容量越大，耐震能力越大。

圖1 (a)為不耐震房屋，水族箱容量過小，倒入時水溢出，代表房屋的耐震能力不足以容納地震振動能量，造成損毀；(b)為減震設計房屋，如同水箱增設水龍頭，水倒入時能被開啟排出部分的水量，在大地震發生時，減震裝置能消散部分地震能量，減少房屋震動；(c)為隔震設計房屋，改成在水族箱上方增設雙導管漏斗，水倒入時，大部分的水從粗導管直接排掉，少部分進入水族箱，隔震裝置如同漏斗，能過濾（隔絕）掉大部分地震能量，大幅降低地震對房屋的衝擊。減震與隔震裝置皆能有效防止水位超出水族箱之容量，如同以不增加水族箱容量的方式提升了房屋的耐震能力。

圖1：房屋減震與隔震原理
(圖片來源：《安全耐震的家–認識地震工程》，第五章)

減震技術

前述減震的原理，為利用減震裝置消散房屋受震時的能量，而實際應用如圖2(a)所示，將減震器設置在房屋結構框架中，藉由減震器受地震時的相對運動（變形），吸收部份結構振動能量，以達到緩衝並消能的效果，使結構物擺動的幅度降低。減震器的種類繁多，包括液壓型阻尼器（圖2(b)）、黏彈性阻尼器、制震壁、挫屈束制支撑（圖2(c)）、鋼板剪力牆等，各具特色。

我家房子怎麼耐震！ （談傳統耐震設計概念）
國立臺灣大學土木工程研究所詹鉅洋

地震是大地的震動，在空曠區域產生強烈地震，並不致引起嚴重傷亡，假若於鄰近都市城鎮人口集中區域發生地震，建築物倒塌將造成嚴重死傷。世界各地的地震災害造成嚴重傷亡的事件如南亞海嘯、日本311地震，加上臺灣地區地震頻繁，民眾對於自身所居住建築物的耐震能力越來越關心。

關於臺灣建築物的耐震能力規定，由內政部營建署所制定《建築物耐震設計規範》，為招集國內地震工程專家，進行研究、討論及修訂，作為建築物耐震設計的準則。該規範對新建建築物的設計目標，至少要能達到「小震不壞、中震可修、大震不倒」的耐震標準，具體說明如圖 1：

圖 1 耐震規範對新建建築物的設計目標 (圖片來源：《安全耐震的家–認識地震工程》，第五章)

傳統的耐震設計利用規範的流程，依建築物的資訊（樓層高、建築物重量、地理位置…等），計算建築物所需的「最小設計地震力」，進而設計此建築物的結構體（如樑、柱）。

至於結構物要如何做到「小震不壞、中震可修、大震不倒」的耐震標準，主要核心為「韌性」的觀念。「韌性」為結構體利用自身的變形來抵銷地震的能量。韌性佳的結構物在遭遇超過彈性限度的地震力作用下，雖然會有損傷及明顯的變形，但仍能抵抗一定程度的地震力而不倒塌；韌性差的結構物一旦地震力超過自身的彈性限度，就非常容易產生突然的破壞，甚至倒塌。另外，房屋建築耐震設計多採「強柱弱梁」的觀念，使結構形成較有利的破壞機制，來達到上述所提的耐震標準。因為樓版與梁所承受之載重會透過柱子往基礎傳遞，一旦柱（尤其是越低樓層的柱）破壞，其影響範圍遠超過梁破壞。

室內節能照明控制策略
美國普渡大學(Purdue University) 博士候選人詹瀅潔

照明系統一直在整個商業建築的能源消耗中佔相當大比例[1]，工程師們朝著兩個方向努力想解決這個問題。其中之一是從燈泡著手，發展效能更好的燈光來源，像LED燈等，它能以更少的能源供給室內與傳統白熾燈泡甚至省電燈泡相同的亮度。而另一個方向就是透過照明系統控制，減少不必要的能源消耗，這也是這篇文章所談的主題，文中將介紹一些最普遍的照明控制策略。